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La coquille Saint-Jacques, mémoire des océans ?

Des chercheurs de l’IUEM (Institut universitaire européen de la mer) se sont intéressés à l’origine du carbone constituant la coquille de “Pecten maximus”, notre coquille Saint-Jacques. Leurs résultats pourraient bien faire de ces mollusques les gardiens de la mémoire des écosystèmes océaniques.

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La coquille de ce bivalve est composée à plus de 95% de carbonate de calcium issu de la dissolution dans l’eau d’une molécule bien connue : le dioxyde de carbone (CO2). Ce CO2 a deux origines : le dioxyde de carbone déjà dissous dans l’eau et celui créé lors de la respiration de l’animal. En effet les coquilles Saint-Jacques consomment de l’oxygène (O2) et rejettent du CO2 dont elles vont piocher le carbone via leur nourriture : les microalgues . On parle alors de carbone métabolisé car issu de la transformation du carbone ingéré par le mollusque.

Les chercheurs se sont particulièrement intéressés au rapport isotopique du carbone au sein de la coquille, c'est à dire au ratio entre quantité de carbone 13 (C13) et de carbone 12 (C12). Celui-ci correspond au carbone “standard” que l’on retrouve le plus fréquemment dans la nature, le carbone 13 quant à lui constitue un isotope stable du carbone 12. Les variations de ce rapport apportent des informations à la fois sur les échanges entre l'animal et son milieu mais aussi sur l'environnement dans lequel il évolue, en particulier sur l'acidité de l'océan.

Pourquoi s’intéresser spécifiquement au rapport isotopique du carbone de la Saint-Jacques ? La réponse réside dans les stries de sa coquille. A la manière des arbres coupés dont on peut déterminer l’âge en dénombrant les cernes sur la souche, chaque strie correspond à un nouveau jour de croissance. Il est ainsi possible de remonter dans le passé, jour par jour, strie par strie et d’associer, avec précision, prélèvement et date de formation. Les chercheurs de l’IUEM ont déjà réussi à faire le lien entre le rapport isotopique de l'oxygène des bivalves et les conditions de température et de salinité passées. Mais avant d’envisager une telle utilisation pour le C13, il est nécessaire de bien comprendre les échanges de carbone qui s'opèrent entre les coquilles et leur environnement.

L'équipe a donc comparé l’évolution du rapport isotopique des coquilles Saint-Jacques en environnement naturel et en laboratoire où les conditions externes (température, concentration en nourriture…) restent maîtrisées. Afin de quantifier la proportion de carbone métabolisé dans la formation de la coquille, les animaux ont été nourris avec des microalgues à teneur artificiellement réduite en C13. Le principe est le suivant : si la réduction de la teneur en C13 de la nourriture ne diminue pas celle de la coquille, alors le carbone utilisé pour la  formation de celle-ci provient uniquement du CO2 dissous dans l’eau, par contre si la teneur en C13 est modifiée, l’influence du carbone métabolisé sera bien démontrée.

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Figure 1 : Le rapport isotopique en C13 (δ13C) dans la coquille (shell) est tracé en fonction du rapport isotopique du carbone du CO2 dissous (DIC : Dissolved Inorganic Carbon). La droite noire représente l'équilibre prévu entre ces deux rapports par un modèle théorique qui ne prend pas en compte les apports de carbone dus à la respiration. En haut à droite, les points noirs constituent les valeurs obtenues avec les coquilles Saint-Jacques, prélevées sur le terrain à Lanvéoc (rade de Brest). En bas à gauche, les rapports isotopiques, obtenus en laboratoire, pour les coquilles Saint-Jacques.

Les résultats issus de cette expérience en laboratoire ont montré que le rapport isotopique du carbone dans les coquilles suivait de manière générale les tendances de celui du CO2 dissous. Les chercheurs ont comparé ces valeurs expérimentales à des valeurs théoriques calculées en considérant comme nulle la contribution du carbone métabolisé (cf. fig. 1). Il s'est avéré que ces valeurs ne coïncidaient pas, les scientifiques ont par conséquent imputé cette différence entre valeurs théoriques et valeurs expérimentales à la contribution du carbone métabolisé, confirmant ainsi son influence. En s’inspirant de travaux antérieurs et par la mesure régulière des rapports isotopiques du carbone à l’intérieur et à l’extérieur du bivalve, les chercheurs ont pu estimer la proportion de carbone issue de la respiration à un peu moins de 10% du carbone total de la coquille.

L’expérience avait également pour objectif de permettre une meilleure compréhension de l'effet de la température. Les coquilles ont été divisées en 3 sous-groupes soumis aux températures de 15°C, 21°C et 25°C.  A 25°C, elles ont rapidement arrêté de croître, la température étant trop élevée pour leurs métabolismes. Les groupes soumis à 15 et 21°C ont connu des évolutions similaires mais les différences n'ont cependant pas permis de conclure quant à l’effet de la température sur l’intégration des différentes sources de carbone dans la coquille.

Suite à cette expérience, les scientifiques ont prélevé en milieu naturel des spécimens ayant évolué pendant une année en rade de Brest. Sur ce site, des prélèvements hebdomadaires ont permis de connaître à la fois : la concentration en microalgues, le rapport isotopique du carbone de ces microalgues et celui du CO2 dissous dans l’eau de mer durant l'expérience.

Comme précédemment, les scientifiques ont pu estimer la part du carbone métabolisé dans la formation de la coquille. En hiver, elle reste très faible car il y a peu de nourriture disponible. Au printemps, la quantité de nourriture et la température augmentent très rapidement, ces conditions favorisent la croissance des coquilles Saint-Jacques après leur longue pause hivernale. A cette reprise de croissance est associée une forte variabilité de la part de carbone métabolisé dans la formation de la coquille. La tendance générale est néanmoins à l’augmentation : entre mars et mai, cette part passe de 2% à environ 12%. L’été la variabilité s’estompe et la part de carbone métabolisé demeure stabilisée à 12% jusqu’au début de l’automne, ces 12% sont d’autant plus satisfaisants que très proches des résultats obtenus en laboratoire (valeurs approchant les 10%).

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Figure 2 : Coquille Saint-Jacques en milieu naturel

La mise en évidence de cette période de croissance durant l’été (variabilité limitée du rapport isotopique) constitue un résultat particulièrement enthousiasmant. Elle permet en effet d’estimer la proportion de carbone puisée dans la nourriture et d’en déduire ainsi la part complémentaire du CO2 dissous. Cette quantification ouvre de nouvelles perspectives à l'étude du passé des océans, l'utilisation de coquilles anciennes pourrait, par exemple, renseigner sur l'acidité des eaux il y a quelques dizaines (voire centaines) d'années. Alors que le rapport isotopique de l'oxygène des coquilles Saint Jacques nous fournit déjà des informations sur la température et la salinité des eaux, ces coquillages pourraient se révéler de bien précieuses mémoires de l’Océan !

Médiation scientifique

Assurée par Guillaume Boutin doctorant à l'École Doctorale des Sciences de la Mer (EDSM - Université de Bretagne occidentale), en 2ème année de thèse au sein du Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS) (Université de Bretagne occidentale - CNRS - Ifremer - IRD) .

L’article

Marchais, V., Richard, J., Jolivet, A., Flye-Sainte-Marie, J., Thébault, J., Jean, F., Richard, P., Paulet, Y.-M., Clavier, J., Chauvaud, L., 2015. Coupling experimental and field-based approaches to decipher carbon sources in the shell of the great scallop, Pecten maximus (L.). Geochimica et Cosmochimica Acta 168, 58–69. doi:10.1016/j.gca.2015.07.010

Auteurs

Cet article est issu d’une collaboration entre des chercheurs du LEMAR (IUEM) et du laboratoire LIENSs, de l’université de la Rochelle.

La revue 

Geochimica et Cosmochimica Acta est une revue appartenant au groupe Elsevier, elle publie des articles couvrant un large panel de sujets concernant la géochimie terrestre, la géochimie planétaire et des météorites.

Contacts

Auteurs : consulter l'annuaire de l'IUEM
Bibliothèque La Pérouse : Suivi éditorial, rédaction, corrections et mise en page : Fanny Barbier

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