Est-ce qu’un corail séquestre du carbone ?

Le stockage de carbone au sein d’écosystèmes est de plus en plus présenté comme une manière de lutter contre le changement climatique. Mais la séquestration et la libération du carbone par les squelettes des coraux est un sujet complexe. Nous allons publier plusieurs articles dans les mois à venir pour vous expliquer le débat en détail, à commencer par celui-ci qui vous présente d’abord le processus biologique derrière la formation du squelette d’un corail.

L’architecture tridimensionnelle des squelettes des coraux permet aux écosystèmes coralliens d’offrir un habitat, un refuge ainsi qu’une source d’alimentation aux espèces marines. La structure de ces écosystèmes protège également les côtes de l’érosion en mitigeant la force des vagues, au bénéfice des communautés humaines autour du monde. Ainsi, rien que par la structure de leur squelette, les coraux sont d’une valeur inestimable pour l’écosystème marin, mais aussi pour les communautés côtières.

La formation du squelette chez les coraux 

Les coraux hermatypiques (dits aussi coraux bâtisseurs) sont à l’origine de la structure biominérale sur laquelle repose l’ensemble de cet écosystème. À la différence des coraux souples (Gorgones, Antipathaires, Alcyonaires) dont le squelette calcaire est sous forme de calcite, la rigidité du squelette calcaire des coraux bâtisseurs, en forme d’aragonite, fait d’eux de parfaits édificateurs de récifs (Allemand et al., 2004). 

Ce squelette calcaire donne des formes variées aux coraux. Il est également impliqué dans la diffusion et l’absorption de la lumière au sein des coraux qui vivent en symbiose avec des microalgues (appelées zooxanthelles) (Enriquez et al., 2005). Afin de former cette structure calcaire, les coraux réalisent la calcification ou biominéralisation. Ce processus permet de créer le squelette en carbonate de calcium (CaCO3) cristallisé sous forme d’aragonite (Courtial et al., 2021). Cela, à partir d’une accumulation de carbone et de calcium.

• Le carbone provient de deux sources distinctes : le dioxyde de carbone (CO2) produit par la respiration des coraux, et les ions bicarbonate (HCO3–), prélevés dans l’eau. 
• Les ions calcium (Ca2+) et les ions bicarbonate (HCO3–), présents dans l’eau de mer, sont captés par les polypes puis transportés à travers quatre couches de cellules. jusqu’aux cellules calicoblastiques (Fig 1), qui est la dernière couche avant le squelette calcaire du corail (Tambutté et al., 2011). Le dioxyde de carbone est transformé à ce niveau en ions bicarbonate comme présenté dans la réaction (1) :

CO2 + H2O ⇔ HCO3− + H+ (1)
Dioxyde de carbone + eau ⇔ Ions bicarbonate + ions hydrogène

Une fois arrivés à destination, les ions bicarbonate et ions calcium sont transformés en carbonate de calcium, et c’est alors qu’un ion d’hydrogène est libéré selon la réaction (2). Ces ions d’hydrogène vont réagir avec les ions bicarbonate pour produire du CO2, selon la réaction (1). 

Ca2+ + HCO3− ⇔ CaCO3 + H+ (2)
Ions calcium + ions carbonate ⇔ Carbonate de calcium + ions hydrogène

Finalement, la formation du carbonate de calcium se produit comme la réaction (3) le montre.

Ca2+ + 2 HCO3−⇔ CaCO3 + CO2 + H2O (3)
Ions calcium + ions carbonate ⇔ Carbonate de calcium + dioxyde de carbone + eau

Le  carbonate de calcium (CaCO3) est alors précipité en cristaux d’aragonite, qui constituent les briques du squelette corallien. En effet, le processus de biominéralisation se répète pour former une chaîne d’aragonite qui finit par constituer le squelette. C’est la matrice organique qui définit la structure de ces successions de cristaux imposant une morphologie spécifique au corail. Elle se compose de protéines, de lipides et de sucres qui dirigent la formation du squelette calcaire (Reyes-Bermudez et al., 2009). 

De ce fait, la formation du squelette, ou biominéralisation, est un processus nécessitant à la fois le transport des ions aux cellules par les polypes, ainsi que la supervision de la construction par la matrice organique du corail. 

Figure 1 : Schéma simplifié du transport de carbone pour la formation du squelette corallien, à l’intérieur du tissu corallien. Source : élaboration propre à partir de Furla et al. (2000), Allemand et al. (2004) et Tambutté et al. (2011).

La capture et la libération du carbone par les coraux 

Via la biominéralisation et la photosynthèse des zooxanthelles, les coraux sont des plateformes d’échange, et sont à la fois des réservoirs et des sources de carbone inorganique. Par la photosynthèse, les zooxanthelles, en symbiose avec le corail, consomment du dioxyde de carbone (CO2) et apportent de l’oxygène pour le corail (Courtial et al., 2021). Du côté de la biominéralisation, le corail capture du dioxyde de carbone et des ions bicarbonates pour construire son squelette calcaire.

Pourtant, lors de la calcification, les ions hydrogène (H+), produits lors des réactions (1) et (2), réagissent avec les ions bicarbonates (HCO3− en abondance) pour former du CO2 dans le sens inverse de la réaction de formation (1). Ce qui signifie que s’il y a trop de H+ dans le milieu après la formation du squelette, l’équilibre est rétabli en induisant la production et la libération de dioxyde de carbone (CO2) (Allemand et al., 2004). La biominéralisation chez les coraux devient une source de carbone par la libération du CO2 survenant lors de la production des ions hydrogènes. En effet, en milieu marin, pour chaque unité (mole) de CaCO3 précipitée, 0.6 unités (mole) de CO2 sont libérées (Ware, 1991). 

D’autre part, la respiration du corail libère du dioxyde de carbone. Bien qu’une partie soit utilisée par les zooxanthelles, une autre partie du carbone finit dans la mer.

Le débat autour du carbone et des coraux

Attention, il existe un débat autour du rôle des coraux pour la capture et la libération du carbone à l’échelle individuelle mais aussi à l’échelle de l’écosystème plus globalement. La communauté scientifique se voit souvent confrontée à la complexité des processus liés aux différentes échelles, ainsi qu’aux variations présentes au sein de récifs en milieu naturel.

Quel serait l’impact de ce ratio de carbone inorganique (séquestré/libéré) à l’échelle d’un récif ? Au regard des défis climatiques actuels, le stockage et la libération de carbone au sein des océans interroge sur la fonction des récifs coralliens dans la balance carbone ainsi que sur les menaces auxquelles ils font face, en particulier pour la formation du squelette et le soutien des écosystèmes.

Nous allons vous rédiger des articles courts ces prochains mois pour vous présenter ce débat fascinant, et pour essayer de vous éclairer sur le sujet !

Bibliographie :

Allemand, D., Ferrier-Pagès, C., Furla, P., Houlbrèque, F., Puverel, S., Reynaud, S., Tambutté, É., Tambutté, S., & Zoccola, D. (2004). Biomineralisation in reef-building corals: From molecular mechanisms to environmental control. Comptes Rendus Palevol, 3(6), 453–467. https://doi.org/10.1016/j.crpv.2004.07.011

COURTIAL Lucile – ALLEMAND Denis – FURLA Paola (2021), Coraux : les ingénieurs des océans sont menacés, Encyclopédie de l’Environnement, [en ligne ISSN 2555-0950] url : http://www.encyclopedie-environnement.org/?p=4737

Enriquez, S., Méndez, E.R., Iglesias-Prieto, R., (2005). Multiple scattering on coral skeletons enhances light absorption by symbiotic algae. Limnol. Oceanogr. 50 (4),1025–103.

Furla, P. et al. (2000) ‘Sources and mechanisms of inorganic carbon transport for coral calcification and photosynthesis’, Journal of Experimental Biology, 203(22), pp. 3445–3457. doi:10.1242/jeb.203.22.3445.

Gattuso, J., Pichon, M., Delesalle, B., Canon, C., & Frankignoulle, M. (1996). Carbon fluxes in coral reefs. I. Lagrangian measurement of community metabolism and resulting air-sea CO2 disequilibrium. Marine Ecology Progress Series, 145, 109–121. https://doi.org/10.3354/meps145109 

Reyes-Bermudez, A., Lin, Z., Hayward, D.C. et al, (2009). Differential expression of three galaxin-related genes during settlement and metamorphosis in the scleractinian coral Acropora millepora. BMC Evol Biol 9, 178. https://doi.org/10.1186/1471-2148-9-178

Tambutté, S., Holcomb, M., Ferrier-Pagès, C., Reynaud, S., Tambutté, É., Zoccola, D., & Allemand, D. (2011). Coral biomineralization: From the gene to the environment. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 408(1), 58–78. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2011.07.026

Ware, J.R., 1991. Coral reefs: sources or sinks of atmospheric CO2? Coral Reefs 11, 127–130. https://doi.org/10.1007/BF00255465