Une découverte inédite d'hydrates de CO2 au large de Mayotte ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche

Une équipe internationale de chercheurs a mis au jour, au large de Mayotte, un site inédit d'hydrates de dioxyde de carbone (CO2), une découverte qui pourrait améliorer la compréhension des mécanismes naturels de stockage du carbone dans l'océan et des effets de l'acidification des milieux marins sur la biodiversité. Les résultats de ces travaux, publiés dans la revue Nature Geoscience, s'appuient sur les observations réalisées lors de la campagne océanographique Geoflamme, menée en 2021 par l'Ifremer et l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP).

Les scientifiques ont recensé plus de 120 amas d'hydrates de CO2 sur le site sous-marin du Fer à Cheval, situé à une dizaine de kilomètres à l'est de Petite-Terre, à Mayotte. Selon les chercheurs, un tel ensemble n'avait encore jamais été observé. Les données collectées ont été analysées par une équipe associant l'Ifremer, l'IPGP, le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et l'Université de Milan.

Les hydrates sont des composés solides, comparables à de la glace, constitués d'eau et de molécules de gaz. Dans les environnements naturels, ils sont généralement composés de méthane, tandis que les hydrates de dioxyde de carbone sont extrêmement rares sur les fonds océaniques.

« C'est la première fois que l'on observe des amas d'hydrates de CO2 stables sur plusieurs années au fond de l'océan, de cette taille et dans une telle quantité. Composés de gouttelettes de CO2 agglomérées, ces dômes mesurent de quelques centimètres à deux mètres de haut. Cette découverte pose de nouvelles questions sur les mécanismes naturels de stockage temporaire du CO2 dans l'océan. Elle pourrait également nourrir les réflexions sur certaines pistes de géo-ingénierie visant à limiter le changement climatique », explique Cécile Cathalot, chercheure en géochimie des milieux marins à l'Ifremer et première auteure de l'étude.

Ces formations ont été observées au sein de la structure volcanique active du Fer à Cheval, un relief sous-marin de six kilomètres carrés bordé de falaises atteignant 250 mètres de hauteur. Situé à l'est de Mayotte, il fait partie de la chaîne volcanique qui s'étend jusqu'au volcan sous-marin Fani Maoré. Ce site semi-fermé favorise l'accumulation périodique du CO2 relâché sur le fond marin au rythme des marées, tandis que la température de l'eau, proche de 4 °C, et la pression exercée à environ 1.400 mètres de profondeur créent les conditions nécessaires à la formation des hydrates.

« Sur le site du Fer à Cheval, les hydrates de CO2 se forment lorsque des gouttelettes de CO2 liquide entrent en contact avec l'eau froide sous forte pression. Une pellicule solide se développe alors à leur surface, dont la croissance dépend étroitement de la température, de la salinité et du débit d'émission. Ce qui est remarquable ici, c'est que malgré les courants marins, ces hydrates ont pu croître et former de grandes structures relativement stables », précise Olivia Fandino, chercheuse en chimie physique des hydrates de gaz à l'Ifremer.

Les chercheurs estiment que l'apparition de ces émissions de CO2 d'origine magmatique est probablement liée à la crise sismo-volcanique qui affecte Mayotte depuis plusieurs années et qui a notamment conduit à la découverte du volcan sous-marin Fani Maoré en 2019. Si ce dernier ne montre plus d'activité depuis 2021, le site du Fer à Cheval demeure particulièrement actif sur le plan de la sismicité et des émissions de fluides.

Une nouvelle campagne scientifique conduite conjointement par l'Ifremer et OceanX a permis de revisiter le site quatre ans après les premières observations. Les chercheurs ont constaté que les amas d'hydrates semblent être restés stables dans le temps.

« Grâce au ROV Argus déployé depuis le navire OceanXplorer, nous avons constaté que le champ d'amas d'hydrates semblait stable depuis 2021. Cette formation d'hydrates dépend du flux entrant et sortant de dioxyde de carbone au fil du temps : c'est un premier enseignement sur la capacité des amas d'hydrates à stocker du dioxyde de carbone sur plusieurs années », indique Carla Scalabrin, chercheuse en acoustique de la colonne d'eau à l'Ifremer.

Au-delà des enjeux liés au stockage du carbone, cette découverte offre également un terrain d'étude exceptionnel pour analyser les effets de l'acidification du milieu marin sur les écosystèmes. Les scientifiques prévoient un suivi à long terme de ces structures afin de mieux comprendre leur dynamique de formation et de dissolution.

Les observations réalisées dans le cadre des missions MAYOBS et du Réseau de surveillance volcanologique et sismologique de Mayotte (REVOSIMA) ont déjà permis d'identifier une vingtaine d'espèces apparentées aux coraux dans la zone du Fer à Cheval. Les chercheurs ont également constaté une mortalité plus importante à proximité des amas d'hydrates, probablement sous l'effet de l'acidité générée par les fuites de CO2.

« Nous avons recensé une vingtaine d'espèces apparentées au groupe des coraux sur la zone du Fer à Cheval et constaté une mortalité accrue à proximité des amas, probablement liée à l'acidité du milieu sous l'influence de ces fuites de CO2. Pour mieux connaître la biodiversité locale et sa réaction face à l'acidification du milieu, il faudrait aller plus loin avec des prélèvements approfondis plus systématiques », souligne Marjolaine Matabos, chercheuse en écologie benthique à l'Ifremer.

Selon les équipes scientifiques, ce site unique au monde permettra désormais d'étudier la capacité des organismes marins à s'adapter aux variations d'acidité de leur environnement, tout en apportant de nouveaux éléments de compréhension sur les mécanismes naturels de séquestration transitoire du carbone dans les océans.

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