Ils découvrent « l’oxygène sombre » généré dans les profondeurs marines | Science

A plus de 4 000 mètres de profondeur, dans le nord-est de l’océan Pacifique, la zone Clarion-Clipperton pourrait être la plus grande mine de la planète. Il faudrait y descendre, mais il n’y aurait même pas besoin de creuser ou de forer : réparties sur plus d’un million de kilomètres carrés, se trouvent une énorme quantité de roches et de pierres composées de quantités variables de manganèse, de nickel, de cuivre, de cobalt. … Ce sont des nodules polymétalliques qui, pour beaucoup, constitueront la base de la prochaine révolution technologique. Pour d’autres, notamment parmi la communauté scientifique et les écologistes, son exploitation provoquerait une catastrophe. Aujourd’hui, un groupe de scientifiques a découvert que ces conglomérats génèrent de l’oxygène là où il ne devrait pas y en avoir : « l’oxygène sombre ». La découverte d’un autre moyen de produire l’élément de base de la respiration des êtres vivants soulève de nouvelles questions sur l’impact de l’exploitation minière sous-marine, mais aussi sur l’origine de la vie sur Terre.

Il y a environ 2,4 milliards d’années s’est produite ce qu’on appelle la Grande Oxydation, au cours de laquelle l’atmosphère terrestre a accumulé de grandes quantités d’oxygène (O₂). Cela a permis la grande explosion de vie qui a suivi. Au début, il s’agissait d’une série de cyanobactéries qui développèrent la capacité d’utiliser la lumière du soleil (photosynthèse) pour déclencher une réaction chimique dont elles libéraient les déchets, l’oxygène, dans l’atmosphère. Il existe plusieurs autres façons d’obtenir de l’oxygène. C’est le cas de l’électrolyse de l’eau, par laquelle le liquide est décomposé en ses deux composants, l’hydrogène et l’oxygène, à l’aide d’un courant électrique. Ce processus, découvert par l’homme il y a à peine 200 ans, pourrait se produire au fond de la mer depuis la nuit des temps.

Dans le cadre d’une opération d’étude d’une des concessions de prospection minière accordées par le Autorité internationale des fonds marins, un groupe de scientifiques a détecté des niveaux d’oxygène anormalement élevés qui ne pourraient pas provenir d’organismes vivant à cette profondeur. “Lorsque nous avons obtenu ces données pour la première fois, nous pensions que les capteurs étaient défaillants, car toutes les études menées en haute mer avaient seulement constaté que l’oxygène était consommé au lieu d’être produit”, explique le professeur de l’Association écossaise des sciences marines, Andrew. Homme doux. De retour dans leur laboratoire, ils ont recalibré l’équipement, « mais au cours des 10 dernières années, ces étranges lectures d’oxygène ont continué à apparaître ».

“La production en 24 heures était presque trois fois supérieure au niveau d’O₂ observé dans l’eau de mer la plus saturée en oxygène de nos océans”

Andrew Sweetman, chercheur à la Scottish Marine Science Association

Il s’agissait ensuite pour Sweetman et son équipe de déterminer l’origine de cet oxygène trouvé « pour la première fois sur les fonds marins abyssaux ». “L’opinion de longue date est que les profondeurs de la mer sont oxygénées par des masses d’eau profondes qui étaient autrefois en contact avec l’atmosphère”, explique le scientifique dans un email. La lumière du soleil n’y parvient pas, le principal mécanisme de génération d’oxygène n’est donc pas présent. Ils ne savent pas quel pourcentage d’oxygène provient du nouveau mécanisme, mais le scientifique ose souligner que « la quantité de production en 24 heures était presque trois fois supérieure au niveau d’O₂ observé dans l’eau de mer la plus saturée en oxygène de nos océans. . Il devait y avoir quelque chose de plus et la réponse est détaillée par Sweetman et ses collègues dans la revue scientifique Géosciences de la nature.

“Nous pensons qu’un processus électrochimique pourrait fournir une partie de la production d’oxygène que nous observions”, explique Sweetman. Ce qui se produirait là-bas serait des réactions chimiques sans fin entre les métaux contenus dans les nodules, qui portent une charge électrique relativement élevée, et l’eau salée de la mer. Autrement dit, l’électricité générée par les nodules diviserait l’eau en deux. “Cependant, nous devons mener davantage d’études pour vérifier d’où vient l’énergie et ce qui est oxydé et réduit dans la réaction électrochimique”, a immédiatement précisé le scientifique.

Pour confirmer leur idée, ils ont contacté le laboratoire du chimiste Franz Geiger, de la Northwestern University (États-Unis). En 2019, l’équipe de Geiger a démontré comment le flux de L’eau salée sur des tôles rouillées générait un courant électrique. Les chercheurs se sont demandés si les nodules polymétalliques de Clarion-Clipperton produisaient suffisamment d’électricité pour produire de l’oxygène. C’est-à-dire s’il déclenchait un processus d’électrolyse dans lequel des électrons sont extraits de chaque atome d’oxygène présent dans l’eau salée. Une tension de 1,5 volts suffit pour que la réaction démarre, c’est celle d’une pile AA classique, les petites. L’équipe a analysé plusieurs nodules et enregistré des lectures allant jusqu’à 0,95 volts à la surface, ce qui signifie que des tensions plus élevées peuvent se produire lorsque ces nodules sont regroupés. “Il semble que nous ayons découvert un géobatterie naturel », dit Geiger. “Ces géobatteries serviraient de base à une explication possible de la production d’oxygène sombre dans l’océan”, ajoute-t-il. Le scientifique reconnaît ne pas avoir démontré l’électrolyse in situ, mais avoir détecté dans son laboratoire des tensions suffisantes pour la déclencher.

La découverte a des implications à plusieurs niveaux. L’une, la plus immédiate, est que les projets d’extraction de nodules polymétalliques de la région devront être envisagés dans une nouvelle perspective. Ce n’est pas seulement qu’avec l’extraction, les sédiments et toute la vie qui s’y trouve ou qui s’y trouvent sont définitivement altérés. Il est nécessaire de déterminer le rôle que joue cet oxygène sombre dans les écosystèmes abyssaux. Selon Geiger, la masse totale de nodules polymétalliques dans la zone Clarion-Clipperton suffirait à elle seule à répondre à la demande énergétique mondiale pendant des décennies. Mais il se souvient immédiatement de ce qui s’est passé après les premières opérations minières réalisées à la fin du siècle dernier : « En 2016 et 2017, des biologistes marins ont visité des sites exploités dans les années 1980 et ont découvert que même les bactéries ne s’étaient pas rétablies dans ces zones. Cependant, dans les régions non exploitées, la vie marine a prospéré. La raison pour laquelle de telles zones mortes persistent après des décennies est encore inconnue, mais cela pourrait avoir quelque chose à voir avec la rupture du cycle de l’oxygène sombre.

En remontant de plus en plus loin, son collègue Sweetman relie sa découverte à l’explosion de la vie après la Grande Oxydation : « Évidemment, nous devons explorer davantage les mécanismes, identifier les sources d’énergie, comprendre la longévité de l’oxygène noir, les stabilités catalytiques, les conditions électrochimiques sur les surfaces des nodules exposés par rapport aux nodules enterrés… », explique Prudente. Pour ajouter plus tard : « Ce que montrent nos études, c’est qu’il peut y avoir d’autres mécanismes producteurs d’O₂ et s’ils fonctionnaient avant l’augmentation de la photosynthèse, ils auraient pu fournir l’oxygène dont les organismes chimiosynthétiques ont besoin pour synthétiser la biomasse. » Et il conclut : « si le processus se produit sur notre planète, pourrait-il contribuer à générer des habitats oxygénés sur d’autres mondes océaniques tels qu’Encelade et Europe et offrir la possibilité à la vie d’exister ici ? »

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