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Quand les marées vertes virent au pourpre

Photographie de marée pourpre. Author provided

Tous les étés, il est un phénomène que les promeneurs des littoraux partout dans le monde connaissent bien : les marées vertes. Ces algues opportunistes se développent rapidement et profitent des teneurs élevées en nutriment des zones côtières ainsi que de la forte luminosité estivale. Les algues prolifèrent alors massivement et envahissent nos côtes et nos estrans (les parties du littoral périodiquement recouvertes par la marée). Mais parfois, il arrive que la marée verte vire au rose, voire au pourpre ce qui ne manque pas de décontenancer les usagers du littoral. Est-ce le signe d'une pollution ou simplement un état de dégradation avancé des algues ?

Modification de l'habitat et entraide bactérienne

À chaque marée verte, une grande quantité d'algues s'échoue sur le littoral. Les algues croissent généralement du printemps jusqu'au cœur de l'été sans discontinuer. Cette biomasse a besoin de carbone pour se développer et absorbe alors massivement du dioxyde de carbone (CO2). Il pourrait donc s'agir là d'une bonne nouvelle pour lutter contre le réchauffement climatique, si toutes ces algues n'étaient pas destinées à être dégradées.

C'est justement là que les choses se compliquent. De nombreuses bactéries s'empressent de mettre en pièce cette matière organique toute fraîche. Ce faisant, elles consomment l'oxygène du sédiment alentour et rendent celui-ci complètement anoxique (sans oxygène disponible).

Au cœur de l'été, les fortes températures (parfois caniculaires) boostent le métabolisme bactérien si bien que les réserves d'oxygène des sédiments, sous les dépôts d'algues vertes, s'épuisent rapidement. L'oxygène disparaît et les bactéries aérobies aussi faute de «carburant». Mais comme il reste encore beaucoup de matière organique à dégrader, de nombreux micro-organismes sulfato-réducteurs prennent le relais. Ces nouvelles bactéries et archées (d'autres microorganismes) ne respirent pas d'oxygène, mais du sulfate et peuvent donc proliférer, sans problème, dans ce nouvel environnement anoxique. Les bactéries sulfato-réductrices viennent des profondeurs du sédiment et réduisent le sulfate en sulfure d'hydrogène, un gaz toxique qui se caractérise par son odeur d'œuf pourri.

C'est à ce moment que l'estran devient rose. Car, dans les profondeurs du sédiment, des bactéries pourpres sulfureuses cohabitent avec les micro-organismes sulfato-réducteurs. Ces bactéries sont photosynthétiques, mais, contrairement aux plantes ou aux algues, ne produisent pas d'oxygène. À la place, elles oxydent le sulfure d'hydrogène (H2S) en soufre élémentaire qu'elles peuvent stocker dans des vésicules adaptées.

Images de détail d'amas de bactéries pourpre. À noter la présence de nombreuses vésicules (flèches blanches) qui servent à stocker des granules de soufre élémentaire. Auteur, Author provided

Habituellement, ces bactéries pourpres vivent dans le sédiment à une profondeur qui présente deux critères importants : tout d'abord, la présence de lumière qui aura réussi à traverser les couches de sédiments superficielles en rebondissant sur les grains de sable, et la proximité de micro-organismes sulfato-réducteurs afin de récupérer le sulfure d'hydrogène (H2S) produit par ceux-ci. Puisque les micro-organismes sulfato-réducteurs remontent à la surface sous l'effet de l'accumulation des algues vertes, les bactéries pourpres sulfureuses ne tardent pas à les suivre. Elles se retrouvent alors dans une sorte de paradis pour bactéries pourpre : très abondant en lumière et en sulfure d'hydrogène (H2S) ; ce qui est parfait pour leur photosynthèse.

Clichés de tapis à bactéries pourpres visibles à l'œil nu. Cédric Hubas, Author provided

Elles se développent alors massivement en surface et forment des taches violettes visibles à l'œil nu. Ces plaques ne manquent pas d'interpeller les promeneurs qui pourraient s'interroger sur la qualité de l'eau et le lien potentiel avec une source de pollution.

Atelier pratique : la colonne de Winogradsky

En temps normal, il est tout à fait possible d'observer ces bactéries pourpres sans attendre une éventuelle marée verte.

Sergueï Nikolaïevitch Winogradsky (1856-1953), un microbiologiste Russe spécialiste des processus biogéochimiques et pionnier de l'écologie microbienne à mis au point un processus simple pour étudier les bactéries qui peuplent nos sols et sédiments. Il s'agit de la colonne de Winogradsky.

Pour réaliser cette expérience, il vous faudra récupérer l'équivalent d'un petit seau de vase bien fluide. Réservez un peu de vase et la mélanger avec une source de carbone (morceaux de papier journal très fins) et une source de soufre (jaune d'œuf…). Remplissez le fond d'un tube transparent (vase vertical, bouteille d'eau) sur environ 1/3 de la hauteur. Tassez bien la vase pour retirer l'air et continuer à ajouter de la vase pour arriver au 2/3 (voire les ¾) du récipient. Complétez le dernier 1/3 (ou le dernier ¼) avec de l'eau prélevée sur le site. Laissez un espace vide en haut du dispositif et fermez bien le tout de manière hermétique. Disposez la colonne près d'une fenêtre et attendez (cela peut prendre plusieurs semaines soyez patient).

Vous pouvez faire l'expérience chez vous à partir de vase récupérée sur l'estran ou même à partir d'une mare si vous en avez une près de chez vous.

Les tapis microbiens : le HLM des bactéries

Pour ceux et celles qui aimeraient observer les différentes communautés bactériennes des sédiments, mais n'auraient pas le matériel adéquat pour mettre en place une colonne de Winogradsky ; il existe une solution. Certains sédiments sont déjà naturellement ultra-structurés (un peu comme une colonne de Winogradsky naturelle). Ils se trouvent dans les zones hypersalées comme les marais salants par exemple.

Cliché d'un tapis microbien (Marennes d'Oléron). On remarque que les bactéries s'organisent en «tranches». Camille Mazière, Author provided

Dans ces zones, les micro-organismes s'organisent en mille-feuilles selon la profondeur en fonction des gradients de lumière, d'oxygène et de sulfure d'hydrogène. En prélevant délicatement une tranche de sédiment (en général il s'agit de vases assez compactes) il est possible de voir une bande rose composée de bactéries pourpres sulfureuses. Cette bande se retrouve généralement en sandwich entre une couche de bactéries non sulfureuses (qui prennent une couleur plutôt orangée) et une couche de sédiment très sombre (voire complètement noire) qui indique un sédiment dépourvu d'oxygène et habité par de nombreuses bactéries dont les bactéries sulfato-réductrices.

Ces structures naturelles sont un très bon exemple de structuration et d'interaction entre les micro-organismes, car chaque étage dépend de l'activité de l'étage du dessus et/ou du dessous pour sa survie. Un bel exemple d'écosystème autosuffisant !

Les proliférations microbiennes : une histoire ancienne

Certaines algues libèrent des toxines dans l'eau ce qui peut être extrêmement problématique pour la faune locale notamment les organismes filtreurs (huitres, moules…). Rien à craindre cependant de la part de nos chères bactéries pourpres. À l'inverse de certaines proliférations (ou bloom) planctoniques marines, les bactéries pourpres sulfureuses ne relarguent pas de toxines dans l'environnement et sont donc sans danger pour l'homme ou la faune sauvage.

Certaines proliférations algales sont en revanche plus destructrices. La plus vielle archive sur le sujet (et la plus connue) date potentiellement du VIIe siècle av. J.-C. dans le livre de l'exode. Une prolifération d'algue toxique pourrait être à l'origine de la première des dix plaies d'Égypte (les eaux du Nil changées en sang).

Il existe, en effet, un très grand nombre d'espèces capables de proliférer massivement et changer la couleur de l'eau de mer et des estuaires (eau salée ou saumâtre). Ces efflorescences se traduisent généralement par une forte coloration de l'eau en rouge. La croissance et la persistance de ces proliférations algales dépendent de la direction et de la force du vent, de la température, des nutriments et de la salinité.

En France, l'Ifremer et ses partenaires ont lancé depuis 2013 à l'échelle de la Bretagne, Phenomer, un projet de science participative qui invite les citoyens à signaler des phénomènes d'eaux colorées dus aux proliférations de microalgues. Il s'agit, la plupart du temps, de dinoflagellés ou de diatomées qui sont des micro-algues photosynthétiques.

Malheureusement, le site de l'Ifremer ne permet pas le signalement des tapis à bactéries pourpres sulfureuses.

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