11 662 virus nouvellement identifiés révèlent une vie cachée dans une zone d’exploitation minière des grands fonds du Pacifique

Une vaste communauté virale sous les zones minières

Des scientifiques qui étudient les sédiments de la zone Clarion-Clipperton, dans l’océan Pacifique, ont identifié 11 742 virus distincts, dont 11 662 variétés jamais répertoriées auparavant, dans une région qui suscite un vif intérêt auprès des entreprises cherchant à extraire des métaux des fonds marins. Les virus nouvellement identifiés représentent plus de 99 % du total, révélant une partie largement inconnue d’un écosystème que l’exploitation minière pourrait perturber.

Les travaux, publiés dans Nature Communications, ont été menés par Bowen Hou et Lilan Zhang, de l’université de Chongqing, et Dong Sung, du Second Institute of Oceanography chinois. Leur équipe a examiné plus de 60 échantillons de sédiments prélevés en 2023 et 2024 dans la région située entre Hawaï et le Mexique, où l’océan atteint environ 6 000 mètres de profondeur.

La plupart des virus semblent adaptés à l’infection des bactéries et des archées, deux groupes de micro-organismes qui contribuent au recyclage des nutriments dans les fonds marins. Ces résultats concernent le fonctionnement d’un écosystème isolé, sans menace directe apparente pour la santé humaine.

Cette découverte intervient alors que les chercheurs étudient deux questions liées : comment l’exploitation minière pourrait modifier les communautés microscopiques des fonds marins, et si des zones protégées pourraient aider les habitats endommagés à se rétablir. Une étude distincte de modélisation informatique suggère que les 13 zones protégées de la région échangent très peu de larves animales, tandis qu’une expédition européenne examine les dommages laissés par un essai d’équipement minier réalisé en 2021.

Ensemble, ces recherches apportent des données précises sur un problème complexe de conservation. Les scientifiques continuent d’identifier les organismes vivant dans la zone minière, tandis que les gouvernements et les entreprises envisagent des activités qui détruiraient leur habitat et perturberaient les sédiments environnants.

Comment les chercheurs ont découvert les virus cachés

L’équipe chinoise a extrait de l’ADN et de l’ARN, des molécules porteuses d’informations génétiques, de carottes de sédiments prélevées au cours des deux années d’échantillonnage. Elle a eu recours au séquençage métagénomique, une méthode qui analyse le matériel génétique d’un échantillon environnemental composé, sans devoir cultiver séparément chaque organisme en laboratoire.

Cette méthode permet aux scientifiques de rechercher, dans une petite quantité de vase, les traces génétiques de nombreux virus à la fois. La comparaison avec les séquences existantes les aide ensuite à repérer des groupes viraux distincts et à étudier les organismes que ces virus pourraient infecter.

Seuls environ 4 % des groupes de protéines identifiés dans l’étude correspondaient à des entrées des bases de données mondiales existantes. Les protéines assurent de nombreuses fonctions dans les cellules et les virus ; les chercheurs regroupent les protéines similaires pour repérer des fonctions communes ou des liens évolutifs. Le faible taux de correspondance montre à quel point cette diversité génétique des grands fonds reste peu répertoriée.

Les deux pourcentages mis en avant correspondent à des mesures différentes. Plus de 99 % désigne les virus qui n’avaient jamais été répertoriés ; environ 4 % correspond aux groupes de protéines présents dans les bases de données. Ces deux résultats témoignent de la faible représentation de cette communauté dans les archives scientifiques existantes.

Le rôle de ces virus dans les fonds marins

Les bactéries et les archées réalisent des réactions chimiques qui font circuler le carbone, l’azote, le phosphore, le soufre et les métaux dans les sédiments des grands fonds. En l’absence de lumière solaire, ces réactions contribuent au maintien du réseau trophique local et déterminent la manière dont les substances sont stockées ou libérées.

Les virus influencent ces processus en infectant des hôtes microbiens. Certains transportent des gènes métaboliques auxiliaires, c’est-à-dire des instructions génétiques qui peuvent modifier la façon dont une cellule infectée traite les nutriments ou s’adapte à son environnement. L’équipe a repéré des indices génétiques suggérant que les virus des champs de nodules pourraient influer sur le métabolisme microbien, notamment sur les réactions possibles au stress provoqué par les métaux.

Ces fonctions doivent encore être étudiées plus en détail. Les séquences génétiques permettent aux chercheurs de repérer des activités potentielles ; il faut mesurer les communautés vivantes pour établir comment ces activités se manifestent à l’échelle des fonds marins.

Les chercheurs ont décrit ainsi l’objectif de leur étude dans Nature Communications :

une référence essentielle sur l’écosystème microbien avant l’exploitation minière, pour les futures évaluations d’impact environnemental.

Un état de référence documente les conditions qui précèdent le début d’une activité. Ici, il fournit aux études futures un point de départ pour suivre l’évolution des communautés virales, de leurs hôtes et des processus chimiques qu’elles soutiennent.

Pourquoi ces mêmes fonds marins attirent les industriels

La zone Clarion-Clipperton abrite la plus grande concentration connue au monde de nodules polymétalliques. Ces amas contiennent du manganèse, du nickel, du cobalt et d’autres métaux recherchés pour des usages industriels, notamment dans l’électronique et les batteries.

L’Autorité internationale des fonds marins a accordé 31 contrats d’exploration des ressources minérales des grands fonds, selon les chiffres accompagnant l’étude sur les virus. Dix-sept concernent la zone Clarion-Clipperton, dont cinq sont détenus par la Chine. Les contrats d’exploration autorisent l’étude des gisements et des conditions environnementales ; l’extraction commerciale nécessite une procédure réglementaire supplémentaire.

Les nodules fournissent également des surfaces dures sur des fonds marins autrement dominés par la vase fine. Des animaux s’y fixent, et certains leur servent d’abri. Retirer un nodule, c’est donc enlever à la fois une ressource minérale et un habitat.

Le Dr Matthias Haeckel, biogéochimiste au centre de recherche océanographique GEOMAR Helmholtz de Kiel et chef scientifique de l’expédition SONNE qui étudie les effets de l’exploitation minière, a décrit les organismes qui y vivent :

En général, nous trouvons deux ou trois petits organismes sur chaque nodule,

La croissance des nodules est exceptionnellement lente. Selon le compte rendu de l’expédition de Haeckel, elle est d’environ un à deux millimètres par million d’années. Le rythme varie selon le type de nodule et le lieu, mais la reconstitution de ces habitats prend un temps géologique, bien au-delà de la durée d’un projet minier.

Les perturbations peuvent dépasser les traces des engins collecteurs

Les engins miniers retireraient les nodules et remueraient les sédiments de surface. Les particules fines peuvent remonter dans la colonne d’eau, dériver puis se redéposer, recouvrant des organismes situés hors du passage immédiat de l’engin collecteur. Les animaux fixés aux nodules ont peu de possibilités de fuir.

Haeckel a expliqué les effets que ces retombées peuvent avoir sur différents animaux :

Certains organismes peuvent se nettoyer, d’autres non. Ceux qui filtrent leur nourriture dans l’eau sont également très susceptibles d’être touchés,

L’étude sur les virus met en évidence une autre forme de perturbation, sous les animaux visibles. Le déplacement des sédiments pourrait modifier les endroits où vivent les virus et leurs hôtes, la manière dont ils se rencontrent et la façon dont les communautés microbiennes traitent les nutriments et les métaux. Des expériences antérieures sur les perturbations, citées par les auteurs, ont mis en évidence des effets dans les sédiments des champs de nodules pendant des décennies.

L’équipe a également identifié une piste possible de rétablissement partiel : des populations virales et des fonctions génétiques communes aux sédiments profonds et de surface. Les communautés plus profondes pourraient contribuer à la reconstitution de certaines communautés de surface après une perturbation. L’ampleur de cette contribution, ainsi que les effets de l’exploitation minière sur ces virus et leurs hôtes, restent inconnus.

Retour sur l’essai minier de 2021

L’expédition SO322 du navire de recherche SONNE étudie un site de la zone Clarion-Clipperton où la société belge Global Sea Mineral Resources a testé un engin collecteur télécommandé au printemps 2021. L’essai s’est déroulé à plus de 4 000 mètres de profondeur.

En 74 heures, la machine a parcouru environ 32 kilomètres et collecté des nodules sur une surface de 54 000 mètres carrés, soit 5,4 hectares. Cette superficie permet aux chercheurs d’étudier à la fois les traces laissées par l’engin et les sédiments environnants affectés par l’essai.

L’expédition rassemble 39 chercheurs de 17 institutions réparties dans sept pays européens. Parmi les équipements figurent le véhicule téléguidé KIEL 6000, le véhicule sous-marin autonome ABYSS, des instruments installés sur les fonds marins et des dispositifs d’échantillonnage des sédiments. Ces travaux s’inscrivent dans le programme de recherche MiningImpact, qui étudie depuis 2015 les effets potentiels de l’exploitation minière.

Les scientifiques prévoient d’examiner les habitats des fonds marins et de la colonne d’eau, d’évaluer la durée des effets des panaches de sédiments et d’étudier si des surfaces dures artificielles pourraient favoriser la recolonisation des zones où les nodules ont été retirés.

Haeckel a décrit l’ampleur du travail d’identification qui reste à accomplir :

De nombreuses espèces de la CCZ sont extrêmement rares ; environ 90 % des espèces que nous avons échantillonnées jusqu’à présent n’ont pas encore été identifiées et n’ont pas de nom. Et personne ne sait combien d’espèces restent à découvrir,

Cette estimation concerne les espèces échantillonnées par les chercheurs de l’expédition, tandis que le chiffre de 99 % de l’étude sur les virus porte sur les virus nouvellement répertoriés dans les sédiments étudiés. Chacun mesure une partie différente de la biodiversité de la région, encore mal inventoriée.

Peu de voies de circulation entre les zones protégées

Une étude dirigée par Molly Kendall James et ses collègues, publiée dans Nature Ecology & Evolution, a examiné si les 13 zones d’intérêt environnemental particulier de la zone Clarion-Clipperton forment un réseau de conservation connecté.

De nombreux animaux des fonds marins commencent leur vie sous forme de larves transportées par les courants. Si elles peuvent passer d’une zone protégée à une autre, les populations peuvent échanger des gènes et fournir de nouveaux individus à d’autres sites. Les chercheurs ont modélisé ces déplacements à partir de données sur la circulation océanique et de plus de 68 millions de particules simulées par série.

Les particules représentaient des larves dérivant près des fonds marins pendant 19, 35 ou 69 jours. Les simulations portaient sur janvier et juillet 2019 et 2023. Même pour la durée la plus longue, la distance médiane parcourue restait inférieure à 100 kilomètres, alors que les zones protégées sont séparées par environ 200 à 800 kilomètres.

Sur les 156 connexions directes possibles entre réserves, seules cinq présentaient un échange. Moins de 0,02 % des larves simulées libérées dans une zone protégée en atteignaient une autre, et trois voies représentaient plus de 99 % des transferts entre réserves.

Le modèle maintenait les larves à une dizaine de mètres des fonds marins. La durée de vie réelle des larves dans la région est mal connue, et leur capacité à nager plus haut, là où les courants sont différents, pourrait modifier leurs déplacements. Les résultats décrivent les connexions attendues dans ces conditions précises et fournissent aux responsables de la planification un point de départ vérifiable.

D’où pourrait venir le rétablissement

Dans le modèle, 76 % des larves qui se déposaient dans les zones minières provenaient de ces mêmes zones, 19 % de zones non protégées situées hors des zones minières et seulement 5 % du réseau de zones protégées. Avant toute perturbation, les populations locales fournissaient donc la majeure partie du renouvellement simulé.

Les chercheurs ont ensuite testé un scénario dans lequel les zones minières ne fournissaient plus de larves. Les zones non protégées situées hors des zones minières apportaient alors 81 % des larves qui s’y déposaient, contre 19 % pour les zones protégées. Ce déplacement montre pourquoi les habitats situés hors des réserves désignées peuvent jouer un rôle essentiel dans le rétablissement.

L’équipe a identifié 53 cellules de corridor proposées, chacune couvrant 100 sur 100 kilomètres, qui pourraient relier les réserves existantes par des habitats intermédiaires. Leur superficie totale atteindrait 530 000 kilomètres carrés.

La protection de ces cellules a permis de créer 151 voies indirectes dans le modèle et a multiplié par 406 les déplacements entre réserves. La proportion de particules libérées dans une zone protégée et atteignant une autre zone protégée est passée d’environ une sur 5 556 à une sur 14.

Seuls 11 % de la superficie des corridors proposés recoupaient des zones déjà couvertes par des contrats. Dans le scénario de perturbation, le réseau élargi de zones protégées fournissait 36 % des larves qui se déposaient dans les zones minières, contre 19 % avec le dispositif actuel.

Le modèle portait sur la disparition des sources de larves. Les panaches de sédiments, le bruit et les autres effets dépassant les limites des zones minières nécessiteraient une évaluation supplémentaire. Son apport concret consiste à repérer les endroits où la protection d’habitats supplémentaires pourrait améliorer les voies de circulation entre les populations.

Les décisions se rapprochent tandis que les études se poursuivent

Les données disponibles couvrent désormais les études génétiques, les modèles de circulation océanique et l’examen direct d’un site d’essai minier. Chacune porte sur une facette d’une même décision : ce qui pourrait être perdu, la manière dont les perturbations se propagent et les endroits où le rétablissement pourrait commencer.

Parmi les principaux événements et prochaines étapes annoncées :

• 2015 : le programme MiningImpact a commencé à étudier les effets environnementaux potentiels de l’exploitation minière des grands fonds.
• Printemps 2021 : Global Sea Mineral Resources a testé son engin collecteur dans la zone Clarion-Clipperton.
• 2023 et 2024 : les chercheurs ont prélevé les échantillons de sédiments utilisés pour l’étude des virus.
• Expédition SO322 : les scientifiques étudient les conséquences de l’essai de 2021 et les voies possibles de recolonisation.
• 19 novembre 2026 : deux ventes de concessions des fonds marins au large des Samoa américaines sont prévues par le plan annoncé par les États-Unis.

Le projet des Samoa américaines concerne un autre secteur du Pacifique que la zone Clarion-Clipperton. Les deux zones de concession envisagées couvrent au total plus de 31 millions d’acres et jouxtent le monument marin national de l’atoll Rose. Le gouverneur Pulaali'i Nikolao Pula s’est opposé à l’extraction commerciale de minerais dans les eaux du territoire.

Le projet américain illustre les pressions plus générales visant à ouvrir les gisements des fonds marins du Pacifique tandis que les études écologiques se poursuivent. Dans la zone Clarion-Clipperton, le nouveau catalogue de virus fournit un outil concret pour l’évaluation environnementale : les chercheurs peuvent désormais rechercher des évolutions parmi des milliers de groupes viraux jamais répertoriés auparavant, ainsi que suivre celles qui affectent les animaux, la chimie des sédiments et les connexions entre habitats.

Pour planifier la conservation, ces études mettent en évidence deux tâches à mener de front. Les scientifiques doivent comprendre les organismes et les processus présents dans une portion des fonds marins, tandis que les autorités de régulation doivent tenir compte de ses liens avec les zones environnantes. Le retrait des nodules affecte le premier aspect ; la perturbation des voies de recolonisation, le second.

Points clés

• Les chercheurs ont identifié 11 742 virus dans les sédiments de la zone Clarion-Clipperton, dont 11 662 variétés jamais répertoriées auparavant.
• La plupart semblent associés aux bactéries et aux archées et pourraient influer sur le cycle des nutriments et les réactions aux métaux.
• Les perturbations des sédiments pourraient affecter les communautés virales autant que les animaux vivant sur les nodules.
• Un modèle de circulation n’a mis en évidence que cinq connexions directes parmi les 156 voies possibles entre 13 zones protégées.
• L’ajout de 53 corridors d’habitat proposés a fortement accru les connexions dans le modèle.
• L’expédition SONNE étudie les effets d’un essai minier réalisé en 2021 afin d’éclairer les évaluations environnementales et la réglementation.