La fertilisation des océans : entre promesses climatiques et incertitudes écologiques

L'océan mondial absorbe environ un tiers des émissions humaines de gaz carbonique. Ce phénomène d'absorption s'appuie en partie sur le captage du CO2 par le phytoplancton, qui entraîne le gaz carbonique jusque dans les profondeurs de l'océan lorsqu'il meurt. Face au réchauffement climatique, le plancton est notre allié. Grâce à la photosynthèse et aux nutriments contenus dans l’eau, il capte dans l’atmosphère du dioxyde de carbone (CO2), le principal responsable de l’effet de serre. Des scientifiques et entrepreneurs se sont alors posé la question : Pourquoi donc ne pas stimuler cette pompe biologique de CO2 pour qu’elle puisse soustraire davantage de ce gaz de l’atmosphère ?

Le mécanisme de la pompe biologique

La fertilisation des océans en fer est une technique de géoingénierie qui vise à stimuler artificiellement la pompe biologique à carbone. Cette technique consiste à ensemencer les zones des océans pauvres en biomasse avec les nutriments qui limitent le développement de cette biomasse. Il s'agit le plus souvent du fer. Lors d'expérimentations, des bateaux ont donc déversé des tonnes de fer dans ces zones pour provoquer une efflorescence de phytoplancton.

Ces organismes sont censés fixer le CO2 par photosynthèse et le transférer vers le fond des océans par sédimentation de la matière organique, comme cela se produit dans les zones océaniques riches en biomasse. La théorie est que l'opération de fertilisation stimule ainsi la pompe biologique à carbone là où elle est peu active. A l'échelle de l'océan, cette pluie continuelle de matière organique, notamment les coquilles carbonatées, aboutit à un prélèvement important de carbone dans l'atmosphère, expédié sur le plancher océanique, où il attendra d'être enfoui sous un continent au rythme de la tectonique des plaques.

Historique et initiatives privées

Dès 2007, un homme d’affaires américain, Russ George, a profité de telles perspectives pour créer une entreprise, Planktos. Grâce au marché de la compensation carbone, Planktos a réussi à lever 90 millions de dollars auprès d’investisseurs privés, et a annoncé vouloir traiter une zone de 10 000 kilomètres carrés au large des Galapagos, ce qui a provoqué l’ire de défenseurs de l’environnement.

Mais Russ George a refait parler de lui en 2012 avec une autre entreprise, la Haida Salmon Restoration Corporation : il a dispersé sans la moindre autorisation une centaine de tonnes de poussières de fer au large des îles de Haïda Gwaïi, sur la côte ouest du Canada. Le but ? Augmenter la quantité de plancton, et par ricochet booster la population de saumons tout en luttant contre le réchauffement climatique, car le développement du phytoplancton consomme de grandes quantités de CO2. On retrouve aujourd’hui certains de ses collaborateurs dans l’Oceaneos Marine Research Foundation, qui conduit deux nouveaux projets d’ensemencement au large du Chili et du Pérou. Mais l’histoire de Russ George a suscité la méfiance vis-à-vis de ce type de projets.

Les expérimentations scientifiques en milieu polaire

Dans les faits, plus d’une douzaine d’expériences de fertilisation des océans ont été menées depuis le début des années 2000. Actuellement, au moins quatre projets de fertilisation des mers seraient en cours, selon l’ONG ETC Group. Le projet sud-coréen Kifes, par exemple, qui vise à ensemencer un secteur de l’océan Austral, près de l’Antarctique. Le Polarstern fait actuellement route vers la mer du Scotia, entre l'Amérique du sud et le continent antarctique. Ce navire, appartenant à l'institut allemand Alfred-Wegener, embarque 20 tonnes de sulfate de fer, une cargaison peu ordinaire pour un bâtiment de recherche océanographique. Les scientifiques la déverseront intégralement par-dessus bord pour la répandre consciencieusement sur une surface de 300 kilomètres carrés.

L'idée n'est pas nouvelle. Le but de cette expérience est d'ensemencer une région océanique pour stimuler la production de phytoplancton, c'est-à-dire les végétaux de très petites tailles. On a en effet montré que les algues étaient en général carencées en fer. La biomasse devrait ainsi augmenter et ces organismes consommeront du gaz carbonique (CO2, ou dioxyde de carbone), en le fixant dans leurs tissus. Les animaux (plancton, poissons, mammifères) profiteront à leur tour de cette masse végétale supplémentaire.

Efficacité réelle et limites biogéochimiques

Si les phénomènes sont connus, l'ampleur précise de l'absorption de gaz carbonique par l'océan est difficile à estimer. Il semble que la pompe physique augmente mécaniquement de puissance avec l'élévation du taux de CO2. Mais la voie biologique, elle, ne semble pas avoir été stimulée. Essais de ce type ont déjà eu lieu, surtout entre 1993 et 2005, et ont effectivement démontré un effet positif sur la croissance du phytoplancton. Depuis, beaucoup voient dans la fertilisation à grande échelle (OIF pour Ocean iron fertilisation) une manière d'augmenter la capacité de l'océan mondial à absorber les excédents de gaz carbonique.

En 2005, une campagne française, baptisée Keops (pour Kerguelen Ocean and Plateau compared Study), analysait pour la première fois une poussée planctonique due à une fertilisation naturelle en fer, sur le plateau des Kerguelen, au milieu de l'océan austral où la production de phytoplancton est habituellement faible. En comparant les mécanismes observés avec les phénomènes en jeu lors d'une fertilisation artificielle, Stéphane Blain et ses collègues avaient conclu que l'efficacité d'une opération d'OIF, mesurée par le rapport entre la quantité de carbone envoyée vers le plancher océanique et la quantité de fer ajoutée, est, au mieux, dix fois plus faible que dans le cas d'une fertilisation naturelle.

Risques écologiques et perturbations des écosystèmes

La fertilisation des océans en fer présente des répercussions potentielles importantes sur les écosystèmes marins. L'enrichissement artificiel de certaines zones provoque une augmentation rapide de la biomasse de phytoplancton, modifiant la structure des communautés planctoniques. Les espèces qui bénéficient le plus de l'ajout de fer ne sont pas toujours celles qui dominent naturellement l'écosystème. Ce déséquilibre peut conduire, par exemple, à la prolifération de micro-algues toxiques ou à la prédominance d'espèces moins efficaces dans le transfert de carbone vers les profondeurs.

D’après une étude américano-canadienne publiée en 2010, si l'ajout de fer dans les régions océaniques où le phytoplancton est peu présent entraîne effectivement un très fort développement des microorganismes, il entraîne aussi dans certains cas la production d'une toxine, l'acide domoïque, qui provoque des amnésies et des décès chez les organismes marins comme chez l'humain. De plus, une simulation réalisée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) publiée en février 2020 a souligné qu'encourager la production de phytoplancton dans une région du globe pouvait bouleverser leur développement dans une autre région, et donc in fine ralentir le captage du CO2.

Cadre juridique et gouvernance internationale

En mai 2008, deux cents pays ont signé un accord pour interdire cette pratique. Mais en octobre de la même année, 88 nations ont décidé un amendement autorisant des expériences ponctuelles. La fertilisation des océans n’est pas actuellement autorisée par la Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) [LCPE], car on la considère comme une forme d’immersion en mer.

Ces débats mettent en lumière des enjeux éthiques et politiques. L'océan étant un patrimoine partagé par l'humanité, toute manipulation à grande échelle suscite des interrogations sur la gouvernance, la responsabilité et le consentement des différents États et parties prenantes. Le monde scientifique s'accorde aujourd'hui largement sur la nécessité de poursuivre la recherche fondamentale sur les écosystèmes marins et leurs interactions avec le climat, tout en encourageant la prudence et la transparence dans les démarches d'ingénierie environnementale.

Diversité des méthodes de stimulation océanique

Il existe plusieurs approches pour tenter d'améliorer la productivité primaire des océans. La fertilisation au fer est la technologie la plus connue et la plus étudiée. Cependant, d'autres pistes sont explorées :

• Fertilisation à l’urée : L’urée est une source d’azote, qui peut stimuler la croissance du phytoplancton dans les zones où l’azote est limitant.
• Fertilisation au phosphore : Le phosphore est un autre nutriment limitant dans de nombreuses régions de l’océan.
• Modification de la circulation océanique (« Upwelling induit ») : On peut augmenter la quantité de nutriments disponibles pour le phytoplancton en modifiant la circulation océanique, par exemple en utilisant des tuyaux pour pomper de l’eau riche en nutriments des profondeurs vers la surface (« zone euphotique »).
• Électroculture marine : Cette méthode consiste à utiliser un courant électrique pour stimuler la croissance du phytoplancton.

Tout l’enjeu est de cibler des zones où le phytoplancton manque d’oligo-éléments spécifiques, comme le fer, pour que de petites doses aient de grands effets. Une fois qu’il a vécu, le phytoplancton tombe au fond de l’océan, piégeant durablement le carbone capté. Néanmoins, la complexité des interactions biogéochimiques rend toute extrapolation à l'échelle globale extrêmement hasardeuse. La question du rapport entre solutions technologiques et politiques climatiques ambitieuses reposant sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre à la source reste, plus que jamais, centrale.

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