Sylvain RIGAUD (UN – CHROME), Julie REGIS (UN – CHROME), Rutger DE WIT (CNRS – MARBEC)
Les sédiments de surface sont des zones où se déroulent d’importantes réactions biogéochimiques de la minéralisation de la matière organique. Entre autres, ils représentent une source interne d’éléments nutritifs pour le phytoplancton par le relargage vers la colonne d’eau du phosphore et de l’azote, principalement sous forme d’ammonium (NH4 +, voir aussi impact sur le phytoplancton, texte). L’oxygène est le premier réactif prenant part aux réactions de la minéralisation de la matière organique. Cependant, le transport d’oxygène de la colonne d’eau vers la profondeur du sédiment ne suffit pas pour pallier à sa demande par les micro-organismes aérobies. Par conséquence, à une certaine profondeur les sédiments sont anoxiques et la matière organique y est minéralisée par des microorganismes anaérobies. Dans les sédiment marins et côtiers, ce métabolisme anaérobie dépend principalement des bactéries sulfato-réductrices qui convertissent les sulfates dissous dans l’eau de mer en sulfure. Ce sulfure, peut s’accumuler ainsi dans les eaux interstitielles du sédiment et diffuser vers la surface du sédiment. Or, dans un écosystème côtier en bon état, les sulfures sont oxydés par les bactéries sulfo-oxydantes dans la couche oxique de surface du sédiment, ce qui évite ainsi leur transfert vers la colonne d’eau.
Le sulfure est hautement toxique pour la plupart des plantes et animaux, donc notamment pour les angiospermes marines avec leurs racines qui plongent dans la partie anoxique du sédiment. Cependant, ces plantes ont mis en place une stratégie de protection en assurant un transport de l’oxygène par leurs racines jusque dans la rhizosphère (partie des sédiments pénétrée par les racines), permettant ainsi d’éviter l’exposition des plantes aux sulfures.
La zostère naine (Zostera noltei) bénéficie également d’un système de protection par un réseau d’interactions mutualistes avec les bivalves du genre Loripes (famille Lucinidae), qui hébergent des bactéries sulfo-oxydantes (figure 6.12) et qui protègent la plante ainsi contre l’intrusion par le sulfure (Van Der Geest et al., 2020).
L’augmentation de la température réduit la solubilité de l’oxygène dans l’eau (voir texte), stimule la respiration aérobie et plus particulièrement la sulfatoréduction dans les sédiments (Sanz-Lázaro et al., 2011). Le changement climatique favorise ainsi la production de sulfure d’hydrogène dans le sédiment et ce phénomène est renforcé dans un contexte d’eutrophisation. Dans ces conditions le réseau des interactions mutualistes (figure 6.12) se détruit (Van Der Geest et al., 2020) et par conséquent les plantes subissent l’intrusion de sulfures toxiques dans leurs tissus causant ainsi leur mortalité. En général, la diminution de l’oxygène dans le sédiment et l’augmentation des concentrations de sulfure ont aussi un impact négatif sur l’ensemble de la faune du sédiment qui s’appauvrit en nombre d’espèces avec l’intensité de ce phénomène (Pearson et Rosenberg, 1978 ; figure 6.10).
Figure 6.12. Schéma des interactions écologiques et biogéochimiques au sein d’un sédiment d’un herbier de zostères naines (Zostera noltei).
(Source : modifié d’après Matthijs Van der Geest, MARBEC).
La production de sulfure d’hydrogène (H2S) par les bactéries sulfato-réductrices a potentiellement un impact négatif sur les plantes. Cependant, dans un écosystème en bon état une grande partie de ce sulfure est intercepté par les bivalves de la famille Lucinidae où il est détoxifié par leurs symbiontes (bactéries sulfo-oxydantes).