L'acidification des océans :les coraux méditerranéens face aux changements chimiques de l’Océan

Denis

Allemand

Photo JM Mille - AMPN

Photo R. Graille - Endoume

Changements climatiques :Réchauffement climatique ?

Plan de la Présentation

L’acidification des océans : qu’est-ce que c’est ? Les conséquences de l’AO sur les coraux

méditerranéensComment agit l’AO sur les organismes ? L’AO, une autre raison d’agir lors de la COP21 …

1L’acidification : qu’est-ce que c’est ?Réchauffement climatique - Acidification :

Deux facettes d’un même problème

La concentration de CO2 atmosphérique augmente

La concentration de CO2 atmosphérique augmente

pCO2 2015 : 400 ppm

Prévisions pour 2100 :

pCO2 : 700 - 1000 ppm

Années (avant 2005)

0500010000

CO

2(p

pm)

Effet de serreTempérature: +3°C

pCO2 1850 : 280 ppm

http://co2now.org/current-co2/co2-now/

Le CO2 se dissout dans l’eau de mer, diminuant l’effet de serre… mais provoquant d’autres effets

H2CO3

CO2

HCO3– + H+

CO32– + H+

Acide carbonique

bicarbonate

carbonate

Échange Air - Mer

CO2aq(CO2 + H2O)

H+ pH

25 millions de tonnes/ jour25 – 30 % du CO2 absorbé par l’Eau de Mer

La baisse de pH est déjà mesurableLa baisse de pH est déjà mesurable

Le pH des océans est resté stable entre 8,1 et 8,2 depuis les 25 derniers millions d'années

Le pH des océans est resté stable entre 8,1 et 8,2 depuis les 25 derniers millions d'années

Temps (millions d’années)

Mer du NordBlanckford et Gilbert 2007

Le pH de l’eau de mer diminue de 0,02 unités pH par décade depuis 1980

Adapté de Bopp et al 2013

8,0

7,7

Rappels de chimie

Gattuso 2012

Le pH est une mesure de l'acidité / alcalinité d'un

milieu (0 à 14)

Le pH est une mesure de l'acidité / alcalinité d'un

milieu (0 à 14)

La recherche sur l’Acidification des Océans: une science jeuneLa recherche sur l’Acidification des Océans: une science jeune

Adapté de Gattuso & Hansson 2011

2008

Les méthodes d’étude

Les perturbations en

laboratoire

Mésocosme de terrainEPOCA

Les expériences de

terrain

Les méthodes d’étude

Mésocosme de terrain

E-Foce

Les méthodesd’étude

Les sites naturellement riche en CO2

2Les conséquences de l’Acidification des Océans sur les coraux méditerranéens

L’Acidification des Océans : de nombreuximpactsL’Acidification des Océans : de nombreuximpacts

Adapté de

Kroeker et al 2013

Coraux et Mollusques, des cibles privilégiées

Les coraux en MéditerranéeLes coraux en Méditerranée

Madracis pharensis

Caryophyllya smithii

Balanophyllia europea

Cladocora caespitosa

Oculina patagonica

Des coraux symbiotiques similaires aux coraux constructeurs de récifs

Photos David Luquet

Les coraux en MéditerranéeLes coraux en MéditerranéeCaryophyllia inornata

Hoplongia dorotrix

Leptopsammia pruvoti

Astroides calycularis

Polycyathus muellerae

Des coraux non symbiotiques de surface

Photos David Luquet

Les coraux en MéditerranéeLes coraux en Méditerranée

Lophelia pertusa

Madrepora oculata

Dendrophyllia cornigera

Javania cailleti

Des coraux d’eau froide(coraux de profondeur)

Balanophyllia europea

Les coraux en MéditerranéeLes coraux en Méditerranée

Des formations coralligènes

Photo Stéphanie Reynaud CSM

Martin et al 2014

Les Cnidaires de MéditerranéeLes Cnidaires de Méditerranée

Très peu de données

pH 8,10 pH 7,81

- 59 %

pH 8,1

pH 7,9 pH 7,8

2013

Décalcification

Aucun effet

Fine & Tchernov Science 2007

Les effets de l’Acidification des Océans…et même une décalcification !Les effets de l’Acidification des Océans…et même une décalcification !

Oculina patagonica

Form & Riebesell 2012

Maier et al 2012Madrepora oculata

867 ppm

445 ppm

285 ppm

Lophelia pertusa

Maier et al 2009

Lophelia pertusa

Globalement,

un effet négatif

Eunicea fusca

Inhibition croissance

Des effets variables interspécifiquesDes effets variables interspécifiquesDe 0 à 85% d’inhibition selon les espèces Erez et al 2011

Des effets variables interspécifiques etintraspécifiques…Des effets variables interspécifiques etintraspécifiques…

Ou selon l’état physiologique…Ou selon l’état physiologique…

Selon l’état nutritionnel…

Reynaud et al. 2003

Cal

cific

atio

n (%

j-1)

0.8

0.2

0.4

0.6

25°C 28°C 25°C 28°CpCO2 = 380 pCO2 = 700

- 54 %

Ou selon l’état physiologique…Ou selon l’état physiologique…

Selon la température de l’eau de mer

De’Ath et al. 2009 Science

Mais globalement, on constate une diminution de la croissance récifale…

Mais globalement, on constate une diminution de la croissance récifale…

Grande Barrière

Mesure in situ

Un seuil critique vers 2150…Un seuil critique vers 2150…

CaCO3 production

CaCO3 dissolution

SeuilCritique :

pCO2~950µatm

Anderson et al. 2006

2Comment agit l’AO sur les organismes ?

Le premier problème : un problème de chimie...

2100

pH

CO2 HCO3- CO3

2-

Fo

rmes

de

carb

on

e (

%)

4 5 6 7 8 9 10 110

50

100 PRESENT

Rappels de chimie

HCO3- = 1,8 mM

CO32- = 0,2 mM

CO2 = 12 µM

2,0 mM

0,1 mM

25 µM

La conséquence :Rappels de chimie

Moins de carbonates Réduction de la calcification

CO32- + Ca2+ CaCO3

arag > 1 : eau sur-saturée (précipitation)

arag eau sous-saturée (dissolution)

: cte de solubilité

arag

Les PrévisionsLes Prévisions

Rappels de chimie

Mc Neil GRL 2004

Langdon & Atkinson (2005)

Une relation linéaire entre araget le taux decroissanceUne relation linéaire entre araget le taux decroissance

Latest model projections (IPCC AR5 WG1, 2013)

Quand Ωarag < 1 dissolution de l’aragonite

Les mers polaires pourraient devenir corrosives avant 2100

Ωarag

--

-

-

--

--

H+

Dénaturation d’une protéine (= coagulation)

Le second problème, un problème de Biochimie

Les conséquences biologiques...

Un dysfonctionnement des enzymes et autres

protéines

Biochem. J. (1998) 329, 275-282

Le pH :un régulateur majeur du fonctionnement cellulaire

Les conséquences physiologiques...

Johnson & Epel 1981

Kwast & Hand 1996

La Théorie de la saturation en aragonite

Comment agit alors l’Acidification des Océans ?

Ωarag

CaCO3

Que nous apprennent les coraux tropicaux ?

Tambutté et al. Coral Reefs 2007

Polype Coenosarc

Skeleton

Polypes coloniaux

Le squelette est toujours recouvert par les tissues

Tambutté et al. Coral Reefs. 2007

Ce tissu possèdent des jonctions restreignantl’accès de l’eau de mer au squelette

Calicoderme

Ce tissu possèdent des jonctions restreignantl’accès de l’eau de mer au squelette

Ce tissu possèdent des jonctions restreignantl’accès de l’eau de mer au squelette

Totalité des tissus

Tissus oraux (sans calicoderme)

Cell

Ions

Une distribution des jonctions membranaires différentes entre l’épithélium oral et aboral

Comment vérifier que la composition du fluide péricristallin est contrôlé ?

Squelette

Calicoderme

Stylophora pistillata cultivé sur

des lamelles de microscopie

Mesure in vivo par microscopie confocale

Microscope inversé

Mesure in vivo par microscopie confocale

Calcium carbonate crystals

100 µm

1 cm

Mesure in vivo par microscopie confocale

Mesure de l’extension linéaire du cristal par incorporatin de calcéine

Time lapse (XYT) visualisant la biominéralisation “en action”

Jaune = Épithélium calicoblastique, Rouge = fluide péricristallin

T = 0 T= 5h

Venn et al. 2011

Mesure in vivo par microscopie confocalede la croissance cristalline

Venn et al. Plos One 2011

Mesure in vivo par microscopie confocaledu pH du fluide péri-cristallin

Venn et al. 2011

pHi (cellule calicoblastique) :JourNuit 7.40± 0.09

pHe (Fluide péricristallin) :JourNuit

8.708.40

pHe (eau de mer) : 8.10

8.1

Mesure in vivo par microscopie confocaledu pH du fluide cristallin

Le composition du fluide péricristallin

est contrôlé par l’animal

Venn et al 2013 PNAS

pHi

Mesure in vivo par microscopie confocaledu pH du fluide cristallin en conditions d’Acidification des Océans

Vidal-Dupiol et al. 2013 Plos One

Mesure in vivo par microscopie confocale :Quand la transcriptomique rencontre la Physiologie

8,1 7,8 7,4 7,2

Les différentes sensibilités du corail à l’OA :Une capacité différente à réguler son site de calcification ?

2012

Des pistes d’espoir….

Comment agit l‘OA : Take-home message….

pHi

• Expression de gènes

• Activité enzymatique

• Fonctions physiologiques

5Les pistes pour l’avenir …

The Third In terna tional Workshop on t he Soc io-Ec onomic Im pac ts

HSH Prin ce Al b ert I I - © P al ai s P rin ci er

“ Bridging the Gap between Oc ean Ac idific

a

t ion

Ocean Acidificat ionIn tern ation alCo ord ination Centr eOA-ICC

A M A OA sso c

ia tion M one gas qu e s ur

l ’Ac idif icat ion des O cea n

s

partic ipants

Pour en savoir plus :www.centrescientifique.mc

Merci aux membres de l’équipe de Physiogie / Écophysiologie

Sylvie Tambutté

Alex Venn

Didier Zoccola

Éric Tambutté

Philippe Ganot

Julien Laurent

Natacha Caminiti

Michaël Holcomb

Anthony Bertucci

Natalie Techer

Jérémie Vidal-Dupiol

Aurélie Moya

Stéphanie Reynaud