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Environnement

Ce labo qui recrée les grandes profondeurs marines

16-05-2019

Bien que l’étoile de mer Hippasteria phrygiana vive dans les profondeurs, elle arrive à repérer sa nourriture grâce à des yeux situés au bout de chacun de ses bras. Elle peut d’ailleurs retrousser le bout de ses bras à 90° pour agrandir son champ de vision.

Nichée sur une falaise de Terre-Neuve, une équipe recrée les grandes profondeurs marines en laboratoire pour en étudier la faune, qui n’a pas peur du noir. Elle vogue de surprise en surprise.

Guillaume Caulier a du mal à nous montrer la dernière photo d’Henri, classée dans un dossier de son ordinateur; l’émotion est encore vive. «Je prends sur moi!» assure le chercheur postdoctoral de l’Ocean Sciences Centre de l’Université Memorial à Terre-Neuve, situé tout près de Saint John’s.

Le cliché lui rappelle ce jour où Henri, un poulpe recueilli à 450 m de la surface en décembre 2018 au large de la province atlantique, avait disparu de son aquarium. C’était la panique, car «tout le monde s’était pris d’affection pour lui, raconte le Belge d’origine. J’ai finalement compris qu’une étoile de mer l’avait avalé; un petit bout d’Henri sortait de sa bouche». En témoigne la photo du drame, qui a anéanti tout espoir de revoir le poulpe.

Une étoile de mer peut donc manger un poulpe? Voilà une observation rendue possible grâce au laboratoire unique d’Annie Mercier, une Québécoise établie à Terre-Neuve depuis 2005. Il est logé dans l’Ocean Sciences Centre, qui ressemble à un hybride entre un bateau en bois à hublots et un vaisseau spatial à compartiments fraîchement posé sur la falaise pour profiter de la vue. Mais ce qui le rend véritablement singulier, c’est qu’il abrite des animaux des grands fonds océaniques encore bien vivants.

La collecte de ces spécimens méconnus se fait grâce à un partenariat avec Pêches et Océans Canada, qui réalise annuellement des missions au large de Terre-Neuve, au chalut, pour suivre les stocks de différentes espèces. L’équipe d’Annie Mercier se greffe à une mission qui cible les profondeurs et profite des captures accidentelles d’invertébrés pour garnir ses aquariums. «Sur le Teleost [le chalutier], on trouve de grands bassins qui nous permettent de recueillir des organismes et de les garder en vie tout le long de la mission [qui dure environ deux semaines]», explique la chercheuse.

Pêche fructueuse

C’est Guillaume Caulier qui a participé à la dernière pêche, en décembre passé, au nom de l’équipe. «Je dormais trois heures par nuit, car je ne voulais rien manquer!» Ce fut payant. Il a rapporté 120 animaux vivants et une autre centaine congelée ou préservée. Dans le lot : des échinodermes (étoiles de mer, ophiures, oursins), des cnidaires (coraux, méduses, anémones), des mollusques (gastéropodes et Henri), ainsi que des éponges coloniales, des bryozoaires, des tuniciers, des vers et des arthropodes.

Tous proviennent des grands fonds qui, selon la définition la plus largement acceptée, commencent à 200 m. «Ça correspond au début de la pente continentale, là où la profondeur s’accroît rapidement, indique Annie Mercier. D’autres délimitent plutôt le concept à partir de la noirceur. Mais cette dernière dépend de la quantité de plancton, qui obstrue la lumière plus ou moins vite. Ici, au large de Terre-Neuve, la visibilité est bonne et la zone mésopélagique peut donc s’étirer facilement jusqu’à 800 m. Bien qu’il y fasse complètement noir, on peut encore détecter des photons.»

Le plus gros de la vie sur la planète se trouverait sous la barre des 200 m. Des chercheurs ont avancé le chiffre de 10 millions d’espèces. Il faudra être patient pour confirmer ces dires, car étudier ce qui vit loin de la surface est très difficile. «Mais surtout hallucinant!» ajoute Jean-François Hamel, qui est le plus proche collaborateur scientifique d’Annie Mercier, et son conjoint.

«Quand on plonge un sous-marin à deux ou trois kilomètres de profondeur et qu’on regarde les images, c’est absolument affolant! On découvre des jardins de coraux et d’éponges d’une coloration incroyable, de bleu à jaune fluo en passant par le rose. On se demande pourquoi ces organismes ont besoin de ces couleurs dans la nuit totale! Sans compter l’extraordinaire diversité de formes. On a travaillé, il y a quelques années, sur des concombres de mer des grandes profondeurs qui sont transparents comme le verre. On peut voir leurs organes.»

Les tourtereaux se sont rencontrés en 1992, au bord de l’eau bien sûr, alors qu’ils étaient étudiants en océanographie à l’Université du Québec à Rimouski. «Le lendemain, on avait des idées de collaboration; une semaine après, on avait des projets en cours; et moins d’un mois ou deux plus tard, on trouvait un moyen d’obtenir des organismes issus des profondeurs qu’on allait garder à la Pointe-au-Père», dit le chercheur, qui s’essouffle en parlant à force d’enthousiasme. Le duo fusionnel a ensuite voyagé à travers le monde, de projet en projet, avant de s’établir à l’Université Memorial, où il a affiné ses techniques pour conserver des animaux du fond de la mer dans des bassins appelés «mésocosmes». Ils sont aussi connus pour leurs travaux concernant les concombres de mer.

Et la pression?

«Passe-moi le squeegee.» Annie Mercier lève le panneau noir qui bloque la lumière sur l’un des deux aquariums des profondeurs. Elle essuie la condensation accumulée sur la vitre, conséquence d’une eau maintenue à -1 °C. «Elle est pompée dans la baie, à 35-40 m sous la surface, donc elle demeure froide à longueur d’année, mentionne-t-elle. La stabilité de la température est ce qui est le plus important pour les organismes.»

Un aperçu de la vie dans la noirceur marine apparaît. Impossible de ne pas avoir une pensée pour William Beebe, le premier biologiste à être descendu dans les grandes profondeurs à bord d’une bathysphère il y a près de 90 ans. Dans le bassin, la vase et les roches recréent les fonds marins, où une anémone fait figure de doyenne, là depuis des années. Un petit corail mou se dresse fièrement, un buccin passe le temps. Une étoile de mer qui semble faite de feutrine rose surplombe une araignée de mer.

C’est dans ce bassin de 600 litres que vivait Henri. Sa prédatrice orange s’y trouve encore, toute repliée; est-ce la honte? Il ne faut pas conclure de l’incident que les étoiles abyssales mangent régulièrement des poulpes. «Henri était probablement trop affaibli pour se sauver», déclare Guillaume Caulier, rappelant qu’un poulpe se déplace bien plus vite qu’une étoile de mer.

Cet état de faiblesse témoigne avant tout de la difficulté à rapporter des organismes vivants jusqu’au laboratoire. Le trajet représente une véritable épopée. Le filet qui les a attrapés et traînés au fond de l’eau est une première épreuve, tout comme le changement draconien de pression qu’ils subissent. Sous l’eau, chaque tranche de 10 m de profondeur ajoute l’équivalent de la pression atmosphérique. Henri vivait donc, dans sa première vie, avec une pression 46 fois plus importante que sur le rivage. D’ailleurs, beaucoup de poissons se vident carrément de leurs organes à la remontée, sous l’effet de la dilatation des gaz.

Mais les mésocosmes sous nos yeux ne sont pas pressurisés pour autant, bien que l’Ocean Sciences Centre possède le matériel pour le faire. «Les invertébrés marins vivent très bien sans la pression à laquelle ils sont habitués, affirme Annie Mercier. On ne peut pas dire que ça ne les affecte pas, mais ils passent outre assez rapidement.» Ils se nourrissent, se déplacent, grandissent, se reproduisent.

Cela permet d’ailleurs de s’interroger sur qui est apparu en premier au cours de l’évolution : les bestioles des profondeurs ou celles des côtes? Qui a colonisé quoi? Une revue des études expérimentales sur le sujet est en cours, réalisée par une étudiante.

«Garder les yeux ouverts, c’est tout ce qu’il faut pour écrire des papiers époustouflants», assure Jean-François Hamel, qui passe beaucoup de temps entre les divers aquariums avec les étudiants. Car en plus des bassins des profondeurs, le laboratoire comprend des bassins occupés par des espèces côtières.

Galerie

Ce labo qui recrée les grandes profondeurs marines

Une autre gourmande

C’est une simple anecdote qui a lancé, ces derniers mois, un projet de recherche sur les ophiures des profondeurs, une espèce proche des étoiles de mer, mais dont les cinq bras sont longs et fins. Tout a commencé par une ponte mystérieuse observée par Guillaume Caulier dans l’un des bassins. «Dans ces cas, on se demande qui est la mère. On savait que c’était un gastéropode, mais de quelle espèce? On a installé une caméra en espérant voir la mère pondre de nouveau», raconte le chercheur.

L’équipe a été déçue. Non seulement la femelle n’a pas pondu sous l’œil de la caméra, mais une ophiure a engouffré la ponte! «On pensait que cette espèce faisait uniquement de la filtration, captant des particules, pas qu’elle pouvait manger des œufs!» explique Fanny Volage, une étudiante à la maîtrise de l’Université de Bretagne-Occidentale en stage à Terre-Neuve. Au moment de notre visite, elle mettait la dernière main au protocole de son projet, qui comparera l’alimentation des ophiures côtières avec celle des ophiures des profondeurs de façon expérimentale, mais aussi à l’aide d’analyses isotopiques et d’analyses du contenu de l’estomac d’ophiures effectuées directement après leur capture.

Le laboratoire a un intérêt certain pour la reproduction et a ainsi été le premier témoin de la «planulation» d’un corail des profondeurs, sorte d’accouchement. Pour ce faire, pendant un an, les chercheurs ont observé 28 colonies de deux espèces récoltées grâce au bras articulé d’un robot sous-marin. «Beaucoup de coraux des profondeurs couvent, c’est-à-dire qu’au lieu de libérer les œufs et le sperme, qui se mélangent ensuite comme chez les coraux des tropiques, ils procèdent par une fertilisation interne dans le polype, détaille Annie Mercier. L’œuf s’y divise, devient un embryon, puis une larve que le polype relâche.» Des travaux qui ont été publiés dans Coral Reefs en 2009.

En notant les dates de ponte de divers organismes des profondeurs, l’équipe a pu documenter, en 2011, le fait qu’au moins six espèces de deux embranchements suivent les phases lunaires, même s’ils ne voient jamais la lueur du jour. «On est incapables de dire comment ils font, souligne Annie Mercier. Peut-être est-ce l’effet de la gravité, des champs magnétiques, toutes sortes de choses qu’on ne perçoit pas vraiment, mais que ces organismes semblent être en mesure de détecter? À moins qu’ils suivent le rythme de la productivité des espèces vivant près de la surface?»

Autre réalisation : l’équipe a mesuré les taux de filtration de deux espèces d’éponges de mer des profondeurs et a relevé les facteurs qui influencent ces taux, comme le pH et la présence d’un prédateur. En cessant de s’alimenter, elles éviteraient de propager leur signature chimique et d’attirer l’ennemi. Ou encore, elles garderaient leur énergie pour se défendre, car les éponges ont des métabolites secondaires toxiques. Ces molécules pourraient d’ailleurs être utiles en médecine. «Les océans représentent actuellement le plus grand réservoir de biomolécules inconnues. Beaucoup de scientifiques et d’industries partent explorer cet eldorado en extrayant et en caractérisant les molécules produites par les organismes marins», dit Guillaume Caulier, qui se spécialise justement dans les communications chimiques entre les organismes.

Des milliers d’images

Le groupe a bien d’autres occupations en plus de regarder les bassins. Il analyse entre autres des images captées par des sous-marins téléguidés. Grâce aux spécimens rapportés congelés de missions dans le chenal laurentien au large des provinces atlantiques entre 2005 et 2010, ses membres ont découvert que les larves de sébaste vivent sur cinq espèces de plumes de mer (des coraux mous) des profondeurs, ce qui laisse penser qu’il s’agit d’un habitat essentiel pour le poisson. Plusieurs refuges marins ont d’ailleurs été créés par le gouvernement fédéral pour protéger coraux et éponges des engins de pêche qui touchent ou raclent le fond de la mer.

L’équipe utilise, autant que possible, plusieurs techniques afin de confirmer en milieu naturel leurs trouvailles faites en laboratoire. Car il est évident que la vie en mésocosme est différente de la réalité. Mais les ROV (des sous-marins téléguidés) aussi ont leurs limites : «Ils ne permettent d’avoir qu’une photo d’une journée dans la mer, illustre Annie Mercier. Et leurs grosses lumières et la vibration créent un biais : ils attirent ou repoussent certaines espèces.»

C’est pourquoi Brittney Stuckless, une étudiante à la maîtrise originaire de Deer Lake, à Terre-Neuve, a épié différents animaux dans des bassins isolés grâce à des lampes et des caméras infrarouges. Elle s’intéresse particulièrement à la compétition entre les espèces et les individus pour de la nourriture. Elle a bien ri, cet hiver, lors de l’analyse des milliers de photos obtenues.

«On pense que les plus gros gagnent toujours, mais c’est faux, tranche la scientifique en formation. J’ai vu plusieurs petites étoiles de mer intimider des gastéropodes! Elles montaient sur leur coquille et les agaçaient tellement que les gastéropodes finissaient par partir! Il y a aussi une petite étoile qui ne se laissait pas du tout impressionner par une plus grosse qui la poussait dans l’espoir de manger l’œil d’un saumon mort.»

Il reste tant à comprendre, à explorer dans les profondeurs, surtout dans un contexte de changements climatiques et d’acidification des océans. Des chercheurs ont émis l’hypothèse que les animaux abyssaux seraient plus à risque que les autres devant ces perturbations, puisqu’ils sont confrontés à moins de fluctuations. Voilà un autre sujet qui retient l’attention d’Annie Mercier et de Jean-François Hamel, qui reconnaissent du même souffle que leur terrain de jeu est très, très vaste, alors que le milieu universitaire invite plutôt les scientifiques à se spécialiser. En se penchant sur les invertébrés marins, ils se trouvent à étudier plusieurs embranchements animaux. «Les gens pensent que tout ce qui se trouve sous l’eau se ressemble, fait remarquer Annie Mercier. Mais quand il est question d’un corail et d’une éponge, c’est aussi différent qu’un humain et une crevette.»

Les deux chercheurs se plaisent à dire que leurs travaux «n’ont pour limite que [leur] immense curiosité». Immense comme les fonds océaniques.

Autres labos, autres techniques

Les abysses suscitent la curiosité de bien d’autres chercheurs. Dans l’ouest du Canada, des installations câblées fournissent d’autres types de données sur la faune des profondeurs. Les observatoires sous-marins VENUS et NEPTUNE, qui font partie de l’Ocean Canada Network (ONC), comprennent plusieurs stations séparées par des dizaines de kilomètres et équipées de multiples capteurs et caméras. Ils comptent également sur une sentinelle, Wally, un engin sous-marin à chenilles qui parcourt leur territoire en permanence.

C’est pour étudier les rythmes qui régissent la vie de la langoustine commune que le chronobiologiste Jacopo Aguzzi a eu recours à ces outils dans le passé. Il a agi comme responsable du volet de la vie marine de l’ONC entre 2016 et le début de 2019.

Basé à l’Institut des sciences marines en Espagne, il collabore présentement avec des collègues européens dans le but d’installer un véhicule comme Wally à 2,5 km de profondeur dans la mer Méditerranée. Ces appareils «peuvent utiliser des caméras haute définition et des lampes de lumière blanche, mais nous aimerions plutôt employer une caméra très sensible qui fonctionne sans éclairage et qui détecte la bioluminescence». Cela permettrait d’avoir une meilleure idée des espèces qui vivent dans les profondeurs et de connaître les facteurs qui influencent la distribution des populations.

«On pourrait aussi recourir à des caméras acoustiques [qui reconnaissent la présence d’organismes grâce à la réflexion des ondes sonores sur eux], indique le chercheur. Elles permettent de discriminer les espèces en se fondant sur leur morphologie, mais pas sur leur couleur.»

Pour sa part, la chercheuse en écologie marine de l’Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer Marjolaine Matabos s’intéresse à la biodiversité associée aux sources hydrothermales. Pour brosser le tableau global de cette faune, elle récolte des organismes quand elle est en mer afin de les identifier et les conditionne dans de l’alcool ou du formol pour les rapporter au laboratoire en vue de procéder à diverses analyses. Elle se sert également des sous-marins téléguidés pour obtenir des images, une technique qui lui permet de couvrir une grande distance, «des centaines de mètres carrés plutôt que quelques mètres carrés pour l’échantillonnage».

Pour analyser la vaste quantité d’images issues des profondeurs, la biologiste a conçu en 2017 un jeu ouvert à tous : Espions des grands fonds. «C’est inconcevable de tout analyser sans aide, explique-t-elle. Nous avons aujourd’hui 1 300 joueurs inscrits et plus de 600 participants actifs qui ont annoté 20 000 images.» Elle espère qu’il sera possible, un jour, d’automatiser ce travail fastidieux. Le jeu vaut assurément le détour, pour visiter ces milieux de vie bien particuliers sans trop se mouiller.

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