Photo: NOAA Ocean Exploration, 2021 North Atlantic Stepping Stones: New England and Corner Rise Seamounts
Des scientifiques ont découvert que de l’oxygène était produit au fond des océans… par de simples cailloux. Voilà qui pourrait bouleverser notre vision de la vie sur Terre, et contrecarrer les plans des industries minières.
À cette profondeur, l’obscurité est totale. Mais si on y voyait quelque chose, les plaines du fond des océans nous apparaîtraient comme des déserts sans intérêt. Imaginez : des milliers de kilomètres carrés de boue parsemés de galets sombres, à plus de 3000 mètres sous la surface, où règnent une pression colossale et un froid inhospitalier.
Pourtant, ces plaines abyssales, que l’on trouve en particulier dans les océans Pacifique et Indien, sont hautement convoitées. Car leurs galets sombres sont en fait des « nodules polymétalliques », des concrétions rocheuses de 5 à 20 cm de diamètre qui se sont formées avec une lenteur infinie, un peu comme des stalactites rondes grossissant par couches concentriques. Ils ont accumulé pendant des millions d’années, micromètre par micromètre, des minéraux dissous dans l’eau : manganèse, nickel, cobalt, mais aussi terres rares, molybdène et lithium.
Autrement dit, ce sont des pépites bourrées de métaux et de minéraux critiques, très prisés des industries, notamment pour la fabrication de batteries. Ils font rêver les compagnies minières : depuis des années, des programmes d’exploration sont en cours pour trouver des moyens de ramasser ces « batteries rocheuses », comme on les surnomme.
Or on ne pensait pas si bien dire ! Car ces cailloux pourraient effectivement être… de véritables piles. Loin d’être inertes, les nodules produiraient en effet de l’oxygène, en générant un courant électrique suffisamment fort pour dissocier les molécules d’eau (H2O) en oxygène et en hydrogène. Du jamais vu !
Cette découverte est déroutante : jusqu’à maintenant, on pensait que seule la photosynthèse, effectuée grâce à la lumière par les cyanobactéries, les algues et les plantes, pouvait enrichir l’environnement en oxygène. De l’oxygène « noir », produit dans l’obscurité, « c’est vraiment une surprise », s’exclame Anna Metaxas, professeure au Département d’océanographie de l’Université Dalhousie, à Halifax. Elle n’a pas participé à cette étude, publiée dans Nature Geoscience à l’été 2024, mais fait partie de la communauté scientifique spécialiste des fonds marins très « intriguée » par la nouvelle.
Même chose pour Verena Tunnicliffe, biologiste marine renommée et professeure à l’Université de Victoria. « Nous essayons encore de saisir les implications de cette découverte », déclare-t-elle, prudente.
Oups, une erreur ?
Pour mieux comprendre, il faut plonger dans la zone de Clarion-Clipperton, une plaine abyssale située dans l’océan Pacifique entre l’Amérique centrale et Hawaï, et dont la superficie équivaut à la moitié de celle du Canada. C’est là que l’on trouve le gisement de nodules le plus prometteur pour l’exploitation minière – 21 milliards de tonnes prêtes à être ramassées. Et c’est là qu’une équipe internationale, menée par Andrew Sweetman, professeur d’écologie à l’Association écossaise des sciences océaniques, s’est arraché les cheveux pendant une dizaine d’années.
Son but était d’étudier l’écosystème peu accessible des grands fonds (micro-organismes, crustacés, anémones…). Ce chercheur et ses collègues utilisent pour cela des sortes de boîtes hermétiques, qui se scellent au fond de l’eau et y mesurent les échanges gazeux – des « chambres benthiques ». On savait déjà qu’il y a de l’oxygène au fond de la mer : il est produit en surface par le phytoplancton, puis se dissout, notamment dans les eaux froides, qui peuvent contenir deux fois plus d’oxygène que les eaux chaudes. Les eaux froides, plus denses, coulent en profondeur. L’oxygène qu’elles contiennent permet aux écosystèmes abyssaux de respirer.
Mais, en 2013, l’équipe écossaise remarque une augmentation du taux d’oxygène dans plusieurs de ses dispositifs scellés sur les nodules. Toutes les études réalisées jusqu’alors dans cette zone avaient montré que l’oxygène est consommé par les organismes – le taux dans la boîte était donc censé diminuer.
Convaincu qu’il s’agit d’une erreur de mesure ou d’un défaut du matériel, Andrew Sweetman renvoie les capteurs de gaz plusieurs fois au fabricant. Il réitère l’expérience pendant 10 ans, au fil de plusieurs expéditions, et multiplie les contrôles pour s’assurer qu’il n’y a pas d’erreur. « Ces étranges accumulations d’oxygène continuaient d’apparaître », relate-t-il dans un communiqué lors de la publication des résultats. Le constat semble indéniable : de l’oxygène est « fabriqué » au fond de l’eau, sans la moindre lumière. Et il émane des nodules.
« L’équipe a été très prudente, mais Andrew Sweetman a fini par être suffisamment sûr de lui pour publier les résultats », explique Anna Metaxas.
En poussant les analyses au laboratoire, l’équipe a mis en évidence l’existence d’une tension électrique à la surface de certains nodules. Celle-ci ne dépasse pas les 0,95 volt. Or, pour électrolyser de l’eau de mer, on estime qu’une tension de 1,5 volt est nécessaire – l’équivalent d’une pile AA. Selon l’équipe, la présence de plusieurs nodules électrisés côte à côte pourrait toutefois suffire à faire augmenter le voltage et à briser les molécules d’eau. Reste à comprendre d’où sort cette tension… L’étude avance que les ions métalliques présents dans les différentes couches des nodules pourraient s’échanger des électrons, et donc générer un courant.
Une quantification impossible
« Évidemment, il reste beaucoup de questions non résolues. De plus, la production d’oxygène n’est pas continue… on ne peut pas prendre ces résultats et les multiplier par la surface des champs de nodules pour généraliser ! » avertit Anna Metaxas.
Impossible, donc, d’estimer les quantités d’oxygène qui pourraient être générées par ces surprenants cailloux. « Les données montrent que la production se stabilise peu à peu dans la chambre benthique, donc quelque chose la ralentit. Selon les auteurs, il se pourrait que la production d’oxygène soit faible, sauf lorsqu’une perturbation importante se produit », indique la biologiste Verena Tunnicliffe. Le fait de remuer ces paysages immobiles depuis des milliers d’années, en dépoussiérant les nodules de leur couche de sédiments lors de la descente des chambres hermétiques, aurait donc pu contribuer à « réveiller » l’électrolyse.
« Mais même une faible production d’oxygène dans un lit de nodules non perturbé aurait probablement un effet important sur l’activité microbienne, reprend la chercheuse. Plus d’oxygène signifie plus d’énergie disponible pour la croissance et la production de nourriture. L’oxygène est la monnaie d’échange clé pour soutenir la vie et les réactions chimiques dans l’océan. S’il existe une production d’oxygène dans les fonds marins, cela modifiera assurément notre vision des abysses. »
Les mesures effectuées sur les nodules ont montré l’existence d’un courant en surface. Photo: Camille Bridgewater/Northwestern University
Notre vision des abysses, et même notre vision des origines de la vie ! Si l’oxygène peut naître d’un caillou, on peut imaginer que des formes de vie complexes auraient pu évoluer tout au fond des océans, plutôt que d’apparaître en surface grâce à l’oxygénation effectuée par les premières cyanobactéries. Ce phénomène pourrait-il aussi exister ailleurs dans le Système solaire, par exemple dans les océans d’Europe ou d’Encélade, lunes glacées de Jupiter et de Saturne ? Voilà qui ouvre un nouveau champ des possibles…
Chose certaine, si la production d’oxygène abyssale est confirmée par d’autres études, elle bouleversera nos certitudes. « Est-ce que ça remet en question nos hypothèses sur l’émergence de la vie ? À ce stade, je ne peux pas vous le dire, mais qui sait ? » lance Anna Metaxas avec enthousiasme. Elle est persuadée que cette hypothèse donnera lieu à de fascinantes investigations. « Je ne suis pas surprise qu’on découvre des choses inattendues dans les abysses, encore largement inexplorés. Je vous rappelle qu’on ne connaît l’existence des sources hydrothermales que depuis 1977 ! » Ces sources d’eaux chaudes, hyper-riches en minéraux, abritent des communautés biologiques remarquables, qui y trouvent une source d’énergie chimique pour croître. Leur découverte, dans un lieu que l’on pensait sans vie, a bousculé notre vision des océans et donné lieu à de nombreuses campagnes d’exploration biologique.
Les nodules métalliques qui laisseraient s’échapper des bouffées d’oxygène, au point peut-être de soutenir activement la vie sur place, porteraient le même message : le fond des océans n’est pas si inintéressant ni imperturbable qu’on le pense.
Des résultats qui dérangent
Et c’est bien ce qui déplaît à The Metals Company. Cette société d’exploration minière sous-marine, basée à Vancouver, a financé en partie les recherches d’Andrew Sweetman dans la zone de Clarion-Clipperton. Depuis plusieurs années, elle explore activement cette plaine, et compte obtenir dès que possible un permis d’exploitation commerciale. Sans surprise, l’entreprise est montée au créneau dès que l’équipe écossaise a annoncé ses résultats, et elle a publié une réfutation immédiate sur un site de pré-publication. Selon les auteurs, la méthodologie employée par Sweetman est mauvaise, les résultats sont incohérents et les analyses, incomplètes.
« Tous les scientifiques ont réagi avec curiosité et excitation à l’article de Sweetman. Les gens de The Metals Company, eux, ont évidemment été embêtés par le fait que quelque chose de spécial pouvait se dérouler au fond de l’eau », constate Anna Metaxas.
Le questionnement scientifique est toutefois légitime, comme en témoigne Matthias Haeckel, biogéochimiste marin au centre de recherche océanographique GEOMAR Helmholtz, en Allemagne. Son équipe mène depuis longtemps le même type de recherches que celles d’Andrew Sweetman, avec des enceintes hermétiques similaires, dans le cadre du projet européen MiningImpact. « Nous n’avons jamais observé de production d’oxygène lors de nos déploiements », dit-il.
Selon lui, il reste des doutes sur la validité des mesures. « De l’air aurait pu se retrouver piégé sous le couvercle de la chambre benthique, et se dissoudre dans l’eau, en créant un profil d’augmentation semblable à celui trouvé par Andrew », avance-t-il. Par ailleurs, cette histoire de courant un peu trop faible pour l’électrolyse est problématique…
Quant à l’importance biologique de cet oxygène « noir », elle reste à débattre, dit-il. « Si une surface de nodule propre est nécessaire pour la production d’oxygène, la question est de savoir dans quelle mesure cela se produirait dans un environnement naturel », c’est-à-dire sur des nodules non perturbés. « Quoi qu’il en soit, trouver dans la nature une voie de production d’oxygène indépendante de la lumière serait sensationnel. Il est maintenant important que d’autres scientifiques puissent confirmer ou infirmer l’observation d’Andrew. » L’une des pistes : mesurer la présence éventuelle d’hydrogène, un gaz qui se dégage en même temps que l’oxygène lors de l’électrolyse de l’eau. « Je suppose que la démarche prendra quelques années, car la recherche en eaux profondes est coûteuse, et les zones ne sont pas facilement accessibles. Notre prochaine expédition dans la zone de Clarion-Clipperton aura lieu dans 2 ou 3 ans seulement… Andrew fera partie de la prochaine phase de MiningImpact, et nous prévoyons comparer nos méthodologies », explique Matthias Haeckel.
En fait, cette histoire intrigante illustre à merveille le fonctionnement de la science, se plaît à répéter Anna Metaxas. « Personne, et surtout pas les scientifiques à l’origine de cette publication, n’affirme détenir la vérité. En recherche, personne n’a ce type de confiance ! L’hypothèse est maintenant lâchée dans la nature, et il va falloir que plusieurs personnes la testent, à plusieurs endroits et avec plusieurs méthodes. C’est ça, la science. »
En attendant, la possibilité d’un oxygène noir devrait suffire à protéger ces précieux champs de nodules, porteurs d’une histoire de plusieurs millions d’années… C’est ce que plusieurs délégations étatiques, organisations écologistes et scientifiques ont fait valoir l’été dernier, lors d’une réunion de l’Autorité internationale des fonds marins, l’agence des Nations unies qui contrôle la prospection et la future exploitation minière dans les eaux internationales.
« Cette découverte souligne à tout le moins la nécessité d’une science bien menée et d’un travail plus approfondi, pour comprendre les conséquences de l’exploitation minière avant que celle-ci ne débute, affirme Verena Tunnicliffe, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les grandes profondeurs océaniques. On a si souvent fait l’inverse dans notre histoire. » Espérons que la science primera sur les profits.
La menace de l’industrie minière
Pour ramasser les milliers de tonnes de nodules qu’elle convoite, The Metals Company compte utiliser un véhicule autonome, muni d’une sorte d’aspirateur qui enverrait les roches sur un bateau.
Cette procédure, dont les répercussions sont impossibles à évaluer précisément, pourrait soulever une colonne de sédiments qui s’étendrait sur des centaines de kilomètres, ce qui perturberait les écosystèmes abyssaux et potentiellement ceux de la colonne d’eau au-dessus. Et libérerait peut-être, du même coup, d’immenses quantités de carbone qui reposent tranquillement au fond de l’eau. C’est en tout cas ce que craignent nombre de biologistes marins, qui ont appelé à plusieurs reprises à un moratoire sur l’exploitation minière sous-marine au cours des dernières années. De leur côté, les industries affirment que l’activité minière sera moins dommageable sous l’eau que sur terre ; et qu’elle est de toute façon nécessaire pour répondre à la demande croissante en véhicules électriques.
À l’été 2024, les membres de l’Autorité internationale des fonds marins (AIFM), une organisation de l’ONU, se sont réunis pour avancer sur l’adoption de réglementations régissant l’exploration et l’exploitation des zones situées au-delà des limites des juridictions nationales. L’objectif est d’adopter un code minier en 2025. L’Autorité, dont sont membres les 167 États et entités signataires de la Convention des Nations unies sur le droit de la mer, joue sur deux tableaux difficiles à concilier. Elle doit à la fois réguler l’exploitation minière et s’assurer que ces activités n’entraînent pas de conséquences écologiques préjudiciables aux grands fonds marins. À ce jour, elle a délivré une trentaine de permis d’exploration pour divers pays et compagnies. Plus de la moitié concernent les nodules polymétalliques du Pacifique.
Par ailleurs, les pays étant souverains dans leurs eaux territoriales, d’autres projets miniers peuvent voir le jour sans l’accord de l’AIFM. En janvier 2024, la Norvège est devenue le premier pays à autoriser l’exploration minière commerciale dans ses eaux profondes.
