Des patrouilles sur toutes les côtes de l’atlantique
Les chercheurs sondent l’Atlantique avec plusieurs centaines de capteurs pour tenter de savoir comment le réchauffement des océans affecte les écosystèmes côtiers.
/// Les chercheurs vérifient un capteur de température installé près du feu de coraux sur l’île de Santiago dans l’archipel du Cap-Vert. /// Photo : Alamy Stock Photo
Cet été, le biologiste marin Fernando Lima a sauté sur les rochers de Viana do Castelo au Portugal. Ces rochers en granit, battus par les vagues et les vent, dominent la plage du nord, “ici on peut facilement se briser une cheville si on ne prend pas garde”. Il s’y est finalement installé à côté d’un rocher de la taille d’une valise qui tenait ce qu’il cherchait : un capteur électronique, de seulement 3 centimètres de large et en forme de rondelle de hockey, que lui et son équipe de recherche avaient intégré le rock l’année précédente.
Lima, collaborant étroitement avec l’Association Biopolis et le Centre de recherche sur la biodiversité et les ressources génétiques de l’Université de Porto, a entrepris l’opération de récupération des données à partir du capteur. Avant de procéder à cette tâche délicate, il a dû éliminer la présence indésirable d’un intrus, en l’occurrence, un limpet, un gastéropode de dimension équivalente à une pièce de monnaie, arborant une morphologie en forme de chapeau. Ce dernier, habituellement adhérent aux rochers de la zone intertidale avec une ténacité remarquable, avait élu domicile sur le joint en époxy gris, assurant la protection du capteur.
Animé par un enthousiasme scientifique, Lima a rapidement dégainé un iPhone, initiant ainsi le processus de téléchargement des données. Ce transfert englobait une série de mesures horaires de la température, minutieusement enregistrées au cours de la période écoulée d’une année.
Le travail sur le terrain effectué en juillet constituait simplement une fraction modeste d’une entreprise ambitieuse et sans précédent visant à déployer une multitude de petits capteurs, dont l’équipe dirigée par Lima a grandement contribué à perfectionner, le long des rives de l’océan Atlantique. L’objectif sous-jacent consiste à colmater une lacune considérable dans notre compréhension des impacts du changement climatique et d’autres variables sur la zone intertidale, réputée pour sa rigueur et sa dynamique prononcée. Dans cet environnement où les vagues puissantes et les marées montantes et descendantes contribuent à créer un patchwork complexe de microhabitats, les conditions peuvent varier de manière radicale au sein d’une même petite parcelle de littoral.
Nos satellites et nos capteurs aéroportés ne permettent que des relevés approximatifs le long de ces littoraux accidentés, tandis que les bouées flottent généralement à une distance trop éloignée de la côte pour offrir des mesures précises. En contraste, les capteurs situés directement sur le site d’étude peuvent mettre en lumière des disparités de température significatives au sein des zones intertidales, avec une résolution atteignant quelques mètres.
/// Le scientifique Rui Seabra fore un orifice afin d’installer en toute sécurité un capteur à proximité de Puerto Lobos, en Argentine. Ces dispositifs ont la capacité d’enregistrer les variations horaires de température et de stocker ces données sur une période pouvant s’étendre jusqu’à 15 ans. Cette longue durée d’enregistrement offre aux scientifiques la possibilité de construire une représentation détaillée des caractéristiques thermiques de la zone intertidale. /// Photo : Alamy Stock Photo
Au cours des 15 dernières années, Lima et la biologiste marine Rui Seabra, qui co-dirigent le réseau d’observation de la température côtière, ont réussi à intégrer près de 1 800 capteurs répartis sur 162 sites le long des côtes orientales et occidentales de l’Atlantique. Cet été et cet automne, les chercheurs, en collaboration avec des partenaires des deux côtés de l’Atlantique, ont étendu leur initiative en déployant des centaines de capteurs additionnels le long de 21 500 kilomètres de littoral. Sur chaque site, eux-mêmes et leurs collaborateurs capturent également des images de la flore et de la faune en vue d’une identification ultérieure. À terme, leur objectif est d’installer des capteurs sur 320 sites afin d’obtenir une vision approfondie de l’impact des conditions thermiques sur les organismes intertidaux à travers toute la région
Le réseau pourrait constituer la « référence principale des données sur la manière dont le changement climatique impacte les espèces intertidales », selon les explications du biologiste Gray Williams de l’Université de Hong Kong. Ces nouvelles données pourraient également apporter une contribution significative aux efforts de préservation de la biodiversité marine face aux changements océaniques, comme l’indique le biologiste Brian Helmuth de l’Université du Nord-Est, qui a collaboré avec Lima lors de son post-doctorat à la fin des années 2000. Il souligne que ces mesures extrêmement localisées sont « essentielles pour toute stratégie de gestion ».
Lima et son équipe ont consacré plusieurs années à perfectionner les “bûcherons”, l’ossature sur laquelle repose l’intégralité du projet. La première version, déployée en 2008, s’est inspirée d’un capteur conçu par Helmuth à la fin des années 1990, qui employait une authentique coquille de moule comme abri pour les dispositifs électroniques. Lima a opté pour l’utilisation d’une coquille de soie, donnant ainsi naissance à ce qu’il a baptisé les « Robolimpets » (sorte d’enregistreurs biomimétiques)
À cette époque, les chercheurs dépendaient principalement des mesures de la température de surface de la mer pour évaluer le stress thermique subi par les organismes dans la zone intertidale. Cependant, les robolimpets installés par Lima et Sebra sur 13 sites le long des côtes espagnoles et portugaises ont validé que cette approche négligeait des variations potentiellement cruciales et sous-estimait l’impact thermique sur certains animaux. Ces dispositifs, enregistrant les températures toutes les 30 minutes, ont révélé que lors de la marée basse, les invertébrés attachés aux rochers orientés vers le sud subissaient des températures significativement plus élevées que leurs homologues situés à quelques mètres vers le nord, même sur les sites les plus septentrionaux. Publiée en 2011 dans le Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, l’étude a également mis en évidence des fluctuations de température quotidiennes bien plus marquées que celles déduites des valeurs de surface de la mer.
Ces disparités thermiques portent des implications sur la manière dont divers animaux et plantes marins pourraient réagir au réchauffement des eaux, ont observé les chercheurs. Les organismes évoluant dans des microhabitats soumis à des températures maximales plus élevées, par exemple, pourraient s’adapter à des conditions plus chaudes ou choisir de migrer sur de courtes distances pour assurer leur survie. En revanche, ceux qui sont adaptés à des températures plus froides ne pourraient survivre qu’en modifiant leur aire de distribution polaire.
Des sentinelles sur les côtes
Près de 1 800 capteurs (points indiqués en orange ⬤) surveillent maintenant les températures à environ 160 sites sur plus de 21 000 kilomètres de côte atlantique. Le Réseau d’observation de la température et de la biodiversité, qui continue de s’étendre, aide les scientifiques à comprendre comment le changement climatique et d’autres facteurs influencent les environnements thermiques des organismes marins dans la zone intertidale très dynamique.
Un examen plus attentif
L’une des plus fortes densités de capteurs se trouve le long de la côte ibérique du Portugal et de l’Espagne. Les chercheurs ici collectent des données depuis près de 15 ans.
Fabriqués pour durer
Les capteurs actuels enregistrent la température toutes les 60 minutes et sont conçus pour survivre aux courants de surf et de tourbillonnement de la zone intertidale.
Un environnement variable
Sur un site au Portugal, les capteurs ont révélé que les températures sur les zones intertidales (zones ou l’estran subit de fortes marées) varient considérablement, même dans des endroits à quelques mètres de distance. Les emplacements exposés au Soleil à marée basse peuvent être beaucoup plus chauds (barres orange) que les endroits moins exposés à proximité (barres bleues).
La recherche a également mis en lumière des inconvénients inattendus liés à la conception du Robolimpet. Sur certaines plages fréquentées par les visiteurs, Lima se rappelle que « nous les perdions constamment ». La difficulté résidait dans leur apparence similaire aux patelles, une espèce prisée en tant que mets, ce qui incitait les gens à les collecter fréquemment. De plus, un nombre significatif a été égaré dans les vagues redoutablement puissantes du Portugal.
Au cours de la décennie suivante, Lima a collaboré avec Seabra, qui a initialement rejoint le projet en tant qu’étudiant diplômé, pour perfectionner les capteurs en améliorant le stockage des données, la durée de vie de la batterie, ainsi que d’autres attributs. La version la plus récente, appelée Envlogger, est dotée d’un boîtier en plastique épais au lieu d’une coque coulée, elle peut stocker des données pendant une décennie ou plus, et sa durée de vie de la batterie atteint les 15 ans. Contrairement aux Robolimpets, l’Envlogger peut également être intégré dans une roche, réduisant ainsi sa vulnérabilité aux récolteurs et aux vagues.
À mesure que les capacités de l’Envlogger se répandaient, Lima et Seabra ont commencé à répondre aux demandes de capteurs provenant de chercheurs du monde entier. Pour satisfaire cette demande croissante et perfectionner davantage les dispositifs, en 2018, les deux chercheurs ont recruté un ingénieur et ont créé une start-up à but non lucratif, ElectricBlue. Cette entreprise propose désormais cinq versions différentes de leurs bûcherons, disponibles dans une gamme de couleurs et de formes. Ces dispositifs, vendus entre 55 et 80 dollars chacun, ont été déployés sur tous les continents, y compris en Antarctique.
Jusqu’à présent, rares sont les côtes qui affichent la densité de bûcherons observée sur le site de Viana do Castelo, situé à environ une heure de route du laboratoire de Lima à Vairao, et non loin de l’endroit où le scientifique de 44 ans a grandi. Environ 50 capteurs, dont certains mesurant à peine un demi-mètre, sont disposés en amas parmi les rochers.
Les données de température et de biodiversité qu’ils rassemblent continuent d’enrichir la représentation de l’écosystème que Lima et ses collègues ont progressivement élaborée au cours de près de 15 ans. Pendant la visite estivale, Monteiro, chercheur post-doctoral au laboratoire de Lima et récemment engagé dans la documentation de l’abondance des espèces d’algues d’eau froide dans la région, a exploré des enchevêtrements d’algues brunes qui recouvraient les rochers à marée basse. À proximité, Mar Humet Caballero, assistant de recherche, a délicatement placé un petit dispositif noir carré contre la coquille d’une boîte de moules pour “écouter” son battement de cœur. L’instrument émet un faisceau infrarouge qui traverse la coquille et reflète les battements du cœur à trois chambres. Une augmentation de la fréquence cardiaque peut signifier que la pastille connaît un stress thermique, Lima, Seabra et des collègues notées dans une étude de 2016.
/// Les données collectées par les capteurs peuvent être facilement téléchargées sur un téléphone mobile /// Photo : Alamy Stock Photo
Le site de ce capteur sur la côte atlantique et d’autres semblables révèlent un “monde entier de complexité thermique dont nous n’étions pas pleinement conscients”, explique Lima. Les données remettent en question une hypothèse largement répandue, basée en partie sur des données satellitaires, selon laquelle les températures intertidales diminuent de manière régulière à mesure que l’on se dirige vers les pôles. Au lieu de cela, les zones intertidales se révèlent être une mosaïque de microsites très variables, présentant différents profils de température quotidiens et saisonniers.
Même à des latitudes plus froides et plus élevées, certains microsites “connaissent régulièrement des températures élevées”, explique Lima. Parallèlement, les microsites plus froids sont plus fréquents que prévu, même à des latitudes plus basses, plus chaudes et plus tropicales. Les capteurs ont également mis en lumière comment, pendant les étés, la remontée d’eau froide le long de la côte européenne – le fléau des coquillages de plage – peut contribuer à refroidir la zone intertidale.
“Cette variabilité à petite échelle a un impact profond sur notre compréhension de la distribution des espèces et sur les projections futures”, affirme Lima. Les sites plus frais, par exemple, pourraient agir comme des refuges pour les organismes qui ne pourraient autrement pas supporter des températures extrêmes.
/// Fernando Lima (à droite) examine les algues marines avec Mar Humet Caballero à Viana do Castelo, au Portugal, où les chercheurs ont une situation de piégrine de peu de contrôle de l’environnement de la zone intertidale /// Photo : Alamy Stock Photo
L’une des informations les plus précieuses que les capteurs pourraient fournir est les zones les plus vulnérables au réchauffement, explique Williams, qui a utilisé les bûcherons pour étudier le stress thermique dans les escargots marins et cherche des fonds pour créer un réseau similaire en Asie. « Je pense que cela peut aider à identifier les points chauds et à voir où les vulnérabilités se produiront réellement », explique-t-il. Ces points chauds émergents « ne se produiront pas sous les tropiques – il sera en fait plus éloigné des tropiques, ce qui n’aurait pas été un point que nous aurions prédits auparavant. Et cela nous permettra de nous concentrer davantage dans les domaines qui vont vraiment nécessiter des efforts de conservation. »
Avec l’aide d’une constellation de bailleurs de fonds gouvernementaux et philanthropiques qui ont contribué collectivement à près de 750 000 dollars, Lima et Seabra travaillent maintenant avec des chercheurs le long de la côte atlantique pour combler les lacunes du réseau de capteurs. Il est prévu que les participants puissent télécharger des données sur la température et la biodiversité dans un dépôt commun au moins une fois par an.
« Si nous pouvons le faire d’une manière coordonnée entre les écosystèmes, nous pouvons déterminer quel est l’état de la biodiversité », explique Amanda Bates, biologiste à l’Université de Victoria, qui a utilisé les bûcherons de Lima pour une prochaine étude sur les oiseaux de mer à Terre-Neuve. « En fin de compte, ce que nous aimerions vraiment, c’est un réseau météorologique pour la nature. Nous devons comprendre ce qui est en train de changer.»
Alors qu’ils élargissent le réseau, Lima et Seabra espèrent également élever la carrière des chercheurs des pays atlantiques avec moins de ressources, en particulier dans les pays du Sud. L’ensemble de données en libre accès du projet, qui devrait être mis en ligne en 2024, devrait faciliter l’établissement par les scientifiques d’études localisées pour répondre à des questions plus importantes, explique Seabra, et peut-être augmenter leurs chances de voir leurs résultats publiés.
Cette année, Lima et Seabra se sont lancés dans un blitz d’ombles transatlantiques, couvrant autant de côtes que possible. Ils ont remplacé d’anciens capteurs, en ont installé de nouveaux, et ont rencontré des collaborateurs potentiels. Lima a fait son chemin vers la côte est des États-Unis et du Canada, Seabra s’étant concentré sur des tronçons de l’Amérique du Sud, de l’Islande et de la Scandinavie. Au début de l’année prochaine, l’équipe cherche à installer des capteurs sur les îles au large du Brésil et dans l’Atlantique Sud, y compris l’île de Géorgie du Sud et la chaîne des îles Falkland. « Nous sommes concentrés », dit Lima, « pour ce faire. »
