Les zones anaérobies de l'océan : la danse microbienne qui contrôle les émissions du puissant gaz à effet de serre N₂O

Au cœur des abysses océaniques, dans des régions totalement dépourvues d'oxygène, se déroule un processus biochimique d'une complexité cruciale pour l'équilibre climatique mondial. Une étude menée par une équipe dirigée par Xin Sun, de l'Université d'État de Pennsylvanie, a mis en lumière la manière dont les microorganismes marins présents dans ces environnements anaérobies transforment activement les nutriments en protoxyde d'azote (N₂O). Ce gaz est un agent à effet de serre extrêmement puissant, capable de retenir environ 300 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone (CO₂), et il contribue également de manière significative à l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique.

Les résultats de six semaines d'observation, effectuées dans le Pacifique Nord Tropical Oriental et publiés en 2025 dans la revue Nature Communications, ont déplacé l'attention scientifique. Auparavant axée sur les réactions purement chimiques, la recherche se concentre désormais sur la dynamique des communautés microbiennes. Les scientifiques ont déterminé que la compétition entre les divers groupes de microbes, plutôt que les seuls facteurs chimiques, constitue la principale force motrice derrière la génération de N₂O. Il a été démontré que de minimes variations dans la disponibilité de l'oxygène ou des nutriments peuvent déclencher des pics soudains et importants dans le rejet de ce gaz à effet de serre.

Afin d'illustrer la complexité de ces mécanismes, Xin Sun a utilisé une analogie parlante impliquant deux types de « points de restauration ». La Voie de réduction du nitrate (Nitrate Reduction Pathway) est comparable à une boulangerie bien établie, dont l'efficacité est maximale lorsque les nitrates sont abondants. En revanche, la Voie de réduction du nitrite (Nitrite Reduction Pathway) agit comme une boutique spécialisée, dont l'activité dépend de la quantité de nitrites, moins présents dans le milieu marin, qui « passent » accidentellement. Cette comparaison met en évidence la dépendance directe de l'émission de N₂O vis-à-vis de la présence des composants initiaux.

L'étude a également révélé une nuance fondamentale : l'augmentation du niveau d'oxygène ne se contente pas d'« éteindre » la production de N₂O. Au contraire, l'enrichissement en oxygène provoque un changement dans les populations microbiennes dominantes, qui prennent alors le relais dans le processus de génération du gaz. Comme l'a souligné Sun, l'oxygène modifie ceux qui sont « aux commandes ». De surcroît, l'ajout d'un excès de nutriments dans le système a eu pour effet de supprimer presque intégralement l'émission de gaz, en déplaçant les microbes principaux producteurs de N₂O. Cette interaction écologique et microbienne délicate est la clé de la régulation des émissions.

La compréhension de ces interactions complexes est d'une importance capitale pour l'élaboration de modèles climatiques précis. Le protoxyde d'azote, qui persiste dans l'atmosphère pendant 114 ans, est classé parmi les trois principaux gaz à effet de serre d'origine anthropique. Sa concentration a déjà augmenté de 22 % par rapport aux niveaux préindustriels. L'expansion des zones océaniques anoxiques, résultant de l'interaction entre les courants et l'activité bactérienne, ne menace pas seulement les écosystèmes marins ; elle diminue également la capacité de l'océan à absorber le CO₂, exacerbant ainsi le réchauffement climatique mondial. L'intégration de ces dynamiques microbiennes dans les modèles permettra de prédire avec plus de justesse l'impact des activités humaines sur les recoins les plus éloignés de notre planète.