Sylvain RIGAUD (UN – CHROME), Valérie DEROLEZ ((IFREMER – MARBEC), Marion RICHARD (IFREMER – MARBEC)
L’oxygène est indispensable à la vie dans les écosystèmes aquatiques. Ses concentrations dissoutes dans l’eau sont la résultante d’un complexe équilibre entre d’un côté, son apport par échange avec l’atmosphère et par l’activité photosynthétique des végétaux (macrophytes et phytoplancton) et d’un autre côté, sa consommation par respiration biologique (animale, végétale et microbienne) et par des réactions chimiques d’oxydation. Dans une eau de mer à l’équilibre avec l’atmosphère les concentrations en oxygène sont de 7,4 mg/L à 20 °C. Lorsque les taux de consommation excèdent les apports en oxygène, les concentrations tendent à diminuer. Les organismes marins sont plus ou moins sensibles à ces réductions de concentrations en oxygène selon leur capacité de mobilité, leur physiologie, leur relation avec le sédiment et la façon dont ils se nourrissent (régime trophique) (p. ex : Riedel et al., 2012 ; figure 6.10). Passé sous le seuil des 5 mg/L, certaines espèces subissent déjà un stress biologique. A partir de 2 mg/L, le milieu passe en conditions hypoxiques, et les espèces les plus sensibles meurent. Si les conditions se dégradent encore, la disparition complète de l’oxygène conduit à l’anoxie et à la mort de tous les organismes macroscopiques, au relargage de sulfures d’hydrogène (H2S) et à la prolifération de bactéries anaérobies. Ces phénomènes d’asphyxie entrainent la formation de « zones mortes » qui ont des impacts écologiques et socioéconomiques considérables.
Les situations hypoxiques et anoxiques peuvent se rencontrer naturellement dans les zones côtières fermées, faiblement renouvelées et/ou fortement productives. Cependant, au cours du dernier siècle, le nombre de sites côtiers impactés par ces phénomènes a doublé chaque décennie pour atteindre plus de 500 sites à l’échelle globale (Breitburg et al., 2018). L’ensemble des prédictions s’accordent pour dire que ces augmentations vont se maintenir dans le futur sous l’effet des forçages anthropiques et hydroclimatiques. Si l’eutrophisation des écosystèmes côtiers, associée à des apports excessifs en nutriments (azote et phosphore principalement), apparait comme la première cause de ces phénomènes de désoxygénation en zones côtières, les changements climatiques contribuent à l’augmentation de leur étendue, durée et amplitude (Isensee et al., 2015). La cause la plus directe est associée à l’augmentation des températures qui limite de la solubilité de l’oxygène et donc la quantité totale d’oxygène disponible pour les écosystèmes. Par exemple, l’augmentation prévue de 3,75 °C des températures en 2100 en Occitanie générera une diminution relative de 7,1 % des concentrations en oxygène dissous. Des températures plus chaudes favoriseront la consommation d’oxygène par la respiration. La diminution probable de la fréquence des épisodes de vent en période estivale limitera le brassage de la colonne d’eau et donc sa réoxygénation, pendant la saison où les concentrations en oxygène seront minimales et ses consommations maximales. Enfin, la modification de la pluviométrie et des apports d’eau douce (et nutriments) par les bassins versants aura des conséquences sur le renouvellement des eaux, la stratification de la colonne d’eau et ses échanges avec l’atmosphère ainsi que la productivité de ces écosystèmes côtiers, pouvant favoriser dans certains cas les phénomènes de désoxygénation.
A l’échelle de l’Occitanie, les phénomènes d’anoxie, appelées localement malaïgues, sont observés notamment pendant la période estivale. Si l’occurrence de ces malaïgues tend à diminuer en lien avec l’oligotrophisation (diminution du phénomène d’eutrophisation) des lagunes méditerranéennes, associée à la réduction des apports en nutriments par des politiques de gestions mises en place ces dernières années, des conditions hydroclimatiques – de moins en moins – exceptionnelles (canicule, absence de vent) tendront, au contraire, à favoriser leur apparition. La dernière importante malaïgue date de l’été 2018 et a impacté de nombreuses lagunes méditerranéennes.
Figure 6.10. Modèle général de la distribution des animaux dans les sédiments des lagunes côtières selon un gradient de concentration d’oxygène dans l’eau surnageante.
(Source : modifié d’après Sutula et al., 2014 basé sur le modèle d’origine de Pearson et Rosenberg, 1978)
Elle s’est traduite notamment par des mortalités exceptionnelles de la totalité des moules et de 30 à 60 % des huitres en exploitation dans l’étang de Thau, pour une perte estimée à 5,9 millions d’euros. Une étude récente sur l’historique des malaïgues dans l’étang de Thau depuis 1970 montre qu’une augmentation de 1 °C de la température estivale multiplie par 3 le risque de déclenchement de ces crises (Derolez et al., 2020a). La dégradation massive des chairs des organismes morts, ainsi que les modifications des réactions biogéochimiques dans les sédiments de surface, ont probablement entrainé le relargage de nutriments (et potentiellement de polluants, dans la colonne d’eau, ce qui pourrait expliquer en partie le phénomène d’eaux vertes, ayant succédé à la malaïgue dans la lagune de Thau (Lagarde et al. 2021).
Figure 6.11. Suivi en plongée de la mortalité des huitres durant une expérimentation d’anoxie (Projet ANOXIMO), réalisée à l’aide d’un mésocosme déployé dans la lagune de Thau.
(Source : crédit photo : N. Cimiterra, MARBEC, Ifremer)
Des recherches sont actuellement en cours au niveau de la lagune de Thau pour essayer de mieux comprendre les conséquences des anoxies sur les fonctionnements écologiques et biogéochimiques dans ces environnements. Ainsi des suivis in situ haute fréquence ont été initiés pour mieux comprendre les variations temporelles de l’oxygène à différentes échelles de temps (horaire, saisonnière, pluri-annuelle) dans ces lagunes, dans l’idée de pouvoir anticiper les crises. Le développement et l’utilisation d’outils innovants et la mise en place d’expérimentations (figure 6.11) permettront d’analyser l’effet de l’anoxie et des mortalités sur les organismes planctoniques, les flux biogéochimiques et les relargages de métaux et de contaminants.
Les perspectives de ces travaux sont de quantifier l’impact des forçages climatiques sur la désoxygénation actuelle et future des lagunes méditerranéennes d’Occitanie. A terme, ces travaux devraient permettre le développement de modèles hydro-biogéochimiques capables de prédire l’évolution des écosystèmes côtiers selon différents scénarios hydroclimatiques et de gestion (p. ex : apports en nutriments, conchyliculture). Ces modèles serviront d’outils d’aide à la décision pour les gestionnaires, afin d’adapter les modes de gestion de ces environnements, et tenter de limiter l’occurrence de ces phénomènes de désoxygénation au cours des prochaines décennies.