Expédition Clipperton - Institut de recherche pour le développement (IRD)

L’IRD conduit depuis plusieurs années des programmes de recherche sur les lagons et récifs coralliens. Il est l’un des partenaires scientifiques de l’expédition Clipperton dirigée par le Dr J.-L. Etienne/Septième Continent.

Les travaux de recherche de l’IRD ont bénéficié pour l’expédition Clipperton du soutien financier de la Fondation Total.

Nous avons interrogé, à leur retour de mission, les scientifiques de l’Institut qui se sont rendus sur place et ont effectué des observations, des prélèvements et ramené de nombreux échantillons. A ce stade, les résultats de leurs travaux ne sont pas connus mais ils ont bien voulu nous livrer leurs premiers commentaires.

Lagons, atolls et récifs coralliens

Généralités : biodiversité et écosystèmes coralliens

Les récifs coralliens sont, avec les forêts tropicales, les écosystèmes les plus riches en biodiversité. Abritant un quart de la faune et de la flore recensées dans les océans, ils sont aujourd’hui menacés par l’urbanisation, la surpêche, les pollutions industrielles ou agricoles, par l’augmentation de la température de l’océan ou par des catastrophes naturelles comme les tsunamis. Plus de 10 % des coraux ont déjà été détruits, un tiers pourraient disparaître rapidement.

Ecosystèmes coralliens et changement climatique

Les récifs coralliens sont très sensibles au climat dont ils subissent mais aussi enregistrent les grandes variations. Les scientifiques étudient donc l'impact que peuvent avoir les changements climatiques sur ces écosystèmes. Dans le contexte actuel de réchauffement global de la planète, de telles recherches s'avèrent essentielles pour la préservation des récifs coralliens mais aussi en raison du rôle qu’ils jouent pour reconstituer l’histoire du climat.

La production primaire du lagon

Particulièrement pauvres en sels nutritifs, les eaux des lagons présentent pourtant une production primaire (plancton par exemple) relativement importante qui favorise une grande richesse biologique. Comment expliquer ce paradoxe ? c’est l’une des questions majeures posées par les scientifiques qui étudient la production primaire des lagons d’atolls. Dans le cadre de ces recherches, ils étudient plus particulièrement les cyanobactéries et la diversité des algues dans les lagons d’atolls.

Flore et faune des récifs coralliens

Dans un objectif de protection, de conservation et de gestion de la biodiversité récifs coralliens, la connaissance et l’inventaire de leur faune et flore s'avèrent incontournables pour la compréhension des mécanismes de répartition et de distribution des espèces, de leur histoire et de leur devenir. Les inventaires biologiques sont reconnus comme une nécessité absolue. Si les données se font de plus en plus nombreuses pour ce qui concerne le Pacifique Ouest, elles sont en revanche souvent fragmentaires pour les régions situées à l'Est du Pacifique.

Marées, niveaux des océans et mouvements terrestres

L'atoll de Clipperton constitue un site très intéressant car situé dans une zone de formation cyclonique et très influencé par le phénomène El Nino.
L'étude des marées, du niveau « absolu » de la mer (grace au GPS) et les variations des phénomènes météorologiques et océaniques doivent permettrent de mieux connaître cette région du Pacifique est.
Des mesures de sismicité pour la tectonique des plaques sont aussi envisagées.

Production primaire du lagon

IRD : Loïc Charpy, océanographe biologique, Martine Rodier, chimiste. (UR 167 « Cyanobactéries des milieux aquatiques tropicaux peu profonds. Rôles et contrôles. »)

Muséum national d’histoire naturelle : Alain Couté, spécialiste des microalgues marines et d’eau douce.

La production primaire est la transformation des éléments minéraux présents dans l’eau (gaz carbonique, azote, phosphore) en molécules organiques vivantes. Dans les océans, cette production est constituée par des algues et des cyanobactéries, planctoniques ou vivant sur le fond.

Qu’est-ce qu’une cyanobactérie ?

« Les cyanobactéries, apparues sur terre il y a 3,5 milliards d'années, sont des organismes sans noyau (procaryotes), qui transforment les éléments minéraux en matière organique par photosynthèse, comme les algues. Durant ce processus, elles produisent de l'oxygène. Ce sont très probablement les organismes qui sont à l'origine de l'oxygène de l'atmosphère terrestre. »

Pourquoi s’intéresser aux cyanobactéries ?

« Nos travaux ont montré que les cyanobactéries dominaient la biomasse et la production primaire des océans de la zone intertropicale et étaient très abondantes dans les lagons. »

A quoi sert de mesurer les flux d’azote et de carbone du lagon comme vous l’avez fait à Clipperton ?

« La mesure du flux de carbone permet d'évaluer la production primaire, et donc la fertilité d'une zone océanique ou côtière. On l'exprime en grammes de carbone par unité de surface ou de volume et par jour.
L'azote est nécessaire à la synthèse de molécules organiques, notamment les acides aminés. L'azote minéral est présent dans les océans sous forme de nitrate, nitrite et ammoniaque. C'est le principal élément qui, lorsqu’il est rare, limite la production primaire des océans. Les cyanobactéries ont la possibilité d'utiliser l'azote gazeux dissous dans l'eau de mer. Cette capacité à fixer l’azote gazeux confère aux cyanobactéries un avantage certain pour se développer dans les zones pauvres en azote minéral comme la zone inter tropicale. »

De retour de Clipperton, quelles sont vos premières constatations ?

« Le lagon de Clipperton a subi une catastrophe écologique majeure lorsque sa communication avec l’océan a été fermée, probablement à cause d’un cyclone. En effet, les eaux lagonaires sont peu à peu dessalées, ce qui a entraîné la mort des organismes marins, notamment les coraux.
On trouve actuellement deux couches d’eau bien séparées par une barrière de densité.
La couche d’eau superficielle, dessalée, est très productive grâce au guano riche en azote et phosphore produit par les oiseaux marins qui s’alimentent dans l’océan et viennent nicher sur Clipperton. Le phytoplancton est très abondant. On y trouve aussi de nombreuses cyanobactéries filamenteuses. La végétation du lagon comprend des phanérogames aquatiques (plantes à fleurs) formant de grands herbiers dans les parties peu profondes dessalées. La production primaire planctonique est consommée par des ciliés et du zooplancton, mais le réseau trophique semble s’arrêter au zooplancton. En effet, on ne trouve pratiquement pas de poissons ni de macro faune benthique.
La couche plus profonde est salée et saturée en hydrogène sulfuré. On n’y trouve que des bactéries.

L’extérieur de l’atoll est très pauvre en nombre d’espèces d’invertébrés et de poissons, mais celles qui sont présentes sont très abondantes. Les coraux sont florissants et ne présentent pas de signe de blanchissement.

L’atoll de Niau en Polynésie ressemble beaucoup à Clipperton. Cependant, il a dû être isolé de l’océan depuis beaucoup plus longtemps et des poissons se sont installés dans le lagon représentant une ressource appréciable pour les habitants. L’exemple de Clipperton illustre ce qu’il adviendrait d’un atoll ouvert vers l’océan qui se fermerait à la suite d’une catastrophe naturelle.

L’étude des communautés cyanobactériennes de Clipperton permettra de les comparer avec celles observées sur d’autres sites : le lagon de Mayotte, les îles de la région d’Okinawa, le lagon de Nouvelle-Calédonie, le delta du Mékong, les atolls de Polynésie. »

Le contexte paléoclimatique

Guy Cabioch, Thierry Corrège, paléoclimatologues à l’IRD. (UR 055 Paléotropiques, « Paléo-environnements tropicaux et variabilité climatique »)

Timothée Ourbak , doctorant à l’Université de Bordeaux I.

L’étude des variations climatiques à différentes échelles de temps est effectuée à partir d’ « archives » du climat, comme les coraux, les coquilles et les mollusques vivants et fossiles, riches d’informations sur la température de l’eau et des anomalies thermiques liées aux événements El Niño du passé. Les principaux paramètres étudiés sont l’intensité des alizés et des upwellings (1) côtiers, la saisonnalité et le volume des précipitations.

Des prélèvements sont nécessaires pour quantifier les éléments traces contenus dans les coquilles et les coraux. Des carottages sous-marins de coraux de plusieurs mètres de long ont été effectués. L’analyse des éléments traces présents sur ces carottes, dont la teneur est fonction de la température de la surface de la mer, permet de reconstituer les variations de la température annuelle de l'eau au cours des derniers siècles. Plus la carotte prélevée est longue, plus il est possible de remonter dans le temps (les coraux massifs poussent en moyenne d'un centimètre par an).

Avez-vous effectué les forages envisagés à Clipperton, comme prévu ?

« Nous avons foré des coraux vivants ainsi que des blocs fossiles amenés lors de tempêtes sur le platier (2) et les plages bordant l'atoll. Nous allons ensuite dater ces coraux fossiles, en espérant que nous pourrons en mettre certains bout à bout pour constituer des séries fossiles assez longues. Au niveau des coquilles, il y a très peu de matériel disponible à Clipperton. Nous avons néanmoins marqué et prélevé des huîtres qui vivent vers 50 m de profondeur. Nous avons également effectué des relevés topographiques et pris des échantillons de roche sur l’atoll. »

Que pouvez-vous d’ores et déjà nous en dire ?

« Nous n’avons bien entendu aucun résultat pour le moment, car le plus gros de notre travail se fait au laboratoire. Ce que nous pouvons dire, c’est que Clipperton est une zone très affectée par les tempêtes et les fortes houles. Nous n’avons pu forer que sur la partie sud-ouest, la plus protégée de la houle. Ailleurs, pendant les 15 jours de notre séjour sur l’île, les conditions furent toujours trop difficiles pour nous permettre de forer. De plus, les nombreux coraux (certains pesant plusieurs tonnes) échoués sur le platier témoignent de cette forte activité cyclonique. »

Que vous a apporté cette mission dans cette partie du Pacifique ?

« Clipperton est le seul atoll dans le Pacifique Est, et l’un des seuls endroits du Pacifique Est où l’on trouve des coraux massifs. Ce sera donc un point de référence important pour les études d’El Niño. Nous espérions trouver des coraux fossiles sur l’atoll, et nous avons réussi dans cette entreprise. Nous avons foré 13 coraux fossiles au total. Nous pourrons ainsi obtenir des informations sur El Niño au cours des siècles passés. Les données topographiques et les prélèvements de roches nous permettront également de mieux comprendre le mode de formation de cet atoll, et la raison de la fermeture de son lagon. »

(1). Upwellings : Remontée des eaux froides profondes, riches en nutriments, vers la surface de l'océan.
(2). Platier: Plate-forme corallienne qui entoure l'atoll et qui découvre à marée basse.

Les poissons de Clipperton

IRD : Bernard Séret, ichtyologue biosystématicien (USM 602 du Muséum, UMS 2700 du CNRS);
CNRS: Philippe Béarez, archéo-ichtyologiste spécialiste de la biogéographie des poissons du Pacifique Est.

L’objectif de la mission était de dresser un inventaire visuel et par pêche de la faune ichtyologique de Clipperton.

Les poissons de l’île de Clipperton avaient-ils déjà été étudiés ?

« Les poissons de l’atoll de Clipperton ont fait l’objet de peu d’études et de collectes. La dernière liste faunistique publiée fait état de 115 espèces récifales (163 avec les espèces pélagiques), dont 5 requins (12 sélaciens avec les espèces pélagiques), et d’un taux d’endémisme de 7,8%. Cette diversité est faible si on la compare à celle d’autres îles océaniques telles que Isla del Coco (267 espèces) ou Malpelo (295), de tailles similaires, ou l’archipel des Galápagos (463).
Aucune prospection ichtyologique en règle n’a été menée par la France à Clipperton et la collection ichtyologique du Muséum national d’histoire naturelle contient seulement 157 spécimens collectés à Clipperton, représentant 32 espèces différentes. La majorité des poissons (130) provient de dons de la mission américaine de 1994 qui s’est rendue sur place.
Les populations de requins, réputées particulièrement denses à Clipperton jusqu’au moins dans les années 1970-1980, semblent avoir été décimées puisqu’en 1994 aucun requin n’a été signalé par la mission américaine. Il est vrai que cette mission a surtout échantillonné les poissons du récif, les engins de pêche utilisés n'étant pas adaptés à la capture des requins. Mais les populations de requins devaient être "minimales" à cette époque, après plusieurs années d'exploitation intensive des requins pour leurs ailerons par les flotilles asiatiques et sud-américaines (l'explosion du marché international des ailerons a commencé en 1990).
Lors de notre récente expédition, l’inventaire de la biodiversité des poissons de l’atoll a été mené sur la seule zone littorale de faible profondeur (0 à 50 m) en employant des observations visuelles en plongée et l’ensemble des méthodes de pêche classiques : filets, palangres, lignes à main, nasses, harpons et poison. Parallèlement, un essai d’évaluation de l’état des populations de requins a été mené. »

Quelles premières observations pouvez-vous faire, de retour de mission ?

« Les conditions de pêche (vent, fort courant, milieu corallien) ainsi que la limitation du nombre de sorties en mer (une marée par jour) ont été des contraintes fortes. Néanmoins, près de la moitié des espèces recensées à ce jour ont pu être retrouvées et des spécimens d’une cinquantaine d’espèces ont été conditionnés dans le formol. Des échantillons de tissus, des squelettes, des contenus stomacaux ont aussi été prélevés.
La capture au harpon d’un spécimen de poisson chirurgien de l’espèce Acanthurus guttatus constitue un premier signalement pour Clipperton mais aussi pour l’ensemble du Pacifique Tropical Est. »

Avez-vous rencontré des requins, espèce soumise à une forte pression de pêche ?

« Les populations de requins semblent être en cours de reconstitution. Même si les densités restent faibles, de gros individus dont des femelles gravides tout comme des juvéniles ont été capturés ou observés, notamment des requins-marteaux, un requin-tigre et un requin-baleine. L’observation de femelles gravides et la présence de très jeunes individus montrent que Clipperton est une zone de mise à bas pour deux espèces de requins : le requin soyeux (Carcharhinus falciformis) et le requin des Galapagos (Carcharhinus galapagensis). Il est probable que, si rien n’est fait, l’exploitation par la pêche industrielle reprendra dès que les stocks auront atteint un niveau rentable.
Les résultats définitifs ne pourront être rassemblés qu’après rapatriement et étude au Muséum (MNHN) des collections de terrain. »

Comptez-vous poursuivre cet inventaire ?

« Ces résultats devraient être considérés comme une première étape. Un inventaire exhaustif et d’éventuelles découvertes de nouvelles espèces ne pourront se faire que par un séjour plus long sur place et l’utilisation de moyens plus conséquents, notamment d’un bateau adapté aux récoltes profondes. »

La flore marine

Claude Payri, spécialiste des algues, professeur d’écologie marine récifale à l’Université de la Polynésie française, en délégation à l’IRD Nouméa (UMR 7138 «Systématique, Adaptation, Evolution»).
Jean-Louis Menou : chef plongée IRD , photographie sous-marine et faune des invertébrés.

La biodiversité marine dans le Pacifique suivrait un gradient Ouest-Est avec une diminution de la richesse des espèces d’Ouest en Est, lorsque l’on s’éloigne de l’épicentre situé dans l’arc indo-malais. Cette hypothèse généralement admise concernant la répartition de la biodiversité marine dans le Pacifique demande à être quantifiée, notamment pour ce qui concerne les algues.
Peu de données existent sur les régions situées à l’est du Pacifique, c’est pourquoi l’inventaire de la flore marine de l’île de Clipperton s’avère particulièrement intéressant.

Qu’avez-vous collecté ?

« Les algues marines des pentes externes de Clipperton ont été étudiées au cours de 18 plongées réalisées tout autour de l’île, entre la surface et jusqu’à 60 m de profondeur, et à partir de prélèvements réalisés à pied sur les platiers récifaux externes qui ceinturent l’île.
Au total, près d’une centaine de spécimens ont été récoltés et étalés en herbier sec pour constituer une collection de référence qui sera déposée après son étude dans les collections du Muséum national d’histoire naturelle de Paris. Une base de données iconographiques a été constituée à partir de clichés réalisés in situ sur les espèces végétales les plus caractéristiques, mais également sur les principaux invertébrés (à l’exclusion des coraux) et poissons rencontrés au cours des plongées.
Selon les travaux scientifiques précédant l’expédition de J.-L. Etienne, la flore algale marine recensée de Clipperton comptait 48 espèces.
La récente mission a permis de retrouver la plupart des espèces signalées et appartenant aux algues brunes, vertes et rouges, à l’exception toutefois, de deux algues brunes et d’une algue verte parmi les formes de plus grande taille. Cette absence est attribuée au caractère saisonnier de ces espèces et à la période d’échantillonnage située en hiver (janvier), saison peu favorable à ces algues connues pour être estivales. »

Avez-vous trouvé de nouvelles espèces ?

« Les récoltes comprennent un certain nombre d’espèces qui n’étaient pas encore signalées à Clipperton et qui sont peut-être pour certaines d’entre-elles nouvelles pour la science. Une étude taxonomique plus importante est nécessaire pour confirmer ces premières conclusions. Mais d’ores et déjà, nous estimons que le nombre d’espèces recensées grâce à cette prospection serait de 80.
Les nouvelles espèces pour la région sont essentiellement des algues rouges et principalement calcaires, appelées Corallinacées non-articulées, aux couleurs rose pâle, bleu lavande ou encore violet lie de vin. Outre la diversité spécifique et l’importance numérique, ce groupe d’algues joue un rôle important dans la construction et le maintien de l’édifice corallien ; en effet à l’instar des coraux, elles précipitent dans leur espace paroi cellulaire le carbonate de calcium contenu dans l’eau de mer, et contribuent ainsi grâce à ce phénomène de calcification, à la formation de la trame calcaire du récif. Les espèces dominantes appartiennent au genre Hydrolithon, avec Hydrolithon onkodes très largement répandu dans l’Indo-Pacifique et principal élément constructeur des marges récifales des atolls du Pacifique Central et Sud.
Ces espèces se distribuent en général dans les biotopes les plus éclairés et dominent le paysage dans l’étage supérieur de la pente externe (jusque vers 10 m) où elles résistent mieux que les coraux aux mouvements de la houle et au déferlement des vagues. Au contraire, les algues se raréfient avec la profondeur, laissant la place aux coraux ; toutefois, sous les surplombs et dans les anfractuosités on trouve un autre genre bien représenté, aux couleurs rouge à lie de vin Titanoderma sp., dont la surface est ornée de remarquables spirales correspondant au dépôt successif des couches cellulaires. »

Avez-vous trouvé d’autres types d’algues ?

« Oui, mais en faible quantité. L’autre caractéristique de la flore algale de Clipperton est la taille discrète et la faible abondance des algues non calcaires ce qui contraste avec l’exubérance des algues corallinacées. Elles forment, pour la majorité, des petites touffes éparses rouges, vertes ou des tapis bruns très ras fixés sur les roches calcaires, ou pour les plus petites d’entre elles fixées sur d’autres algues. Les formes les plus grandes parmi les espèces recensées sont les éventails bruns dorés de l’algue brune du Lobophora variegata, ou les amas roses de filaments enchevêtrés de l’algue rouge Hypnea spinella ou encore plus spectaculaires les masses décimétriques d’une algue verte du genre Caulerpa et dont l’espèce n’est pas encore identifiée. »

Que peut-on dire de cette faible diversité de la flore marine de Clipperton ?

« L’étude des collections de Clipperton est en cours et il serait hasardeux de vouloir tirer des conclusions définitives sur la composition florale des récifs. Toutefois, la majeure partie des espèces reconnues est largement répartie dans l’Indo-Pacifique, à l’exception de la Caulerpa qui pourrait être une nouvelle espèce. Ceci est un argument en faveur d’une appartenance de Clipperton à la province géographique Indo-Pacifique, dont elle était classiquement exclue, pour être plutôt rattachée à la Province du Pacifique Est.
Avec moins de 100 espèces, la flore marine de Clipperton appartient à la catégorie ‘species poor flora’ de Bolton (1994). Cette pauvreté spécifique n’est pas étonnante et peut être expliquée en partie par sa position très éloignée de l’épicentre Indo-Malais de la biodiversité, et son éloignement de la cote est Pacifique.
Une autre raison sérieuse est la faible diversité d’habitats, essentiellement restreints à la pente et aux platiers externes ; en effet, le lagon n’abritant plus de flore algale marine depuis l’obstruction naturelle des ouvertures sur l’océan, les espèces marines qui colonisent préférentiellement les habitats lagonaires sont de ce fait absentes.
En revanche, la flore actuelle du lagon est essentiellement composée, de 4 espèces de plantes à fleurs, et une espèce de Chara ‘algue verte’, espèces d’eau saumâtre voire douce, communes sur les côtes du Pacifique Est d’où elles proviennent vraisemblablement.
Il n’est pas exclu, bien au contraire, qu’en progressant dans l’étude des échantillons, nous trouvions des espèces caractéristiques des côtes du Pacifique Est, à l’instar de ce qui a été montré pour les coraux et les poissons. Mais, quoi qu’il en soit, cette flore reste particulière notamment par la faible richesse en Caulerpa et l’absence étonnante de genres très répandus dans les atolls du Pacifique, tels que Halimeda, Microdictyon, Dictyosphaeria. »

La création d’un observatoire

Stéphane Calmant, géophysicien à l’IRD (UR 065 « Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiale, LEGOS »)

L’île de Clipperton fait partie des sites scientifiquement très intéressants en raison de sa forte influence par le phénomène El Niño, comme zone de formation cyclonique, mais aussi pour l’étude de la tectonique des plaques.
Jusqu’à ce jour il n’a pourtant pas pu être équipé du fait principalement de son éloignement, mais la présence d’une mission de scientifiques pendant plusieurs mois a permis d’étudier la possibilité de création d’un observatoire de l’environnement sur l’atoll qui comprendrait l’ installation d'une station d'étude du niveau de la mer.

Que peut-on apprendre à partir de l'étude du niveau de la mer ?

« Le niveau de la mer est un des principaux indicateurs des variations climatiques. On parle beaucoup actuellement de l'élévation du niveau moyen des mers. Si cette élévation est bien réelle (2-3 mm/an ces 10 dernières années), sa mesure par satellite doit en permanence être contrôlée par des mesures sur place. C'est le rôle des observatoires marégraphiques. La plupart des marégraphes sont disposés le long des côtes des pays "occidentaux" (Amérique du Nord, Europe), où l'homme intervient beaucoup sur l'environnement. Leurs informations ne sont donc pas nécessairement révélatrices de ce qui se passe à l'échelle du Globe. Il faut donc aussi faire des mesures dans des endroits les plus isolés possible. Clipperton en est un. »

A quoi servirait l'installation de "systèmes de positionnement absolu"?

« Lorsqu’un appareil de mesure (marégraphe) enregistre une variation de niveau (par exemple, une montée du niveau de la mer), on ne peut pas dire si c'est la mer qui monte ou la roche sur laquelle est fixé le marégraphe qui descend. Il faut donc mesurer la stabilité verticale de l'appareil et son "positionnement". De plus, si l’on veut pouvoir comparer les hauteurs de la mer entre deux marégraphes éloignés l'un de l'autre, il faut que leurs hauteurs soient comparables. Leur position doit donc être "absolue", c'est-à-dire donnée dans une référence commune. Grâce aux techniques spatiales comme le GPS, tous ces appareils sont positionnés selon leur hauteur par rapport au centre de la Terre, qui sert de référence commune. Le même problème se pose si l’on veut comparer les mesures d'un marégraphe sur une côte avec celles d'un satellite en pleine mer: il faut que ces deux mesures soient dans une référence commune, le centre de la Terre.
A Clipperton, un récepteur GPS a donc été installé sur le rocher (la partie la plus stable de l'île) pour mesurer précisément la hauteur des marégraphes pendant qu'ils enregistraient les hauteurs d'eau. »

Quand cet observatoire sera-t-il créé ?

« Cette opération a eu pour objectif de démontrer la faisabilité de l'installation d'un observatoire de l'environnement à Clipperton. Sa création effective est une décision plus politique que scientifique car elle requiert de gros investissements humains et matériels.
L’observatoire pourrait transmettre les informations recueillies automatiquement et une présence humaine permanente ne sera pas nécessaire. Des missions seraient utiles pour contrôler le bon fonctionnement des appareils. Une présence permanente garantirait cependant mieux la sécurité des appareils, le vandalisme étant monnaie courante sur ces îlots « déserts » bien plus fréquentés qu’on ne le croit.
Seul le niveau de financement et l’intérêt de la communauté pour les informations recueillies permettront de rendre opérationnelle la gestion sécuritaire de notre planète.
Les laboratoires concernés vont maintenant constituer un dossier qui sera transmis aux autorités compétentes. »