Quelque chose pompe de grandes quantités d’oxygène au fond de l’océan Pacifique, à des profondeurs où l’absence totale de lumière solaire rend la photosynthèse impossible.

Le phénomène a été découvert dans une région couverte d’anciennes formations de la taille d’une prune appelées nodules polymétalliques, qui pourraient catalyser la production d’oxygène en favorisant vraisemblablement la division des molécules d’eau. Les résultats sont enGéosciences naturelles 1publié.

"Nous disposons d'une autre source d'oxygène sur la planète que la photosynthèse", déclare Andrew Sweetman, co-auteur de l'étude et écologiste des fonds marins à la Scottish Association for Marine Science à Oban, au Royaume-Uni - bien que le mécanisme derrière cette production d'oxygène reste un mystère. Les résultats pourraient également avoir des implications pour comprendre comment la vie a commencé, dit-il, ainsi que l'impact possible de la exploitation minière en haute mer dans la région.

L’observation est « fascinante », déclare Donald Canfield, biogéochimiste à l’Université du Danemark du Sud à Odense. "Mais je trouve cela frustrant car cela soulève beaucoup de questions et n'apporte pas beaucoup de réponses."

Sweetman et ses collaborateurs ont remarqué pour la première fois quelque chose d'anormal lors de travaux sur le terrain en 2013. Les chercheurs étudiaient les écosystèmes des fonds marins dans le Horaire de Clarion-Clipperton entre Hawaï et le Mexique, qui est plus grande que l'Inde et constitue une cible potentielle pour l'exploitation de nodules riches en métaux. Lors de telles expéditions, l’équipe libère un module qui s’enfonce au fond de l’océan pour mener des expériences automatisées. Là, le module descend dans des chambres cylindriques pour sceller de petites sections du fond marin – ainsi qu'un peu d'eau de mer – et créer « un microcosme fermé du fond marin », écrivent les auteurs. L’atterrisseur mesure ensuite l’évolution de la concentration en oxygène dans l’eau de mer scellée sur des périodes pouvant aller jusqu’à plusieurs jours.

Flux d'oxygène

Sans aucun organisme photosynthétique libérant de l'oxygène dans l'eau, et avec tout autre organisme consommant le gaz, les concentrations d'oxygène dans les chambres devraient lentement diminuer. Sweetman l’a observé dans les études qu’il a menées dans les régions des océans Austral, Arctique et Indien, ainsi que dans l’Atlantique. Les écosystèmes des fonds marins du monde entier doivent leur existence à l’oxygène transporté depuis la surface par les courants et mourraient rapidement s’ils étaient coupés. (La majeure partie de cet oxygène provient de l’Atlantique Nord et est transportée vers les profondeurs des océans du monde par un « tapis roulant mondial ».)

Mais dans la zone Clarion-Clipperton, les instruments ont montré que l'eau coupée devenait plus riche, et non plus pauvre, en oxygène. Au début, Sweetman a attribué les lectures à une erreur du capteur. Mais le phénomène s’est produit à plusieurs reprises lors d’expéditions ultérieures en 2021 et 2022 et a été confirmé par des mesures utilisant une technique alternative. « Soudain, j'ai réalisé que pendant huit ans j'avais ignoré ce nouveau processus potentiellement étonnant, à 4 000 mètres de profondeur au fond de l'océan », explique Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

La quantité d'oxygène produite n'est pas petite : le gaz dans les chambres atteint des concentrations supérieures à celles des eaux de surface riches en algues, explique Sweetman. Aucune des autres régions examinées par Sweetman ne contenait de nodules polymétalliques, ce qui suggère que ces roches jouent un rôle important dans la production de cet « oxygène sombre ».

Pour tester cette hypothèse, l'équipe a reproduit les conditions trouvées sur le fond marin dans un laboratoire de son navire. Ils ont surveillé des échantillons prélevés sur le fond marin – y compris des nodules polymétalliques – et ont constaté que les concentrations d'oxygène augmentaient, au moins temporairement. "Ils commencent à produire de l'oxygène jusqu'à un certain point. Puis ils s'arrêtent", explique Sweetman - probablement parce que l'énergie qui entraîne la division des molécules d'eau est épuisée. Cela pose la question de savoir d’où vient cette énergie. Si les tubercules eux-mêmes faisaient office de batteries, générant de l'énergie grâce à une réaction chimique, ils seraient épuisés depuis longtemps.

Potentiel électrique

Mais les nodules pourraient servir de catalyseurs, permettant la division de l’eau et la formation d’oxygène moléculaire. Les chercheurs ont mesuré les tensions à la surface des tubercules et ont découvert des différences de tension allant jusqu'à 0,95 volt. Bien que cela ne soit pas tout à fait proche des 1,5 volts nécessaires pour diviser une molécule d'eau, des tensions plus élevées pourraient en principe être générées, de la même manière que les tensions des batteries peuvent être doublées en connectant deux batteries en série, explique Sweetman.

Le co-auteur Franz Geiger, chimiste à l'Université Northwestern d'Evanston, dans l'Illinois, affirme qu'il n'est toujours pas clair si la réaction produit également de l'hydrogène moléculaire - ce qui se produit dans les réactions d'électrolyseurs industriels grâce à un catalyseur - ou libère des protons dans l'eau tout en poussant les électrons restants ailleurs. Mais cette compréhension pourrait à terme avoir des applications utiles, dit-il. "Il existe peut-être un modèle sur les fonds marins qui pourrait nous aider à fabriquer de meilleurs catalyseurs."

Eva Stüeken, biogéochimiste à l'Université de St Andrews, au Royaume-Uni, affirme que les résultats pourraient également avoir des implications pour les propositions visant à rechercher la signature d'une vie possible dans le spectre lumineux des planètes extrasolaires. "La présence d'O2« Les gaz présents sur d’autres planètes doivent peut-être être interprétés avec davantage de prudence », dit-elle.

Sweetman dit qu'avant de commencer l'exploitation minière en haute mer, les chercheurs devraient cartographier les zones où l'oxygène est produit. Autrement, les écosystèmes devenus dépendants de cet oxygène pourraient s’effondrer si les nodules étaient éliminés. "Si de grandes quantités d'oxygène sont produites, cela pourrait être important pour les animaux qui y vivent."