Les eaux de l’estuaire du Saint-Laurent sont à bout de souffle. Le manque d’oxygène dans les eaux profondes affecte les organismes qui vivent au fond de l’estuaire.
Comment les écosystèmes profonds réagissent-ils à cette désoxygénation ?
Dans un article précédent, nous avions mis en évidence les causes de la diminution de la concentration en oxygène dans les eaux de fond de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Ce phénomène, appelé hypoxie, s’intensifie dans cet environnement. Dans cet article, nous examinons les impacts des faibles niveaux d’oxygène sur les organismes qui vivent au fond de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent, ainsi que sur le fonctionnement global de cet écosystème.
Les fonds marins, un milieu foisonnant de vie
Un grand nombre d’organismes vivent au fond des océans. On les appelle organismes benthiques.
Ce groupe de petits animaux comprend les étoiles de mer, les vers, les crustacés et les mollusques. Ils colonisent la surface du sédiment (appelée épifaune ; « epi » pour « on » et « faune » pour « animal ») ou s’enfouissent dans le sédiment (appelée endofaune ; « endo » pour « à l’intérieur »).
Ces organismes sont peu mobiles et ne peuvent pas parcourir de grandes distances.
La bioturbation ou l’art de mélanger les sédiments
Les organismes benthiques se déplacent peu, mais ils sont loin d’être inutiles. Au contraire, ils jouent un rôle crucial dans le fonctionnement des écosystèmes benthiques, via la bioturbation.
Bioturbation désigne l’ensemble des activités exercées par les organismes benthiques, tant sur que dans les sédiments. La bioturbation peut être comparée à ce que font les vers de terre dans nos jardins : ils creusent des terriers, mélangent des grains de sédiments et injectent de l’eau contenant de l’oxygène dans les zones de sédiments qui en manquent.
Les organismes benthiques sont donc les « jardiniers » des fonds marins. Et ils contribuent à maintenir un écosystème sain. En apportant de l’oxygène dans les sédiments, la bioturbation permet à de nombreux organismes de s’y établir. Il augmente également la biodiversité et favorise la décomposition de la matière organique tout en réduire la concentration de déchets potentiellement toxiques, tels que le sulfure d’hydrogène.
Oxygène et bioturbation : une relation pas si simple
Il y a vingt ans, les chercheurs utilisaient des modèles pour tenter de prédire les conséquences de la désoxygénation sur les écosystèmes du fond du Saint-Laurent. Leurs travaux ont mis en évidence un élément essentiel pour anticiper les changements futurs : la façon dont la bioturbation répond à l’épuisement de l’oxygène.
La désoxygénation peut conduire à plusieurs types de réponses dans les écosystèmes. Dans un scénario de réponse linéaire, l’intensité de la bioturbation diminue progressivement et proportionnellement à la diminution de la concentration en oxygène. Dans de tels cas, il est relativement simple de prédire les conséquences, car la relation est prévisible.
Il existe cependant un autre type de réponse, non linéaire et caractérisée par un effet de seuil. Cela signifie qu’il existe un certain point critique, un seuil, à partir duquel les réponses changent brusquement. Avant ce seuil, les réponses diffèrent de celles observées par la suite. Ces réponses non linéaires sont associées au développement de mécanismes de résistance (ou compensatoires).
Ces mécanismes opèrent au niveau de l’individu, de la population (l’ensemble des individus d’une même espèce dans un lieu donné) et/ou de la communauté (l’ensemble des populations dans un lieu donné). Ils compensent les effets d’une perturbation jusqu’à ce qu’ils ne soient plus suffisants. Ce sont ces mécanismes compensatoires qui rendent difficile la prévision des conséquences d’une perturbation.
Une relation non linéaire
Notre équipe étudie la désoxygénation du Saint-Laurent depuis plus de 20 ans, mais nous n’avions jamais observé de relation claire entre la bioturbation des communautés d’organismes benthiques et les concentrations d’oxygène.
Cela soulève une question importante : la bioturbation répond-elle de manière linéaire ou non linéaire à l’épuisement de l’oxygène ? Et est-ce une relation prévisible ?
La baisse récente des concentrations d’oxygène dans les eaux de fond du Saint-Laurent nous a permis de répondre à cette question en observant pour la première fois un effet de seuil. On sait désormais que la relation entre la concentration en oxygène et le fonctionnement des écosystèmes benthiques n’est pas linéaire..
En d’autres termes, ces écosystèmes peuvent résister à la désoxygénation jusqu’à un certain seuil critique, qui s’observe à une concentration en oxygène d’environ 60 micromolaires (soit environ 20 pour cent de saturation, ou 20 pour cent de ce que devrait être la concentration en oxygène dissous si l’eau était en équilibre avec l’atmosphère). Cette concentration est proche de la valeur au-dessus de laquelle on parle d’hypoxie. En dessous de ce seuil, les communautés d’organismes benthiques évoluent, mais de manière surprenante, sans perte significative de biodiversité.
Cependant, les organismes qui composent ces communautés sont beaucoup moins actifs. En fait, ils manquent d’air ! Ils réduisent considérablement leurs mouvements, se déplacent vers la surface du sédiment et l’intensité de la bioturbation devient pratiquement nulle.
Autrement dit, dans ces conditions d’hypoxie sévère, les organismes n’ont plus assez d’énergie pour mélanger et irriguer les sédiments.
Lorsque la bioturbation s’arrête, que se passe-t-il ?
Ces résultats ont des implications majeures sur le rôle des sédiments dans la santé globale des écosystèmes de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Lorsque la bioturbation cesse, les sédiments ne sont ni mélangés ni irrigués efficacement, entraînant une accumulation de déchets toxiques très près de la surface des sédiments.
En s’accumulant, ces déchets pourraient même se répandre dans la colonne d’eau, faisant fuir les espèces sensibles et augmentant la désoxygénation.
Quand et dans quelles conditions cela se produirait-il ? C’est la question à laquelle nous devons maintenant répondre.
La désoxygénation des eaux de fond du Saint-Laurent est particulièrement préoccupante car elle est susceptible d’entraîner des changements dans l’abondance et la répartition des ressources halieutiques. Indirectement, cela pourrait donc avoir des effets socio-économiques qui n’ont pas encore été pleinement évalués.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.