L'acidification des océans dans l'Atlantique Nord-Ouest et ses effets sur les processus écosystémiques et biologiques marins

Chaque année, la surface des océans absorbe environ le tiers des émissions totales de dioxyde de carbone. Lorsque le carbone atmosphérique se dissout dans l'océan, il réagit avec les molécules d'eau et produit de l'acide carbonique. On parle alors d'acidification des océans. Les scientifiques mesurent l'acidification des eaux superficielles à l'aide de l'échelle des pH. Plus le nombre est bas sur l'échelle des pH, plus l'acidité de l'eau est grande. Depuis le début de la révolution industrielle, les océans ont absorbé d'importantes quantités de gaz à effet de serre, ce qui a entraîné une augmentation de près de 30 % de leur acidité par rapport aux mesures de pH antérieures. Cette tendance devrait se poursuivre au cours du présent siècle et accentuer l'acidification des couches océaniques superficielles où vit la plus grande partie des organismes marins dont l'être humain dépend.

Acidification et milieu biologique marin

Les effets biologiques les plus directs de l'acidification devraient se faire sentir sur les organismes marins calcificateurs, qui fabriquent une coquille ou un squelette en carbonate de calcium (CaCO3), notamment le phytoplancton, le zooplancton et d'autres invertébrés comme les mollusques, les crustacés, les oursins et les coraux. À mesure que l'acidité augmente, l'état de saturationNote de bas de page 1 du carbonate de calcium (CaCO3) diminue, ce qui rend plus difficile la formation d'une coquille protectrice extérieure par ces organismes. La diminution des taux de calcification, ou de la résistance de la coquille, pourrait causer des pertes financières considérables pour la pêche commerciale du homard, de la crevette nordique, du crabe des neiges et d'autres espèces calcifiantes.

Par ailleurs, l'acidification des océans peut réduire le taux de croissance et la taille des organismes marins, accroître le nombre d'anomalies et les taux de mortalité à des stades biologiques vulnérables, et agir sur la reproduction à divers degrés. Les conditions environnementales défavorables auront probablement plus d'impact sur les premiers stades biologiques, ce qui est susceptible de nuire aux populations et, finalement, au nombre d'adultes.

« Les conséquences de l'acidification sont plus variées et complexes que ce que l'on pensait. En effet, les impacts varieront selon la sensibilité de l'espèce, son habitat et sa capacité d'adaptation », explique Edward Trippel, chercheur de Pêches et Océans Canada (MPO) à la station de biologie de St. Andrews. Les réactions différentes des organismes pourraient avoir un impact considérable sur la biodiversité marine, la structure des communautés et la disponibilité des ressources marines.

Face à cette question, la communauté scientifique internationale, notamment Pêches et Océans Canada, a entrepris diverses activités de recherche pour surveiller l'acidification des océans et en évaluer les impacts potentiels. Ces recherches contribueront à l'élaboration de mesures d'atténuation pour les ressources marines susceptibles d'être touchées par cette menace mondiale.

Étudier les impacts sur la faune et la flore de l'Atlantique Nord-Ouest

Edward Trippel et le chercheur Michel Starr de l'Institut Maurice-Lamontagne codirigent une étude s'intéressant aux effets de l'acidification des océans sur la faune et les processus écosystémiques marins dans l'Atlantique Nord-Ouest. À l'heure actuelle, la recherche explore ses impacts sur le phytoplancton, le zooplancton (les copépodes en particulier), le homard, la morue franche et la crevette nordique. On envisage d'y inclure des études sur le crabe des neiges et éventuellement d'autres espèces.

Recherches sur le homard

« La pêche au homard est une activité économique importante au Canada atlantique. Or, la sensibilité de l'espèce à l'acidification est considérée comme élevée, car son exosquelette est très imprégné de carbonate de calcium », précise E. Trippel.

En août 2012, des chercheurs de la station de St. Andrews ont réalisé une expérience préliminaire qui consistait à exposer des larves et des juvéniles de homard à quatre taux de CO2 – 400 parties par million (ppm), soit environ les concentrations actuelles, ainsi que 800, 1 400 et 4 000 ppm – qui correspondent à différents pH. Les résultats sont préliminaires et d'autres expériences seront réalisées pour évaluer la longueur de carapace, le stade larvaire et la survie après l'exposition.

E. Trippel ajoute : « Étant donné que la carapace du homard se ramollit dans l'eau acidifiée, nous envisageons aussi d'observer le cycle de mue et les difficultés physiologiques auxquelles sont confrontés les homards à des pH plus bas ».

Les réactions de l'espèce à l'acidification devraient être complexes, car les homards « transfèrent » du calcium lorsqu'ils perdent leur carapace ou muent en cours de croissance. Avant la mue, le homard absorbe le calcium contenu dans la carapace qu'il est sur le point de quitter et le stocke dans les gastrolithes, petites concrétions calcaires se trouvant dans l'estomac. Le calcium est ensuite rapidement utilisé pour solidifier le rostre et les pattes locomotrices, de sorte que le homard puisse commencer à s'alimenter et se déplacer. Dès que le rostre durcit, le homard mange sa carapace antérieure, ce qui lui permet de solidifier son nouvel exosquelette et de quitter son abri à la recherche de nourriture.

Les futures études chercheront à mesurer la quantité de calcium emmagasinée par les homards dans les gastrolithes à différentes concentrations de CO2, le taux auquel les nouvelles carapaces de homard se calcifient ou durcissent après la mue, ainsi que les malformations, les changements de croissance et les taux de mortalité. De plus, le chercheur Kumiko Azetsu-Scott, de l'Institut océanographique de Bedford, et un étudiant des cycles supérieurs de la Dalhousie University prévoient mener une recherche concernant les impacts de l'acidification sur les homards.

Pêches et Océans Canada a entrepris d'explorer les effets de l'acidification des océans sur la faune et les processus écosystémiques marins dans l'Atlantique Nord-Ouest. À l'heure actuelle, la recherche explore ses impacts sur le phytoplancton, le zooplancton (les copépodes en particulier), le homard (ci-dessus), la morue franche et la crevette nordique. On envisage d'y inclure des études sur le crabe des neiges et éventuellement d'autres espèces.  Photo : Pêches et Océans Canada

Pêches et Océans Canada a entrepris d'explorer les effets de l'acidification des océans sur la faune et les processus écosystémiques marins dans l'Atlantique Nord-Ouest. À l'heure actuelle, la recherche explore ses impacts sur le phytoplancton, le zooplancton (les copépodes en particulier), le homard (ci-dessus), la morue franche et la crevette nordique. On envisage d'y inclure des études sur le crabe des neiges et éventuellement d'autres espèces. Photo : Pêches et Océans Canada

D'autres recherches en cours à la station biologique de St. Andrews étudient les effets de l'acidification des océans sur des larves et des juvéniles de homard (ci-dessus). Les chercheurs s'attendent à des réactions à l'acidification complexes de la part des homards, car ces derniers « transfèrent » du calcium lorsqu'ils perdent leur carapace ou muent en cours de croissance. Photo : MPO, Vicky Merritt-Carr

D'autres recherches en cours à la station biologique de St. Andrews étudient les effets de l'acidification des océans sur des larves et des juvéniles de homard (ci-dessus). Les chercheurs s'attendent à des réactions à l'acidification complexes de la part des homards, car ces derniers « transfèrent » du calcium lorsqu'ils perdent leur carapace ou muent en cours de croissance. Photo : MPO, Vicky Merritt-Carr

Morue franche

D'autres recherches de la station biologique de St. Andrews étudient l'adaptabilité de la morue franche et sa capacité de résistance à des conditions de pH bas (milieu plus acide), en collaboration avec des scientifiques et un étudiant des cycles supérieurs de l'université de Kiel, en Allemagne. En 2012, les descendants de différents parents (sept mâles et une femelle) du stock de morue franche de l'Atlantique Nord-Ouest ont été exposés à quatre taux de CO2 différents, de la fécondation à l'éclosion. Plusieurs caractéristiques des individus ont été surveillées : développement embryonnaire, malformations, succès d'éclosion et taille larvaire des différentes familles.

« L'étude a constaté que le succès d'éclosion était inférieur chez les morues exposées à de plus fortes concentrations de CO2. Des effets nocifs sur le succès d'éclosion s'observaient à partir de 800 ppm, soit le double du taux actuel », indique E. Trippel. « En comparaison, une expérience similaire réalisée dans la Baltique n'a constaté aucun effet sur le succès d'éclosion, quel que soit le taux de CO2, probablement parce que la mer Baltique est naturellement plus acide. »

L'étude a également abouti à une conclusion très significative : les descendants d'un mâle donné ont mieux supporté le faible pH que ceux des six autres mâles.

« Ceci indique pour la première fois une certaine variabilité individuelle et donc une capacité génétique chez la population actuelle de morue franche de l'Atlantique Nord-Ouest à s'adapter aux modifications du pH », ajoute E. Trippel.

L'acidification des océans n'est qu'un des agents de stress liés aux changements climatiques, et elle peut agir en combinaison avec d'autres facteurs écologiques. La faune et la flore marines seront aussi exposées au réchauffement, à l'hypoxie (manque d'oxygène dissous) et à d'éventuels changements biologiques de l'écosystème. Une étude de suivi entreprise pour évalue les impacts combinés de différents taux de CO2 à différentes températures.

L'acidification des océans aura vraisemblablement plus d'impact sur les premiers stades biologiques des organismes marins, ce qui pourrait se répercuter sur le nombre d'adultes. En 2012, des chercheurs de la station biologique de St. Andrews ont cherché à évaluer les impacts de plusieurs taux de CO<sub>2</sub> , qui correspondent à différents taux d'acidité, sur la morue franche (ci-dessus), de la fécondation à l'éclosion. En 2013, une étude de suivi évaluera les impacts combinés de différents taux de CO<sub>2</sub> à différentes températures. Photo : MPO, Shawna Wallace

L'acidification des océans aura vraisemblablement plus d'impact sur les premiers stades biologiques des organismes marins, ce qui pourrait se répercuter sur le nombre d'adultes. En 2012, des chercheurs de la station biologique de St. Andrews ont cherché à évaluer les impacts de plusieurs taux de CO2 , qui correspondent à différents taux d'acidité, sur la morue franche (ci-dessus), de la fécondation à l'éclosion. En 2013, une étude de suivi évaluera les impacts combinés de différents taux de CO2 à différentes températures. Photo : MPO, Shawna Wallace

Un des 12 mésocosmes – systèmes aquatiques expérimentaux clos –  utilisés à l'Institut Maurice-Lamontagne de Pêches et Océans Canada pour étudier la façon dont l'acidification des océans est susceptible de modifier les processus microbiens, géochimiques et autres processus écosystémiques de l'océan, notamment la survie des larves de plusieurs espèces. Photo : Pêches et Océans Canada

Un des 12 mésocosmes – systèmes aquatiques expérimentaux clos – utilisés à l'Institut Maurice-Lamontagne de Pêches et Océans Canada pour étudier la façon dont l'acidification des océans est susceptible de modifier les processus microbiens, géochimiques et autres processus écosystémiques de l'océan, notamment la survie des larves de plusieurs espèces. Photo : Pêches et Océans Canada

La recherche en mésocosme à l'Institut Maurice-Lamontagne

La diminution de la calcification, ou de la résistance des coquilles, causée par l'acidification des océans pourrait causer des pertes économiques considérables à la pêche commerciale du homard, de la crevette nordique (ci-dessus), du crabe des neiges et d'autres organismes marins calcificateurs, soit des organismes qui fabriquent leur coquille et leur squelette à partir du carbonate de calcium (CaCO<sub>3</sub>). Plus l'acidité est élevée, plus il est difficile pour ces organismes de produire leur coquille protectrice extérieure.  Photo : Thierry Gosselin.

La diminution de la calcification, ou de la résistance des coquilles, causée par l'acidification des océans pourrait causer des pertes économiques considérables à la pêche commerciale du homard, de la crevette nordique (ci-dessus), du crabe des neiges et d'autres organismes marins calcificateurs, soit des organismes qui fabriquent leur coquille et leur squelette à partir du carbonate de calcium (CaCO3). Plus l'acidité est élevée, plus il est difficile pour ces organismes de produire leur coquille protectrice extérieure. Photo : Thierry Gosselin.

En 2012, Michel Starr et Michael Scarratt, également chercheur à l'Institut Maurice-Lamontagne, ont mené la première grande étude canadienne sur l'acidification des océans en mésocosmes (systèmes aquatiques expérimentaux clos), en collaboration avec l'Institut des sciences de la mer de Rimouski de l'Université du Québec à Rimouski et l'Université Laval. Les expériences utilisaient de l'eau de mer prélevée dans l'estuaire du Saint-Laurent contenant une communauté naturelle de phytoplancton, et elles visaient à observer comment l'acidité modifie les communautés phytoplanctoniques, ainsi que la productivité, les nutriments et d'autres processus écosystémiques fondamentaux. Douze essais ont été réalisés, à différents pH, concentrations en nutriments et températures.

Les conclusions de ces expériences, qui intègrent les sensibilités de plusieurs espèces au pH et les effets indirects sur le réseau trophique, serviront à définir les facteurs liés à la sensibilité à l'acidification dans les modèles biogéochimiques et écosystémiques numériques en cours de mise au point à l'Institut.

Toujours à l'Institut Maurice-Lamontagne, le chercheur Denis Chabot étudie la réaction physiologique de la crevette nordique adulte à quatre taux de CO2 différents. Les modifications du pH peuvent notamment influer sur le métabolisme et la capacité d'un animal à alimenter ses tissus en oxygène. Ceci peut ensuite nuire au taux de croissance, à la reproduction et à la survie des organismes, mais aussi réduire leur tolérance à d'autres facteurs de stress comme la température ou l'hypoxie (manque d'oxygène dissous dans l'eau). De plus, Stéphane Plourde étudiera les impacts de ces quatre mêmes taux de CO2 sur la reproduction du copépode Calanus hyperboreus. Les deux espèces vivent dans les eaux acides et hypoxiques du fond de l'estuaire du Saint-Laurent.

E. Trippel observe que « le Canada commence à peine à étudier les impacts biologiques de l'acidification des océans. Nous avons encore beaucoup à apprendre, et l'importance de cette recherche se comprend à la lumière de la grande variété d'espèces susceptibles d'être lésées par l'acidification. En effet, certains effets à des niveaux inférieurs du réseau trophique pourraient avoir des répercussions en cascade sur l'ensemble de la chaîne alimentaire. »

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