Hypoxie

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Hypoxie

En juillet 2010, les scientifiques qui travaillaient à bord du NGCC Louis S. St-Laurent, dans la mer de Beaufort, ont mis à l'eau, à partir du pont, un dispositif appelé « rosette CTP » pour prélever des échantillons d'eau. La rosette CTP (qui signifie conductibilité, température et profondeur) est utilisée pour prélever des échantillons et consigner des données concernant les caractéristiques physiques de l'eau océanique, notamment la température, la salinité, le niveau d'oxygène, la présence de nutriments et l'alcalinité. Un tel dispositif est essentiel à la compréhension des processus comme celui de l'hypoxie.

Qu'est-ce que l'hypoxie? Partout dans le monde, l'hypoxie en eaux marines – une insuffisance en oxygène dissous – représente un problème croissant qui peut avoir de graves répercussions sur le milieu et les écosystèmes marins. Le manque d'oxygène présent dans l'eau de mer est actuellement considéré comme une des conséquences probables du réchauffement climatique, puisque l'eau plus chaude contient moins d'oxygène. L'hypoxie peut être d'origine naturelle; elle peut également être exacerbée par les activités humaines ou causée directement par celles-ci. Dans les deux cas, les processus inhérents à ce problème, de même que les stress environnementaux qui en découlent, sont essentiellement semblables.

Les eaux de surface renferment toujours une grande quantité d'oxygène dissous. Cependant, les eaux qui se trouvent entre 100 et 150 mètres de profondeur n'ont pas accès directement à l'oxygène de la surface océanique. Dans ces eaux plus profondes, l'hypoxie a lieu lorsque l'oxygène est retiré de l'eau plus rapidement que celle-ci ne le renvoie à partir de l'atmosphère ou au moyen de la photosynthèse. L'hypoxie peut également découler de la respiration microbienne causée par la décomposition de matières organiques dans les eaux profondes et les sédiments. Ce manque d'oxygène peut être transitoire, saisonnier ou permanent selon une gamme de facteurs, notamment les conditions océanographiques locales.

Les effets de l'hypoxie sur les organismes vivants dépendent de la concentration en oxygène dissous, de la température, de la salinité ainsi que du niveau de tolérance de chaque espèce précise à une faible quantité d'oxygène. Les eaux gravement hypoxiques sont considérées comme des « zones mortes », où peu d'organismes macroscopiques peuvent exister et où les espèces commerciales sont essentiellement absentes.

Cas d'hypoxie dans les océans canadiens

En plus des exemples énoncés précédemment, le changement climatique et l'aménagement futur du littoral pourraient être responsables de cas localisés d'hypoxie au sein d'autres endroits.

Côte nord du Pacifique

Le long de la côte du Pacifique du Canada, le secteur le plus préoccupant en matière de cas d'hypoxie grave est le plateau continental à la fin de l'été. Les concentrations en oxygène des eaux subsuperficielles à l'ouest de l'île de Vancouver ont diminué au cours des dernières décennies. Même si les niveaux d'oxygène au sein des ZGICNP sont légèrement supérieurs, trop peu d'observations ont été effectuées à la fin de l'été pour déceler une tendance.

Voici les constats effectués à ce jour :

• Les cas d'hypoxie sont plus graves dans les bras de mer de type fjord, qui renouvellent très lentement les eaux profondes avec les eaux extérieures. Dans certains fjords, la concentration d'oxygène dissous est inexistante, mais on ne considère pas cela comme un problème puisque cette situation persiste depuis des siècles.
• Les niveaux d'oxygène dans les eaux du détroit de la Reine-Charlotte, le détroit d'Hécate et l'entrée Dixon, qui abritent une gamme d'organismes en leur fond et qui sont riches en ressources halieutiques, sont si bas que les prochaines baisses pourraient avoir des incidences sur la répartition de certaines – sinon de nombreuses – espèces, et donner lieu à une perte d'habitats en eau profonde. Il est possible que certains de ces changements aient déjà eu lieu. Le taux de saturation en oxygène dissous des eaux de fond du détroit de la Reine-Charlotte peut atteindre un pourcentage aussi faible que 25 %.
• À la fin de l'été en 2006 et en 2009, on a relevé un taux de saturation en oxygène qui ne dépassait pas 10 % à environ 150 mètres de profondeur (à mi-distance sur le plateau continental) au large du sud-ouest de l'île de Vancouver. Même s'il s'agissait de la plus faible valeur à avoir été relevée à cet endroit depuis le commencement de l'échantillonnage régulier en 1979, les niveaux précédents ne dépassaient pas 15 % et aucun changement n'a été signalé quant au milieu biologique marin. Depuis 2002, au large des États de Washington et de l'Oregon, on a relevé, durant l'été, des niveaux d'oxygène encore plus faibles qui sont liés à la mortalité massive des mollusques et des crustacés.

Il existe des inquiétudes quant à la possibilité que les concentrations d'oxygène des eaux subsuperficielles qui longent la côte ouest continuent à décroître au cours des prochaines décennies en raison des répercussions potentielles du réchauffement climatique, notamment la diminution du niveau d'oxygène dans les eaux subarctiques causée par une ventilation réduite (échange gazeux entre l'océan et l'atmosphère) le long de la côte est asiatique.

Golfe du Saint-Laurent

Des données historiques et récentes indiquent que les cas d'hypoxie s'aggravent progressivement dans les eaux profondes du golfe du Saint-Laurent, particulièrement à la tête des chenaux Laurentien, Anticosti et Esquiman. Les plus faibles niveaux d'oxygène dissous ont été relevés dans le chenal Laurentien, où les mesures indiquent habituellement un taux de saturation d'environ 20 % depuis le milieu des années 1980. Ce niveau d'hypoxie est le résultat d'un long déclin qui persiste depuis 1932 (les dernières données disponibles), lorsque les eaux profondes de l'estuaire du Saint-Laurent avaient un taux moyen de saturation de 38 %.

Depuis 1932, les deux tiers des cas de diminution de saturation en oxygène sont causés par un apport plus élevé en eaux chaudes et pauvres en oxygène du centre de l'Atlantique Nord et par un plus faible apport en eaux riches en oxygène provenant du courant du Labrador. Le reste des cas semblent être causés par une demande accrue en oxygène provenant des eaux profondes et des sédiments. Cette forte demande est sans doute due à l'augmentation de la respiration bactérienne associée à une hausse de la température de près de 2 °C dans les eaux profondes depuis les années 1930, ou à un surplus de matières organiques provenant des eaux de surface.

Plateau néo-écossais

Il semble également qu'il y ait une diminution des niveaux d'oxygène dans les eaux profondes provenant de talus au sein du bassin d'Émeraude du plateau néo-écossais. Toutefois, il est nécessaire de recueillir plus de données afin de déterminer la structure spatiale et saisonnière de cette tendance à long terme.

Répercussions liées à l'hypoxie

Puisque l'oxygène est essentiel au métabolisme aérobique, les organismes marins en eaux hypoxiques peuvent subir une gamme d'effets néfastes, notamment la réduction des taux de croissance et du succès de la reproduction, ainsi que l'augmentation du taux de mortalité. Certains de ces effets sont observables même chez les organismes exposés à une hypoxie légère (taux de saturation en oxygène de 30 à 50 %).

L'hypoxie peut également avoir des effets sur la répartition des espèces puisque la plupart d'entre elles quittent une zone bien avant que la concentration en oxygène de cette dernière chute à des niveaux qui pourraient leur être fatals. Il existe une préoccupation concernant la ZEGO de la côte nord du Pacifique voulant que même si les niveaux d'oxygène des eaux profondes ne sont pas fatals pour les poissons de fond, ceux-ci peuvent tout de même se déplacer vers des eaux moins profondes, où on retrouve une plus grande quantité d'oxygène dissous. Cependant, cela risque de les priver d'une grande partie de leur habitat de prédilection.

Le seuil auquel surviennent les effets est différent selon l'espèce. Un grand nombre d'espèces peuvent prospérer dans un milieu où les niveaux d'oxygène pourraient sérieusement compromettre la survie d'autres espèces. En général, les organismes marins sédimentaires, immobiles et à longue espérance de vie sont les plus vulnérables. Les organismes de fond (benthiques), comme les homards et les holothuries, ont besoin de plus d'oxygène; ils sont donc vulnérables dans les milieux pauvres en oxygène. Pour leur part, les vers annelés, les mollusques et les cnidaires sont moins sensibles aux effets du manque d'oxygène. Les recherches préliminaires sur le crabe des neiges indiquent que celui-ci est assez tolérant à l'hypoxie. Toutefois, on en sait très peu à propos des effets hypoxiques sur les crustacés présents dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent.

Les études les plus complètes concernant les effets de l'hypoxie sur les espèces commerciales touchées par la situation actuelle dans l'estuaire du Saint-Laurent traitent de la morue de l'Atlantique. La moitié des poissons de l'échantillon étudié sont morts dans les 96 heures qui ont suivi leur arrivée dans un milieu saturé à 21 %, alors que 5 % des poissons de l'échantillon sont morts dans les 96 heures qui ont suivi leur arrivée dans un milieu saturé à 28 %. Les morues évitent presque complètement les zones de l'estuaire et du golfe où les niveaux d'oxygène dissous près du fond sont inférieurs à un taux de saturation de 30 %. Des éléments ont permis d'attester que les morues se nourrissaient moins et que leur taux de croissance diminuait (du point de vue de la longueur et de la masse).

On a également relevé une diminution de la performance natatoire, ce qui peut réduire la capacité du poisson à capturer sa proie, à éviter les préda- teurs et à échapper aux engins de pêche mobiles. De plus, les recherches indiquent que les morues peuvent délibérément éviter une exposition prolongée aux niveaux de saturation en oxygène inférieurs à 70 %.

L'hypoxie a également des répercussions à l'échelle de l'écosystème, comme la perte directe de l'habitat ou la compression de celle-ci, des relations trophiques altérées (réseau trophique), des changements des habitudes de migration, et des modifications de la biodiversité. Depuis les années 1970, on constate un important déclin de l'abondance de plusieurs groupes d'espèces benthiques (échinodermes, crustacés) dans les eaux de l'estuaire du Bas-Saint-Laurent, et il en est de même pour la diversité et l'activité des organismes benthiques. Il reste toutefois à déterminer si ces changements écosystémiques importants sont causés par l'hypoxie, l'acidification ou ces deux facteurs.

Il existe une autre préoccupation qui concerne l'interaction entre l'acidification et l'hypoxie, qui peut rendre encore plus difficile la respiration chez un bon nombre d'organismes, y compris certains poissons comme la morue.

Traiter l'hypoxie

Crevette nordique Photo : Pêches et Océans Canada

Des recherches concernant les effets biologiques de l'hypoxie sont en cours. Par exemple, les scientifiques étudient les effets des niveaux d'oxygène dissous près du fond sur deux autres espèces importantes qui sont présentes dans l'estuaire et le golfe du Saint Laurent : le flétan du Groenland (Reinhardtius hippoglosoides) et la crevette nordique (Pandalus borealis). Puisque ces deux espèces vivent en eaux profondes, elles sont exposées à l'hypoxie.

Des recherches intégrées et pluridisciplinaires sont nécessaires afin d'évaluer les effets combinés du réchauffement, de l'hypoxie et de l'acidification sur le milieu marin ainsi que sur la structure et la fonction de l'écosystème de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Une surveillance continue des variables écosystémiques (conditions chimiques et physiques, productivité primaire, interactions dans le réseau trophique) et des espèces commerciales potentiellement vulnérables permettra d'acquérir une meilleure compréhension des répercussions de l'hypoxie avant que d'importantes modifications ne se produisent.

Dans la Région du Pacifique, les concentrations en oxygène sont surveillées au moyen des relevés de recherche océanique et halieutique de Pêches et Océans Canada. Les prochaines répartitions des poissons de fond seront surveillées en vue de déterminer les répercussions des modifications des concentrations en oxygène. NEPTUNE Canada a récemment ajouté des capteurs d'oxygène à son réseau d'instruments océaniques, situé au large de la côte sud-ouest de la Colombie-Britannique, afin de surveiller les modifications futures.

Pour obtenir de plus amples renseignements sur les causes et les facteurs de l'hypoxie (c.-à-d. les entrées d'eau et les facteurs locaux), veuillez consulter le rapport régional sur la ZEGO du golfe du Saint-Laurent.