Une étude récente remet en question nos connaissances fondamentales sur la production d’oxygène en milieu océanique. Des chercheurs ont découvert un phénomène inattendu, l’« oxygène sombre », libéré à des profondeurs extrêmes. Cette avancée pourrait bouleverser notre compréhension des cycles biogéochimiques sous-marins et l’importance des minéraux dans cette réaction.
Les chercheurs qui l’ont découvert l’ont appelé “oxygène sombre”, car il est libéré à des profondeurs océaniques où il est impossible que la lumière du soleil atteigne. À présent, de nouvelles expériences d’électrochimie pourraient avoir révélé l’existence de “batteries géologiques naturelles” capables de libérer de l’oxygène même en l’absence totale de lumière.
Parmi les premières choses que l’on apprend à l’école, il y a la photosynthèse chlorophyllienne. Ce dont elle consiste est ancré dans nos esprits : les feuilles des plantes absorbent le dioxyde de carbone pour produire des éléments nutritifs pour la plante et libérer de l’oxygène. Mais tout cela ne serait pas possible en l’absence de lumière solaire.
Et pourtant, une partie de cette vérité, considérée désormais comme absolument certaine depuis des siècles, pourrait ne pas être aussi véridique. Contrairement à ce que l’on a toujours pensé, peut-être que la lumière solaire ne serait pas la seule condition possible pour la production d’oxygène.
Un groupe international de chercheurs a en effet détecté la présence d’oxygène à près de 4000 mètres sous le niveau de la mer, dans une zone du fond océanique connue sous le nom de zone de Clarion-Clipperton, dans le quadrant nord-est de l’Océan Pacifique, où la lumière du soleil n’atteint certainement pas : c’est pour cette raison qu’il a été baptisé “oxygène sombre”.
Où a été localisé l’oxygène sombre
En réalité, cette découverte a eu lieu par accident, il y a environ dix ans, lorsqu’une équipe de recherche dirigée par Andrew Sweetman, de la Scottish Association for Marine Science (SAMS), étudiait ce fond marin pour d’autres raisons. Ici, nous avons expliqué les changements que subit l’océan en raison du changement climatique. La découverte fut si surprenante que lorsque leurs instruments ont signalé la présence d’oxygène dans des échantillons de roches prélevés du fond, à quelle profondeur, les chercheurs ont même pensé qu’il y avait un fonctionnement technique défaillant. Comment était-il possible qu’il y ait de l’oxygène dans les fonds les plus reculés de l’océan, en l’absence totale de lumière ?
Pourtant, il n’y avait aucune erreur. Les analyses électrochimiques menées par un autre groupe de chercheurs, dirigé par le professeur Fran Geiger de la Northwestern University, l’ont confirmé.
Ce qui produit de l’oxygène
Comme le rapporte l’étude publiée fin juillet 2024 dans Nature Geoscience, la production d’oxygène en l’absence de lumière serait possible grâce aux dépôts minéraux naturels qui se forment sur le fond océanique, appelés par les chercheurs “nodules polymétalliques”.
Il s’agit d’un mélange de divers minéraux, tels que le cobalt, le cuivre, le nickel, le lithium et le manganèse, c’est-à-dire les mêmes – avertit Geiger – utilisés dans la production de batteries. Cela pourrait sembler une observation peu pertinente, mais ce n’est pas du tout le cas. Nous savons désormais que ces minéraux sont essentiels à la production d’oxygène : “Nous devons repenser à la manière d’extraire ces matériaux, de façon à ne pas épuiser la source d’oxygène pour la vie dans les eaux profondes”, a réaffirmé le scientifique.
Le mécanisme par lequel les métaux libèrent de l’oxygène
Pour ceux qui ne sont pas chimistes ou biologistes, ce n’est pas très simple à comprendre, mais le mécanisme à la base de la présence d’oxygène en l’absence de lumière a à voir avec l’électricité. Lorsque, en 2023, Sweetman a demandé à Geiger de l’aider à comprendre comment les roches dans les profondeurs libéraient de l’oxygène, le scientifique de Northwestern est parti d’une autre de ses études de quelques années auparavant, dans laquelle il avait découvert que la rouille, combinée avec de l’eau salée, pouvait générer de l’électricité.
À ce moment-là, les chercheurs se sont demandé si l’électricité produite par les nodules métalliques était suffisante pour permettre la production d’oxygène par électrolyse. Il s’agit de ce processus qui, grâce à l’électricité, permet des réactions chimiques, à partir desquelles une substance donnée peut être décomposée en éléments qui la composent.
Qu’est-ce que les « batteries géologiques naturelles » découvertes sur les fonds océaniques
D’après l’analyse des échantillons prélevés, les chercheurs ont observé qu’à la surface d’un seul nodule métallique, des valeurs de tension ont été enregistrées atteignant jusqu’à 0,95 volt. Étant donné que – expliquent les chercheurs – il suffit de 1,5 volt « pour décomposer l’eau de mer en hydrogène et en oxygène » et que plusieurs nodules voisins peuvent additionner leurs tensions pour atteindre des valeurs plus élevées, il est possible que ce soient ces nodules métalliques qui génèrent de l’oxygène. « Il semble que nous avons découvert une batterie géologique naturelle« , ont déclaré les chercheurs. Cela pourrait être « la base d’une possible explication de la production d’oxygène sombre dans l’océan ».
Cette découverte a des implications potentiellement surprenantes et remet en question notre conviction séculaire selon laquelle seuls les organismes photosynthétiques, comme les plantes et les algues, sont capables de produire de l’oxygène.