L’année 2018 est la troisième année internationale des récifs coralliens. C’est aussi l’année où la goélette Tara rentre à son port d’attache, Lorient, après plus de deux ans à sillonner les eaux du Pacifique. La mission Tara Pacific a justement pour but d’étudier ces écosystèmes menacés par l’activité humaine et les changements climatiques, dont 5 % de la surface se situent dans les territoires d’Outremer français.

De mai 2016 à octobre 2018, la goélette Tara a parcouru plus de 100 000 km. D’est en ouest puis du sud au nord, l’océan Pacifique a été passé au peigne fin et plus de 3 600 échantillons ont été récupérés. La mission océanographique Tara Pacific, initiée par la fondation Tara Expéditions, devait inspecter les récifs coralliens de cet océan et collecter de nombreux échantillons afin qu’aujourd’hui ils puissent être analysés en laboratoire, sur la terre ferme. Durant ces deux ans et demi de navigation, 32 sites ont été étudiés et 2 677 plongées scientifiques ont été accomplies. « C’est une mission très originale. C’est la première fois qu’une campagne océanographique étudie l’ensemble des récifs coralliens d’un océan ! Il y a déjà eu des études faites à de petites échelles, mais jamais sur une zone géographique aussi vaste et avec plusieurs espèces étudiées », s’enthousiasme Denis Allemand, codirecteur de Tara Pacific et directeur scientifique du Centre scientifique de Monaco CSM.

Depuis 2003 la goélette Tara sillonne les océans, cherchant à percer ses mystères et à mieux comprendre les impacts du changement climatique. La fondation, indépendante et financée seulement par des dons, est reconnue d’utilité publique par l’État français depuis 2016. Tara Pacific est sa quatrième expédition majeure. Serge Planes, chercheur au Centre de recherche insulaire et observatoire de l’environnement CRIOBE, et Denis Lallemand en sont les directeurs scientifiques. Cette mission s’intéresse aux récifs coralliens sur l’ensemble de l’océan Pacifique. Couvrant moins de 0,2 % de la surface totale des océans, les récifs coralliens abritent 30 % de la biodiversité marine connue.
L’océan Pacifique est une zone d’étude particulièrement intéressante sachant qu’il abrite une majeure partie des coraux mondiaux. Ainsi à l’ouest de cet océan se situe le Triangle du corail, épicentre de la biodiversité marine de la planète. Étendu sur 6 millions de km², il regroupe 76 % des espèces de coraux.

« Les récifs sont surnommés les oasis des océans car ils sont un pôle de biodiversité exceptionnel », explique Denis Allemand. En effet, dans les eaux tropicales, pauvres en nutriments, les récifs coralliens réussissent à être un réservoir de biodiversité marine. Ces récifs sont des constructions biologiques formées principalement, dans les zones tropicales, par des coraux scléractiniaires. Ces derniers construisent des récifs en synthétisant un squelette de calcaire. Ils sont les bâtisseurs de leur propre écosystème. Les récifs sont les plus grandes structures construites par des organismes vivants : la Grande barrière de corail mesure 2600 km et le récif-barrière de Nouvelle-Calédonie 1600 km ! Formés entre la surface et les premiers mètres de profondeur, ils bloquent les éléments venant du large et absorbent l’énergie des vagues, diminuant l’érosion des côtes. Ils protègent ainsi les écosystèmes côtiers et récifaux et permettent à de nombreuses espèces de se développer dans ces labyrinthes de calcaire.
La réussite écologique des récifs coralliens est due à la symbiose du corail, un animal du groupe des cnidaires, avec des algues unicellulaires, les zooxanthelles. Ces dernières élisent domicile dans les cellules de l’animal et lui donnent ses couleurs vives. Cette symbiose a demandé des mécanismes d’adaptation des deux parties et nécessite des conditions environnementales précises : des eaux claires, à une température comprise entre 26 et 30 °C, un pH (mesure de l’acidité d’un milieu) et une salinité stables. Cet équilibre fragile est actuellement menacé et de nombreux coraux sont endommagés ou disparaissent. Les scientifiques de Tara Pacific ont dressé un tableau de leur état de santé sur l’ensemble du Pacifique.

Hétérogénéité des états de santé des récifs coralliens
« C’est la première fois que l’on dispose d’autant de données. Nous avons collecté des échantillons de trois types de coraux (Porites Lobata : le corail dur encroûtant, Pocillopora Meandrina : le corail chou-fleur, Millepora platyphylla : le corail de feu en plaque). Nous avons choisi ces coraux car ils se retrouvaient dans l’ensemble du Pacifique. Nous avons aussi effectué des carottages pour déterminer l’environnement dans lequel s’est développé le corail, l’histoire du récif et son stade de développement », détaille Denis Allemand. Les fragments de coraux permettront de séquencer leur génome et d’étudier les virus, les bactéries et autres symbiotes qui sont hébergés par les récifs. Cet ensemble coraux/symbiotes est nommé holobionte.
Les scientifiques ont également effectué des prélèvements sur une espèce de poisson, le chirurgien bagnard, et du plancton environnant. Le poisson de récif permettra d’étudier l’écosystème et l’environnement dans lequel il a évolué. Les prélèvements sont effectués sur chaque site visité, à raison de 4 jours d’études, menées chaque fois de manière identique afin de pouvoir produire des données comparatives. « Les résultats des observations microscopiques à l’échelle du Pacifique seront disponibles d’ici deux à trois ans. Actuellement nous avons surtout des observations sur leur état de santé », explique Serge Planes, un des directeurs scientifiques de la mission.
Les récifs fournissent aux hommes et aux femmes qui vivent à proximité des bénéfices appelés services écosystémiques. Ces personnes dépendent directement de la bonne santé des récifs. Les récifs coralliens sont des hotspots de biodiversité ce qui pousse les communautés humaines à s’installer à proximité afin de profiter de ces sites pour la pêche ou le tourisme. La richesse écologique des récifs en fait une source de nourriture importante. Selon Coral Guardian, une association de solidarité internationale agissant pour la conservation des récifs coralliens et des communautés qui en dépendent, « des récifs bien gérés peuvent donner entre 5 et 15 tonnes de poissons, crustacés, mollusques et autres invertébrés par kilomètre carré ». Il est estimé que 500 millions de personnes dépendent directement d’eux pour leur survie.
Mais, au niveau local, de nombreuses pressions anthropiques telles que la surpêche, le tourisme non raisonné ou la pollution fragilisent les coraux. Au niveau global, le changement climatique influe sur leur état de santé. Le réchauffement des eaux, même de seulement un demi-degré par rapport à la température de surface, peut altérer la symbiose entre le corail et ses algues. Les coraux expulsent alors les zooxanthelles et perdent leurs couleurs. Il ne reste que leur squelette blanc. On parle du phénomène de blanchissement. Autre conséquence du changement climatique : l’acidification des océans, due à la dissolution du gaz carbonique, provoque une diminution du pH (une augmentation de l’acidité) de l’eau de mer. Le pH étant modifié, le fragile équilibre de la symbiose est mis à mal. « L’acidification reste actuellement limitée. Elle touche peu les coraux. Le blanchissement, dû à la montée des températures, impacte beaucoup plus les récifs coralliens. Le corail stresse et ne reconnaît plus la symbiose. À partir de 31 °C, il présente des difficultés physiologiques », explique Serge Planes. En Polynésie, par exemple, le blanchissement a atteint 30 à 50 % dans certaines îles des Tuamotu. Alors que les récifs de Wallis et Futuna sont préservés. « Nous avons observé une importante hétérogénéité de l’état de santé des récifs. Certains récifs vont bien, d’autres sont très abîmés par l’activité humaine ou par le phénomène de blanchissement. C’est très variable selon les sites », détaille le directeur scientifique de Tara Pacific. De nombreux exemples, extraits des observations faites durant la mission, illustrent cette diversité d’états de santé. Les îles françaises de Chesterfield au nord-ouest de la Nouvelle-Calédonie ne sont soumises localement à aucune pression anthropique et présentent des coraux en très bonne santé. L’île Ducie, au sud du Pacifique, elle aussi préservée des pressions anthropiques, a pour sa part subi un épisode de blanchissement en 2016 suite à la vague de réchauffement causée par El Niño. L’environnement sain de ce site devrait tout de même permettre aux récifs de se rétablir. Les récifs coralliens ont une forte capacité de résilience lorsque les épisodes de blanchissement sont suffisamment espacés. Ce qui n’est pas le cas pour le site de Samoa, dans le sud du Pacifique, très impacté par les pressions anthropiques telles que le rejet de substances chimiques, la surpêche et les déchets. Les coraux ont subi eux aussi un épisode de blanchissement en 2016, mais ne semblent pas récupérer. À Hong Kong la diversité d’espèces de coraux a grandement diminué à cause de la pollution. Les espèces restantes, peu nombreuses, semblent par contre résister à cette pollution ainsi qu’aux vagues de réchauffement. « Nous observons des contrastes intéressants, des oppositions, des situations très différentes », ajoute Serge Planes. Les épisodes de blanchissement sont habituellement causés par El Niño, un phénomène climatique provoquant le réchauffement des eaux du Pacifique. Actuellement, une autre cause entre en jeu : des bulles d’eau chaude, localisées, irrégulières, dues au réchauffement climatique et à un manque de circulation au sein de l’océan. Serge Planes explique : « Nous ne sommes pas dans un phénomène global pour le blanchissement, mais plus sur des masses d’eau chaude, des bulles appelées warm blots, qui vont entraîner la dégradation des coraux localement à cause de la surchauffe. Ce sont des résultats régionaux, mais qu’on retrouve un peu partout dans le Pacifique ». Certaines prédictions évoquent des épisodes de blanchissement annuels au cours des prochaines décennies. Or plus les épisodes de blanchissement seront proches, moins les coraux pourront se rétablir.
Selon la dernière étude du GIEC, publiée en octobre 2018, entre 70 % et 90 % des récifs coralliens risquent de disparaître avec un scénario de hausse des températures de +1,5 °C. Avec une augmentation de +2,0 °C, ce sont 99 % des coraux qui seraient menacés de disparition ! Patrick Wincker, directeur de recherche au Génoscope, un centre du CEA spécialisé dans le séquençage et l’analyse des génomes, nuance : « Nous faisons des prédictions en imaginant que les coraux répondront demain comme ils répondent aujourd’hui or, avec les analyses effectuées dans le cadre de Tara Pacific, nous saurons comment les coraux répondent dans différents environnements. Il faut déjà bien étudier les coraux aujourd’hui pour connaître leur chance de survie. » Le Génoscope est l’institut chargé d’effectuer le séquençage des échantillons de Tara Pacific. Ce travail pourra permettre d’évaluer la capacité de résistance, d’adaptation et de résilience des récifs coralliens à travers l’étude de leurs gènes.

Des réponses lues à travers les gènes
« Nous allons étudier les gènes des récifs, comment ils réagissent à l’environnement, ainsi que certains biomarqueurs (caractéristiques biologiques mesurables permettant de détecter la présence de polluants dans l’environnement et l’impact de certaines pratiques) pour connaître leur état de santé et leur capacité d’adaptation face aux différentes menaces qui pèsent sur eux », explique Denis Allemand. Le séquençage des gènes des échantillons prélevés est un énorme travail d’analyse. Il faudra attendre deux à trois ans pour avoir une vision globale des résultats. « Bienvenue dans le Big Data biologique ! », s’exclame Patrick Wincker.
Cette mission était l’occasion d’embarquer un nouvel outil : le MinIon, un séquenceur ADN de poche. Il permet une analyse génétique rapide, faite directement à bord de la goélette. Il a été utilisé pour la première fois durant l’expédition pour déterminer les espèces des coraux en Papouasie Nouvelle-Guinée où la diversité est très importante et l’identification parfois difficile. Le MinIon permet donc, grâce à ses analyses préliminaires, de diminuer ensuite la charge de travail en laboratoire.
Les échantillons prélevés sont désormais au Génoscope afin d’être minutieusement étudiés. L’information génétique, appelée génome, se situe dans l’ADN, cette macromolécule bien connue présente dans toutes les cellules d’un organisme. Lorsque l’ADN est séquencé, elle permet de connaître, en les comparant avec une base de données, l’ensemble des gènes présents (les gènes sont porteurs d’une information : un caractère ou trait particulier qui, si le gène est exprimé, s’applique sur l’organisme). Les échantillons prélevés par Tara Pacific permettront un des séquençages les plus importants jamais effectués dans le domaine environnemental. « Tous les gènes inscrits dans l’ADN ne sont pas forcément exprimés. Quand un gène est exprimé, on le retrouve sous une forme appelée ARN. Ainsi, si on détecte l’ARN associé à un gène c’est que celui-ci est exprimé, vulgarise brièvement Patrick Wincker. Selon l’environnement, ce ne sont pas les mêmes gènes qui s’expriment. Si le site est pollué ou non, les gènes exprimés sont différents. Les résultats pourront donc montrer la réponse des coraux à différentes conditions environnementales. Cela nous montrera si ces organismes peuvent ou non réagir face à la pression anthropique ou face aux changements climatiques. »
Certains sites visités par Tara Pacific permettent un angle d’étude intéressant pour les scientifiques. Denis Allemand détaille : « Nous regardons attentivement les sites où les coraux sont en bonne santé alors que certains paramètres auraient dû entraîner leur dégradation comme le site de Palau où les récifs sont florissants malgré une température élevée de l’eau et un pH faible, similaire à celui prévu pour 2100 ». Les chercheurs regarderont alors quel gène est exprimé chez ces coraux et n’est pas exprimé chez des coraux en mauvaise santé dans les mêmes conditions. Ce gène alors sera responsable de leur résistance. Ils regarderont aussi les différences dans les deux environnements, essayant de comprendre si un élément particulier (une algue, une bactérie par exemple) permet l’expression de ce gène. Ces observations permettront, potentiellement, d’apporter un coup de main aux coraux mal en point. Denis Allemand ajoute : « L’évolution assistée est une façon d’aider les coraux en changeant certains paramètres de leur environnement : en modifiant le pH ou en rajoutant un certain type d’algue par exemple ». Mais avant de transformer l’environnement des coraux, ce qui n’est pas sans risque, il faut avoir une connaissance très pointue des mécanismes mis en jeu. « Des coraux ont été élevés en laboratoire avec différents pH. Les coraux réagissent vite. Une modification épigénétique leur permet de s’adapter à leur nouvelle condition. Nous pourrons voir avec les échantillons recueillis lors de la campagne si dans la nature il se passe la même modification épigénétique. Pour cela, le génome des coraux va être séquencé et étudié. » Les modifications épigénétiques correspondent à des changements dans l’activité des gènes, n’impliquant pas de modification de la séquence d’ADN. Ainsi, comme expliqué précédemment, un code génétique peut avoir différentes lectures selon l’environnement auquel il est exposé et un gène peut être exprimé ou non.

« Les résultats du séquençage seront publics et mise à disposition de tous les chercheurs. Ce sera une base de données unique et une collection très complète », s’enthousiasme Patrick Wincker. Elle permettra dans les mois et les années à venir une étude approfondie des récifs coralliens et de leur capacité d’adaptation aux changements climatiques. Mais en attendant, « la seule conclusion actuelle : tous les récifs ne se comportent pas de la même façon et certains récifs semblent capables de résister aux modifications de leur environnement », termine Denis Allemand. Un espoir pour ces organismes, peut-être pas si fragiles que ça !

Texte de Sylvie Nadin
Photos de P. West, S. Fretwell, L. Thiault, N. Pansiot, D. Hannan, Y. Chavance, L. Thiault.