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Cyanobactéries marines :
déterminisme de leur prédominance et rôle trophique dans les milieux tropicaux

Souvent, on peut apercevoir par temps calme de curieuses traînées colorées à la surface de la mer, dans une gamme de couleurs s'étendant du beige au rouge en passant par toutes les nuances de l'ocre et du marron.
Parfois ces formations apparaissent dans le lagon après quelques jours de temps chaud et calme, mais aussi au large par exemple des Loyauté et très souvent au nord du Territoire. Vues d'avion, ces colorations qui peuvent s'étendre sur des kilomètres et des kilomètres se distinguent très bien sur mer d'huile. Elles forment de vastes arabesques à la surface de l'eau ou des bandes parallèles qui ressemblent à des lames de houle immobiles. En certaines circonstances, la mer prend un aspect laiteux ou blanchâtre que les anciens avaient observé de manière suffisamment régulière pour l'avoir noté sur certaines cartes marines sous l'appellation "eaux décolorées ". Très souvent, on entend dire qu'il s'agit de pollution, d'apports terrigènes ou de rejets de déchets miniers. Qu'en est-il exactement : minéral ou organique, pollution ou pas ?

Fort heureusement, la réponse est, le plus souvent, non pas pollution mais manifestation de la vie. En effet cette coloration résulte d'une accumulation en surface de myriades d'organismes vivants qui font partie du phytoplancton marin. Végétal donc, mais pas vert du tout.
Ce sont des cyanobactéries, appartenant principalement au genre Trichodesmium, chargées d'un mélange de pigments chlorophylliens, de phycoérythrine et de phycocyanine. Ces cyanobactéries forment des colonies dont les nombreuses cellules s'associent en filaments ou " trichomes ", et les trichomes se regroupent en touffes ou en fagots pouvant atteindre 5 ou 6 mm de longueur, donc visibles à l'œil nu.

Par beau temps calme, les Trichodesmium, grâce à des vacuoles gazeuses qui leur donnent une flottabilité positive, s'accumulent à la surface en telle abondance que les eaux deviennent colorées. Ces proliférations de cellules ou efflorescences (" blooms " pour les anglo-saxons) ont été remarquées depuis fort longtemps. Le meilleur exemple est celui de la mer Rouge qui leur doit son nom.

Ce genre de cyanobactéries ne se développe bien que dans les eaux chaudes, essentiellement tropicales ou subtropicales. En cela, rien d'exceptionnel. En revanche, on ne l'observe en abondance que dans des situations d'extrême oligotrophie, c'est-à-dire précisément là où les conditions sont a priori les plus défavorables au développement du phytoplancton, là où les sels nutritifs sont en concentration à peine décelable dans l'eau (par exemple quelques nanomoles de nitrate à peine). C'est le cas du chenal des Loyauté, de la mer du Corail mais aussi du lagon calédonien en dehors des baies et de la proximité de la côte.

Parmi les propriétés particulières qui permettent aux Trichodesmium de croître et se multiplier dans les eaux aussi pauvres, la diazotrophie est l'une des plus remarquables. Ces cyanobactéries dites diazotrophes sont en effet capables de fixer le diazote, ce qui leur confère un avantage évident dans les eaux où l'azote ne manque pas sous forme de N2 dissous. La nitrogénase est le complexe enzymatique qui permet la fixation de l'azote moléculaire.

La production de carbone couplée à cette fixation de diazote peut entraîner une exportation nette de carbone depuis les eaux de surface vers l'océan profond, et joue dès lors un rôle significatif dans le cycle global du carbone à l'échelle de la planète.

Les programmes de l'UR099 CYANO visent à comprendre quelles sont les conditions écologiques, physiologiques et génétiques qui déterminent la prédominance des cyanobactéries, et quel est leur rôle biogéochimique sur l'environnement.

Le programme DIAPAZON a été élaboré avec les objectifs principaux suivants :

Déterminer quelles sont conditions environnementales nécessaires pour que se forment des accumulations massives de Trichodesmium, principal groupe de cyanobactéries diazotrophes. Il s'agit de comprendre pourquoi le Pacifique sud-ouest est l'une des régions océaniques où ces efflorescences de Trichodesmium sont les plus fréquemment observées. Deux éléments (le phosphore et le fer) sont fortement suspectés. Leur présence, leur source et leur rôle dans la croissance des Trichodesmium seront recherchés.

Estimer quelle est la quantité d'azote fixée par les Trichodesmium et autres organismes diazotrophes, et quelle est l'importance de cette fixation dans la production nouvelle et le cycle du carbone. L'objectif ultime est de parvenir à un bilan de la diazotrophie et de ses conséquences biogéochimiques dans le Pacifique tropical sud-ouest.

En bref, il s'agit de définir quelles communautés phytoplanctoniques se développent, quelles associations bactériennes s'établissent, quels réseaux trophiques se construisent, quels flux d'azote, de carbone et de phosphore s'établissent avant, pendant et après une efflorescence de Trichodesmium.

Pour atteindre ces objectifs, 9 campagnes océanographiques d'une dizaine de jours ont été programmées à bord du N.O. Alis depuis octobre 2001. Le Chenal des Loyauté, la Baie du Santal à Lifou et le lagon Est calédonien ont été étudiés au cours des 7 missions déjà réalisées. Les deux prochaines opérations sont prévues en juin et en octobre 2003.

Programme " Déterminisme et potentiel toxique des efflorescences de la cyanobactérie Trichodesmium dans les lagons de Nouvelle-Calédonie "

Ce programme, qui est l'une des composantes du chantier calédonien du Programme National d'Etudes Côtières (PNEC), se concentre sur l'aspect toxique possible des Trichodesmium. Il est en effet apparu que ces cyanobactéries contenaient une toxine proche de celle de la " gratte " (ciguatoxine) et il n'est pas exclu que certains cas de cette maladie puissent lui être attribué.

La première phase du projet a consisté en un suivi quotidien du milieu marin en baie de Ouinné (3 janvier-14 mars 2002), grâce à l'accueil de la Société Minière Georges Montagnat. La seconde, réalisée début 2003, concerne l'identification morphologique et celle du génotype des Trichodesmium en rapport avec la nature des apports terrigènes et donc en différents endroits de la Nouvelle-Calédonie. Le dernier point, celui de la toxicité, sera abordé fin 2003.

La première campagne océanographique du programme DIAPAZON (Diapalis 1) a eu lieu à bord de l'Alis du 22 au 31 octobre 2001.

Trois régions ont été prospectées, le lagon calédonien au nord de Yaté, le Chenal des Loyauté et la Baie du Santal à Lifou. Partout, les cyanobactéries filamenteuses du genre Trichodesmium ont été observées en grande abondance dans la couche de surface, au point d'être visibles à l'œil nu. Ces résultats confirment que la région est particulièrement propice à ces organismes. Des mesures précises de sels nutritifs et de fer ont été entreprises, et de nombreuses expérimentations ont été menées pour comprendre pourquoi les cyanobactéries prédominent à ce point dans la région, et quelles en sont les conséquences sur l'environnement.

Cyanobactérie : les cyanobactéries (du grec cyano = bleu) tirent leur nom d'un pigment accessoire bleu, la phycocyanine. Toutefois, la plupart des espèces tropicales marines sont de couleur plutôt jaune ou orangée, liée à la présence d'autres pigments accessoires dominants, les phycoérythrines. Les cyanobactéries représentent 70 à 90 % de la biomasse phytoplanctonique totale des eaux tropicales oligotrophes.

Trichodesmium : principal genre de cyanobactéries capables de former des efflorescences (des " blooms ") en milieu tropical oligotrophe, visibles à l'œil nu à la surface de la mer

Efflorescences : par analogie avec la floraison des plantes à fleurs au printemps en zone tempérée, on a coutume d'utiliser ce terme dans le cas de développements importants de végétaux planctoniques

Oligotrophe : 80 à 90 % du Pacifique tropical est oligotrophe, avec une couche de surface épuisée en sels nutritifs sur plusieurs dizaine de mètres d'épaisseur. La seule forme d'azote présente en abondance dans cette couche oligotrophe est le diazote.

Diazotrophie : processus métabolique par lequel certaines cyanobactéries parviennent à fixer le diazote N2 pour subvenir à leurs besoins azotés. La diazotrophie des Trichodesmium peut représenter jusqu'à 50 % de la production nouvelle totale des eaux tropicales oligotrophes.

Production nouvelle : mécanisme à la base de la " pompe biologique " par lequel le CO2 est piégé par l'océan. En terme d'azote, la production nouvelle utilise des composés apportés dans la couche de surface en provenance soit des couches sous-jacentes (NO3), soit de l'atmosphère (N2).

Génotypage : l'analyse consiste à séparer les espèces ou variétés par leur composition génétique. On utilise pour cela des sondes moléculaires spécifiques, basées le plus souvent sur les séquences d'ARN ribosomiques.

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Le Borgne R., J. Neveux, M. Rodier, M. Tenorio. 2002. Suivi du milieu marin en baie de Ouinné (Nouvelle-Calédonie) du 3 janvier au 14 mars 2002. Doc. multigr. Centre ORSTOM-Nouméa, sér. Archives (Sciences de la Mer, Océanographie) n° 5: 63 pp.