L’ « exposome » océanique : une nouvelle frontière pour protéger la santé des mers

L’océan n’est plus seulement le régulateur thermique de notre planète ou le berceau d’une biodiversité fascinante. Il est devenu au fil des décennies l’ultime réceptacle des contaminations issues de nos activités humaines.

Si la pollution marine a longtemps été abordée de manière segmentée – le plastique d’un côté, les métaux lourds de l’autre – la science moderne tente une nouvelle approche plus globale. À l’image de la médecine humaine qui étudie l’influence de l’environnement sur notre santé, les scientifiques se penchent désormais sur l’«exposome» océanique.

Lancé en 2024 dans le cadre du Programme Prioritaire de Recherche (PPR) Océan et Climat et coordonné par le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-IPSL), le projet interdisciplinaire PREVENT (PRédire l’EVolution et l’impact biologique de l’exposome océanique dans le contexte de la Transition Environnementale) est au cœur de cette ambition.

De la médecine à l’océanographie : le concept récent d’exposome

Si le terme d’« exposome », forgé en 2005 par l’épidémiologiste Christopher Wild, tire ses origines de la recherche médicale, il est défini aujourd’hui par France Exposome comme “englobant la totalité des expositions à des facteurs environnementaux, c’est-à-dire non génétiques, que subit un organisme humain depuis sa conception jusqu’à sa fin de vie”.

Depuis peu, cette notion a été reprise par les scientifiques de l’environnement, notamment en océanographie, en l’appliquant aux pollutions de l’environnement et de l’océan prises dans leur globalité. Dans le milieu naturel, un poisson ou une microalgue est simultanément exposé à une multitude de contaminants toxiques ainsi qu’à des facteurs de stress complémentaires – comme les variations de température dues au changement climatique ou l’acidification des eaux.

Le projet PREVENT ambitionne de décrypter cet effet combiné, cumulatif et synergique des polluants multiples pour comprendre comment ce « cocktail » affecte la vie marine. Sur la base d’une méthode scientifique innovante et hautement collaborative, il mobilise des experts spécialisés dans 6 domaines issus des sciences de la vie et des sciences sociales : biologie et biogéochimie marines, écotoxicologie marine, modélisation numérique, science politique, économie et sociologie de l’environnement.

Trois cibles prioritaires : mercure, lithium et microplastiques

Pour rendre ce projet opérationnel, les scientifiques se concentrent sur trois types de polluants, un polluant historique et deux polluants émergents.

Le mercure (Hg) est un polluant historique qui peut présenter de graves risques pour la santé humaine. S’il est naturellement présent dans l’environnement, les émissions anthropiques récentes de mercure provenant de plusieurs sources (incinérateurs de déchets, exploitation minière, cimenteries, industrie du papier notamment) ont fortement modifié ses niveaux naturels. Bien que réglementé depuis 2013 par la Convention de Minamata, il reste une menace majeure pour les écosystèmes marins et la santé humaine par ses effets neurotoxiques. Sous sa forme organique (méthylmercure), il s’accumule le long de la chaîne alimentaire, pouvant atteindre des concentrations toxiques chez les grands prédateurs comme les thons ou les requins. De nombreuses questions scientifiques demeurent sur la façon dont ces émissions massives de mercure se transmettent dans les espèces marines et sur l’influence que pourra avoir le changement climatique.

Échantillon de la base de thon (crédit photo: V. Allain)

Le lithium (Li) est un polluant émergent, qui devrait prendre une place de plus en plus importante dans les décennies à venir du fait de la transition énergétique : atteindre la neutralité carbone d’ici à 2060 induirait une augmentation de la demande en lithium de plus de 2 ordres de grandeur, alors que seulement 1% de ce métal-trace est actuellement recyclé. Avec l’explosion de la demande pour les batteries de véhicules électriques, l’extraction et le rejet potentiel de lithium augmentent en particulier dans les zones côtières. Ses effets à long terme sur la physiologie des organismes marins – en particulier sur certains organismes filtreurs comme le plancton, présents à la base du réseau trophique et capables de bioaccumuler le lithium de manière significative– sont encore mal connus.

Enfin, les microplastiques agissent comme des vecteurs du cocktail des pollutions marines. Présents partout, des abysses à la banquise, les microplastiques ne sont pas seulement une pollution physique : ils agissent comme des « éponges » à polluants, fixant d’autres substances chimiques et les transportant directement dans l’estomac des organismes. Les conséquences de ce polluant émergent sur les écosystèmes océaniques ne sont pas encore totalement comprises, mais il est probable qu’il interagisse avec les plus petits organismes en raison de leur très petite taille. La diversité de leurs propriétés physico-chimiques rend leur distribution globale dans l’océan difficile à prédire et nécessite également la poursuite des recherches.

Plastiques dans l’océan @pexels

Une approche pluridisciplinaire innovante

Pour décrypter les effets combinés des polluants marins et des facteurs de stress complémentaires, liés notamment au changement climatique ou à la transition énergétique, le projet déploie une méthode scientifique à la fois pluridisciplinaire, innovante et hautement collaborative. Concrètement, le projet combine expérimentation et modélisation.

Le volet expérimental vise à comprendre la dissémination et la toxicité de ces polluants dans les écosystèmes marins par des mesures in-situ dans l’océan et des mesures en laboratoire en mésocosmes – des dispositifs de plusieurs litres, permettant d’analyser le devenir des contaminants dans des écosystèmes exposés à différentes conditions de pollutions contrôlées. Les mesures in-situ seront réalisées dans la baie de Villefranche-sur-Mer, au point B, site expérimental du laboratoire LOV depuis des décennies et qui, pour le projet PREVENT, verra s’ajouter des mesures de polluants. Les expériences en laboratoire seront menées dans des mésocosmes, disponibles au Laboratoire d’Océanographie de Villefranche et au laboratoire MARBEC de Palavas-les-Flots. Ces résultats fourniront une base solide pour modéliser les relations entre les paramètres environnementaux et écologiques et les contaminations dans le système marin.

Mésocosmes expérimentaux du Laboratoire Océanographique de Villefranche-sur-Mer @ Laboratoire d’Océanographie de Villefranche

Une activité de modélisation est également très présente dans le projet.  Un nouveau modèle numérique spécifique est développé pour simuler la propagation et la toxicité des polluants dans les océans, de la colonne d’eau vers la chaîne trophique, depuis les réservoirs planctoniques jusqu’aux poissons.  Ce modèle comporte un module de physique (NEMO), de biogéochimie marine (PISCES) et de chaîne trophique (APECOSM). Les trois polluants sont intégrés dans ce modèle pour simuler leur devenir de la colonne d’eau jusqu’aux poissons.

Ce nouveau modèle sera ensuite utilisé pour réaliser des projections des impacts des polluants sur les écosystèmes marins dans le cadre du réchauffement climatique et de la transition énergétique. Une synthèse des scénarios d’émissions de polluants à l’horizon 2050 sera dressée sur la base d’une revue de littérature et de nouveaux scénarios seront proposés et étudiés en prenant en compte les limites socio-planétaires. Enfin, une enquête sociologique et une analyse plus détaillée des narratifs de scénarios de pollution plastique dans la littérature sont en cours afin d’étudier l’impact sociologique des pollutions marines.

Coconstruire avec les parties prenantes

Faire de la science une source adaptée à la prise de décision est un élément indissociable du projet PREVENT. Grâce à la coordination entre les travaux en sciences et en sciences sociales, PREVENT est en mesure de fournir des scénarios socio-économiques et des trajectoires futures, nécessaires pour éclairer la prise de décision et la construction des législations.

Le projet prévoit des rencontres avec les parties prenantes (administrations publiques, ONG, industries…) à travers un forum des parties prenantes PREVENT. Ces échanges doivent permettre la coconstruction de livrables scientifiques répondant aux besoins des acteurs de la prise de décision, tout en alimentant un lien continu entre recherche académique et parties prenantes. Une équipe de coordination est spécifiquement dédiée à l’animation de ce forum et au développement des outils de communication.

Un consortium d’excellence

Le projet PREVENT est financé par France 2030 via l’Agence Nationale de la Recherche. Il s’inscrit dans le 5e défi du PPR Océan et Climat, qui a pour objectif de développer la compréhension des multiples facteurs de stress affectant de concert les organismes et les écosystèmes marins pour les protéger.

Placé sous la coordination du CEA via le LSCE, il rassemble 6 grandes institutions partenaires (IRD, Sorbonne Université, CNRS, UVSQ et INRAE) et de nombreux laboratoires en tant qu’unités mixtes de recherche (MARBEC, LEMAR, LOPS, GET, LISIS,LOV, LOCEAN, CEARC). Une collaboration complémentaire est assurée avec l’IAEA, notamment pour les analyses des microplastiques.

Cette union de forces permet de mobiliser de nombreux experts issus de plusieurs disciplines et de lier les sciences océaniques fondamentales aux sciences économiques et sociales. L’enjeu de PREVENT va au-delà de la simple mesure chimique de multiples pollutions marines et de la compréhension de leurs impacts sur les écosystèmes marins. Le projet ambitionne de protéger les services écosystémiques rendus par l’océan, en veillant à ce que l’exposome océanique ne devienne pas une condamnation pour les générations futures.