Les Océans

La planète bleue

Vue à un million de kilomètres, la Terre est une bille bleue marbrée de quelques taches brunes et blanches. L'océan mondial couvre environ 71 % de la surface, quelque 361 millions de kilomètres carrés, et renferme près de 97 % de toute l'eau de la planète. Sa profondeur moyenne avoisine 3 700 mètres et son volume 1,33 milliard de kilomètres cubes. Le reste fait figure d'appoint : calottes et glaciers en détiennent moins de 2 %, les nappes souterraines à peu près autant, et l'ensemble des lacs, des fleuves et des nuages une infime fraction de 1 %.

Pourquoi bleue ? L'eau n'est pas tout à fait incolore. Ses molécules absorbent faiblement la lumière rouge, si bien que quelques mètres d'eau teintent de bleu la lumière blanche du Soleil ; plus l'eau est profonde, plus la lumière renvoyée est bleue. Le reflet du ciel accentue l'effet vers l'horizon. Là où la mer vire au vert ou au brun, quelque chose s'y mêle : le phytoplancton et sa chlorophylle, ou les limons de fleuves comme le Yangtsé et l'Amazone.

Nous n'avons vu l'océan dans son ensemble que récemment. En 1968, l'équipage d'Apollo 8 photographie le Lever de Terre au-dessus de la Lune ; en décembre 1972, Apollo 17 prend La Bille bleue, l'une des photographies les plus reproduites de l'histoire, où l'Afrique et la calotte antarctique sont cernées par la mer. En 1990, Voyager 1 se retourne à quelque 6 milliards de kilomètres et saisit la planète, ce « point bleu pâle » cher à Carl Sagan. Aujourd'hui, des satellites comme Sentinel-6 et SWOT mesurent la hauteur de la mer au centimètre près, tandis que près de 4 000 flotteurs Argo dérivent dans les profondeurs en relevant température et salinité.

L'eau est inégalement répartie. L'hémisphère Sud est océanique à environ 81 %, et un globe centré sur le Pacifique Sud ne montre presque que de la mer. Le Pacifique, à lui seul, est plus vaste que toutes les terres réunies. Pourtant, malgré sa taille, l'océan est mince : 3,7 kilomètres en moyenne sur une planète de 12 742 kilomètres de diamètre, proportionnellement plus fin que la peau d'une pomme.

Le saviez-vous ? Rassemblée en une seule goutte, toute l'eau présente sur, dans et au-dessus de la Terre formerait une boule d'environ 1 385 kilomètres de diamètre seulement, bien plus petite que la Lune.

Cette mince pellicule fait tourner la planète. Depuis les années 1970, l'océan a absorbé environ 90 % de la chaleur excédentaire piégée par les gaz à effet de serre, et il capte à peu près un quart du dioxyde de carbone que nous émettons. Son plancton produit près de la moitié de l'oxygène de la Terre, et ses lents courants stabilisent le climat. Nous vivons sur la terre ferme, mais à tous égards, nous habitons une planète d'eau.

D'où vient l'eau

La Terre s'est formée il y a environ 4,54 milliards d'années à partir de poussières et de roches en orbite autour du jeune Soleil, assez près de lui pour que la glace ait eu du mal à y survivre. D'où est donc venue l'eau d'un océan entier ? Deux grandes réponses s'affrontent, et les indices suggèrent de plus en plus que toutes deux ont joué un rôle. L'eau a pu être piégée dans les matériaux rocheux d'origine puis dégazée par les volcans à mesure que la planète se réchauffait, ou bien être apportée par des astéroïdes et des comètes riches en eau venus des confins froids du Système solaire.

Le témoin clé est le jumeau lourd de l'hydrogène, le deutérium. Le rapport entre deutérium et hydrogène ordinaire, dit rapport D/H, sert d'empreinte du lieu où l'eau s'est formée : plus le berceau est froid, plus il tend à être riche en deutérium. Les océans terrestres contiennent environ 156 atomes de deutérium par million d'atomes d'hydrogène. Les chondrites carbonées, météorites issues d'astéroïdes, affichent une valeur très proche. La plupart des comètes, non. La comète de Halley et Hale-Bopp en contiennent environ deux fois plus, et en 2014 la sonde Rosetta a mesuré sur la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko un rapport plus de trois fois supérieur à celui de la Terre. La comète Hartley 2, mesurée par le télescope spatial Herschel en 2011, fait exception avec une valeur terrestre : les comètes ne sont donc pas exclues, mais elles semblent avoir peu contribué.

Les missions de retour d'échantillons ont affiné le tableau. La sonde japonaise Hayabusa2 a rapporté des grains de l'astéroïde Ryugu en 2020, et OSIRIS-REx, de la NASA, de la poussière de Bennu en 2023 ; tous deux renferment des argiles et d'autres minéraux formés dans l'eau liquide. Par ailleurs, une étude de 2020 sur les chondrites à enstatite, météorites censées ressembler aux roches du Système solaire interne, a montré qu'elles contiennent assez d'hydrogène pour avoir fourni plusieurs océans d'eau dès l'origine.

La chronologie vient de minuscules cristaux. Des zircons des Jack Hills, en Australie-Occidentale, vieux d'environ 4,4 milliards d'années, portent des rapports d'isotopes de l'oxygène indiquant qu'ils ont cristallisé à partir de roches ayant été en contact avec de l'eau liquide près de la surface. Des océans existaient donc environ 150 millions d'années après la formation de la Terre, et après l'impact géant qui aurait donné naissance à la Lune. Vers 3,8 milliards d'années, les laves en coussins de la ceinture d'Isua, au Groenland, témoignent d'éruptions sous l'eau.

Le saviez-vous ? Une partie de l'eau de votre verre est peut-être plus ancienne que le Soleil : selon les modèles, une fraction de l'eau terrestre s'est formée sous forme de glace dans le nuage moléculaire froid qui a donné naissance au Système solaire.

La question dépasse largement la Terre. Si l'eau accompagne couramment la naissance des planètes rocheuses, les mondes océans pourraient être fréquents autour d'autres étoiles ; s'il a fallu une heureuse pluie d'astéroïdes, ils pourraient être rares. Chaque grain de Ryugu et de Bennu pèse dans ce débat, et l'océan où nous nageons en est la première et la meilleure preuve.

Un seul océan mondial

Les atlas nomment cinq océans, mais il n'y en a en réalité qu'un. Pacifique, Atlantique, Indien, Austral et Arctique sont les bassins d'une seule masse d'eau continue, l'océan mondial, et une goutte d'eau de mer peut les parcourir tous. L'eau de l'Atlantique Nord peut plonger au large du Groenland, cheminer vers le sud le long du fond, faire le tour de l'Antarctique et refaire surface dans le Pacifique des siècles plus tard. Les frontières tracées entre les bassins sont des commodités humaines, pas des murs.

Le géant est le Pacifique, environ 165 millions de kilomètres carrés, plus vaste que toutes les terres émergées réunies et abritant le point le plus profond, le Challenger Deep. L'Atlantique, environ 106 millions, est l'océan jeune en forme de S qui s'élargit encore entre les Amériques d'un côté, l'Europe et l'Afrique de l'autre ; son point le plus profond se trouve dans la fosse de Porto Rico, vers 8 400 mètres. L'océan Indien, environ 70 millions, est le plus chaud, fermé au nord par l'Asie et rythmé par la mousson. L'océan Austral encercle l'Antarctique, et l'Arctique, le plus petit et le moins profond avec environ 14 millions de kilomètres carrés, est une mer presque fermée coiffée de glaces dérivantes.

Qui décide où l'un finit ? Depuis 1921, l'Organisation hydrographique internationale, établie à Monaco, coordonne les cartes marines du monde, et sa publication Limites des océans et des mers, parue pour la première fois en 1928, trace les lignes officielles. L'Atlantique et l'Indien se rejoignent sur le méridien du cap des Aiguilles, pointe sud de l'Afrique ; l'Indien et le Pacifique sur une ligne partant de la Tasmanie vers le sud. L'océan Austral a connu une carrière mouvementée : présent dans l'édition de 1937, supprimé en 1953, il fut rétabli au sud de 60° S par un projet de 2000 jamais ratifié officiellement. Les scientifiques l'ont utilisé malgré tout, et National Geographic l'a ajouté à ses cartes lors de la Journée mondiale de l'océan, le 8 juin 2021.

Ce qui donne sa réalité à l'océan Austral, c'est le courant circumpolaire antarctique, le seul courant qui fasse le tour complet du globe sans rencontrer de terre. Poussé par les vents d'ouest des quarantièmes rugissants et des cinquantièmes hurlants, il transporte bien plus de 100 fois le débit cumulé de tous les fleuves du monde et relie entre eux les trois grands bassins du nord.

Le saviez-vous ? La mer des Sargasses est la seule mer sans côtes : elle est entièrement délimitée par des courants, les quatre bras du grand tourbillon de l'Atlantique Nord.

Penser un seul océan n'est pas une coquetterie. Des plastiques venus de côtes lointaines s'accumulent sur l'île inhabitée d'Henderson, dans le Pacifique Sud ; la chaleur absorbée sous les tropiques fait fondre la glace des pôles ; baleines et anguilles franchissent les bassins sans passeport. Le traité sur la haute mer de 2023 traite l'océan situé au-delà des eaux nationales comme un espace commun unique, ce qu'il a toujours été.

Pourquoi la mer est salée

Goûtez la mer et vous goûtez les continents. La pluie est très légèrement acide, car elle dissout le dioxyde de carbone de l'air, et en ruisselant sur la roche elle en décompose lentement les minéraux. Cette altération chimique libère calcium, sodium, magnésium et potassium, que les fleuves emportent jusqu'à la mer. L'eau des rivières paraît douce uniquement parce que ces ions y sont dilués. L'océan les concentre, car l'évaporation enlève l'eau mais laisse les sels.

L'autre moitié du sel marin vient d'en bas. Le chlorure, l'ion le plus abondant de l'eau de mer, est rare dans les roches ; il est arrivé surtout sous forme de gaz chlorhydrique libéré par les volcans au début de l'histoire de la Terre. Aujourd'hui, les sources hydrothermales des dorsales échangent encore des éléments avec l'eau de mer, en ajoutant certains et en retirant d'autres, notamment le magnésium. Le résultat : environ 35 grammes de sel par kilogramme d'eau de mer, soit 3,5 %. Chlorure et sodium en représentent environ 86 %, sulfate, magnésium, calcium et potassium l'essentiel du reste.

Les proportions sont d'une constance remarquable. Dans les années 1880, le chimiste William Dittmar analysa 77 échantillons recueillis par le HMS Challenger dans tous les océans et confirma que, quelle que soit la salinité d'un échantillon, ses ions majeurs gardent les mêmes rapports. La salinité devint ainsi facile à mesurer : jadis par titrage du chlorure, aujourd'hui par conductivité électrique, selon l'échelle de salinité pratique de 1978. Les flotteurs Argo la relèvent jusqu'à 2 000 mètres, et des satellites comme SMOS, de l'Agence spatiale européenne, cartographient la salinité de surface depuis l'orbite depuis 2009.

Si les fleuves apportent sans cesse du sel, pourquoi la mer ne devient-elle pas plus salée ? Parce que le bilan s'équilibre à peu près. Le sel repart par les sources hydrothermales, en se fixant sur des argiles qui sombrent dans les sédiments, et dans d'immenses dépôts d'évaporites quand des mers peu profondes s'assèchent. Il y a environ 6 millions d'années, la Méditerranée, coupée de l'Atlantique, s'est en grande partie évaporée lors de la crise de salinité messinienne, laissant des couches de sel épaisses de plus d'un kilomètre. Chaque élément a son temps de résidence : le sodium séjourne des dizaines de millions d'années, le fer et l'aluminium quelques siècles seulement. En 1899, John Joly divisa le sodium de l'océan par l'apport annuel des fleuves et estima l'âge de la Terre à environ 90 millions d'années. Il se trompait d'un facteur cinquante, car la mer est à l'équilibre, elle ne se remplit pas.

Le saviez-vous ? Si tout le sel de la mer était étalé uniformément sur les terres émergées, il formerait une couche d'environ 166 mètres d'épaisseur, la hauteur d'un immeuble de 40 étages.

La salinité varie pourtant d'un lieu à l'autre. La mer Rouge, chaude et presque sans fleuves, atteint environ 40 grammes par kilogramme ; la Baltique, alimentée par les rivières et la pluie, tombe à quelques grammes à peine dans le golfe de Botnie, trop peu pour bien des espèces marines. La mer Morte, enclavée, est près de dix fois plus salée que l'océan. Ces écarts de sel, autant que de chaleur, animent les courants qui brassent tout l'océan.

Le relief des fonds marins

Videz l'océan, et la planète révélerait deux grands niveaux. Si l'on trace la part de la surface terrestre située à chaque altitude, la courbe hypsométrique, deux pics apparaissent : l'un près du niveau de la mer, les continents, l'autre, plus important, entre 4 000 et 5 000 mètres de profondeur, les grands fonds océaniques. La différence ne tient pas à l'érosion mais à la roche. Les continents sont faits de granite épais et léger qui flotte haut, la croûte océanique de basalte mince et dense qui se tient bas.

Partez d'une côte typique vers le large et le fond change par paliers. Vient d'abord le plateau continental, bordure noyée du continent, peu profonde et en pente douce, large d'environ 80 kilomètres en moyenne et qui s'achève par une rupture de pente vers 140 mètres de fond. Sa largeur varie énormément : au large de la Sibérie, il s'étend sur bien plus de 1 000 kilomètres, alors qu'au large du Chili et du Pérou il existe à peine. Pendant la dernière glaciation, quand le niveau de la mer était environ 120 mètres plus bas, il était en grande partie émergé, comme le Doggerland entre la Grande-Bretagne et le reste de l'Europe.

Au-delà de la rupture, le talus continental plonge de quelques degrés, pente raide à l'échelle des fonds marins, entaillée de canyons sous-marins comme celui de Monterey, au large de la Californie, aussi profond que le Grand Canyon. Les sédiments y dévalent en courants de turbidité, de véritables avalanches sous-marines. En 1929, l'un d'eux, déclenché par un séisme au large des Grands Bancs de Terre-Neuve, rompit l'un après l'autre une douzaine de câbles télégraphiques transatlantiques, ce qui permit d'en mesurer la vitesse. Au pied du talus, ces dépôts s'accumulent en un glacis continental, qui se fond dans la plaine abyssale, entre 3 000 et 6 000 mètres de profondeur, l'un des endroits les plus plats de la Terre, où des sédiments fins ont enseveli d'anciens reliefs volcaniques.

La cartographie de tout cela a été lente. Les premiers marins sondaient au plomb ; l'expédition allemande du Meteor, de 1925 à 1927, inaugura l'écho-sondage à travers l'Atlantique Sud. Dans les années 1950, Marie Tharp, avec Bruce Heezen à l'université Columbia, transforma des milliers de sondages en premières cartes physiographiques des fonds océaniques et repéra le rift qui court le long de la dorsale médio-atlantique. Les satellites déduisent aujourd'hui le relief du fond des légers bombements de la surface de la mer dus à la gravité des montagnes sous-marines, mais avec une résolution de l'ordre du kilomètre.

Le saviez-vous ? Les surfaces de Mars et de la Lune sont cartographiées avec bien plus de précision que nos propres fonds marins.

Le projet Seabed 2030, lancé en 2017 par la Nippon Foundation et la GEBCO, veut cartographier l'ensemble des fonds au sonar moderne d'ici la fin de la décennie. À son lancement, environ 6 % seulement avaient été relevés ainsi ; au milieu des années 2020, la proportion atteignait environ un quart. De meilleures cartes comptent pour l'alerte aux tsunamis, le tracé des câbles, la pêche et le vif débat sur l'exploitation minière des grands fonds. La plus grande partie de la surface de la planète reste, en somme, une tache blanche sur la carte.

Tectonique des plaques et bassins océaniques

En 1912, un météorologue allemand du nom d'Alfred Wegener affirma à Francfort que les continents se déplacent. L'Amérique du Sud et l'Afrique s'emboîtent comme les moitiés d'une page déchirée ; des fossiles comme le reptile Mesosaurus et la fougère Glossopteris se retrouvent des deux côtés de l'Atlantique Sud ; des veines de charbon gisent sous les glaces antarctiques. Dans La Genèse des continents et des océans (1915), il proposa un supercontinent disparu, la Pangée. La plupart des géologues le rejetèrent, surtout parce qu'il ne pouvait expliquer quelle force pousserait des continents à travers un plancher océanique solide. Il mourut sur l'inlandsis du Groenland en 1930, sans avoir été entendu.

La réponse vint de la mer. Les sonars de guerre et les campagnes d'après-guerre révélèrent une dorsale volcanique faisant le tour du globe et de profondes fosses. En 1962, le géologue de Princeton Harry Hess, qui avait fait fonctionner un écho-sondeur en commandant un navire de transport de l'US Navy, proposa l'expansion des fonds océaniques : une croûte neuve se forme aux dorsales, s'écarte des deux côtés comme deux tapis roulants et replonge dans le manteau aux fosses. Les continents ne labourent pas le plancher ; ils voyagent dessus. Les bandes magnétiques du fond et l'âge des sédiments forés confirmèrent bientôt l'idée, et à la fin des années 1960 la tectonique des plaques était devenue la théorie unificatrice de la géologie.

Une conséquence frappe : le fond océanique est jeune. La plus vieille croûte océanique conservée, dans le Pacifique occidental, n'a qu'environ 180 millions d'années, alors que des roches continentales atteignent quatre milliards d'années. Les océans sont temporaires. En 1966, le géophysicien canadien J. Tuzo Wilson se demanda si l'Atlantique ne s'était pas fermé avant de se rouvrir, en invoquant un océan plus ancien, aujourd'hui appelé Iapetus, dont la fermeture a soudé l'Écosse à l'Angleterre. Son intuition est devenue le cycle de Wilson : un continent se fracture, un nouvel océan s'ouvre et s'élargit, ses anciennes marges commencent à subducter, et il finit par se refermer dans une collision qui dresse des montagnes.

Chaque étape s'observe aujourd'hui. L'Afrique de l'Est se fend le long du grand rift ; la mer Rouge est un océan naissant ; l'Atlantique est un océan mûr, qui s'élargit d'environ 2,5 centimètres par an, à peu près la vitesse de pousse d'un ongle, un rythme désormais mesuré directement par satellite. Le Pacifique, cerné de fosses, rétrécit. La Méditerranée est un vestige de l'ancien océan Téthys, comprimé par la remontée de l'Afrique vers le nord, et l'Himalaya marque l'endroit où l'océan qui précédait l'Inde s'est entièrement refermé.

Le saviez-vous ? La traversée de l'Atlantique par Christophe Colomb en 1492 serait aujourd'hui plus longue d'environ 13 mètres, car l'océan s'est élargi depuis.

La tectonique des plaques commande où frappent les séismes, où s'élèvent les volcans et comment les courants peuvent circuler entre les bassins. Certains géologues prévoient que d'ici 200 à 250 millions d'années les continents se réuniront en un nouveau supercontinent, sans s'accorder sur sa forme. Les océans, en fin de compte, naissent, vieillissent et meurent.

La dorsale médio-océanique

La plus longue chaîne de montagnes de la Terre est presque entièrement sous l'eau. La dorsale médio-océanique serpente à travers tous les océans comme la couture d'une balle de tennis : environ 65 000 kilomètres de long, de 2 000 à 3 000 mètres au-dessus des fonds voisins, avec une crête située en général vers 2 500 mètres sous la surface. C'est là que la planète fabrique sa croûte neuve. Quand les plaques s'écartent, la roche chaude du manteau remonte, fond en partie à mesure que la pression diminue, et s'épanche en basalte le long de l'axe, refroidissant en laves en coussins au-dessus d'un réseau de filons verticaux.

Les dorsales n'ont pas toutes le même style. La dorsale médio-atlantique s'écarte lentement, de 2 à 5 centimètres par an au total, et présente un profond rift axial. La dorsale du Pacifique Est s'ouvre plusieurs fois plus vite, jusqu'à environ 15 centimètres par an, et forme un large bombement régulier. La plus lente de toutes est la dorsale de Gakkel, sous les glaces arctiques, qui s'ouvre d'un centimètre par an au plus. Le long de chaque dorsale, l'eau de mer circule dans la roche chaude et jaillit en sources hydrothermales, observées pour la première fois en 1977 par le submersible Alvin sur le rift des Galápagos.

L'Islande est l'endroit où la dorsale sort de l'eau. Un point chaud y fournit tant de magma que la dorsale s'élève au-dessus de la mer, et l'on peut marcher dans le rift à Þingvellir ou nager avec masque et tuba entre les plaques nord-américaine et eurasienne dans la faille de Silfra. L'île est agitée : Surtsey est sortie de la mer entre 1963 et 1967, l'Eldfell a enseveli une partie de la ville de Heimaey en 1973, et depuis 2021 une série d'éruptions sur la péninsule de Reykjanes menace la ville de Grindavík.

La preuve de l'expansion est inscrite dans la roche. En refroidissant, le basalte enregistre la direction du champ magnétique terrestre, qui s'inverse à intervalles irréguliers, souvent de quelques centaines de milliers d'années. En 1963, Fred Vine et Drummond Matthews, à Cambridge, et indépendamment le Canadien Lawrence Morley, expliquèrent les énigmatiques bandes magnétiques relevées sur le fond par des magnétomètres remorqués : des bandes d'aimantation normale et inverse formées à la dorsale puis emportées vers l'extérieur. S'ils avaient raison, les bandes devaient être symétriques de part et d'autre de la dorsale. Un levé de la dorsale de Reykjanes, au sud de l'Islande, publié en 1966, montra exactement cela.

Le saviez-vous ? L'article de Morley sur les bandes fut refusé par des revues, l'un des relecteurs jugeant, dit-on, que de telles idées relevaient plutôt de la conversation de cocktail.

La dernière inversion complète, il y a environ 780 000 ans, constitue un repère net dans le motif, et les bandes permettent désormais de dater le fond sans forage. La dorsale règle aussi la chimie de l'océan et abrite ses écosystèmes les plus étranges. Chaque année, elle ajoute environ trois kilomètres carrés de plancher neuf, une lente naissance qui ne s'arrête jamais.

Les fosses et le Challenger Deep

Le point le plus profond de la Terre se trouve à l'extrémité sud de la fosse des Mariannes, une entaille courbe d'environ 2 500 kilomètres dans le Pacifique occidental. Son point le plus bas, le Challenger Deep, se situe vers 10 935 mètres ; les estimations varient de quelques dizaines de mètres selon le sonar et les corrections appliquées. Posez l'Everest, haut de 8 849 mètres, sur le fond : son sommet resterait à plus de deux kilomètres sous la surface. La pression y dépasse 1 000 fois celle du niveau de la mer, comme le poids d'un éléphant sur chaque timbre-poste.

Les fosses marquent les zones de subduction, où une plaque plonge sous une autre. La croûte océanique devient plus froide, plus épaisse et plus dense en vieillissant, et dans la fosse des Mariannes une partie de la plus vieille croûte du Pacifique, âgée de 150 millions d'années ou davantage, s'enfonce sous la plaque philippine et sombre dans le manteau. L'eau expulsée de la plaque plongeante abaisse le point de fusion de la roche sus-jacente et alimente les volcans des îles Mariannes. Répété tout autour du Pacifique, ce mécanisme dessine la ceinture de feu, un fer à cheval de 40 000 kilomètres de fosses et de volcans, du Chili à l'Alaska, au Japon et à la Nouvelle-Zélande, qui concentre environ les trois quarts des volcans actifs du monde et près de 90 % de ses séismes. Le grand séisme chilien de 1960, de magnitude 9,5, et celui de Tōhoku au large du Japon en 2011 ont frappé sur ces frontières.

Le Deep doit son nom aux navires. En 1875, l'équipage du HMS Challenger fit descendre une ligne lestée près de la fosse et mesura environ 8 180 mètres, un record mondial à l'époque. En 1951, le navire hydrographique HMS Challenger II, par écho-sondage, trouva des profondeurs bien plus grandes, et le point le plus profond prit son nom. Le 23 janvier 1960, Jacques Piccard et Don Walsh descendirent à bord du bathyscaphe Trieste, une sphère d'acier suspendue sous un flotteur rempli d'essence, et passèrent une vingtaine de minutes au fond. Personne n'y retourna avant 2012, quand le cinéaste James Cameron plongea seul à bord du Deepsea Challenger. Depuis 2019, le submersible Limiting Factor de l'explorateur Victor Vescovo multiplie les plongées, avec des passagers comme Kathy Sullivan, devenue en 2020 la première femme à atteindre le fond.

Le saviez-vous ? Avant 2019, davantage de personnes avaient marché sur la Lune que visité le Challenger Deep : douze contre trois.

D'autres fosses sont presque aussi profondes. Le Horizon Deep, dans la fosse des Tonga, atteint environ 10 800 mètres, et les fosses des Kermadec et des Philippines dépassent 10 000 mètres. La zone hadale, au-delà de 6 000 mètres, ne couvre qu'une infime fraction des fonds, et pourtant amphipodes, holothuries et poissons-limaces y vivent, comme nos déchets : un sac plastique a été filmé près du fond de la fosse des Mariannes. Les fosses sont le lieu où le plancher océanique vient mourir, renvoyant croûte, eau et carbone dans les profondeurs de la planète.

Monts sous-marins et points chauds

Des dizaines de milliers de volcans parsèment le fond des océans sans jamais avoir percé la surface. Un mont sous-marin est une montagne immergée qui s'élève d'au moins 1 000 mètres au-dessus des fonds environnants. Les cartes gravimétriques satellitaires en ont déjà repéré des dizaines de milliers, et les buttes plus modestes se compteraient par millions. La plupart n'ont ni nom ni visiteur. En 2005, le sous-marin nucléaire USS San Francisco en heurta un à vive allure près de Guam, absent de ses cartes ; un marin y perdit la vie.

Beaucoup de monts sous-marins naissent au-dessus de points chauds, des endroits où un manteau anormalement chaud remonte des profondeurs et fond à travers la plaque qui le surmonte. La plaque se déplace ; le point chaud, à peu près, reste en place. Il en résulte un tapis roulant de volcans, le plus jeune au-dessus du point chaud, les autres d'autant plus vieux qu'ils ont voyagé loin. Le géophysicien canadien J. Tuzo Wilson proposa l'idée en 1963, et W. Jason Morgan la relia en 1971 à de profonds panaches mantelliques.

L'exemple classique est la chaîne Hawaï-Empereur, environ 6 000 kilomètres d'îles et de monts sous-marins à travers le Pacifique Nord. Le Kīlauea et le Mauna Loa, sur la Grande Île, se trouvent aujourd'hui au-dessus du point chaud. Kauaʻi a environ 5 millions d'années, Midway environ 28 millions. Puis la chaîne s'infléchit brusquement vers le nord, à un âge d'environ 47 millions d'années, et se prolonge par les monts Empereur, engloutis, jusqu'au mont Meiji, vieux d'environ 82 millions d'années, qui s'enfonce lentement dans les fosses au large du Kamtchatka. Ce coude a longtemps été lu comme un changement de direction de la plaque Pacifique, mais des forages océaniques ont montré en 2001 que le point chaud lui-même avait dérivé vers le sud pendant la phase Empereur ; la part de chaque cause reste débattue. Un nouveau volcan, Kamaʻehuakanaloa, autrefois appelé Lōʻihi, grandit déjà au large de la côte sud de la Grande Île, son sommet à environ 1 000 mètres sous les flots.

Les vieux monts sous-marins s'enfoncent à mesure que la plaque refroidit et s'affaisse. Certains ont eu le sommet arasé par les vagues avant de sombrer, devenant des guyots, sommets plats identifiés par Harry Hess dans les années 1940 et baptisés en l'honneur du géographe d'origine suisse Arnold Guyot. Dans les mers chaudes, le corail peut croître vers le haut tandis que le volcan s'enfonce, édifiant un atoll en anneau, comme le soutenait Charles Darwin dans les années 1830.

Le saviez-vous ? Mesuré depuis sa base sur le fond océanique, le Mauna Kea dépasse 10 000 mètres, soit plus d'un kilomètre de plus que l'Everest.

Les monts sous-marins sont aussi des points chauds de biodiversité. Ils dévient les courants et font remonter les nutriments, attirant plancton, poissons, requins et baleines, tandis que coraux d'eau froide et éponges s'accrochent à leurs flancs. Au large de la Nouvelle-Zélande et de la Tasmanie, ils ont nourri des pêcheries florissantes d'hoplostète orange, un poisson qui peut vivre bien plus de 100 ans, jusqu'à ce que le chalutage de fond en mette beaucoup à nu. Leurs coraux pourraient mettre des siècles à se reconstituer. Protéger ces îlots de vie est un test : la conservation peut-elle s'étendre au-delà des côtes ?

Les sédiments, mémoire de l'océan

Chaque année, une fine pluie de poussières, de coquilles et de débris se dépose sur le fond océanique, et par endroits elle tombe sans interruption depuis plus de 100 millions d'années. Ces sédiments marins forment l'archive la plus complète de l'histoire de la Terre, une bibliothèque écrite dans la vase. Près des continents, ils sont surtout terrigènes : sables, limons et argiles arrachés aux terres ou soufflés vers la mer, comme les poussières sahariennes portées à travers l'Atlantique. Plus au large, là où peu de débris terrestres parviennent, les restes d'êtres vivants dominent.

Quand les squelettes du plancton représentent plus de 30 % d'un sédiment, on parle de boue. La boue calcaire est faite des coquilles crayeuses des foraminifères et des minuscules plaques des coccolithophores ; les falaises blanches de Douvres sont une boue du Crétacé hissée à l'air libre. Elle ne subsiste qu'au-dessus de la profondeur de compensation des carbonates, vers 4 000 à 5 000 mètres, en dessous de laquelle l'eau froide et sous haute pression dissout la calcite. La boue siliceuse, faite de diatomées et de radiolaires vitreux, s'accumule sous les eaux productives autour de l'Antarctique et le long de l'équateur. Dans les bassins les plus profonds et les plus reculés ne se dépose que l'argile rouge, peut-être un millimètre par millénaire, constellée de nodules de manganèse et même de micrométéorites.

Le premier inventaire mondial vint du HMS Challenger, dont John Murray et Alphonse Renard décrivirent les échantillons dragués en 1891. Le grand bond vint du forage. À partir de 1968, le navire du Deep Sea Drilling Project, le Glomar Challenger, traversa des centaines de mètres de sédiments et montra qu'ils sont plus vieux et plus épais à mesure qu'on s'éloigne des dorsales, comme le prévoyait l'expansion des fonds ; en 1970, il découvrit du sel sous la Méditerranée, preuve que la mer s'était jadis asséchée. Son successeur, le JOIDES Resolution, a foré pour l'Ocean Drilling Program et les programmes internationaux qui l'ont suivi de 1985 à sa dernière expédition, en 2024, remontant des centaines de kilomètres de carottes, conservées au Texas, à Brême et à Kōchi.

Les carottes révèlent les climats passés par la chimie. Les foraminifères bâtissent leur coquille à partir de l'eau de mer, et le rapport entre oxygène 18, lourd, et oxygène 16 y augmente quand les calottes glaciaires piègent l'eau légère et que l'océan se refroidit. En 1955, Cesare Emiliani montra ainsi que les glaciations revenaient par cycles ; en 1976, James Hays, John Imbrie et Nicholas Shackleton les rattachèrent aux oscillations de l'orbite terrestre. Les carottes enregistrent aussi les catastrophes : la couche riche en iridium de l'impact d'astéroïde d'il y a 66 millions d'années, et la bande sombre et pauvre en coquilles du maximum thermique du Paléocène-Éocène, il y a environ 56 millions d'années, quand une bouffée de carbone réchauffa et acidifia l'océan.

Le saviez-vous ? Le cône du Bengale, édifié par les débris himalayens qu'apportent le Gange et le Brahmapoutre, est la plus grande accumulation de sédiments de la Terre, épaisse de plus de 16 kilomètres par endroits.

Ce réchauffement ancien est l'analogue naturel le plus proche de nos émissions actuelles de carbone, même si nous libérons le carbone bien plus vite. La vase des grands fonds se souvient de ce qu'a fait le climat la dernière fois, et elle nous dit ce qui nous attend.

Comment fonctionnent les vagues

Sur une plage, la mer semble avancer vers nous en rangs serrés. Il n'en est rien. Une vague est de l'énergie qui traverse l'eau, non de l'eau qui traverse l'océan. Au large, chaque particule d'eau décrit un cercle presque parfait au passage d'une crête : elle monte et avance sous la crête, descend et recule sous le creux, puis revient à peu près à son point de départ. Une mouette posée sur la houle se balance en boucles au lieu de dériver vers le rivage. Ces orbites rétrécissent avec la profondeur et s'effacent vers une demi-longueur d'onde sous la surface : un sous-marin à 100 mètres traverse ainsi une tempête dans un calme presque parfait.

La plupart des vagues naissent du vent. Leur taille dépend de sa force, de sa durée et du fetch, l'étendue d'eau libre sur laquelle il souffle. Une brise sur un étang dessine des rides ; un coup de vent soufflant deux jours sur 1 000 kilomètres d'océan Austral lève des mers de 10 mètres ou plus. Une fois sorties de la tempête, les vagues se trient selon leur période en une houle longue et régulière. En eau profonde, la vitesse d'une crête en mètres par seconde vaut environ 1,56 fois sa période en secondes : les crêtes d'une houle de 15 secondes filent à près de 84 kilomètres à l'heure, tandis que l'énergie voyage deux fois moins vite.

Ce savoir s'est forgé dans l'urgence. Pendant la Seconde Guerre mondiale, Harald Sverdrup et Walter Munk mirent au point les premières prévisions de houle pour les débarquements alliés en Afrique du Nord puis en Normandie. En 1963, Munk et ses collègues installèrent des stations de la Nouvelle-Zélande à l'Alaska et suivirent sur plus de 10 000 kilomètres une houle née près de l'Antarctique. Aujourd'hui, des bouées ancrées enregistrent chaque oscillation et des altimètres radar embarqués sur satellites mesurent la hauteur des vagues sur tout le globe.

Une vague achève son voyage lorsqu'elle sent le fond. Dans une eau moins profonde qu'une demi-longueur d'onde, elle ralentit, ses crêtes se resserrent et sa hauteur croît jusqu'à atteindre environ les quatre cinquièmes de la profondeur : la crête dépasse alors sa base et bascule. Les plages en pente douce font des rouleaux qui s'effritent ; les récifs abrupts comme Pipeline, à Oahu, ou Teahupo'o, à Tahiti, creusent des tubes. À Nazaré, au Portugal, un canyon sous-marin profond d'environ 5 kilomètres canalise la houle atlantique jusqu'à la côte et la concentre ; en 2020, l'Allemand Sebastian Steudtner y a surfé une vague de 26,21 mètres, la plus haute jamais surfée selon le Guinness World Records.

Le saviez-vous ? Les plus hautes vagues de l'océan sont cachées en son sein : en mer de Chine méridionale, des ondes internes roulant entre des couches d'eau de densités différentes atteignent quelque 170 mètres.

Comprendre les vagues compte plus que jamais pour les ports, l'éolien en mer et les côtes qui reculent ; les relevés satellitaires suggèrent même que les plus grosses vagues de l'océan Austral ont légèrement grandi avec ses vents. Chaque rouleau sur la plage est le dernier chapitre d'une histoire commencée par le vent, souvent à l'autre bout du monde.

Les vagues scélérates

Pendant des siècles, les marins ont parlé de murs d'eau surgis d'une mer ordinaire, et pendant des siècles les savants ont rangé ces récits avec les serpents de mer. La théorie classique jugeait presque impossible une vague deux fois plus haute que ses voisines. Puis, le 1er janvier 1995, un laser pointé vers la mer depuis la plateforme gazière Draupner E, en mer du Nord, enregistra une vague de 25,6 mètres du creux à la crête, dans une mer dont la hauteur significative, la moyenne du tiers des vagues les plus hautes, avoisinait 12 mètres. La vague de Draupner devint le premier enregistrement instrumental d'une vague scélérate impossible à contester, et fit passer le sujet du folklore à la physique.

Les océanographes appellent aujourd'hui vague scélérate toute vague d'au moins deux fois la hauteur significative. Certaines naissent du simple hasard, quand des trains d'ondes de longueurs différentes alignent leurs crêtes. D'autres sont aidées. Là où la houle remonte un courant puissant, comme le courant des Aiguilles au large de l'Afrique du Sud, les vagues sont comprimées et raidies, et les équipages de pétroliers y signalent depuis longtemps des crêtes géantes et des « trous » dans la mer. Dans les années 1960, Brooke Benjamin et Jim Feir montrèrent qu'un train de vagues régulier est instable et peut laisser une vague voler l'énergie de ses voisines. En 2019, des chercheurs d'Édimbourg ont recréé la vague de Draupner dans un bassin circulaire en croisant deux groupes de vagues à environ 120 degrés.

Vues de l'espace, ces vagues sont rares mais pas exotiques. En 2001, le projet MaxWave de l'Agence spatiale européenne a passé au crible trois semaines d'images radar de ses satellites ERS et repéré plus de dix vagues de plus de 25 mètres. L'océan est tout simplement immense.

Les navires ont payé le prix de l'incrédulité. Le cargo allemand München disparut dans l'Atlantique Nord en décembre 1978 avec ses 28 hommes ; un canot retrouvé, arrimé à quelque 20 mètres au-dessus de la ligne de flottaison, avait été arraché de ses fixations. En septembre 1995, le paquebot Queen Elizabeth 2 affronta pendant l'ouragan Luis une vague estimée à 29 mètres, que son commandant compara aux falaises blanches de Douvres. En 2001, les navires de croisière Bremen et Caledonian Star eurent tous deux les vitres de leur passerelle brisées par des vagues d'environ 30 mètres dans l'Atlantique Sud, à quelques jours d'intervalle.

Le saviez-vous ? En novembre 2020, une bouée au large d'Ucluelet, sur l'île de Vancouver, a mesuré une vague de 17,6 mètres dans une mer d'environ 6 mètres, soit près de trois fois ses voisines, un record.

Désormais, les concepteurs de navires et de plateformes testent leurs structures face à ces scénarios, et les centres de prévision signalent les états de mer les plus propices. Les marins avaient raison ; il fallait seulement laisser aux mathématiques le temps de les rattraper.

Les marées

Deux fois par jour, sur la plupart des côtes, la mer gagne le rivage puis se retire. La marée est la plus longue vague de l'océan : d'une crête à l'autre, elle s'étend sur la moitié de la planète. Isaac Newton l'expliqua dans ses Principia de 1687. La gravité de la Lune attire plus fortement la face de la Terre tournée vers elle que le centre de la Terre, et le centre plus que la face opposée. Cette différence, la force de marée, étire les océans en deux bourrelets, l'un sous la Lune, l'autre à l'opposé. En tournant, une côte traverse les deux, d'où deux pleines mers espacées d'environ 12 heures 25 minutes, car la Lune avance sur son orbite pendant que nous tournons.

Le Soleil provoque lui aussi des marées, mais il est si lointain que son effet ne vaut qu'un peu moins de la moitié de celui de la Lune. Quand Soleil, Lune et Terre s'alignent, à la nouvelle et à la pleine lune, leurs attractions s'additionnent et le marnage est maximal : ce sont les vives-eaux. Une semaine plus tard, aux quartiers, le Soleil tire à angle droit et le marnage se réduit aux modestes mortes-eaux.

Les océans réels compliquent ce beau schéma. Les continents bloquent les bourrelets, si bien que la marée tourne dans chaque bassin autour de points amphidromiques, où le marnage est presque nul ; la mer du Nord en compte trois. Quand la période d'oscillation naturelle d'un bassin coïncide avec celle de la marée, l'effet s'amplifie. La baie de Fundy, au Canada, oscille en 13 heures environ, tout près des 12,4 heures de la marée, et à Burntcoat Head, en Nouvelle-Écosse, le marnage atteint environ 16 mètres, record mondial. L'estuaire de la Severn dépasse 14 mètres, et la baie du Mont-Saint-Michel une douzaine, tandis qu'une grande partie de la Méditerranée ne connaît que quelques dizaines de centimètres.

Prédire tout cela fut un triomphe de l'ingénierie victorienne. William Thomson, futur Lord Kelvin, décomposa la marée de chaque port en une somme d'ondes simples, les composantes, chacune dotée d'une période fixée par l'astronomie. En 1872, il conçut une machine à prédire les marées faite de poulies et d'un fil, qui additionnait dix composantes et traçait une année de marées en quelques heures. Ses descendantes, perfectionnées par Arthur Doodson à Liverpool, calculèrent les marées du débarquement de Normandie en 1944, et servirent jusqu'à l'arrivée des ordinateurs dans les années 1960.

Le saviez-vous ? La Terre solide a aussi ses marées : deux fois par jour, le sol sous vos pieds monte et descend de quelques dizaines de centimètres, trop doucement pour qu'on le sente.

Les marées ne font pas que déplacer l'eau. Leur frottement freine lentement la rotation terrestre, allongeant le jour d'environ deux millièmes de seconde par siècle, et éloigne la Lune d'environ 3,8 centimètres par an, comme le mesurent des lasers renvoyés par les miroirs laissés par les astronautes d'Apollo. Les marées sont une lente partie de bras de fer entre trois mondes, et la Lune y est peu à peu repoussée.

Les tsunamis

Le mot tsunami signifie en japonais « vague de port » : les pêcheurs rentraient pour trouver leur port dévasté par une vague qu'ils n'avaient pas remarquée au large. Malgré l'ancien nom de « raz-de-marée », il n'a rien à voir avec la marée. Un tsunami naît lorsqu'un énorme volume d'eau est brusquement déplacé, le plus souvent par un séisme de mégachevauchement dans une zone de subduction, où le fond marin peut se soulever de plusieurs mètres sur des centaines de kilomètres de faille. Glissements de terrain, éruptions volcaniques et, très rarement, impacts d'astéroïdes peuvent produire le même effet.

Le résultat ne ressemble à aucune vague de vent. Sa longueur d'onde peut dépasser 100 kilomètres, bien plus que la profondeur de l'océan : toute la colonne d'eau se met en mouvement et la vitesse ne dépend que de la profondeur. Au-dessus de plaines abyssales de 4 000 mètres, la vague file à environ 200 mètres par seconde, plus de 700 kilomètres à l'heure, mais ne mesure parfois pas un mètre et passe inaperçue sous les navires. En eau peu profonde, elle ralentit brutalement et son énergie se concentre dans une vague plus courte et bien plus haute. Souvent, le creux arrive en premier et la mer se retire, découvrant les récifs. Suit non pas un rouleau mais une inondation rapide qui monte pendant des minutes, en plusieurs vagues sur des heures.

Le 26 décembre 2004, un séisme de magnitude 9,1 rompit environ 1 300 kilomètres de faille au large de Sumatra. Le tsunami tua quelque 230 000 personnes dans 14 pays et atteignit la Somalie, à 5 000 kilomètres, sept heures plus tard. L'océan Indien n'avait aucun système d'alerte. Sur une plage de Phuket, Tilly Smith, dix ans, reconnut le retrait de la mer grâce à un cours de géographie et donna l'alarme : la plage fut évacuée à temps. Le 11 mars 2011, le séisme de Tōhoku, de magnitude 9,0, projeta l'eau jusqu'à environ 40 mètres d'altitude près de Miyako, submergeant les digues, tuant environ 18 000 personnes et ravageant la centrale de Fukushima Daiichi.

Les systèmes d'alerte sont nés des catastrophes. Le Centre d'alerte aux tsunamis du Pacifique fut créé à Hawaï en 1949, après qu'un tsunami venu des Aléoutiennes y eut tué plus de 150 personnes en 1946, et l'océan Indien s'équipa en 2006. Leur instrument clé est la bouée DART : un capteur de pression posé sur le fond perçoit le passage du tsunami comme une variation d'un centimètre environ du poids de l'eau et la transmet par satellite via une bouée de surface.

Le saviez-vous ? En 1958, un éboulement dans la baie Lituya, en Alaska, projeta l'eau à 524 mètres sur le versant opposé, plus haut que l'Empire State Building, mettant la forêt à nu.

La technique aide, mais le plus vieux conseil sauve le plus de vies : si le sol tremble fort et longtemps, ou si la mer se retire soudain, gagnez les hauteurs sans attendre. Au-dessus du village d'Aneyoshi, une vieille stèle met en garde contre toute construction plus bas ; en 2011, l'eau s'arrêta juste avant le village. Le meilleur système d'alerte reste une personne qui sait courir vers le haut.

Courants de surface et gyres

Les quelques centaines de mètres supérieurs de l'océan sont entraînés par les vents en courants qui font le tour de bassins entiers. Sous les tropiques, les alizés soufflent d'est en ouest ; aux latitudes moyennes, les vents d'ouest soufflent en sens inverse. À eux deux, ils font tourner l'eau en vastes boucles appelées gyres. Il existe cinq grands gyres subtropicaux : Atlantique Nord et Sud, Pacifique Nord et Sud, océan Indien. Dans l'hémisphère Nord, ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre ; dans le Sud, en sens inverse.

Cette torsion vient de la rotation de la planète. Sur une Terre qui tourne, tout ce qui se déplace sur de longues distances est dévié vers la droite au nord et vers la gauche au sud : c'est l'effet de Coriolis. Pendant la dérive de son navire Fram à travers l'Arctique, en 1893-1896, Fridtjof Nansen remarqua que la banquise dérivait de 20 à 40 degrés à droite du vent. Il confia l'énigme à un jeune physicien suédois, Vagn Walfrid Ekman, qui montra en 1905 que chaque couche d'eau entraîne celle du dessous, un peu plus lentement et un peu plus déviée, en un tire-bouchon appelé spirale d'Ekman. En moyenne sur la couche entraînée par le vent, l'eau se déplace à angle droit du vent. Ce transport d'Ekman accumule l'eau au centre de chaque gyre, dont le sommet s'élève jusqu'à un mètre environ, et les courants circulent autour de cette colline.

Les gyres sont dissymétriques. Les courants de leur bord ouest, comme le Gulf Stream, le Kuroshio au large du Japon, le courant du Brésil ou le courant est-australien, sont étroits, rapides et profonds, alors que ceux du bord est, comme les courants de Californie et des Canaries, sont larges et lents. En 1948, Henry Stommel montra que cette intensification occidentale découle d'un effet de Coriolis qui se renforce vers les pôles. Autour de l'Antarctique, aucun continent ne fait obstacle : le courant circumpolaire antarctique fait le tour du globe en déplaçant bien plus de 100 millions de mètres cubes par seconde, le plus puissant courant de la Terre.

Les océanographes s'appuyaient jadis sur les journaux de bord et les bouteilles à la mer ; aujourd'hui, plus d'un millier de bouées dérivantes suivies par satellite et les mesures radar de la hauteur de la mer cartographient les courants chaque jour. Certaines des meilleures données sont venues par accident. Le 10 janvier 1992, un porte-conteneurs perdit sa cargaison dans une tempête du Pacifique Nord, libérant 28 800 jouets de bain en plastique : canards jaunes, castors rouges, grenouilles vertes et tortues bleues. Curtis Ebbesmeyer et James Ingraham les suivirent grâce aux trouvailles des promeneurs et à un modèle informatique des courants. Les premiers s'échouèrent près de Sitka, en Alaska, dix mois plus tard ; d'autres tournèrent des années dans le gyre.

Le saviez-vous ? La mer des Sargasses, au cœur du gyre nord-atlantique, est la seule mer du monde sans aucune côte : ses limites ne sont faites que de courants.

Ces lents manèges qui portaient les canards rassemblent aujourd'hui le plastique flottant en vastes plaques, comme celle située entre Hawaï et la Californie. Ils transportent aussi chaleur, larves et nutriments, et portaient jadis les voiliers sur les routes commerciales. Un canard en plastique, finalement, est meilleur océanographe qu'il n'en a l'air.

Le Gulf Stream

Le Gulf Stream est un fleuve d'eau chaude au sein de l'Atlantique. Il franchit le détroit de Floride, longe la côte américaine jusqu'au cap Hatteras, puis s'en détache vers le large et les Grands Bancs de Terre-Neuve, où il devient la dérive nord-atlantique. Large d'une centaine de kilomètres, il descend à un kilomètre ou plus et peut dépasser en surface 2 mètres par seconde. C'est le bord ouest du gyre nord-atlantique, rétréci et accéléré par la rotation de la Terre, comme l'a montré Henry Stommel en 1948.

Les Européens le rencontrèrent tôt. En avril 1513, les navires de Juan Ponce de León, au large de la Floride, reculaient malgré un vent favorable. Son pilote, Antón de Alaminos, le nota, et en 1519 il utilisa le courant pour lancer un navire du Mexique vers l'Espagne. Pendant deux siècles et demi, les flottes espagnoles du trésor rentrèrent au pays portées par ce courant.

La première carte imprimée naquit d'une réclamation postale. Maître des postes adjoint des colonies américaines, Benjamin Franklin se demandait pourquoi les paquebots-poste partis de Falmouth mettaient environ deux semaines de plus à gagner New York que les navires marchands à gagner Rhode Island. Son cousin Timothy Folger, capitaine baleinier de Nantucket, lui expliqua que les baleiniers chassaient le long du courant et voyaient souvent les paquebots britanniques lutter contre lui. Folger en esquissa le tracé, et Franklin fit graver la carte vers 1769-1770 ; les capitaines britanniques l'ignorèrent largement. Lors de traversées ultérieures, Franklin plongea des thermomètres et constata que le courant était nettement plus chaud que la mer alentour.

Son débit se mesure en sverdrups, du nom de l'océanographe norvégien Harald Sverdrup : un sverdrup vaut un million de mètres cubes par seconde. Dans le détroit de Floride, le courant transporte environ 30 sverdrups ; au large de Terre-Neuve, il a entraîné tant d'eau voisine qu'il en porte près de 150. Tous les fleuves du monde réunis ne déversent guère plus d'un sverdrup dans la mer.

Le saviez-vous ? Depuis 1982, le courant de Floride est mesuré grâce à un vieux câble téléphonique sous-marin vers les Bahamas : l'eau de mer qui traverse le champ magnétique terrestre y induit une tension électrique.

Le courant apporte bien de la chaleur tropicale vers le nord, et on lui attribue souvent la douceur qui permet des palmiers en Cornouailles et des ports libres de glace au-delà du cercle polaire. Pourtant, en 2002, Richard Seager et ses collègues ont soutenu que l'essentiel de l'écart hivernal entre l'Europe de l'Ouest et l'est du Canada vient de l'atmosphère : des vents d'ouest soufflant d'un océan qui stocke la chaleur de l'été, et de la façon dont les Rocheuses orientent le courant-jet. D'autres chercheurs soulignent le rôle de l'océan, notamment via la grande circulation de retournement atlantique, et le débat continue. L'Europe a une dette envers le Gulf Stream ; les scientifiques se disputent encore sur son montant.

Le grand tapis roulant océanique

Sous les courants nés du vent circule une boucle plus lente, mue par la densité. L'eau froide est plus dense que l'eau chaude, l'eau salée plus que l'eau douce : cette circulation thermohaline (du grec pour chaleur et sel) dépend des deux. En quelques endroits seulement, l'eau de surface devient assez dense pour plonger jusqu'aux abysses. En mers du Groenland, d'Islande et de Norvège et en mer du Labrador, les vents d'hiver refroidissent l'eau atlantique salée jusqu'à ce qu'elle coule, formant l'eau profonde nord-atlantique. Autour de l'Antarctique, en mers de Weddell et de Ross, la banquise qui gèle expulse son sel et laisse une eau sous 0 °C, la plus dense de l'océan : l'eau antarctique de fond.

Depuis l'Atlantique Nord, l'eau profonde descend vers le sud entre deux et quatre kilomètres de profondeur, franchit l'équateur et gagne l'océan Austral, où le courant circumpolaire la mélange et la répartit vers les océans Indien et Pacifique. Là, elle se réchauffe et remonte lentement pendant des siècles, puis revient près de la surface à travers l'archipel indonésien, contourne le cap de Bonne-Espérance et remonte l'Atlantique dans le Gulf Stream pour plonger de nouveau. En 1987, le géochimiste Wallace Broecker dessina l'ensemble comme un ruban unique qu'il baptisa grand tapis roulant océanique. Un tour complet prend de l'ordre d'un millier d'années.

Comment dater l'eau ? Par la chimie. Le radiocarbone du carbone dissous décroît régulièrement dès que l'eau quitte la surface, et c'est le Pacifique Nord profond qui renferme l'eau la plus vieille, en contact avec l'air pour la dernière fois il y a bien plus de mille ans. Les chlorofluorocarbures industriels, émis seulement depuis les années 1930, suivent l'eau fraîchement plongée qui s'étend vers le sud en quelques décennies. Depuis 2004, le réseau de mouillages RAPID, tendu à travers l'Atlantique à 26,5 degrés nord, mesure en continu la circulation méridienne de retournement atlantique, ou AMOC. Elle avoisine 17 sverdrups en moyenne, mais varie fortement : durant l'hiver 2009-2010, elle a chuté d'environ un tiers.

Le ruban reste une caricature. Les courants profonds réels se brisent en tourbillons et longent les bords ouest des bassins, et une grande part de l'eau profonde remonte dans l'océan Austral, hissée par les violents vents d'ouest plutôt que par un lent mélange. Et la caricature a déjà basculé. Il y a environ 12 900 ans, lors du Dryas récent, l'hémisphère Nord replongea dans un froid presque glaciaire pendant quelque 1 200 ans, sans doute après que l'eau de fonte des calottes eut adouci l'Atlantique Nord et affaibli la plongée ; le déclencheur reste débattu.

Le saviez-vous ? Une particule d'eau qui plonge aujourd'hui au large du Groenland pourrait ne pas revoir la lumière avant un millier d'années, bien après l'an 3000.

Aujourd'hui, la fonte du Groenland et des pluies plus abondantes adoucissent à nouveau l'Atlantique Nord. Certaines études concluent que l'AMOC s'est affaiblie depuis le milieu du XXe siècle ; les mesures directes sont trop courtes pour trancher. Le rapport du GIEC de 2021 la juge très probablement appelée à faiblir au cours du siècle, mais, avec un degré de confiance moyen, pas à s'effondrer brutalement avant 2100. Le tapis roulant avance lentement, et c'est justement pourquoi ses changements durent si longtemps.

Les remontées d'eau

L'essentiel de l'océan éclairé est un désert bleu. Les nutriments coulent avec le plancton mort et les déjections vers l'eau sombre, hors de portée des algues qui ont besoin de lumière. Les remontées d'eau, ou upwellings, les ramènent. Le long de certaines côtes, des vents parallèles au rivage, soufflant vers l'équateur, poussent l'eau de surface vers le large par transport d'Ekman, sous l'effet de la rotation terrestre. Une eau froide venue de 100 à 300 mètres de profondeur monte la remplacer, souvent de quelques mètres par jour seulement, chargée de nitrates, de phosphates et de silicates. Les satellites en voient le résultat : des bandes d'eau fraîche collées à la côte, verdies par les proliférations de phytoplancton.

Les plus riches sont les quatre grands systèmes de bord est : le courant de Californie, le courant de Humboldt au large du Pérou et du Chili, le courant des Canaries au large du nord-ouest de l'Afrique et de la péninsule Ibérique, et le courant de Benguela au large de la Namibie et de l'Afrique du Sud. Ensemble, ils couvrent environ un pour cent de la surface des océans, mais fournissent quelque chose comme un cinquième des poissons sauvages pêchés dans le monde. Des remontées existent aussi le long de l'équateur, en mer d'Arabie quand la mousson d'été souffle de Somalie et d'Oman, et autour de l'Antarctique.

Le Humboldt est le champion. Alexander von Humboldt en mesura la fraîcheur au large du Pérou en 1802, et il nourrit l'anchois du Pérou, ou anchoveta, petit poisson argenté qui soutient la plus grande pêcherie monospécifique de la planète. En 1970, les prises dépassèrent 12 millions de tonnes. Les mêmes poissons nourrissent d'immenses colonies de cormorans de Bougainville, de fous et de pélicans, dont le guano, accumulé sur des mètres d'épaisseur sur des îles comme les Chincha, fut exploité comme engrais au XIXe siècle. En 1972, un El Niño coupa la remontée alors que la pression de pêche restait forte, et le stock s'effondra.

Ailleurs, ces richesses réservent d'autres surprises. Au large de la Namibie, l'eau froide du Benguela refroidit l'air et enveloppe la côte des Squelettes d'un brouillard qui fait vivre coléoptères et plantes du désert du Namib. Tant de plancton meurt et coule sur le plateau que les bactéries privent l'eau d'oxygène. En Californie, la remontée nourrit un boom de la sardine qui remplit les conserveries de Monterey, immortalisées par John Steinbeck dans Rue de la Sardine en 1945, avant l'effondrement de la pêche à la fin des années 1940.

Le saviez-vous ? Au large de la Namibie, le plancton en décomposition libère parfois des bouffées de sulfure d'hydrogène qui teintent la mer d'un vert laiteux et font sentir l'œuf pourri sur la côte.

En 1990, l'océanographe Andrew Bakun suggéra que le réchauffement renforcerait les vents d'upwelling, car la terre se réchauffe plus vite que la mer. Les observations restent contrastées, avec des vents plus forts dans certaines régions et des zones pauvres en oxygène qui s'étendent ailleurs. Quoi qu'il en soit, l'approvisionnement mondial en poisson dépend de quelques côtes ventées. Là où les profondeurs affleurent, l'océan dresse ses plus riches tables.

Tourbillons et maelströms

Sur une carte satellite de la hauteur de la mer, l'océan n'apparaît pas comme un ensemble de fleuves paisibles mais comme un champ de spirales. Ces tourbillons de méso-échelle, lentilles tournantes de 50 à 200 kilomètres de diamètre en général, dérivent pendant des semaines, des mois, voire des années. Ils sont la météo de l'océan et concentrent l'essentiel de son énergie cinétique. Un tourbillon chaud bombe la surface, un froid la creuse, de quelques dizaines de centimètres : assez pour que les altimètres radar de satellites comme TOPEX/Poseidon, lancé en 1992, les suivent sur tout le globe. Le satellite SWOT, lancé en décembre 2022, cartographie désormais des tourbillons bien plus petits.

Beaucoup naissent quand un grand courant serpente et étrangle une boucle. Le Gulf Stream libère des anneaux : anneaux à cœur chaud qui errent au nord du courant en tournant dans le sens horaire, anneaux à cœur froid au sud tournant en sens inverse, chacun emportant son propre plancton pendant des mois. Au large de l'Afrique du Sud, le courant des Aiguilles descend la côte, dépasse la pointe du continent puis rebrousse chemin vers l'océan Indien. Dans ce virage, il lâche chaque année plusieurs anneaux des Aiguilles, larges parfois de 300 kilomètres, qui dérivent dans l'Atlantique chargés d'eau indienne chaude et salée. Plus bas, les meddies sont des lentilles d'eau méditerranéenne salée qui tournent à environ un kilomètre de profondeur, parfois des années durant.

Les maelströms sont plus petits et liés aux marées : ils se forment là où de forts courants de marée franchissent des détroits étroits au fond accidenté. Le maelström originel est le Moskstraumen, au large des îles Lofoten, en Norvège, rendu célèbre par la nouvelle d'Edgar Allan Poe « Une descente dans le Maelström » (1841) et par Jules Verne, qui y précipita le Nautilus du capitaine Nemo. Non loin, le Saltstraumen, près de Bodø, compte parmi les plus forts courants de marée du monde, jusqu'à 40 kilomètres à l'heure environ. Au Japon, les tourbillons de Naruto, entre Shikoku et Awaji, atteignent 20 mètres de diamètre lors des vives-eaux. Entre les îles écossaises de Jura et Scarba, le golfe de Corryvreckan gronde quand le flot heurte une aiguille rocheuse surgie du fond.

Les légendes exagèrent. Aucun tourbillon ne creuse d'entonnoir jusqu'au fond ni n'avale les navires entiers comme Charybde dans l'Odyssée d'Homère. Les vrais dangers sont les vagues stationnaires, les remous et les bateaux qui perdent leur gouvernail, ce qui suffit amplement à noyer les imprudents.

Le saviez-vous ? En 1947, George Orwell, qui écrivait 1984 sur l'île de Jura, chavira dans le Corryvreckan avec son fils et ses neveux ; ils gagnèrent un rocher et furent sauvés par un caseyeur.

Les tourbillons comptent bien au-delà du spectacle. Ils déplacent chaleur, sel, carbone et nutriments, si bien que les modèles climatiques doivent être assez fins pour les résoudre, et des requins blancs équipés de balises plongent au cœur des tourbillons chauds du Gulf Stream pour chasser. Les plus grandes spirales de la mer sont invisibles depuis le pont, et les plus célèbres sont bien moins voraces que ne le disent les légendes.

El Niño et La Niña

Il y a longtemps, les pêcheurs du Pérou et de l'Équateur remarquèrent qu'aux environs de Noël un courant chaud arrivait du nord et que la pêche faiblissait. Ils l'appelèrent El Niño, l'Enfant Jésus. Tous les quelques ans, le réchauffement était bien plus fort et durait des mois, vidant les filets et apportant des pluies torrentielles sur des côtes désertiques, et le nom finit par désigner ces grands épisodes. Son contraire froid fut plus tard nommé La Niña. Avec une oscillation de l'atmosphère, ils forment l'ENSO, El Niño-oscillation australe, la plus forte fluctuation naturelle d'une année sur l'autre du climat terrestre, qui revient tous les deux à sept ans.

En temps normal, les alizés soufflent d'est en ouest le long de l'équateur et accumulent l'eau chaude de surface à l'ouest : la mer près de l'Indonésie se tient environ un demi-mètre plus haut qu'au large de l'Équateur, et la réserve d'eau chaude du Pacifique ouest dépasse 28 °C. À l'est, la thermocline, limite entre l'eau chaude de surface et l'eau froide profonde, est proche de la surface, et la remontée d'eau apporte une eau froide et riche aux côtes sud-américaines. L'air s'élève au-dessus de l'eau chaude en déversant de fortes pluies, file vers l'est en altitude et redescend au-dessus du Pacifique oriental frais. En 1969, Jacob Bjerknes baptisa cette boucle circulation de Walker, en l'honneur de Sir Gilbert Walker, qui avait découvert dans les années 1920 l'oscillation australe, une bascule de pression entre Darwin et Tahiti, en cherchant à prévoir les défaillances de la mousson indienne.

Bjerknes comprit que l'océan et l'air s'entretiennent. Si les alizés faiblissent, l'eau chaude reflue vers l'est le long de l'équateur, la thermocline s'enfonce au large du Pérou, la remontée n'apporte plus que de l'eau chaude, le Pacifique oriental se réchauffe encore et les vents faiblissent davantage. C'est El Niño : les pluies migrent vers le centre et l'est du Pacifique, et les anchois, comme les oiseaux qui s'en nourrissent, meurent de faim. La Niña est l'état normal exacerbé : alizés plus forts, est plus froid.

L'épisode de 1997-1998 fut l'un des plus intenses jamais observés, avec ceux de 1982-1983 et 2015-2016. Des crues dévastèrent le Pérou et l'Équateur, sécheresse et incendies noyèrent l'Indonésie sous la fumée, l'Afrique de l'Est fut inondée, et environ un sixième des récifs coralliens du monde périt lors du blanchissement de 1998. Les scientifiques l'avaient vu venir. Surpris par l'épisode de 1982-1983, ils avaient déployé le réseau TAO, quelque 70 bouées ancrées à travers le Pacifique équatorial, achevé en 1994, qui, avec les satellites, permit de suivre la montée de l'épisode de 1997 des mois à l'avance.

Le saviez-vous ? Sir Gilbert Walker, le mathématicien qui découvrit l'oscillation australe, était aussi un spécialiste du vol des boomerangs.

Les années El Niño comptent parmi les plus chaudes, et l'épisode de 2023-2024 a contribué à faire de 2024 l'année la plus chaude alors enregistrée. La Niña apporta les inondations qui submergèrent une grande partie du Queensland en 2010-2011. L'effet du réchauffement sur l'ENSO lui-même reste incertain. Sa portée, elle, ne l'est pas : un changement de vent sur le Pacifique peut vider un filet péruvien, inonder une vallée kényane et faire couver un incendie dans une forêt indonésienne.

La zone éclairée

L'océan est éclairé comme une pièce par une seule lampe au plafond. La lumière du soleil inonde les premiers mètres, puis décline vite : vers 200 mètres, il ne reste qu'environ un pour cent de la lumière de surface. Cette mince pellicule lumineuse est la zone épipélagique, ou zone éclairée. Elle ne contient qu'un vingtième environ du volume de l'océan, mais presque toute la photosynthèse marine s'y déroule. Sa limite inférieure, la base de la zone euphotique, se situe là où les végétaux ne produisent plus davantage de nourriture qu'ils n'en consomment.

Ces végétaux sont presque tous invisibles. Le phytoplancton, algues et bactéries unicellulaires dérivant par milliers de milliards, assure à peu près la moitié de toute la photosynthèse terrestre. Les diatomées se bâtissent des coques de silice ; les coccolithophores se cuirassent de plaques de craie ; et le plus petit de tous, Prochlorococcus, n'a été découvert qu'en 1988 par Sallie Chisholm, Rob Olson et leurs collègues. On le tient aujourd'hui pour l'organisme photosynthétique le plus abondant de la planète.

Le vent brasse la couche supérieure en une couche de mélange à la température presque uniforme, profonde de quelques dizaines de mètres en été et de plusieurs centaines dans l'Atlantique Nord en hiver. Sa profondeur compte. En 1953, l'océanographe norvégien Harald Sverdrup a montré qu'une efflorescence printanière ne peut démarrer que lorsque cette couche devient assez mince pour que le plancton reste dans la lumière plus longtemps qu'il ne s'en échappe en coulant. Chaque printemps, l'interrupteur bascule et l'Atlantique Nord verdit de Terre-Neuve à la Norvège.

Le saviez-vous ? En 1986, un disque de Secchi blanc descendu dans la mer de Weddell, au large de l'Antarctique, est resté visible jusqu'à 80 mètres environ, un record de limpidité.

Sur ce pâturage broute un réseau alimentaire foisonnant. Des copépodes de la taille d'un grain de riz mangent les algues ; les anchois du Pérou et les sardines d'Afrique du Sud mangent les copépodes ; thons, dauphins, marlins et oiseaux marins mangent les poissons. Les poissons volants rasent le Pacifique tropical, le poisson-lune se chauffe en surface, et dans la mer des Sargasses de véritables forêts flottantes de sargasses abritent crabes, crevettes et jeunes tortues.

Nous observons désormais cette zone depuis l'orbite. Depuis le lancement du satellite SeaWiFS de la NASA en 1997, des capteurs de couleur de l'océan mesurent tous les quelques jours le vert de la chlorophylle sur toute la planète : efflorescences au large de la Patagonie, déserts bleus des gyres centraux, et lente extension de ces déserts à mesure que la surface se réchauffe. Une eau plus chaude repose plus obstinément sur l'eau froide et riche du dessous, privant la zone éclairée de nutriments. Ce qui se joue dans cette fine couche fixe le menu de tout l'océan qui s'étend en dessous.

La zone crépusculaire

Sous 200 mètres, la lumière ne s'éteint pas : elle se réduit à un crépuscule bleu qui dure sur 800 mètres encore. C'est la zone mésopélagique, ou zone crépusculaire, trop sombre pour la photosynthèse mais, dans sa partie haute, assez claire pour qu'un animal se découpe contre la lueur venue d'en haut. Toute la vie y est façonnée par un seul problème : comment manger sans être mangé, là où chaque silhouette vous trahit.

Cette zone s'est révélée par hasard. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les opérateurs sonar américains repérèrent, à des centaines de mètres de profondeur, une couche qui renvoyait le son comme un faux fond. Plus étrange encore, elle montait au crépuscule et redescendait à l'aube. En 1945, le biologiste marin Martin Johnson soutint que cette couche diffusante profonde était vivante, et il avait raison : poissons, crevettes, krill et calmars y sont si nombreux qu'ils font écho comme un sol solide.

Ce va-et-vient quotidien est la migration verticale nycthémérale, et c'est, en masse, la plus grande migration sur Terre. Au coucher du soleil, des animaux restés cachés toute la journée dans la pénombre remontent de plusieurs centaines de mètres pour brouter et chasser dans les eaux de surface obscures, puis se retirent avant le lever du jour. Un poisson-lanterne de quelques centimètres peut gravir plusieurs centaines de mètres en une soirée, chaque nuit de sa vie, dans tous les océans, de la mer d'Arabie à l'océan Austral.

Le saviez-vous ? Le poisson Macropinna microstoma, filmé au large de la Californie par les chercheurs du MBARI, possède une tête transparente à travers laquelle ses yeux tubulaires verts pivotent pour regarder droit vers le haut.

La distribution est extraordinaire. Quelque 250 espèces de poissons-lanternes portent des rangées d'organes lumineux comme des hublots. Les cyclothones, à peine plus longs qu'un doigt, sont peut-être les vertébrés les plus nombreux de la planète. Les poissons-haches masquent leur ombre grâce à des lumières ventrales, et le calmar de Humboldt monte des profondeurs au large du Pérou et du Mexique pour chasser la nuit. Les estimations pour les seuls poissons ont explosé : les chaluts suggéraient environ un milliard de tonnes, mais une étude acoustique menée en 2014 par Xabier Irigoien et ses collègues avança dix fois plus, sinon davantage, car bien des poissons voient venir les filets et les esquivent.

Ce trajet compte bien au-delà de la zone. Les migrateurs mangent en surface et rejettent leurs déchets en profondeur, emportant du carbone hors de portée de l'atmosphère : un maillon vivant de la pompe biologique à carbone. Des projets comme l'étude Ocean Twilight Zone de Woods Hole mesurent ce flux, tandis que certains pays lorgnent les poissons-lanternes pour nourrir leurs élevages. Une pêche ici prélèverait les poissons qui aident à enfouir notre carbone, alors que nous savons à peine combien il y en a.

La zone de minuit

Vers 1 000 mètres, la dernière trace de lumière solaire disparaît. De là jusqu'à 4 000 mètres environ s'étend la zone bathypélagique, ou zone de minuit, le plus vaste espace habité de la Terre en volume. Il y fait froid, environ 4 °C, la pression atteint des centaines d'atmosphères et la nourriture y est presque absente. La seule lumière est celle que fabriquent les animaux, et une part remarquable d'entre eux en fabriquent : en analysant des années de vidéos des robots sous-marins du MBARI au large de la Californie, Séverine Martini et Steven Haddock ont constaté que les trois quarts environ des animaux filmés pouvaient briller.

La nourriture arrive surtout sous forme de neige marine, une lente bruine de plancton mort, de mucus et de pelotes fécales tombant de la zone éclairée. Les scientifiques japonais Noboru Suzuki et Kenji Kato l'ont baptisée ainsi en 1953 pour sa ressemblance avec des flocons qui tombent. Une particule peut mettre des semaines à descendre jusqu'ici, et une grande partie est mangée en route : les animaux de la zone de minuit sont donc conçus pour ne presque rien dépenser et ne rater aucune occasion.

Cette économie façonne leur corps. Beaucoup sont noirs ou rouges, couleurs invisibles ici, avec des muscles faibles et une chair aqueuse peu coûteuse à entretenir. La baudroie abyssale agite un leurre éclairé par des bactéries lumineuses et attend ; chez certaines espèces, le minuscule mâle s'accroche à une femelle et fusionne avec elle pour la vie, car trouver deux fois un partenaire dans le noir serait trop demander. Le grandgousier pélican n'est guère qu'une immense bouche en poche au bout d'une queue en fouet, et le grand avaleur, Chiasmodon niger, peut engloutir une proie plus de deux fois plus longue que lui, l'estomac distendu comme un ballon.

Le saviez-vous ? Le calmar vampire ne boit pas de sang et ne chasse pas : il déploie des filaments collants pour récolter la neige marine, comme l'ont montré Hendrik Hoving et Bruce Robison en 2012.

Tout n'est pas petit ici. Les cachalots plongent à 2 000 mètres, des Açores à Kaikōura en Nouvelle-Zélande, en émettant des clics pour repérer les calmars dans l'obscurité totale, et les éléphants de mer du Sud chassent à des profondeurs comparables dans l'océan Austral. Les premiers humains à entrevoir ce monde furent William Beebe et Otis Barton, qui atteignirent 923 mètres dans leur bathysphère d'acier au large des Bermudes en 1934.

Nous ne connaissons encore qu'une infime partie de cette zone. Chaque plongée de robot au large de Monterey, d'Hawaï ou sur la dorsale médio-atlantique révèle des animaux sans nom. À mesure que la pêche, l'exploitation minière et le réchauffement gagnent en profondeur, le plus grand habitat de la planète change avant même d'avoir été inventorié.

Les abysses

Entre 4 000 et 6 000 mètres environ s'étendent les plaines abyssales, vastes planchers des bassins océaniques. Ce sont parmi les lieux les plus plats de la Terre, plus lisses que n'importe quelle prairie, car une chute régulière de sédiments a enseveli la croûte volcanique accidentée. Réunies, ces plaines couvrent à peu près la moitié de la surface du globe, plus que tous les continents ensemble, et presque rien n'en a été vu.

Les sédiments arrivent avec une patience géologique. Loin des terres, ce sont surtout de fines argiles rouges et des coquilles de plancton microscopique, qui se déposent à raison de quelques millimètres par millénaire. L'eau est froide, de 1 à 3 °C environ, et la pression atteint plusieurs centaines d'atmosphères. La nourriture n'arrive que sous forme de neige marine tombée de kilomètres plus haut ou, de temps à autre, d'une aubaine : une baleine morte, un tronc englouti ou un tapis de plancton coulé d'un bloc après une efflorescence.

Dans ce monde lent, l'holothurie est reine. Sur bien des plaines abyssales, ces concombres de mer représentent l'essentiel du poids des grands animaux du fond ; ils labourent la vase et en digèrent la mince pellicule nutritive. Scotoplanes, le « cochon de mer », marche en troupeaux sur de courts pieds ambulacraires. Les poissons-trépieds se dressent sur trois nageoires rigides, face au courant, pour saisir les proies qui dérivent, tandis que les xénophyophores, cellules uniques grosses comme le poing, bâtissent de fragiles abris de vase.

Le saviez-vous ? L'expédition du Challenger a remonté les premiers nodules de manganèse des grands fonds en 1873, près des îles Canaries.

Ces nodules polymétalliques, des boules de la taille d'une pomme de terre riches en manganèse, nickel, cobalt et cuivre, ne grossissent que de quelques millimètres par million d'années. Ils tapissent une partie de la zone de Clarion-Clipperton, environ 4,5 millions de kilomètres carrés du Pacifique central entre Hawaï et le Mexique, et des compagnies minières les convoitent pour les batteries. L'Autorité internationale des fonds marins, à Kingston, en Jamaïque, rédige depuis des années les règles de leur exploitation. Beaucoup des créatures qui y vivent n'ont jamais été nommées, et certaines, comme des éponges et des coraux, ne poussent que sur les nodules eux-mêmes.

À quelle vitesse les abysses se remettraient-ils ? En 1989, des scientifiques allemands ont mené l'expérience DISCOL dans le bassin du Pérou, labourant onze kilomètres carrés de fond pour simuler l'extraction. Revenus en 2015, vingt-six ans plus tard, les chercheurs ont trouvé des sillons presque frais et bien des animaux toujours absents. Sur la plaine abyssale, une trace faite en un après-midi dure des générations.

La zone hadale

Les points les plus profonds de l'océan ne se trouvent pas sous le large, mais dans d'étroites entailles où une plaque tectonique plonge sous une autre. Sous 6 000 mètres environ commence la zone hadale, du nom d'Hadès, le monde souterrain des Grecs. Elle couvre près de la moitié de l'amplitude de profondeur de l'océan mais moins de deux pour cent des fonds, répartis dans une trentaine de fosses, surtout autour du Pacifique, des Kermadec aux Kouriles.

La pression est le fait déterminant. Au fond de l'abîme Challenger, dans la fosse des Mariannes, à quelque 10 935 mètres, elle dépasse 1 000 atmosphères. À de telles pressions, l'eau déforme les protéines ; les animaux hadals chargent donc leurs cellules de molécules protectrices, les piézolytes. La plus connue est le TMAO, l'oxyde de triméthylamine, responsable de l'odeur du poisson. En 2014, Paul Yancey, Alan Jamieson et leurs collègues ont montré que le TMAO des muscles de poissons augmente régulièrement avec la profondeur, et prédit que vers 8 200 mètres un poisson en aurait besoin en telle quantité que ses fluides attireraient dangereusement l'eau de mer. Les poissons, suggéraient-ils, disparaissent quelque part par là.

La prédiction a bien résisté. En septembre 2022, une caméra appâtée descendue dans la fosse d'Izu-Ogasawara, au sud du Japon, a filmé un jeune poisson-limace du genre Pseudoliparis à 8 336 mètres, le poisson le plus profond jamais observé. Les liparis sont la grande réussite hadale : mous, en forme de têtard et sans écailles, ils chassent de petits crustacés au fond des fosses de tout le Pacifique. Le liparis des Mariannes, décrit en 2017, vit vers 7 000 à 8 000 mètres.

Le saviez-vous ? Des amphipodes prélevés dans les fosses des Mariannes et des Kermadec en 2017 contenaient jusqu'à 50 fois plus de PCB que des crabes d'un des fleuves les plus pollués de Chine.

Sous la limite des poissons, les crustacés prennent le relais. Les amphipodes, charognards ressemblant à des crevettes, se ruent sur l'appât en quelques minutes, même au fond de l'abîme Challenger, où Hirondellea gigas vit à près de 10 900 mètres. Holothuries, vers et xénophyophores peuplent aussi le fond des fosses, nourris par les sédiments qui glissent le long des parois abruptes et s'accumulent dans l'axe comme la vase dans un caniveau.

Les humains n'ont atteint le fond qu'une poignée de fois. Jacques Piccard et Don Walsh y sont descendus dans le bathyscaphe Trieste le 23 janvier 1960 ; James Cameron a plongé seul à bord du Deepsea Challenger en 2012 ; et en 2018 et 2019, le Limiting Factor de Victor Vescovo a atteint le point le plus profond des cinq océans. Même là, ils ont trouvé du plastique : aucun recoin de la mer n'échappe à notre portée.

Lumière et couleurs sous l'eau

Plongez aux côtés d'un poisson rayé de rouge et regardez-le changer. En surface, ses rayures éclatent ; à 20 mètres, elles paraissent brunes ; plus bas, grises ou noires. Le poisson n'y est pour rien : l'eau dévore la lumière, et elle avale les couleurs dans l'ordre. Les molécules d'eau absorbent plus fortement les grandes longueurs d'onde rouges ; dans une eau océanique claire, le rouge a largement disparu vers 10 mètres, l'orange vers 20, le jaune vers 50 et le vert vers 100. Le bleu, que l'eau absorbe le moins, atteint 200 mètres et plus.

Cette absorption sélective est la principale raison du bleu de la mer. On a longtemps cru qu'elle reflétait simplement le ciel. En 1921, rentrant d'Europe à bord du SS Narkunda, le physicien indien C. V. Raman observa le bleu profond de la Méditerranée, le testa avec un prisme polarisant et soutint que la couleur venait de la lumière diffusée par l'eau elle-même. Ses travaux sur la diffusion menèrent à l'effet Raman et au prix Nobel en 1930. D'autres physiciens ajoutèrent la dernière pièce : les vibrations propres de l'eau absorbent le rouge, si bien que ce qui revient vers nos yeux est le bleu rescapé. Là où le plancton prospère, la chlorophylle teinte l'eau en vert : les mers côtières de Namibie ou de Terre-Neuve paraissent olive, la mer des Sargasses d'un saphir profond.

Les animaux exploitent ces règles depuis des millions d'années. Le rouge n'atteignant jamais les profondeurs, il y devient la couleur de l'invisibilité : crevettes, méduses et poissons des grands fonds sont souvent écarlates, donc noirs dans la pénombre bleue. Le poisson-dragon Malacosteus enfreint la règle en émettant son propre faisceau rouge, qu'il perçoit grâce à un pigment dérivé de la chlorophylle de sa nourriture : un projecteur privé qu'aucune proie ne détecte.

Le saviez-vous ? Le Diretmus argenteus, un poisson des grands fonds, porte 38 copies du gène de l'opsine des bâtonnets, plus qu'aucun autre vertébré connu.

Dans la zone crépusculaire, le danger est une ombre contre la lumière d'en haut ; beaucoup d'animaux pratiquent donc la contre-illumination : poissons-haches et poissons-lanternes tapissent leur ventre d'organes lumineux accordés à la lueur descendante, effaçant leur silhouette. Le calmar hawaïen Euprymna scolopes fait de même grâce à des bactéries Vibrio lumineuses. La plupart des poissons profonds ont des yeux réglés sur une seule couleur, le bleu proche de 480 nanomètres, car il ne reste guère autre chose à voir.

Comprendre cette chimie des couleurs dépasse la simple beauté. Les satellites lisent la couleur de l'océan pour mesurer le plancton, les plongeurs emportent des lampes pour voir les vraies couleurs, et les ingénieurs choisissent des lasers bleu-vert pour communiquer sous l'eau, car en mer, le bleu est la couleur qui dure.

La pression

Chaque dizaine de mètres d'eau de mer ajoute environ une atmosphère de pression, soit le poids de tout le ciel qui pèse sur nous au niveau de la mer. Un plongeur à 10 mètres subit deux atmosphères, à 40 mètres cinq. Au fond de l'abîme Challenger, à près de 11 kilomètres, la pression avoisine 1 100 atmosphères, comme le poids d'une petite voiture sur chaque centimètre carré.

L'image populaire des abysses est celle d'objets écrasés. La réalité est plus subtile. L'eau est presque incompressible : un animal fait surtout d'eau subit la même pression dedans et dehors et n'est nullement aplati. Le danger, c'est l'air. Selon la loi de Boyle-Mariotte, un gaz voit son volume divisé par deux chaque fois que la pression double ; les poumons d'un apnéiste à 10 mètres font donc moitié de leur taille en surface. Lorsque Herbert Nitsch a atteint 214 mètres en 2007, ses poumons étaient réduits à environ un vingt-deuxième de leur volume. Sous-marins, bathysphères et poumons humains sont en danger parce qu'ils contiennent du gaz ; les méduses, non.

Le gaz pose un second problème à la remontée. Sous pression, de l'azote supplémentaire se dissout dans le sang et les tissus du plongeur ; s'il remonte trop vite, il ressort en bulles, comme une bouteille de limonade secouée. C'est l'accident de décompression. Il estropia des ouvriers creusant les fondations du pont de Brooklyn dans les années 1870. Le physiologiste français Paul Bert identifia les bulles d'azote comme cause en 1878, et en 1908 John Scott Haldane fournit à la Royal Navy les premières tables de décompression par paliers.

Le saviez-vous ? Le blobfish, élu animal le plus laid du monde en 2013, ressemble chez lui, vers 1 000 mètres, à un poisson ordinaire : son affaissement célèbre est un dégât causé par sa remontée.

Les animaux des grands fonds se passent tout simplement d'air. Beaucoup de poissons profonds n'ont pas de vessie natatoire et flottent grâce à un foie gras ou à des tissus gélatineux. Les cachalots plongeant à 2 000 mètres laissent leurs poumons s'affaisser et stockent l'oxygène dans le sang et les muscles ; une baleine à bec de Cuvier a même été suivie jusqu'à 2 992 mètres au large de la Californie. À l'échelle moléculaire, les animaux profonds portent des molécules protectrices qui maintiennent leurs protéines en état, la chimie même qui fixe la limite des poissons dans les fosses.

Les océanographes aiment une démonstration simple. Des gobelets en polystyrène décorés par des élèves sont attachés aux instruments descendus à des milliers de mètres. L'air de la mousse est chassé et les gobelets reviennent en miniatures parfaites : la preuve que les profondeurs écrasent l'air, non l'eau. La leçon traverse toute l'ingénierie sous-marine, de la bathysphère qui porta William Beebe à 923 mètres en 1934 aux submersibles en titane d'aujourd'hui : le plus dur est de garder en vie une bulle d'air.

La température et la thermocline

Descendez dans une mer tropicale et vous traverserez trois mondes thermiques. En haut, la couche de mélange chaude, brassée par le vent et les vagues, souvent à 25 °C ou plus et presque uniforme sur des dizaines de mètres. Dessous, la température plonge à travers la thermocline, une bande où l'eau peut perdre 15 ou 20 degrés en quelques centaines de mètres. Plus bas s'étend l'océan profond, immense réservoir d'eau entre 0 et 4 °C environ, indifférent à l'été comme à l'hiver. Quelque neuf dixièmes de l'eau océanique se trouvent sous la thermocline, et la température moyenne de tout l'océan n'est que d'environ 4 °C.

Cette stratification tient au fait que l'eau chaude est plus légère que l'eau froide. Le soleil chauffe la surface par le haut : l'océan est stable, comme l'huile sur le vinaigre, et la thermocline fait office de couvercle. Ce couvercle est une bénédiction et une malédiction. Il garde le fond froid, mais il emprisonne aussi les nutriments en dessous, hors de portée du plancton éclairé : voilà pourquoi les tropiques limpides et bleus sont souvent des déserts biologiques. Dans les mers tempérées, une thermocline saisonnière se forme chaque été et se défait dans les tempêtes d'hiver, tandis que dans les mers polaires l'eau est froide de haut en bas et la thermocline existe à peine.

Il y a des exceptions locales. La Méditerranée profonde reste vers 13 °C, car des eaux chaudes et salées y plongent, et le fond de la mer Rouge avoisine un doux 21 °C. Dans ses bassins profonds se trouvent même des fosses de saumure chaude à plus de 60 °C, chauffées par la croûte.

Le saviez-vous ? Selon le GIEC, l'océan a absorbé plus de 90 % de la chaleur supplémentaire piégée par les gaz à effet de serre depuis les années 1970.

Mesurer tout cela fut longtemps laborieux. L'expédition du Challenger, de 1872 à 1876, descendait des thermomètres au bout de cordes, une profondeur à la fois. En 1938, Athelstan Spilhaus inventa le bathythermographe, qui traçait la température pendant sa chute ; les marines s'en servirent pour trouver les thermoclines où les sous-marins pouvaient se cacher du sonar. Aujourd'hui, le travail revient à Argo, une flotte d'environ 4 000 flotteurs robotisés déployés à partir de 2000. Chaque flotteur dérive à 1 000 mètres pendant neuf jours environ, descend à 2 000 mètres, puis remonte en mesurant température et salinité, et transmet son profil à un satellite.

Argo a transformé la science du climat en enregistrant, bassin après bassin, le réchauffement régulier de l'océan supérieur. Les flotteurs Deep Argo atteignent désormais 6 000 mètres, car c'est dans ce réservoir froid du fond que sera stockée la longue mémoire de notre réchauffement.

Le son dans la mer

La lumière meurt à quelques centaines de mètres de la surface, mais le son voyage étonnamment bien dans l'eau de mer. Il file à environ 1 500 mètres par seconde, plus de quatre fois plus vite que dans l'air, et les sons graves peuvent traverser des bassins océaniques entiers. Pour les animaux marins, comme pour ceux qui les étudient, l'océan est avant tout un monde de l'écoute.

La première mesure date de 1826 : le physicien suisse Daniel Colladon et le mathématicien Charles Sturm frappèrent une cloche immergée dans le lac Léman et chronométrèrent le son sur environ 14 kilomètres, obtenant 1 435 mètres par seconde, une valeur proche du chiffre moderne pour l'eau douce. Après le naufrage du Titanic en 1912, l'inventeur canadien Reginald Fessenden construisit un oscillateur électrique capable d'émettre du son dans l'eau et d'en écouter l'écho ; en 1914, il détecta un iceberg à quelque trois kilomètres. De là naquit le sonar, qui traqua les sous-marins durant les deux guerres mondiales puis cartographia les fonds.

La vitesse du son dépend de la température et de la pression. Près de la surface, l'eau chaude l'accélère ; en profondeur, la pression l'accélère à nouveau. Entre les deux, vers 1 000 mètres aux latitudes moyennes, se trouve une couche de vitesse minimale. Le son qui y pénètre est renvoyé vers l'axe lent, comme la lumière dans une fibre optique, et peut parcourir des milliers de kilomètres. En 1944, Maurice Ewing et J. Lamar Worzel prouvèrent l'existence de ce canal SOFAR en faisant exploser de petites charges entendues à des centaines de kilomètres. En 1991, l'expérience de l'île Heard envoya depuis le sud de l'océan Indien des sons captés au large des Bermudes et de la côte ouest de l'Amérique du Nord.

Le saviez-vous ? Le « Bloop », un grondement mystérieux enregistré en 1997 par les hydrophones de la NOAA à travers le Pacifique, a finalement été identifié en 2012 comme le bruit d'un séisme de glace en Antarctique.

Les baleines exploitaient l'acoustique de l'océan bien avant nous. L'ingénieur de la marine Frank Watlington enregistra des sons étranges au large des Bermudes, et Roger Payne et Scott McVay montrèrent que les baleines à bosse chantent des chants longs, répétitifs et structurés ; l'album Songs of the Humpback Whale, paru en 1970, contribua à lancer la campagne pour sauver les baleines. Baleines bleues et rorquals communs émettent des appels graves, vers 20 hertz, portant à des centaines de kilomètres. Les crevettes-pistolets crépitent si fort sur les récifs qu'elles peuvent masquer des sous-marins.

Aujourd'hui, la mer devient plus bruyante. Hélices de navires, canons à air sismiques et sonars saturent les basses fréquences qu'utilisent les baleines, et des études au large de la Californie ont relevé une forte hausse du bruit en eau profonde à la fin du XXe siècle. Pour des animaux qui trouvent nourriture et partenaires à l'oreille, un océan bruyant est un brouillard qui ne se lève jamais.

Les océans polaires

Les deux océans polaires sont des images inversées. L'océan Arctique, environ 14 millions de kilomètres carrés, est le plus petit et le moins profond des océans, un bassin presque fermé par l'Amérique du Nord, le Groenland et l'Eurasie, ouvert sur le Pacifique par l'étroit détroit de Béring et sur l'Atlantique par le passage qui longe le Groenland. L'océan Austral est l'inverse : une eau libre qui encercle un continent couvert de glace, sans aucune terre pour l'arrêter tout autour du globe. La National Geographic Society l'a officiellement reconnu comme cinquième océan en 2021.

Tous deux se définissent par la banquise, de l'eau de mer gelée rarement épaisse de plus de quelques mètres, qui s'étend chaque hiver et recule chaque été. Autour de l'Antarctique, l'écart est énorme : de quelque 3 millions de kilomètres carrés en février à environ 18 millions en septembre, de quoi plus que doubler la surface blanche du continent. Dans l'Arctique, les satellites suivent un net déclin depuis 1979. En septembre 2012, la glace estivale est tombée à environ 3,4 millions de kilomètres carrés, un record, soit à peu près la moitié de la surface habituelle des années 1980, et elle s'est aussi amincie. Ours blancs, morses et phoques annelés dépendent de cette glace pour chasser et élever leurs petits.

Autour de l'Antarctique coule le courant le plus puissant de la Terre, le courant circumpolaire antarctique. Poussé vers l'est par les vents d'ouest des quarantièmes rugissants et des cinquantièmes hurlants, c'est le seul courant qui fasse le tour du globe sans interruption, transportant bien plus de cent millions de mètres cubes d'eau par seconde à travers le passage de Drake. Il isole aussi l'Antarctique des eaux plus chaudes du nord, ce qui contribue à le garder gelé.

Le saviez-vous ? Les poissons des glaces antarctiques n'ont ni globules rouges ni hémoglobine, une découverte du biologiste norvégien Johan Ruud en 1954.

Les mers polaires sont froides mais riches. Des vents forts et des remontées d'eau apportent les nutriments, et le soleil d'été brille presque sans relâche. Dans l'océan Austral, cela nourrit le krill antarctique, des crustacés longs comme un doigt dont la masse totale a été estimée à quelque 380 millions de tonnes, et qui nourrissent manchots, phoques, albatros et grandes baleines à fanons. Les notothénioïdes survivent dans une eau sous 0 °C grâce aux protéines antigel de leur sang, étudiées par Arthur DeVries dès la fin des années 1960.

Les explorateurs ont appris ces mers à la dure. Fridtjof Nansen laissa son navire, le Fram, se prendre dans la banquise arctique en 1893 et dériva trois ans, prouvant que la glace se déplace sur un océan profond au lieu de reposer sur une terre. En 1915, la banquise de la mer de Weddell broya l'Endurance d'Ernest Shackleton ; son épave a été retrouvée en 2022, par 3 008 mètres de fond, remarquablement intacte. Aujourd'hui, les pôles se réchauffent plus vite que presque partout ailleurs, et le sort de leur glace se fera sentir sur toutes les côtes.

Le plancton : la multitude à la dérive

Le plancton n'est pas une sorte de créature, mais un mode de vie. Le mot, forgé en 1887 par le physiologiste allemand Victor Hensen à partir du grec signifiant « errant », désigne tout ce qui ne peut nager contre un courant : des bactéries de quelques millièmes de millimètre, les œufs et les larves de crabes ou de morues, et même une méduse à crinière de lion dont les tentacules dépassent la longueur d'un court de tennis. Leur point commun : c'est la mer, et non leurs muscles, qui décide où ils vont.

Les biologistes divisent cette multitude en deux. Le phytoplancton regroupe les plantes de la dérive, des cellules uniques qui font la photosynthèse dans les 200 premiers mètres éclairés. Les diatomées se bâtissent des coques de silice en forme de boîtes ou d'étoiles, les coccolithophores s'habillent de plaques de craie, les dinoflagellés tournoient grâce à deux flagelles. Le zooplancton rassemble les animaux qui les broutent, au premier rang desquels les copépodes, des crustacés de la taille d'un grain de riz qui sont peut-être les animaux les plus nombreux de la planète.

Nous les connaissons si bien en partie grâce à une machine étonnamment robuste. En 1931, le biologiste marin Alister Hardy commence à tracter son Continuous Plankton Recorder derrière des navires marchands. L'eau traverse une petite ouverture et le plancton se dépose sur une bande de soie qui se déroule lentement, conservant un ruban de chaque mille parcouru. Cette campagne, aujourd'hui menée depuis Plymouth, a parcouru des millions de milles nautiques. Elle a montré que les communautés de copépodes d'eaux chaudes de l'Atlantique Nord-Est ont glissé d'une dizaine de degrés de latitude vers le nord entre les années 1960 et 2000, tandis que Calanus finmarchicus, nourriture essentielle des jeunes morues, reculait.

Le plancton offre aussi des spectacles. Les efflorescences du coccolithophore Emiliania huxleyi teintent des mers entières d'un turquoise laiteux sur les images satellites, de la mer de Barents à la Patagonie. Les vaguelettes bleues qui scintillent la nuit aux Maldives ou dans la baie de Mosquito, à Porto Rico, sont dues à des dinoflagellés. Et chaque nuit a lieu la plus grande migration de la planète : d'innombrables organismes du zooplancton remontent de plusieurs centaines de mètres pour se nourrir en surface, puis redescendent avant l'aube.

Le saviez-vous ? Les falaises blanches de Douvres sont faites en grande partie de coccolithes, les plaques de craie microscopiques laissées par du plancton dans une mer chaude il y a 70 à 100 millions d'années.

Le plancton est à la base de presque toutes les chaînes alimentaires marines, il aide à entraîner le carbone vers les profondeurs et ses coquilles mortes deviennent les roches de demain. À mesure que l'océan se réchauffe, sa carte se redessine, et tout ce qui s'en nourrit devra suivre. Les plus petits dériveurs fixent le menu de toute la mer.

La respiration de l'océan

Prenez deux respirations : l'une d'elles est probablement née en mer. Le phytoplancton microscopique assure environ la moitié de toute la photosynthèse terrestre et fixe quelque 50 milliards de tonnes de carbone par an dans la couche éclairée. Dans chaque cellule, la chlorophylle capte la lumière et utilise son énergie pour casser l'eau, fabriquer des sucres à partir du dioxyde de carbone et libérer de l'oxygène. La part de l'océan rivalise avec celle de toutes les forêts, prairies et cultures réunies.

C'est le souffle le plus ancien qui soit. Des cyanobactéries marines ont commencé à rejeter de l'oxygène il y a des milliards d'années et, il y a environ 2,4 milliards d'années, il s'en était accumulé assez pour transformer l'atmosphère lors de la Grande Oxydation. Leurs descendantes dominent encore. Prochlorococcus, le plus petit et sans doute le plus abondant des organismes photosynthétiques, n'a été reconnu qu'en 1988, quand Sallie Chisholm, Robert Olson et leurs collègues ont repéré sa faible lueur rouge grâce à un cytomètre en flux, un instrument à laser qui compte les cellules une à une. Large d'environ 0,6 millième de millimètre, il se compte par octillions dans l'océan ouvert et chaud.

Mesurer le souffle d'une planète exige un regard depuis l'orbite. Depuis le satellite SeaWiFS de la NASA, lancé en 1997, les capteurs de « couleur de l'océan » cartographient la chlorophylle en lisant la légère teinte verte qu'elle donne à la mer. On y voit la productivité éclatante des remontées d'eau au large du Pérou, de la Namibie et de la Californie, les floraisons printanières qui balaient l'Atlantique Nord, et les vastes « déserts océaniques » au cœur des gyres subtropicaux, où l'eau est la plus bleue du monde.

Il faut ici corriger un mythe. L'océan n'est pas un poumon qui nous exporterait son oxygène en surplus. Le plancton, les poissons et surtout les bactéries consomment presque tout ce que produit le phytoplancton, et sur une année l'apport net de la mer à l'air est proche de zéro. L'oxygène que nous respirons est une réserve constituée au fil de centaines de millions d'années, en partie parce qu'une petite fraction du carbone marin a été enfouie dans les sédiments avant d'être respirée. Ce que le plancton entretient au jour le jour, c'est l'océan lui-même.

Le saviez-vous ? Un seul millilitre d'eau de mer tropicale éclairée peut contenir plus de 100 000 cellules de Prochlorococcus, et pourtant personne ne soupçonnait son existence avant 1988.

Or cet océan s'essouffle. L'océan mondial aurait perdu environ 2 % de son oxygène dissous depuis 1960, car une eau plus chaude retient moins de gaz et se mélange moins avec les profondeurs, et les zones pauvres en oxygène se sont étendues au large de l'Afrique de l'Ouest et dans le Pacifique Est. Chaque respiration sur terre est un cadeau du plancton ancien ; chaque poisson dépend aujourd'hui du plancton vivant.

Le réseau trophique océanique

Un réseau trophique est le grand livre de comptes de l'océan : qui mange qui. À sa base se trouvent les producteurs, phytoplancton et algues qui transforment la lumière en matière vivante. Au-dessus viennent les brouteurs comme les copépodes et le krill, puis les petits poissons et les calmars, puis leurs prédateurs, jusqu'aux orques, aux grands requins blancs et aux thons. Chaque marche est un niveau trophique, et chacune coûte cher : en moyenne, seul un dixième environ de l'énergie d'un niveau se retrouve dans le corps du suivant ; le reste est brûlé pour vivre, nager et se chauffer.

Cette règle empirique remonte à l'écologue américain Raymond Lindeman, qui décrivit en 1942 le flux d'énergie dans un lac tourbeux du Minnesota. En mer, elle explique beaucoup. Les chaînes courtes sont efficaces : au large du Pérou, le courant de Humboldt nourrit des diatomées que l'anchois du Pérou mange directement, d'où la plus grande pêcherie monospécifique du monde. Les longues chaînes de l'océan subtropical ouvert ne nourrissent que peu de grands prédateurs. Les scientifiques retracent aujourd'hui ces liens grâce aux isotopes stables de l'azote, qui s'alourdissent légèrement à chaque échelon.

La pyramide bien ordonnée cache une économie souterraine. En 1983, Farooq Azam et ses collègues ont décrit la boucle microbienne : une grande part de ce que fabrique le plancton fuit sous forme de matière organique dissoute, que seules les bactéries peuvent utiliser. De minuscules protistes mangent ces bactéries et sont eux-mêmes mangés par le zooplancton, ce qui réinjecte l'énergie dans le réseau principal. Les virus s'en mêlent, faisant éclater chaque jour d'immenses quantités de microbes. Dans l'océan ouvert, une grande partie du carbone fixé chaque jour passe par les microbes plutôt que par les poissons.

Certaines espèces comptent bien plus que leur nombre ne le laisse croire. Dans les années 1960, l'écologue Robert Paine retira les étoiles de mer ocre des rochers de Mukkaw Bay, dans l'État de Washington : les moules envahirent tout et bien d'autres espèces disparurent. Il appela ces animaux des espèces clés de voûte. Aux îles Aléoutiennes, la loutre de mer joue ce rôle en mangeant les oursins qui, sinon, raseraient les forêts de varech. Les baleines sont désormais vues comme des espèces clés : en se nourrissant en profondeur et en déféquant en surface, elles rapportent fer et azote aux eaux éclairées.

Le saviez-vous ? Les virus sont de loin les entités biologiques les plus nombreuses de la mer, et selon une estimation très citée ils tuent chaque jour environ un cinquième de la biomasse microbienne océanique.

L'être humain est devenu le prédateur dominant de nombreux réseaux marins. En 1998, le spécialiste des pêches Daniel Pauly a montré que les captures mondiales glissaient des grands prédateurs vers des poissons plus petits, situés plus bas dans le réseau. Tirez sur un fil, et tout le réseau bouge.

Les méduses et leurs cousines

Les méduses pulsent dans la mer depuis au moins 500 millions d'années, bien avant les premiers dinosaures. Elles appartiennent aux cnidaires, un groupe d'environ 11 000 espèces qui comprend aussi les coraux, les anémones de mer et les hydraires. Une méduse n'a ni cerveau, ni cœur, ni os, et se compose d'environ 95 % d'eau. Son plan d'organisation : une ombrelle pulsante dotée d'une seule ouverture, à la fois bouche et anus, bordée de tentacules armés de cellules urticantes.

Ces cellules, les cnidocytes, sont parmi les armes les plus remarquables du vivant. Chacune renferme, dans une capsule sous forte pression, un filament enroulé et barbelé. Au moindre contact, la capsule se décharge en un millionième de seconde environ, l'un des mouvements les plus rapides de la nature, et injecte son venin. La plupart des piqûres sont bénignes, mais la méduse-boîte Chironex fleckeri, du nord de l'Australie et d'Asie du Sud-Est, peut tuer un adulte en quelques minutes. Les cuboméduses possèdent aussi 24 yeux, dont certains à cristallin, qui les aident à éviter les racines des mangroves.

Beaucoup de cnidaires mènent une double vie. La méduse typique commence comme une larve nageuse qui se fixe sur le fond et devient un polype, sorte de minuscule anémone. Ce polype produit ensuite des piles de bébés méduses, les éphyrules, qui deviennent l'adulte, la méduse. Dans les années 1990, des chercheurs en Italie ont remarqué que Turritopsis dohrnii, une hydroméduse plus petite qu'un ongle, pouvait faire quelque chose de stupéfiant : stressé ou blessé, l'adulte redevient polype et recommence sa vie. On la surnomme la méduse immortelle, même si dans la nature la plupart finissent simplement mangées.

Tout ce qui ressemble à une méduse n'en est pas une. La galère portugaise, Physalia physalis, est un siphonophore : une colonie d'individus spécialisés, l'un formant le flotteur gonflé de gaz qui vogue au vent, d'autres les tentacules de pêche qui traînent sur 10 mètres ou plus. Les cténophores, qui chatoient de lumières irisées, forment un tout autre groupe. Les méduses peuvent aussi être géantes : la méduse de Nomura, dans les mers du Japon, atteint 2 mètres de diamètre et 200 kilos, et la méduse à crinière de lion traîne des tentacules de plusieurs dizaines de mètres.

Le saviez-vous ? En 2011, un essaim de méduses lunes a bouché les prises d'eau de refroidissement de la centrale nucléaire de Torness, en Écosse, et l'a obligée à arrêter ses réacteurs.

Les proliférations de méduses semblent plus fréquentes en certains lieux, de la mer du Japon à la Méditerranée. La surpêche élimine leurs concurrents et prédateurs, l'eau chaude accélère leur croissance et les ports offrent aux polypes de nouvelles surfaces, même si les scientifiques débattent encore de l'ampleur du phénomène. Sans cervelle peut-être, mais les méduses savent attendre leur heure.

Poulpe, calmar et seiche

Les céphalopodes, littéralement « pieds sur la tête », sont des mollusques qui ont troqué leur coquille contre la vitesse et l'intelligence. Les quelque 800 espèces actuelles comprennent poulpes, calmars, seiches et nautiles à coquille. Tous ont des bras autour d'un bec de perroquet, un siphon qui projette l'eau pour se propulser, trois cœurs et un sang à base de cuivre qui bleuit à l'air. La plupart vivent vite et meurent jeunes : beaucoup de poulpes ne survivent qu'un an ou deux et meurent peu après la reproduction.

Leur intelligence relève de la légende, et du protocole de laboratoire. Un poulpe commun possède environ 500 millions de neurones, autant que le cortex d'un chien, dont les deux tiers environ se trouvent dans les bras, capables de goûter, toucher et réagir presque seuls. Les poulpes résolvent des labyrinthes, dévissent des bocaux et s'échappent des aquariums. En 2009, des chercheurs ont filmé en Indonésie des poulpes veinés, Amphioctopus marginatus, transportant des coques de noix de coco pour s'en servir plus tard d'abri, l'un des premiers cas documentés d'usage d'outil chez un invertébré. En 2022, la loi britannique sur le bien-être animal a reconnu les céphalopodes comme des êtres sensibles.

Leur peau est un écran vivant. Des milliers de chromatophores, de minuscules sacs élastiques de pigment rouge, jaune ou brun, sont étirés ou contractés par des muscles directement commandés par les nerfs, ce qui change un motif en une fraction de seconde. En dessous, des cellules réfléchissantes ajoutent des bleus irisés et des blancs éclatants. Une seiche fait défiler des vagues de rayures sombres pour hypnotiser un crabe, et reproduit un damier placé sous son bac. Curieusement, la plupart des céphalopodes semblent n'avoir qu'un seul type de photorécepteur, et la façon dont ils accordent si bien les couleurs reste étudiée.

Quand le camouflage échoue, reste l'encre : un nuage de mélanine et de mucus. Certains calmars crachent une tache de leur taille, un « pseudomorphe » qui sert de leurre pendant qu'ils fuient. Le poulpe mimétique, Thaumoctopus mimicus, découvert au large de Sulawesi en 1998, va plus loin et imite des poissons-scorpions venimeux, des poissons plats et des serpents de mer. À l'autre extrême, le calmar géant Architeuthis a été filmé vivant dans son milieu pour la première fois en 2012, près des îles Ogasawara, au Japon, tandis que le calmar colossal de l'océan Austral est le plus lourd invertébré connu : un spécimen pesait environ 495 kilos.

Le saviez-vous ? Un poulpe a trois cœurs : deux envoient le sang dans les branchies, le troisième dans le reste du corps, et ce cœur principal s'arrête de battre quand il nage.

Les céphalopodes semblent profiter des mers qui changent : leurs effectifs augmentent dans de nombreuses pêcheries à mesure que leurs concurrents poissons déclinent. Les esprits les plus étrangers de la Terre pourraient bien hériter de l'océan que nous vidons.

Crabes, homards et krill

Les crustacés sont les insectes de la mer : des animaux aux pattes articulées dans un squelette externe rigide, d'une variété stupéfiante et présents presque partout. On en a décrit environ 67 000 espèces, des copépodes plus petits qu'un point jusqu'au crabe-araignée géant du Japon, dont les pattes peuvent dépasser 3,5 mètres d'envergure. Crabes, homards, crevettes, balanes et cloportes en font partie. Leur armure, l'exosquelette, est faite de chitine durcie au carbonate de calcium : c'est à la fois leur grande force et leur grand problème.

Une armure ne s'étire pas ; pour grandir, le crustacé doit muer. Des hormones déclenchent le processus, l'exuviation : l'animal récupère une partie des minéraux de l'ancienne carapace, en fabrique une nouvelle, molle, en dessous, puis fend l'ancienne le long d'une ligne de suture et s'en extrait à reculons, pattes, branchies et pédoncules oculaires compris. Fraîchement mué, il avale de l'eau pour atteindre sa nouvelle taille et se cache plusieurs jours, le temps que la carapace durcisse. Le crabe à carapace molle des restaurants est simplement un crabe pris pendant cette fenêtre vulnérable.

Les homards montrent jusqu'où peut aller la stratégie. Les homards européen et américain muent toute leur vie, et l'on estime que les grands individus ont 50 ans ou plus. Leurs cellules gardent active la télomérase, ce qui a fait naître sur internet le mythe du homard biologiquement immortel. Il n'en est rien : chaque mue demande plus d'énergie que la précédente, et beaucoup de vieux homards meurent pendant l'effort ou cessent de muer et succombent à des maladies de la carapace. À l'autre extrême, la squille multicolore de l'Indo-Pacifique frappe avec un appendice en massue si vite, comme l'ont mesuré Sheila Patek et ses collègues en 2004, que l'eau devant elle se vaporise en bulles qui implosent.

Il y a enfin le krill antarctique, Euphausia superba, un petit animal d'environ 6 centimètres semblable à une crevette. Sa biomasse totale est estimée entre 300 et 500 millions de tonnes, ce qui en ferait peut-être l'espèce animale sauvage la plus abondante sur Terre en poids. Le krill broute les algues sous la banquise et en eau libre, forme des essaims qui teintent la mer de rouge et nourrit baleines bleues et à bosse, manchots, phoques et poissons. Les Discovery Investigations britanniques des années 1920 et 1930 ont les premières décrit son cycle de vie en étudiant les zones de chasse à la baleine.

Le saviez-vous ? Quand la nourriture vient à manquer pendant l'hiver antarctique, le krill peut muer vers un corps plus petit et rétrécir, survivant des mois sans manger.

Le krill est désormais pêché lui aussi, sous l'égide depuis 1982 de la commission internationale CCAMLR, tandis que le réchauffement et le recul de la banquise autour de la péninsule Antarctique semblent repousser son aire vers le sud. L'armure du crabe est son château ; un essaim de krill, le déjeuner de tout un continent.

Le monde des poissons

Les poissons sont les vertébrés les plus diversifiés de la planète. Plus de 36 000 espèces ont été décrites, davantage que l'ensemble des mammifères, oiseaux, reptiles et amphibiens, et la grande majorité sont des poissons osseux, au squelette de vrai os plutôt que de cartilage. Presque tous appartiennent aux actinoptérygiens, dont les nageoires sont des membranes de peau tendues sur de fins rayons. Leur lignée remonte à plus de 400 millions d'années, et de ce plan commun l'évolution a tiré hippocampes, flets, anguilles, thons et le poisson que les pêcheurs appellent encore « celui qui s'est échappé ».

Vivre dans l'eau commence par la respirer. L'eau entre par la bouche et passe sur les branchies, où le sang circule dans de fins filaments en sens inverse. Cet échange à contre-courant fait toujours rencontrer au sang une eau un peu plus riche en oxygène, et permet au poisson d'extraire une part bien plus grande de l'oxygène dissous que nos poumons n'en tirent de l'air. Beaucoup de poissons osseux possèdent aussi une vessie natatoire, une poche de gaz qu'ils gonflent ou dégonflent pour flotter sans effort : une morue peut ainsi rester suspendue en pleine eau comme un dirigeable.

Les poissons perçoivent la mer d'une façon qui nous échappe. La ligne latérale, une rangée de pores sur chaque flanc, détecte d'infimes variations de pression, permettant de sentir le sillage d'un prédateur ou les mouvements des voisins. C'est elle qui rend possibles les bancs. Harengs, sardines et anchois virent à l'unisson par millions ; chaque hiver, au large de la côte est de l'Afrique du Sud, la « sardine run » attire dauphins, requins, fous et rorquals de Bryde dans l'une des plus grandes frénésies alimentaires de la planète.

L'éventail des tailles est vertigineux. Schindleria brevipinguis, de la Grande Barrière de corail, est adulte à environ 7 millimètres, et les gobies nains de l'Indo-Pacifique sont à peine plus grands. À l'autre bout, les môles, ou poissons-lunes, sont les plus lourds des poissons osseux : un môle géant trouvé au large des Açores en 2021 pesait 2 744 kilos. Une seule femelle de môle peut porter quelque 300 millions d'œufs. Certains poissons nous surprennent jusque dans leur existence : en 1938, la conservatrice de musée Marjorie Courtenay-Latimer repéra un cœlacanthe, poisson à nageoires charnues qu'on croyait éteint depuis 66 millions d'années, dans la prise d'un chalutier au large d'East London, en Afrique du Sud.

Le saviez-vous ? Le plus lourd poisson osseux jamais mesuré n'était ni un thon ni un marlin, mais un môle géant trouvé au large des Açores en 2021, pesant 2 744 kilos.

Les poissons sont aussi la plus importante nourriture sauvage du monde, et la plus visiblement surexploitée. Quand la morue des Grands Bancs de Terre-Neuve s'est effondrée, le Canada a fermé la pêche en 1992 et quelque 30 000 personnes ont perdu leur emploi du jour au lendemain. Le royaume des vertébrés le plus riche de la mer est aussi le plus exploité.

Requins et raies

Les requins nageaient déjà dans les mers avant qu'il y ait des arbres sur la terre ferme. Leur lignée, les chondrichtyens, remonte à plus de 400 millions d'années et compte aujourd'hui environ 1 200 espèces de requins, raies et chimères. Leur squelette est fait de cartilage, plus léger et plus souple que l'os, et leur peau est couverte de minuscules écailles en forme de dents, les denticules cutanés, qui lissent l'écoulement de l'eau et ont inspiré maillots de bain et revêtements de coques. Les raies sont au fond des requins aplatis, aux fentes branchiales placées sous le corps et aux nageoires pectorales devenues des ailes.

Les requins sont célèbres pour leurs sens. L'odorat repère le sang et les proies, la ligne latérale perçoit les mouvements. Plus remarquables encore sont les ampoules de Lorenzini, des pores remplis de gelée sur le museau, décrits pour la première fois en 1678 par l'anatomiste italien Stefano Lorenzini. Elles détectent les faibles champs électriques émis par les muscles des animaux vivants : un requin-marteau peut ainsi trouver une pastenague enfouie dans le sable, sa tête large étalant les capteurs comme un détecteur de métaux. Beaucoup d'espèces utiliseraient aussi le champ magnétique terrestre pour s'orienter au large.

Certains requins battent tous les records. Le requin-baleine, Rhincodon typus, est le plus grand poisson vivant, avec environ 18 mètres ; il filtre l'eau pour se nourrir de plancton et d'œufs de poissons, et se rassemble chaque année au récif de Ningaloo, en Australie-Occidentale, dans le golfe du Mexique et aux Maldives. La raie manta océanique géante atteint 7 mètres d'envergure et possède l'un des plus gros cerveaux, rapporté à sa taille, de tous les poissons. Et en 2016, une équipe menée par Julius Nielsen a daté des requins du Groenland grâce au radiocarbone du cristallin de leurs yeux, formé avant la naissance : le plus vieux aurait environ 392 ans, à 120 ans près, ce qui en fait le vertébré le plus longévif connu.

L'image du requin mangeur d'hommes est un mythe à corriger. Les morsures non provoquées sont moins d'une centaine par an dans le monde, alors que les humains tuent des dizaines de millions de requins. Beaucoup meurent pour le finning : on tranche les ailerons pour la soupe et l'on rejette souvent le corps. Une étude publiée dans Nature en 2021 a montré que les requins et raies océaniques avaient diminué d'environ 71 % depuis 1970, le requin océanique, jadis l'un des grands animaux les plus communs des mers tropicales, figurant parmi les plus touchés.

Le saviez-vous ? Un requin du Groenland ne grandit que d'environ un centimètre par an et n'atteint sa maturité que vers l'âge de 150 ans.

La protection progresse lentement, grâce aux interdictions du finning, aux sanctuaires et aux limites commerciales de la convention CITES. Une famille qui a survécu à plusieurs extinctions de masse dépend désormais de décisions prises en quelques décennies.

Les tortues marines

Les tortues marines parcourent les océans depuis plus de 100 millions d'années, et seules sept espèces subsistent : la tortue verte, la caouanne, la tortue imbriquée, la tortue de Kemp, la tortue olivâtre, la tortue à dos plat et la tortue luth. Toutes respirent de l'air, toutes passent presque toute leur vie en mer, et chaque femelle doit encore ramper sur une plage pour pondre, le seul moment qui lie ces voyageuses océaniques à la terre.

Beaucoup de femelles reviennent pondre sur la plage où elles sont nées, ou tout près, des décennies plus tard : c'est le retour au lieu de naissance. Comment elles la retrouvent fut longtemps une énigme. Les travaux de Kenneth Lohmann, à l'université de Caroline du Nord, suggèrent que les nouveau-nés mémorisent la signature magnétique propre à leur côte, une combinaison d'intensité et d'inclinaison du champ, et se servent du champ magnétique terrestre comme d'une carte. Le baguage, lancé à grande échelle par Archie Carr à Tortuguero, au Costa Rica, dans les années 1950, et prolongé aujourd'hui par des balises satellites, a montré que des caouannes nées au Japon traversent le Pacifique pour se nourrir au large de la Basse-Californie avant de revenir.

Sur la plage, la femelle creuse avec ses nageoires arrière un nid en forme de flacon et y pond une centaine d'œufs à coquille souple. Puis elle s'en va. L'incubation dure environ deux mois, et la chaleur du sable décide du sexe de chaque petit : c'est la détermination du sexe par la température. Vers 29 °C, les sexes sont à peu près équilibrés ; les nids plus chauds donnent surtout des femelles, les plus frais surtout des mâles. Dans le nord chaud de la Grande Barrière de corail, qui abrite l'immense site de ponte de l'île Raine, une étude de 2018 a montré que 99 % des jeunes tortues vertes étaient des femelles.

Les nouveau-nés sortent ensemble, généralement la nuit, et filent vers l'horizon le plus lumineux, qui sur une plage naturelle est la mer. Seule une petite fraction, souvent estimée à environ un sur mille, atteint l'âge adulte. La tortue luth est la géante de la famille : elle peut dépasser 600 kilos, garde son corps plus chaud que l'eau environnante, plonge à plus de 1 000 mètres et traverse des océans entiers pour se nourrir de méduses. Les tortues olivâtres, elles, pondent en arrivées massives appelées arribadas, quand des dizaines de milliers de femelles débarquent en quelques jours sur des plages comme Ostional, au Costa Rica, ou Rushikulya, dans l'Odisha, en Inde.

Le saviez-vous ? La plus lourde tortue marine jamais mesurée était une tortue luth mâle échouée sur la plage de Harlech, au pays de Galles, en 1988 : elle pesait 916 kilos.

Six des sept espèces sont considérées comme menacées. Filets de pêche, sacs plastiques pris pour des méduses, éclairages de front de mer qui attirent les petits vers l'intérieur et sables qui se réchauffent font des ravages. Ces tortues qui ont survécu à l'extinction des dinosaures ont désormais besoin de plages obscures, de dispositifs d'exclusion dans les chaluts et d'un monde plus frais.

Les oiseaux marins

Environ 350 espèces d'oiseaux tirent leur subsistance de la mer, des océanites guère plus lourds qu'un moineau jusqu'aux manchots empereurs plus grands qu'un jeune enfant. Les oiseaux marins comprennent albatros, pétrels, puffins, fous, cormorans, goélands, sternes, alcidés et manchots. Ils partagent des glandes à sel au-dessus des yeux qui leur permettent de boire l'eau de mer et d'en expulser l'excès par les narines, un plumage dense et imperméable et une vie longue et lente : beaucoup ne se reproduisent pas avant cinq ans ou plus, puis élèvent un seul poussin par an.

L'albatros hurleur possède la plus grande envergure de tous les oiseaux vivants, jusqu'à 3,5 mètres environ, et n'a presque pas besoin de battre des ailes. Grâce au vol dynamique, il plonge dans l'air plus lent près des vagues puis remonte dans le vent plus fort au-dessus, tirant son énergie de la différence de vitesse, comme le physicien Lord Rayleigh l'avait suggéré dès 1883. Des balises ont montré des albatros parcourant des centaines de kilomètres par jour, et en 2005 une équipe menée par John Croxall a décrit un albatros à tête grise qui a fait le tour de l'océan Austral en 46 jours. Le plus vieil oiseau sauvage connu, un albatros de Laysan nommé Wisdom, bagué sur l'atoll de Midway en 1956, élevait encore des poussins plus de 65 ans plus tard.

D'autres vont plus loin encore. En 2010, Carsten Egevang et ses collègues ont équipé de minuscules géolocalisateurs des sternes arctiques du Groenland et d'Islande : elles volaient jusqu'à la mer de Weddell et revenaient, un aller-retour moyen d'environ 70 900 kilomètres, la plus longue migration connue du règne animal. Comme elles suivent l'été d'un pôle à l'autre, les sternes arctiques voient peut-être plus de lumière du jour que toute autre créature.

À l'extrême opposé se trouvent les plongeurs. Le macareux moine vole sous l'eau avec ses ailes courtes jusqu'à environ 60 mètres de profondeur, et revient au terrier le bec chargé de lançons maintenus par sa langue hérissée d'épines. Les manchots ont renoncé au vol : un manchot empereur a été enregistré à 564 mètres de profondeur, en apnée pendant plus de 27 minutes. En règle générale, mieux un oiseau plonge, moins bien il vole, car des ailes faites pour l'eau sont trop petites pour le porter loin dans l'air.

Le saviez-vous ? Les fientes d'oiseaux marins valaient autrefois une guerre : au XIXe siècle, le guano des îles Chincha, au Pérou, était exporté dans le monde entier comme engrais et contribua à déclencher une guerre avec l'Espagne dans les années 1860.

Les oiseaux marins sont aujourd'hui le groupe d'oiseaux le plus menacé. Selon une analyse, les populations suivies auraient chuté d'environ 70 % entre 1950 et 2010, à cause des prises accessoires des palangres, des rats introduits sur les îles de nidification, du plastique et du déclin des poissons. Quand les oiseaux marins ont faim, c'est souvent le premier signe que la mer sous eux va mal.

Les baleines

Les baleines sont des mammifères retournés à la mer. Elles respirent l'air par un évent au sommet de la tête, allaitent leurs petits et gardent leur chaleur sous une épaisse couche de graisse. Quelque 90 espèces vivantes forment l'ordre des cétacés, réparties en deux grands camps. Les mysticètes, ou baleines à fanons, une quinzaine d'espèces dont la baleine bleue, la baleine à bosse, la baleine franche et la baleine grise, n'ont pas de dents à l'âge adulte. Des centaines de lames de kératine frangées, la matière de nos ongles, pendent de leur mâchoire supérieure et filtrent le krill ou les petits poissons dans d'immenses gorgées d'eau. Les odontocètes, environ 75 espèces, chassent une proie à la fois : cachalot, narval, baleines à bec, et tous les dauphins et marsouins.

Leurs ancêtres marchaient. En 1981, le paléontologue Philip Gingerich décrit Pakicetus, un animal à longue queue de la taille d'un loup, découvert au Pakistan dans des roches vieilles d'environ 50 millions d'années. C'est son oreille qui l'a trahi : une épaisse coque osseuse autour de l'oreille moyenne, propre aux cétacés. Les fossiles du Pakistan et de l'Inde, mis au jour notamment par Hans Thewissen et Gingerich, retracent ensuite pas à pas la conquête de l'eau. Ambulocetus, la « baleine qui marche », chassait comme un crocodile dans les eaux côtières il y a environ 49 millions d'années. Rodhocetus avait des pattes raccourcies et une queue plus puissante. Il y a 40 millions d'années, Basilosaurus, serpent de mer de 15 mètres dont les os gisent par centaines dans le Wadi Al-Hitan, la vallée des Baleines en Égypte, portait encore de minuscules pattes arrière inutiles.

Le saviez-vous ? Les plus proches parents vivants des baleines sont les hippopotames : l'ADN comme la forme en double poulie de l'astragale des premiers cétacés fossiles les placent dans la même branche des ongulés.

L'homme les a chassées très tôt. Les baleiniers basques poursuivaient la baleine franche dans le golfe de Gascogne dès le XIe siècle et, au XIXe, les navires de Nantucket et de New Bedford sillonnaient tous les océans pour l'huile de cachalot. L'ère industrielle fut bien pire. Le canon lance-harpon explosif mis au point par le Norvégien Svend Foyn dans les années 1860, puis les navires-usines des années 1920, permirent de tuer les espèces les plus grandes et les plus rapides ; une étude de 2014 estime que près de trois millions de baleines ont été abattues au seul XXe siècle, surtout dans l'océan Austral.

La Commission baleinière internationale a adopté en 1982 un moratoire sur la chasse commerciale, entré en vigueur en 1986. Le Japon, la Norvège et l'Islande chassent encore dans leurs eaux, mais de nombreuses populations se rétablissent. Aujourd'hui, les collisions avec les navires, les engins de pêche et le bruit menacent davantage que les harpons. Les plus grands animaux de la mer descendent de petites bêtes qui pataugeaient au bord d'une mer ancienne.

La baleine bleue

La baleine bleue, ou rorqual bleu, Balaenoptera musculus, est le plus grand animal connu ayant jamais vécu. Les adultes atteignent environ 30 mètres, soit deux bus à impériale et demi, et les plus lourds pesaient peut-être entre 150 et 190 tonnes. Aucun dinosaure découvert à ce jour n'est réputé plus lourd, même si les paléontologues continuent de peser les arguments pour les plus grands sauropodes. Vue d'un navire, c'est un long dos gris-bleu marbré qui n'en finit pas, puis un souffle de neuf mètres de haut.

Ce corps immense repose sur l'une des plus petites proies de la mer : le krill, de petits crustacés de quelques centimètres. En chasse, la baleine fonce dans un banc et ouvre la gueule presque à angle droit, tandis que les plis de sa gorge, du menton au ventre, se gonflent comme une poche et engloutissent une masse d'eau à peu près aussi lourde qu'elle. Elle expulse ensuite l'eau à travers quelque 300 fanons ou plus de chaque côté, en gardant le krill. Une étude de 2021, fondée sur des balises posées sur des baleines au large de la Californie, estime qu'une baleine bleue peut avaler jusqu'à environ 16 tonnes de krill par jour au cœur de l'été.

Nous le savons parce que les scientifiques sont, en quelque sorte, montés à bord des baleines. Les équipes de Jeremy Goldbogen, à Stanford, fixent des balises à ventouses munies de caméras, de capteurs de profondeur et d'accéléromètres. En 2019, l'une d'elles, collée près de la nageoire d'une baleine bleue dans la baie de Monterey, a enregistré son cœur pour la première fois : deux battements par minute seulement en plongée profonde, jusqu'à 37 en surface. Le cœur d'une baleine morte au large de Terre-Neuve en 2014, conservé par le Musée royal de l'Ontario, pèse environ 180 kilos.

Le saviez-vous ? À la naissance, un baleineau bleu mesure environ sept mètres et, nourri du lait très riche de sa mère, peut prendre près de 90 kilos par jour.

La baleine bleue fréquente tous les océans sauf l'Arctique, de la lisière des glaces antarctiques aux eaux chaudes du Sri Lanka, où une population résidente se nourrit à portée de vue du rivage. Ses appels graves comptent parmi les sons les plus puissants du règne animal et portent à des centaines de kilomètres. Sa taille a failli la perdre : au XXe siècle, les baleiniers en ont tué plus de 300 000, et la population antarctique est tombée sous un pour cent de son effectif d'origine avant la protection totale de 1966.

Le rétablissement est lent, car une femelle ne met bas que tous les deux ou trois ans. Les baleines bleues antarctiques sont en hausse et on les revoit autour de la Géorgie du Sud, mais l'espèce reste menacée et les collisions avec les navires sont un vrai danger au large de la Californie et du Sri Lanka. Le plus grand animal de l'histoire dépend toujours de la capacité de la mer à produire du krill.

Dauphins et marsouins

Dauphins et marsouins sont de petits cétacés à dents, mais ce ne sont pas les mêmes animaux. La famille des dauphins océaniques, environ 37 espèces, comprend le grand dauphin, le dauphin à long bec et, à la surprise de beaucoup, l'orque, dont les mâles atteignent environ 9 mètres : c'est tout simplement le plus grand des dauphins. La plupart ont un rostre, une nageoire dorsale courbée et des dents coniques. Les sept espèces de marsouins sont plus petites et trapues, avec une face arrondie, un aileron triangulaire et des dents en forme de spatule. Les dauphins d'eau douce de l'Amazone, du Gange et d'autres grands fleuves forment des branches plus anciennes de l'arbre.

Leur talent le plus étonnant est l'écholocalisation. Le dauphin produit des clics rapides en forçant l'air à travers des structures de ses voies nasales, les lèvres phoniques. Les clics traversent le melon, une lentille graisseuse du front qui les concentre en un faisceau dirigé vers l'avant. Les échos renvoyés par un poisson, un rocher ou une sole enfouie sont captés par un canal de graisse de la mâchoire inférieure, qui conduit le son jusqu'à l'oreille interne. Le dauphin en tire une image assez fine pour distinguer des objets de matériaux différents. Ces mécanismes ont été élucidés dès les années 1950 grâce à des grands dauphins dressés, notamment par la marine américaine, qui les emploie encore pour repérer les mines.

Leur vie sociale est tout aussi raffinée. Chaque grand dauphin développe un sifflement signature qui fonctionne comme un nom, et les études menées depuis 1970 dans la baie de Sarasota, en Floride, montrent qu'ils reconnaissent celui d'un compagnon perdu de vue depuis des décennies. Dans la baie Shark, en Australie-Occidentale, certaines femelles coiffent leur rostre d'une éponge pour le protéger en fouillant le sable, une habitude transmise de mère en fille. Les orques vivent en familles menées par les aînées et ont des traditions de chasse si distinctes que des groupes partageant les mêmes eaux ne se croisent jamais : dans le Pacifique nord-est, les uns ne mangent que du saumon, les autres chassent les phoques.

Le saviez-vous ? Comme les humains et quelques autres odontocètes, les femelles orques vivent des décennies après la fin de leur fécondité, et ce sont les grands-mères qui guident la famille vers le saumon quand il se fait rare.

Leur intelligence ne les protège pas des filets. Le vaquita, petit marsouin du nord du golfe de Californie, s'est effondré, noyé dans les filets maillants tendus pour le totoaba, dont la vessie natatoire est exportée illégalement vers l'Asie. En 2023, on n'en comptait plus qu'une dizaine. Le baiji, dauphin du Yangzi, a été déclaré probablement éteint après une recherche infructueuse en 2006. En Nouvelle-Zélande, le dauphin de Maui ne compte que quelques dizaines d'individus.

Les dauphins prouvent que l'océan abrite des esprits autant que des corps. Reste à savoir si nous saurons garder en vie les plus discrets d'entre eux.

Phoques, otaries et morses

Les pinnipèdes, aux « pieds en nageoires », sont des carnivores qui chassent en mer mais doivent revenir à terre ou sur la glace pour se reposer, muer et mettre bas. Leurs plus proches parents vivants sont les ours et les mustélidés. On compte environ 33 espèces réparties en trois familles, faciles à distinguer. Les phoques, comme le phoque veau-marin, le phoque gris ou le phoque de Weddell, n'ont pas de pavillon d'oreille et nagent en balayant leurs nageoires postérieures, tournées vers l'arrière ; à terre, ils rampent sur le ventre. Les otaries, lions de mer et otaries à fourrure, ont de petites oreilles visibles, rament avec leurs longues nageoires antérieures et peuvent ramener leurs nageoires postérieures sous le corps pour marcher, voire galoper sur les rochers. La troisième famille n'a qu'un membre : le morse.

Les phoques sont les champions de la plongée. Dans les années 1960, le physiologiste américain Gerald Kooyman commence à équiper d'enregistreurs de profondeur des phoques de Weddell sur la banquise du détroit de McMurdo, en Antarctique. Ils plongent à quelque 600 mètres, restent plus d'une heure sous l'eau, puis retrouvent un unique trou de respiration qu'ils entretiennent en raclant la glace avec leurs dents. Les éléphants de mer vont plus loin : on a enregistré l'éléphant de mer austral à plus de 2 000 mètres, et ses mâles, qui pèsent environ quatre tonnes, sont les plus grands pinnipèdes. Le secret : plonger poumons vidés, stocker l'oxygène dans le sang et les muscles, et ralentir le cœur.

Le saviez-vous ? Le nom scientifique du morse, Odobenus, signifie « qui marche avec ses dents », car il plante parfois ses défenses dans la glace pour hisser son énorme corps hors de l'eau.

Ces défenses sont des canines supérieures allongées qui atteignent près d'un mètre chez les grands mâles. Elles servent à parader, à se battre et à se hisser, mais pas à creuser. Le morse se nourrit sur les fonds peu profonds du plateau arctique, détecte les coquillages grâce à 400 à 700 vibrisses sensibles et aspire leur chair d'un puissant coup de langue. Les morses du Pacifique se reposaient jadis sur la banquise au-dessus de leurs zones de pêche ; avec le recul de la glace d'été, des dizaines de milliers s'entassent désormais sur les plages de Tchoukotka et d'Alaska, où les bousculades écrasent les jeunes.

Les pinnipèdes vivent bien au-delà des glaces polaires. Les otaries des Galápagos dorment sur les bancs publics, les otaries à fourrure du Cap se reproduisent par centaines de milliers en Namibie et les phoques moines d'Hawaï se prélassent sur les plages du Pacifique. Beaucoup ont été chassés presque jusqu'à l'extinction au XIXe siècle ; l'éléphant de mer du Nord, tombé à quelques dizaines d'animaux, en compte aujourd'hui bien plus de 100 000. Des éléphants de mer portent même des capteurs qui mesurent température et salinité sous la banquise antarctique, là où aucun navire ne passe. Une nageoire dans chaque monde, ils nous renseignent désormais sur les deux.

Le calmar géant

Pendant des siècles, les marins ont parlé du kraken, un monstre des côtes norvégiennes si grand qu'on le prenait pour une île. En 1752 et 1753, l'évêque dano-norvégien Erik Pontoppidan le décrit dans son Histoire naturelle de la Norvège, à demi convaincu par les récits des pêcheurs. L'animal réel derrière la légende est le calmar géant, Architeuthis dux. En 1857, le zoologiste danois Japetus Steenstrup nomme le genre d'après un bec échoué sur une plage danoise et soutient que les histoires de kraken reposent sur une créature vivante. Les femelles, plus grandes, atteignent environ 12 à 13 mètres en comptant leurs deux longs tentacules, mais le corps lui-même ne mesure que quelques mètres.

Longtemps, les preuves furent toutes mortes. En 1861, l'équipage de l'aviso français Alecton tente de hisser un spécimen à bord près de Tenerife et ne ramène qu'un morceau de queue, épisode qui inspira l'attaque du poulpe géant dans Vingt Mille Lieues sous les mers de Jules Verne. En 1873, des pêcheurs de Terre-Neuve tranchent un tentacule d'un calmar qui agrippait leur barque, et l'année suivante le naturaliste Moses Harvey photographie un autre spécimen drapé sur une tringle au-dessus de sa baignoire. Les cachalots fournissaient d'autres indices : leurs estomacs contenaient des milliers de becs de calmars, et leur peau portait les cicatrices circulaires des ventouses dentées de leurs proies.

Le saviez-vous ? Une étude génétique publiée en 2013 sur 43 calmars géants du monde entier a montré qu'ils appartiennent tous à une seule espèce, avec étonnamment peu de différences d'un océan à l'autre.

Le voir vivant a pris jusqu'au XXIe siècle. En 2004, les zoologistes japonais Tsunemi Kubodera et Kyoichi Mori descendent un appareil photo appâté vers 900 mètres au large des îles Ogasawara et photographient un calmar géant attaquant la ligne : les premières images dans son milieu naturel. En 2012, Kubodera, avec les Américains Edith Widder et Steve O'Shea, en filme un depuis un submersible au large de Chichijima. L'astuce de Widder : un leurre électronique imitant les éclairs d'une méduse affolée, qui a permis en 2019 de filmer un autre calmar dans le golfe du Mexique. Ses yeux d'environ 27 centimètres, parmi les plus grands du règne animal, servent sans doute à repérer le sillage lumineux d'un cachalot.

Son cousin, le calmar colossal de l'océan Austral, est plus court mais bien plus lourd, avec des crochets pivotants sur les bras et les tentacules. Un spécimen pêché en mer de Ross en 2007 pesait environ 495 kilos ; il est exposé au musée Te Papa de Wellington. En 2025, un jeune calmar colossal a été filmé vivant pour la première fois près des îles Sandwich du Sud. Le kraken existe bel et bien, simplement timide, fragile et bien plus intéressé par les poissons que par les marins.

La bioluminescence

Dans les profondeurs, l'essentiel de la lumière est produit par les animaux. La bioluminescence est une lumière froide née d'une réaction chimique : une molécule, la luciférine, est oxydée grâce à une enzyme, la luciférase, et libère un photon plutôt que de la chaleur. Beaucoup d'animaux marins utilisent la même luciférine, la coelentérazine, souvent tirée de leur nourriture, et leur lumière est surtout bleue, autour de 470 à 490 nanomètres, la couleur qui porte le plus loin dans l'eau de mer. Certains la produisent eux-mêmes ; d'autres, comme les poissons-pêcheurs, élèvent des bactéries lumineuses dans des organes spéciaux.

Est-ce fréquent ? En 2017, Séverine Martini et Steven Haddock, du Monterey Bay Aquarium Research Institute, ont passé en revue 17 ans de vidéos de robots sous-marins, de la surface à près de 4 000 mètres au large de la Californie. Parmi les centaines de milliers d'animaux identifiés, 76 pour cent étaient bioluminescents. Sur terre, ce talent est rare : lucioles, quelques champignons, guère plus. Dans l'océan, il est apparu indépendamment des dizaines de fois, chez des poissons, des calmars, des crevettes, des méduses, des vers et du plancton unicellulaire.

La lumière a quatre grands usages. Les prédateurs s'en servent comme appât : la femelle baudroie abyssale agite un leurre lumineux au bout d'une épine modifiée, et le poisson-dragon Malacosteus braque un projecteur rouge que la plupart des animaux des profondeurs ne voient pas. Les proies s'en servent pour disparaître : poissons-haches et nombreux calmars pratiquent la contre-illumination, luisant doucement du ventre pour effacer leur silhouette sur la faible lueur venue d'en haut. Les défenseurs l'emploient pour surprendre ou aveugler, comme le calmar vampire qui libère un nuage de mucus lumineux, ou comme alarme antivol : quand un copépode bouscule un dinoflagellé, l'éclair peut attirer un poisson plus gros qui mange le copépode. Enfin, beaucoup d'espèces se parlent en lumière : les poissons-lanternes portent des rangées de photophores propres à chaque espèce, et chaque printemps des millions de calmars lucioles montent frayer dans la baie de Toyama, au Japon, teintant le rivage de bleu.

Le saviez-vous ? En 1995, un navire a traversé au large de la Somalie une « mer de lait » lumineuse ; les images satellites ont montré ensuite que la nappe couvrait environ 15 400 kilomètres carrés, probablement éclairée par des bactéries.

Ces nappes, décrites par les marins depuis des siècles, ont été confirmées depuis l'espace par Steven Miller et ses collègues en 2005. La lumière marine a aussi transformé la médecine : dans les années 1960, Osamu Shimomura extrait l'aequorine et la protéine fluorescente verte de la méduse Aequorea victoria, au large de l'État de Washington. La GFP éclaire aujourd'hui cellules et gènes dans les laboratoires du monde entier et lui a valu une part du prix Nobel de chimie 2008.

Les biologistes filment désormais les abysses en lumière rouge, invisible pour la plupart de leurs habitants, afin que le spectacle continue sans eux. L'habitat le plus sombre de la Terre est rempli de signaux.

Les grandes migrations océaniques

Certains des plus longs voyages de la planète se font sous l'eau. Une migration est un aller-retour régulier entre des lieux qui répondent à des besoins différents : de riches zones d'alimentation, souvent froides et productives, et des eaux sûres ou chaudes pour se reproduire. Les migrateurs marins suivent les courants, les saisons et le champ magnétique terrestre, et certains parcourent au cours de leur vie plus de distance que n'importe quel animal terrestre.

Les baleines à bosse se nourrissent de krill dans les eaux polaires en été et gagnent les tropiques pour mettre bas, jeûnant des mois en route. Celles de la péninsule Antarctique rejoignent les côtes de Colombie et du Costa Rica, l'une des plus longues migrations régulières d'un mammifère, quelque 8 000 kilomètres dans chaque sens. En 2011 et 2012, une baleine grise baptisée Varvara, balisée au large de Sakhaline, a traversé le Pacifique jusqu'au Mexique et retour : environ 22 500 kilomètres en 172 jours. En 2003 et 2004, un grand requin blanc nommé Nicole a nagé d'Afrique du Sud jusqu'en Australie-Occidentale et retour en neuf mois, quelque 20 000 kilomètres, à la surprise des biologistes qui croyaient l'espèce sédentaire.

L'histoire la plus étrange est celle de l'anguille européenne. Pendant des siècles, personne n'avait vu d'œuf ni d'accouplement d'anguille. Le biologiste danois Johannes Schmidt passa près de vingt ans, à partir de 1904, à traîner des filets fins à travers l'Atlantique et constata que les larves, des feuilles transparentes appelées leptocéphales, étaient de plus en plus petites en approchant de la mer des Sargasses. Il en conclut que toutes les anguilles d'Europe y naissent. Les larves dérivent vers l'Europe sur le Gulf Stream pendant de longs mois avant de remonter les rivières sous forme de civelles. En 2022, des balises satellites ont enfin suivi des anguilles adultes depuis les Açores vers les Sargasses, même si personne ne les a encore vues frayer.

Le saviez-vous ? Les saumons du Pacifique retrouvent leur rivière en partie à l'odeur : les expériences lancées par Arthur Hasler dans les années 1950 ont montré que les jeunes saumons mémorisent le parfum chimique propre au cours d'eau où ils ont grandi.

Les saumons ont aussi une carte magnétique : les saumons rouges qui regagnent le Fraser, au Canada, semblent se guider sur l'intensité et l'inclinaison locales du champ magnétique. Le thon rouge de l'Atlantique a été suivi d'un océan à l'autre lorsque Barbara Block, de Stanford, et ses collègues ont posé les premières balises archives électroniques dans les années 1990. Elles ont révélé que les thons qui se nourrissent au large de la Nouvelle-Angleterre et du Canada appartiennent à deux populations, l'une frayant dans le golfe du Mexique, l'autre en Méditerranée, qui se mêlent en mer mais rentrent chez elles pour se reproduire.

La migration rend ces animaux difficiles à protéger, car aucun pays ne possède leur trajet entier. Un thon pêché dans le golfe de Gascogne est peut-être né au large du Texas ; une baleine protégée au Costa Rica peut être heurtée par un navire au large du Chili. Les migrateurs tissent les mers entre elles, et leur survie dépend de toute la route.

La vie autour des sources hydrothermales

En février 1977, le submersible Alvin plonge à environ 2 500 mètres sur le rift des Galápagos, dans le Pacifique oriental. À bord, des géologues et des chimistes, dont Jack Corliss et John Edmond, cherchent les sources chaudes prédites par la tectonique des plaques. Ils trouvent l'eau tiède, et une chose que personne n'attendait : des fourrés de crabes blancs, des palourdes géantes, des moules et des vers aux panaches rouges, une oasis grouillante sur un fond censé être désert. Aucun biologiste n'était présent, et les échantillons furent conservés dans de la vodka russe, faute de formol en quantité suffisante.

Une source hydrothermale naît là où l'eau de mer s'infiltre par les fissures d'une jeune croûte océanique près d'une dorsale, se réchauffe au contact du magma et remonte chargée de minéraux et de gaz dissous. En 1979, Alvin découvre sur la dorsale du Pacifique oriental la forme la plus spectaculaire : les fumeurs noirs, cheminées de sulfures métalliques crachant une eau à 350 à 400 °C. La pression est telle que l'eau ne bout pas. Au contact de la mer presque glacée, les minéraux précipitent en nuages noirs et bâtissent la cheminée, parfois de plusieurs dizaines de centimètres par jour.

Le secret de l'oasis est la chimiosynthèse. Au lieu de la lumière, des bactéries exploitent l'énergie chimique du sulfure d'hydrogène pour fabriquer des sucres à partir du dioxyde de carbone. Le ver géant Riftia pachyptila, qui peut atteindre environ deux mètres, n'a ni bouche ni intestin. En 1981, une jeune chercheuse de Harvard, Colleen Cavanaugh, propose qu'il soit nourri par des bactéries logées dans un organe spongieux, le trophosome, qui occupe presque tout son corps. Son panache écarlate, coloré par une hémoglobine particulière, capte oxygène, dioxyde de carbone et sulfure et les livre à ses partenaires.

Le saviez-vous ? L'escargot à pied écailleux, découvert en 2001 sur des sources de l'océan Indien, cuirasse son pied d'écailles et sa coquille de sulfure de fer : c'est le seul animal connu à se construire un squelette en fer.

Chaque champ hydrothermal a ses habitants. Le ver de Pompéi vit dans des tubes sur les parois des cheminées du Pacifique oriental, la queue dans une eau à plus de 40 °C. Le crabe yéti, découvert près de l'île de Pâques en 2005, cultive des bactéries sur ses soies. Au champ de Lost City, sur la dorsale médio-atlantique, découvert en 2000, des tours de carbonate blanc hautes de 60 mètres exhalent un fluide tiède et alcalin, et certains chercheurs pensent que de tels milieux ont pu aider la vie à naître.

Plus de 600 espèces des sources ont été décrites, la plupart introuvables ailleurs. Or les mêmes cheminées renferment cuivre, zinc et or, et des entreprises et des États envisagent de les exploiter. La plongée de 1977 a montré que la lumière du soleil n'est pas le seul socle possible d'un écosystème, et que certaines des communautés les plus riches de la Terre vivent dans ses lieux les plus chauds et les plus sombres.

Les carcasses de baleines

Quand une grande baleine meurt et coule, elle offre un festin à l'un des lieux les plus affamés de la Terre. Le fond des abysses vit d'ordinaire de neige marine, une fine bruine de flocons organiques tombés de très haut. Une carcasse de 40 tonnes posée sur la vase abyssale apporte à cette parcelle autant de nourriture qu'elle en recevrait autrement en des milliers d'années. Cette chute de baleine devient un îlot de vie qui peut durer des décennies.

La première carcasse naturelle étudiée a été trouvée par hasard. En 1987, l'équipage du submersible Alvin, qui balayait au sonar le bassin de Santa Catalina au large de la Californie du Sud, tombe sur le squelette d'une baleine bleue vers 1 240 mètres. L'océanographe Craig Smith, de l'université d'Hawaï, y revient à maintes reprises, puis fait couler volontairement des carcasses pour observer le processus dès le début. Avec Amy Baco, il décrit une succession d'étapes qui se chevauchent plus qu'elles ne s'enchaînent.

Viennent d'abord les charognards mobiles. En quelques heures, myxines, requins dormeurs, grenadiers et crabes accourent et arrachent des dizaines de kilos de chair par jour ; les tissus mous disparaissent en quelques mois à deux ans. Puis vient le stade des opportunistes, où les os et le sédiment huileux alentour sont colonisés par des vers, des escargots et de petits crustacés, à raison de dizaines de milliers par mètre carré. Suit le long stade sulfophile : des bactéries décomposent les graisses stockées dans les os en libérant du sulfure d'hydrogène, dont se nourrissent bactéries chimiosynthétiques, moules et palourdes proches de celles des sources hydrothermales, pendant 50 ans ou plus. Enfin, certains ajoutent un stade récif, quand le squelette minéral demeure comme une surface dure pour les animaux filtreurs.

Le saviez-vous ? Osedax, découvert en 2002 sur une carcasse de baleine grise dans le canyon de Monterey, n'a ni bouche ni intestin : la femelle plonge des racines vertes dans l'os et se nourrit grâce à des bactéries, tandis que les minuscules mâles vivent dans son tube.

Ces « vers mangeurs d'os », décrits en 2004 par Greg Rouse, Shana Goffredi et Robert Vrijenhoek, ont depuis été trouvés des fjords suédois jusqu'en Antarctique. Les carcasses de baleines ont révélé des centaines d'espèces, souvent inconnues, et des squelettes fossiles montrent que des communautés semblables existaient il y a des dizaines de millions d'années. Certains biologistes pensent qu'elles ont pu servir de relais aux animaux des sources et des suintements froids pour se disperser d'une oasis à l'autre, mais le débat reste ouvert.

En 2019, le navire d'exploration Nautilus a retransmis en direct une carcasse fraîchement découverte au large de la Californie centrale. La chasse a raréfié ces festins au XXe siècle ; avec le retour des baleines, ils se multiplieront de nouveau. Même dans la mort, une baleine continue de nourrir la mer.

Les fossiles vivants

Charles Darwin a forgé l'expression fossile vivant dans L'Origine des espèces en 1859, pour des organismes qui semblent avoir peu changé depuis des temps reculés. L'océan en regorge. Ils ne sont pas littéralement inchangés, car chaque espèce vivante a sa propre histoire évolutive récente, mais ils appartiennent à des lignées dont le plan d'organisation a traversé des centaines de millions d'années alors que la plupart de leurs parents disparaissaient.

Le plus célèbre est le cœlacanthe. Connus par des fossiles remontant à environ 410 millions d'années, ces poissons à nageoires charnues disparaissent des archives fossiles il y a environ 66 millions d'années, et l'on pensait qu'ils s'étaient éteints avec les dinosaures. En décembre 1938, Marjorie Courtenay-Latimer, conservatrice d'un petit musée d'East London, en Afrique du Sud, est appelée sur le quai par le capitaine de chalutier Hendrik Goosen et repère parmi les prises un grand poisson bleu acier aux nageoires charnues, presque des membres. Elle le dessine et écrit à l'ichtyologue J. L. B. Smith, qui le reconnaît aussitôt et le nomme Latimeria chalumnae en son honneur. Il faudra 14 ans pour trouver un second spécimen, aux Comores, où les pêcheurs le connaissaient bien. Une deuxième espèce est apparue sur un marché aux poissons indonésien en 1997.

Le saviez-vous ? Le cœlacanthe vivrait une centaine d'années et porterait ses petits environ cinq ans, l'une des plus longues gestations connues du règne animal.

Les cœlacanthes vivent dans des grottes et sur des pentes volcaniques abruptes, entre 150 et 700 mètres environ, dérivant lentement et se tenant parfois tête en bas. Leurs nageoires lobées bougent selon le même rythme alterné que les pattes d'un animal qui marche, et ils sont apparentés aux poissons dont sont issus les premiers vertébrés terrestres à quatre pattes.

Le nautile est un survivant d'un autre genre. C'est un céphalopode, cousin de la pieuvre et du calmar, mais il a gardé la coquille externe que ses parents ont abandonnée. Celle-ci est cloisonnée en chambres ; en réglant le gaz et le liquide qu'elles contiennent par un tube, le siphon, le nautile monte et descend comme un sous-marin. Les nautiloïdes sont apparus il y a environ 500 millions d'années et ont dominé les mers anciennes ; aujourd'hui, quelques espèces vivent sur les pentes récifales de l'Indo-Pacifique, menacées par le commerce de leurs coquilles.

Les limules forment un groupe plus ancien encore, avec des fossiles d'environ 445 millions d'années, et sont plus proches des araignées et des scorpions que des crabes. Chaque printemps, les limules atlantiques fraient par centaines de milliers sur les plages de la baie du Delaware, et les bécasseaux maubèches, oiseaux migrateurs, dépendent de leurs œufs. Leur sang bleu pâle, à base de cuivre, contient des cellules qui coagulent au contact des toxines bactériennes, principe d'un test servant à contrôler vaccins et médicaments injectables. Les fossiles vivants ne sont pas des ratés de l'évolution, mais ses champions de fond.

Là où la terre rencontre la mer

La côte est la frontière la plus agitée de la planète, l'étroite bande où la terre, la mer et l'air se rencontrent et se disputent. Sa forme dépend de la nature des roches et de la force de la mer. La plupart des rivages actuels sont jeunes. À la fonte des dernières grandes calottes glaciaires, le niveau marin est monté d'environ 120 mètres, noyant vallées et plaines côtières, et ne s'est stabilisé près de son niveau actuel qu'il y a quelque 6 000 à 7 000 ans. Presque tout ce que l'on voit au bord de la mer, des falaises aux flèches de sable, a été sculpté ou bâti depuis.

Quelle est la longueur d'une côte ? La question semble simple. Le savant anglais Lewis Fry Richardson remarqua que les longueurs publiées pour une même frontière divergeaient fortement, et en 1967 Benoît Mandelbrot en donna la raison dans un article intitulé How Long Is the Coast of Britain? Avec une règle de 100 kilomètres, on saute chaque baie ; avec une règle d'un mètre, on suit chaque rocher, et le total ne cesse de croître. Les côtes sont fractales, des sinuosités dans des sinuosités. Ce paradoxe du littoral explique pourquoi les estimations du littoral mondial vont d'environ 350 000 kilomètres à plus de 1,6 million.

Les vagues sculptent. Leur choc comprime l'air et l'eau dans les fissures jusqu'à faire éclater la roche, c'est l'action hydraulique ; elles projettent des galets contre le pied de la falaise, c'est l'abrasion ; et l'eau de mer dissout lentement la craie et le calcaire. La falaise est sapée, son surplomb s'effondre, elle recule et laisse à son pied une plate-forme d'abrasion. Là où alternent roches dures et tendres, les tendres deviennent des baies et les dures des caps, creusés en grottes, puis en arches, et enfin en aiguilles isolées. Les Douze Apôtres, dans l'État de Victoria en Australie, sont des aiguilles calcaires ; l'une d'elles s'est effondrée dans l'océan Austral en 2005.

Les côtes meubles cèdent le plus vite. Celle de Holderness, dans le Yorkshire de l'Est, est faite d'argile à blocaux déposée par les glaciers ; elle recule en moyenne de 1,5 à 2 mètres par an, l'un des rythmes les plus rapides d'Europe. Une vingtaine de villages mentionnés depuis le Moyen Âge gisent aujourd'hui sous la mer du Nord. Une partie des matériaux arrachés dérive vers le sud et nourrit Spurn Head, une flèche de sable recourbée à l'embouchure du Humber. Sur la côte arctique de l'Alaska, des falaises de pergélisol en dégel ont reculé de plus de 10 mètres en une seule année.

Le saviez-vous ? Richardson constata que l'Espagne et le Portugal ne donnaient pas la même longueur à leur frontière commune : 987 kilomètres selon l'Espagne, 1 214 selon le Portugal.

Ce rivage compte plus que jamais. Environ 40 % de l'humanité vit à moins de 100 kilomètres de la mer, et la montée des eaux comme des tempêtes plus fortes accélèrent le recul. Les ingénieurs doivent choisir entre digues, enrochements, dunes reconstituées et repli organisé. Le trait sur la carte n'est qu'un instantané ; la vraie côte, elle, ne cesse de bouger.

Plages et sable

Une plage est une rivière de sable momentanément immobile : un amas de grains, du sable fin aux galets, entassé par les vagues entre la laisse de basse mer et la limite des tempêtes. Une poignée de sable est un échantillon de la terre derrière et de la mer devant. Sur la plupart des plages tempérées, les grains sont du quartz, le minéral le plus résistant du granite, arraché aux montagnes et charrié jusqu'à la côte par les fleuves au fil des millénaires.

Le sable n'est pas toujours doré. Les plages noires comme Reynisfjara, en Islande, sont faites de basalte broyé. Papakōlea, à Hawaï, scintille de cristaux verts d'olivine. Les plages roses des Bermudes doivent leur teinte aux coquilles rouges d'un foraminifère, Homotrema rubrum. Sous les tropiques, une grande partie du sable est biogène : coquillages, corail et plaquettes calcaires de l'algue verte Halimeda. Et une part étonnante passe par des poissons. Les poissons-perroquets raclent les algues sur le corail mort avec leur bec, broient la roche dans leur gorge et l'expulsent en sable blanc. Une étude menée aux Maldives en 2015 par le géographe Chris Perry a montré qu'ils fournissaient l'essentiel du sable neuf de l'île récifale étudiée.

Le sable bouge sans cesse. Les vagues abordent souvent le rivage en biais : le jet de rive pousse les grains en diagonale, le ressac les ramène tout droit vers le bas. Répété sans fin, ce zigzag fait voyager le sable le long de la côte, c'est la dérive littorale. Là où la côte s'infléchit, elle construit des flèches comme Spurn Head en Angleterre ou Farewell Spit en Nouvelle-Zélande, longue de plus de 25 kilomètres. Les épis de bois qui strient tant de plages britanniques retiennent le sable d'un côté et affament la plage suivante. Les plages respirent aussi au rythme des saisons : les tempêtes d'hiver emportent le sable vers des barres au large, la houle d'été le ramène.

Le saviez-vous ? Un grand poisson-perroquet peut produire des centaines de kilos de sable par an : certaines des plages tropicales les plus blanches sont, littéralement, des excréments de poisson.

Les chercheurs suivent le sable grâce à des grains traceurs colorés, à des relevés GPS et par drone, et à des décennies d'images satellite. Une étude mondiale publiée en 2018 sous la direction d'Arjen Luijendijk a conclu qu'environ un quart des plages sableuses du monde reculent.

Le sable vient aussi à manquer. Selon un rapport du Programme des Nations unies pour l'environnement de 2019, l'humanité consomme 40 à 50 milliards de tonnes de sable et de graviers par an, la matière solide la plus extraite sur Terre. Les grains du désert, trop lisses et trop ronds, se lient mal dans le béton ; on exploite donc sable de rivière et sable marin, et l'extraction illégale dévaste plages et lits de rivières du Maroc à l'Inde. Singapour a agrandi son territoire d'environ un quart depuis les années 1960, en grande partie avec du sable importé. Les Pays-Bas ont tenté en 2011 une approche plus douce, le Zandmotor : quelque 21,5 millions de mètres cubes déposés au large de La Haye, que les vagues répartissent le long du rivage. Chaque plage est un budget, et le nôtre est à découvert.

Côtes rocheuses et flaques de marée

Deux fois par jour, une côte rocheuse est noyée, puis livrée au soleil. Ses habitants doivent supporter le fracas des vagues à marée haute et, quelques heures plus tard, le soleil, le vent, la pluie et les oiseaux affamés. Il en résulte l'un des motifs les plus nets de l'écologie : l'étagement, des bandes horizontales de vie superposées sur la roche comme les rayures d'un drapeau. Chaque bande indique combien de temps ses occupants supportent d'être hors de l'eau.

Tout en haut, dans la zone des embruns, des lichens noirs et orangés et de minuscules littorines tiennent bon là où seule l'écume parvient. Viennent ensuite les balanes, crustacés cimentés tête en bas sur la roche, qui ferment leurs plaques à marée basse et, au retour de l'eau, ramènent leur nourriture avec leurs pattes plumeuses. Plus bas, les moules s'entassent en bancs, les patelles broutent un film d'algues avant de regagner une cicatrice creusée dans la roche à la forme exacte de leur coquille, et les pourpres percent leurs voisins. Tout en bas, découverts seulement aux plus basses mers de vives-eaux, s'étendent laminaires, anémones, oursins et étoiles de mer.

Pourquoi ces bandes sont-elles si tranchées ? Dans les années 1950, l'écologue américain Joseph Connell étudia deux balanes sur l'île de Cumbrae, en Écosse, et publia ses résultats en 1961. La petite Chthamalus vivait en haut, la grande Semibalanus plus bas. Là où il ôtait Semibalanus, Chthamalus prospérait plus bas ; là où elles cohabitaient, la grande étouffait ou délogeait la petite. La limite supérieure d'une zone, conclut-il, dépend surtout de la dessiccation, la limite inférieure surtout des concurrents et des prédateurs.

Vint ensuite l'expérience la plus célèbre jamais menée sur un rivage. À partir de 1963, Robert Paine, de l'université de Washington, passa des années à arracher les étoiles de mer Pisaster ochraceus d'un pan de rocher de Mukkaw Bay pour les jeter au large. Privées de leur principal prédateur, les moules de Californie envahirent la roche et évincèrent presque tout le reste : le nombre d'espèces de sa parcelle passa de 15 à 8. En 1969, Paine forgea l'expression d'espèce clé de voûte pour désigner un prédateur dont la disparition défait toute une communauté.

Le saviez-vous ? Les dents des patelles sont renforcées de fibres de goethite, un minéral de fer ; en 2015, des ingénieurs ont montré qu'elles pourraient être le matériau biologique le plus résistant jamais testé, devant la soie d'araignée.

Les flaques de marée sont des laboratoires naturels où l'on voit, seau en main, les bernard-l'ermite changer de coquille et les anémones se refermer quand l'eau chauffe. Elles servent aussi d'alerte. À partir de 2013, une maladie dite du dépérissement des étoiles de mer a balayé la côte pacifique de l'Amérique du Nord, de l'Alaska au Mexique, tuant des millions d'étoiles de mer ; l'étoile de mer tournesol a décliné de plus de 90 % et figure désormais parmi les espèces en danger critique. Sur bien des rivages, l'expérience de Paine s'est rejouée d'elle-même. Ôtez un seul prédateur du rocher, et tout le rivage se réorganise.

Estuaires et prés salés

Un estuaire est le lieu où un fleuve rencontre la marée, une étendue d'eau en partie fermée où l'eau douce et l'eau salée se mêlent en une eau saumâtre. L'eau douce, plus légère, glisse vers le large en surface tandis que l'eau de mer, plus dense, remonte le long du fond en formant un coin salé. Dans un fleuve profond au fort débit, comme le Mississippi, les couches restent nettes ; dans un estuaire peu profond à grandes marées, comme celui de la Severn, les courants les brassent presque entièrement. En un même point, la salinité peut passer de l'eau presque douce à l'eau de mer en une seule marée.

La vie doit s'adapter à ces écarts, mais la récompense est immense. Les fleuves apportent des nutriments, les marées les brassent et les hauts-fonds se réchauffent vite : les estuaires comptent parmi les écosystèmes les plus productifs de la planète. Ce sont des nourriceries où jeunes harengs, flets, bars, crevettes et crabes s'abritent dans une eau trouble où les grands prédateurs chassent mal. Beaucoup d'estuaires tempérés sont bordés de prés salés, prairies de spartines, de salicornes et de lavandes de mer inondées à marée haute. Leurs tiges freinent l'eau et piègent la vase, si bien qu'un pré salé en bonne santé s'exhausse de quelques millimètres par an à mesure que la mer monte.

La baie de Chesapeake, le plus grand estuaire des États-Unis, mesure environ 300 kilomètres de long pour une profondeur moyenne de quelque 6 mètres, et son bassin versant couvre près de 166 000 kilomètres carrés. Quand le capitaine anglais John Smith l'explora en 1608, les récifs d'huîtres étaient un danger pour les bateaux. La surpêche, les maladies et l'envasement ont depuis réduit les huîtres indigènes à une petite fraction de leur abondance passée, et les engrais lessivés des champs nourrissent des proliférations d'algues qui laissent l'été des zones mortes privées d'oxygène. Les scientifiques suivent la santé de la baie depuis les années 1980, et les États riverains reconstruisent des récifs d'huîtres à l'hectare.

De l'autre côté de l'Atlantique, la mer des Wadden s'étire sur quelque 500 kilomètres le long des côtes des Pays-Bas, de l'Allemagne et du Danemark. C'est le plus vaste ensemble ininterrompu de vasières et de bancs de sable découvrant à marée basse au monde, inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO en 2009. À marée basse, des randonneurs guidés gagnent les îles à pied ; à marée haute, les phoques se hissent sur les bancs. Chaque année, 10 à 12 millions d'oiseaux migrateurs y font halte pour se nourrir de vers, d'escargots et de coquillages, dont des bécasseaux maubèches et des barges rousses voyageant entre l'Arctique et l'Afrique.

Le saviez-vous ? Le Río de la Plata, entre l'Argentine et l'Uruguay, est souvent présenté comme l'estuaire le plus large du monde : environ 220 kilomètres à son embouchure.

Les estuaires accueillent aussi de grands ports et de grandes villes, de Londres sur la Tamise à Shanghai à l'embouchure du Yangzi, et subissent dragages, pollutions et poldérisation. Les prés salés enfouissent rapidement du carbone dans leur vase gorgée d'eau, et en Angleterre, aux Pays-Bas ou en Californie, on ouvre désormais volontairement d'anciennes digues pour leur rendre la place. Là où le fleuve ralentit et où la marée arrive, la mer élève ses petits.

Les mangroves

Les palétuviers font ce dont la plupart des arbres sont incapables : vivre les racines dans l'eau salée. Environ 70 espèces issues de plusieurs familles végétales sans parenté ont acquis cette aptitude chacune de leur côté, et ensemble elles bordent les côtes abritées des tropiques et des subtropiques sur quelque 147 000 kilomètres carrés, à peu près la superficie du Bangladesh. Elles poussent dans une vase grise et gorgée d'eau, presque dépourvue d'oxygène, inondée deux fois par jour par la marée.

Chaque genre a sa solution. Les palétuviers rouges du genre Rhizophora se dressent sur des racines-échasses arquées et filtrent le sel à la surface des racines, empêchant l'essentiel d'entrer dans l'arbre. Ceux du genre Avicennia laissent entrer davantage de sel puis l'excrètent par des glandes à sel foliaires, au point que leurs feuilles se couvrent de cristaux par temps sec. Pour respirer, Avicennia dresse des milliers de pneumatophores, racines en forme de crayon qui émergent de la vase comme des tubas. Beaucoup de palétuviers sont en outre vivipares : leurs graines germent sur l'arbre et tombent sous forme de propagules en fer de lance, capables de flotter des mois avant de se planter dans une vase nouvelle.

La plus grande mangrove du monde est celle des Sundarbans, environ 10 000 kilomètres carrés d'îles et de chenaux dans le delta du Gange, du Brahmapoutre et de la Meghna, partagés entre le Bangladesh et l'Inde. C'est la seule mangrove peuplée de tigres, qui nagent d'île en île et chassent dans la vase, et elle abrite aussi crocodiles marins, dauphins du Gange et chats pêcheurs. Ailleurs, les mangroves bordent les Everglades de Floride, le delta du Niger et la côte amazonienne du Brésil, et des peuplements noueux survivent même sur les rivages désertiques de la mer Rouge.

Les mangroves protègent les côtes qui les abritent. Leurs racines enchevêtrées freinent les vagues et les ondes de tempête ; des études menées après le tsunami de l'océan Indien de 2004 et le cyclone Sidr, qui frappa le Bangladesh en 2007, suggèrent que les villages situés derrière de larges ceintures de mangrove ont souvent moins souffert, même si les scientifiques débattent de ce qu'une forêt peut contre les plus grosses vagues. Les racines piègent aussi sédiments et feuilles mortes, et enfouissent le carbone dans un sol profond et privé d'air. Une étude de 2011 dirigée par Daniel Donato a montré que les mangroves indo-pacifiques stockent plusieurs fois plus de carbone à l'hectare que la plupart des forêts tropicales de terre ferme, surtout dans la vase. C'est le cœur du carbone bleu.

Le saviez-vous ? Les propagules du palétuvier rouge peuvent survivre un an ou plus en dérivant en mer, ce qui explique en partie comment les mangroves ont colonisé les côtes d'océans entiers.

Pourtant, les mangroves ont été défrichées à grande échelle pour l'élevage de crevettes, les rizières, le bois et l'urbanisation côtière, surtout en Asie du Sud-Est, et une large part de leur surface mondiale a disparu depuis le milieu du XXe siècle. Les pertes ont ralenti et, de l'Indonésie au Sénégal, des communautés replantent en apprenant que la bonne espèce dans la bonne vase compte plus que le nombre de plants. Une mangrove est à la fois une digue, une nourricerie et un coffre-fort à carbone, et elle se plante toute seule.

Les forêts de kelp

Les forêts de kelp sont les bois de la mer, mais elles ne sont pas faites de plantes. Les kelps, ou laminaires géantes, sont de grandes algues brunes, plus proches des diatomées que des chênes. Elles poussent dans les eaux fraîches et riches en nutriments d'environ un quart des côtes du monde. Un kelp n'a pas de vraies racines : un crampon agrippe la roche, un stipe souple s'élève comme un tronc, et des lames en forme de feuilles captent la lumière, portées vers la surface par des flotteurs remplis de gaz.

La championne est le kelp géant, Macrocystis pyrifera, qui peut pousser d'un demi-mètre par jour dans de bonnes conditions et dépasser 30 mètres de long. Au large de la Californie, du Chili, de la Nouvelle-Zélande et de la Tasmanie, sa canopée s'étale en surface comme le toit d'une forêt. Dessous vivent garibaldis et sébastes, ormeaux, crabes et oursins ; les otaries se faufilent entre les stipes et les baleines grises s'y glissent parfois pour s'abriter. Au large de l'Afrique du Sud, un autre géant, Ecklonia maxima, forme la grande forêt sous-marine africaine rendue célèbre par le film La Sagesse de la pieuvre.

Les forêts de kelp ont aussi offert à l'écologie l'une de ses plus belles histoires. Au début des années 1970, James Estes et John Palmisano comparèrent des îles de l'archipel des Aléoutiennes, en Alaska. Là où les loutres de mer avaient survécu, le kelp était dense. Là où le commerce des fourrures les avait exterminées, les oursins s'étaient multipliés sans frein et avaient brouté la forêt jusqu'à la roche nue : un désert d'oursins. Les loutres mangent les oursins, les oursins mangent le kelp ; retirez le prédateur et la forêt tombe. C'est une cascade trophique, et leur article de 1974 est devenu un classique.

La cascade peut se produire sans loutres. À partir de 2013, une maladie de dépérissement a décimé les étoiles de mer tournesol, autres prédatrices d'oursins, le long de la côte pacifique de l'Amérique du Nord. Puis une longue vague de chaleur marine surnommée « le Blob » a privé le kelp de nutriments. Les oursins violets ont pullulé, et le nord de la Californie a perdu plus de 90 % de sa canopée de kelp sur quelque 350 kilomètres de côte. En Tasmanie, le courant est-australien a poussé vers le sud des eaux chaudes et pauvres, et environ 95 % des forêts de kelp géant de l'île ont disparu depuis les années 1940, tandis que des oursins à longues épines suivaient ces eaux depuis la Nouvelle-Galles du Sud. En 2012, ces forêts sont devenues la première communauté marine classée en danger par la loi fédérale australienne.

Le saviez-vous ? Dépourvue de graisse isolante, la loutre de mer compte sur la fourrure la plus dense de tous les mammifères, jusqu'à environ 150 000 poils par centimètre carré.

Le kelp peut repousser vite si les conditions s'y prêtent. Des plongeurs éliminent les oursins, des cultivateurs font pousser du kelp sur des cordes, et des chercheurs tasmaniens sélectionnent des kelps géants résistants à la chaleur pour replanter les récifs. La leçon des Aléoutiennes tient toujours : prenez soin du prédateur, et la forêt prendra soin d'elle-même.

Les herbiers marins

Les phanérogames marines sont les seules plantes à fleurs qui vivent entièrement immergées dans la mer. Ce ne sont pas des algues : elles ont des racines, des vaisseaux, des feuilles, des fleurs et des graines, et descendent de plantes terrestres retournées à l'eau à au moins trois reprises, il y a des dizaines de millions d'années. Une soixantaine d'espèces forment des herbiers sur les fonds sableux et vaseux peu profonds de tous les continents sauf l'Antarctique, et au moins 300 000 kilomètres carrés en ont été cartographiés, d'autres restant à découvrir.

Leurs fleurs sont pollinisées sous l'eau. La zostère marine, Zostera marina, libère un pollen filamenteux qui dérive jusqu'à s'accrocher à une fleur. En 2016, des chercheurs travaillant à Puerto Morelos, sur la côte caraïbe du Mexique, ont filmé de minuscules crustacés et vers transportant de nuit du pollen entre des fleurs d'herbe à tortue, écho marin des abeilles. Les herbiers s'étendent aussi par des tiges souterraines rampantes, les rhizomes, si bien qu'une prairie entière peut n'être qu'une seule plante clonée.

L'espèce emblématique de la Méditerranée, la posidonie (Posidonia oceanica), pousse avec une extrême lenteur et bâtit un épais enchevêtrement de rhizomes vivants et morts, la matte, qui peut atteindre plusieurs mètres et demander des milliers d'années. Les herbiers entre Ibiza et Formentera font partie d'un site du patrimoine mondial de l'UNESCO depuis 1999, et des études génétiques suggèrent que certains clones de posidonie pourraient y être vieux de dizaines de milliers d'années. Les tempêtes d'hiver roulent ses fibres en pelotes de mer qui s'échouent sur les plages méditerranéennes.

Le saviez-vous ? En 2022, des généticiens ont montré qu'un herbier de Shark Bay, en Australie-Occidentale, est une seule plante de Posidonia australis étendue sur environ 180 kilomètres et âgée de quelque 4 500 ans.

Les herbiers nourrissent de grands brouteurs. Un dugong avale des dizaines de kilos d'herbe par jour en laissant des sillons nus dans la prairie ; les populations de Shark Bay, de Moreton Bay et du golfe Persique en dépendent, tout comme les tortues vertes sous les tropiques. Quand la pollution a détruit de vastes herbiers dans l'Indian River Lagoon, en Floride, plus de 1 000 lamantins sont morts en 2021, beaucoup de faim. Dans les mers plus fraîches, les herbiers de zostères abritent hippocampes, pétoncles et jeunes morues.

Les herbiers sont aussi des puits de carbone. Leurs feuilles freinent l'eau, les particules se déposent et sont enfouies dans un sédiment pauvre en oxygène, où elles peuvent rester piégées des siècles. Bien qu'ils ne couvrent qu'environ 0,1 % des fonds marins, ils représenteraient près d'un dixième du carbone organique enfoui chaque année dans les sédiments océaniques. Mais ils disparaissent : une synthèse mondiale de 2009 dirigée par Michelle Waycott estimait les pertes à environ 110 kilomètres carrés par an depuis 1980, sous l'effet des dragages, de la pollution, des ancres et du réchauffement. La restauration peut réussir : dans les baies côtières de Virginie, scientifiques et bénévoles sèment des graines de zostère depuis 1999, et les herbiers ainsi créés couvrent aujourd'hui plus de 3 600 hectares. Invisible depuis la plage, l'herbier nourrit les dugongs et enfouit le carbone en silence.

Les récifs coralliens

Un récif corallien est une cité bâtie par des animaux de la taille d'un ongle. Chaque corail constructeur est une colonie de polypes, petits cousins des anémones de mer, dotés chacun d'une couronne de tentacules urticants autour de la bouche. Les polypes puisent calcium et carbonate dans l'eau de mer et déposent sous eux un squelette d'aragonite, génération après génération, jusqu'à ce que le calcaire de leurs ancêtres forme des récifs longs de plusieurs kilomètres et épais de centaines de mètres.

Le secret de leur réussite loge en eux. Les tissus du corail renferment d'innombrables algues unicellulaires, les zooxanthelles, des dinoflagellés de la famille des Symbiodiniaceae. Elles font la photosynthèse et cèdent au corail des sucres couvrant jusqu'à 90 % de ses besoins énergétiques, en échange d'un abri et de nutriments. Leurs pigments donnent aux coraux une grande part de leurs couleurs. Ce partenariat exige une eau claire, chaude et ensoleillée : les récifs tropicaux prospèrent dans des mers pauvres en nutriments, surtout entre 30 degrés nord et sud. Quand l'eau reste trop chaude des semaines durant, l'association se rompt, le corail expulse ses algues et blanchit : c'est le blanchissement.

Les récifs prennent trois formes principales. Les récifs frangeants longent la côte, comme sur une grande partie de la mer Rouge. Les récifs-barrières se dressent plus au large, au-delà d'un lagon, comme au Belize. Les atolls sont des anneaux de récif autour d'un lagon, sans île haute au centre. En 1842, dans The Structure and Distribution of Coral Reefs, Charles Darwin proposa d'y voir les étapes d'une même histoire : un récif frange une île volcanique, l'île s'enfonce lentement, le récif continue de croître vers la lumière, et il ne reste enfin qu'un anneau. La théorie fut confirmée en 1952, quand des géologues américains forèrent plus de 1 200 mètres de calcaire corallien sur l'atoll d'Enewetak, aux îles Marshall, avant d'atteindre le basalte volcanique.

Le saviez-vous ? Darwin élabora sa théorie des atolls sur la côte ouest de l'Amérique du Sud, avant même d'avoir vu un véritable récif corallien.

Les récifs couvrent bien moins de 1 % des fonds océaniques, mais abritent environ un quart des espèces marines connues. Le Triangle de corail, entre l'Indonésie, les Philippines, la Malaisie, la Papouasie-Nouvelle-Guinée, le Timor oriental et les Salomon, réunit environ les trois quarts des espèces de coraux constructeurs. Les poissons-clowns se blottissent dans les anémones, les labres nettoyeurs tiennent des stations où les mérous font la queue, et les bénitiers dépassent un mètre. Tous les récifs ne sont pas tropicaux : dans l'eau froide et sombre au large de la Norvège, le corail Desmophyllum pertusum bâtit des récifs comme celui de Røst, long d'une quarantaine de kilomètres.

Les récifs nourrissent et protègent des centaines de millions de personnes, mais réchauffement, acidification, pollution et surpêche les frappent désormais ensemble. En avril 2024, les scientifiques de la NOAA ont confirmé le quatrième épisode mondial de blanchissement, après ceux de 1998, de 2010 et de 2014 à 2017. Bâti par des animaux et alimenté par des algues, le récif est le plus ancien partenariat de l'océan, aujourd'hui mis à rude épreuve.

La Grande Barrière de corail

La Grande Barrière de corail n'est pas un récif mais un système d'environ 2 900 récifs et quelque 900 îles égrenés sur près de 2 300 kilomètres le long du Queensland. Le parc marin qui la protège couvre environ 344 000 kilomètres carrés, plus que l'Italie. C'est la plus grande structure bâtie par des êtres vivants, et elle est réellement visible depuis l'orbite, ce que l'on prétend à tort de la Grande Muraille de Chine.

Elle est à la fois plus jeune et plus vieille qu'il n'y paraît. Des récifs croissent ici depuis des centaines de milliers d'années, mourant ou se noyant au gré des baisses et des remontées du niveau marin pendant les glaciations. Le récif vivant actuel s'est surtout formé depuis que la mer a atteint à peu près son niveau présent, il y a 6 000 à 8 000 ans. Auparavant, une grande partie de son fond actuel était une plaine côtière où l'on marchait et chassait.

Les humains connaissent le récif depuis bien plus longtemps que les cartes. Plus de 70 groupes de propriétaires traditionnels aborigènes et insulaires du détroit de Torres le tiennent pour leur pays marin, un tissu vivant de lieux, d'espèces, de lois et de récits transmis depuis des milliers d'années, et des chercheurs comme le géographe Patrick Nunn estiment que certaines traditions orales gardent le souvenir de la côte engloutie par la montée des eaux. Les Européens l'ont découvert à leurs dépens : le 11 juin 1770, l'Endeavour de James Cook s'échoua sur un récif près de l'actuel cap Tribulation et faillit sombrer. La protection vint bien plus tard, avec la loi sur le parc marin en 1975 et l'inscription au patrimoine mondial en 1981.

Parmi ses spectacles figure la ponte massive des coraux, qui suit les pleines lunes de la fin du printemps austral, lorsque des colonies réparties sur des centaines de kilomètres libèrent ovules et spermatozoïdes les mêmes nuits. Les petits rorquals nains la visitent chaque hiver et les dugongs broutent les herbiers de son lagon. Depuis le milieu des années 1980, l'Institut australien des sciences marines inspecte chaque année des récifs de tout le système, et des survols en avion et en hélicoptère, conduits en 2016 par le spécialiste des coraux Terry Hughes, cartographient le blanchissement récif par récif.

Le saviez-vous ? L'île Raine, un îlot de sable d'environ 32 hectares au nord du récif, accueille la plus grande colonie de ponte de tortues vertes au monde.

Le récif a subi des blanchissements massifs en 1998 et en 2002, puis cinq fois en neuf ans : en 2016, 2017, 2020, 2022 et 2024. La vague de chaleur de 2016 a tué environ 30 % de ses coraux. Le corail peut se rétablir en une décennie s'il est laissé en paix, et la couverture a fortement rebondi par endroits, grâce aux coraux tabulaires à croissance rapide. Mais ce sont aussi les premiers à blanchir et les mets favoris de l'étoile de mer couronne d'épines, et les répits entre les vagues de chaleur raccourcissent. Après l'épisode de 2024, les suivis ont enregistré certains des plus forts reculs annuels de couverture corallienne depuis le début des mesures. La plus grande structure vivante du monde est devenue l'un de ses thermomètres les plus parlants.

Îles et atolls

Une île n'est qu'une terre entourée d'eau, mais son origine la range dans quelques grandes familles. Les îles continentales reposent sur un plateau continental et étaient reliées au continent lorsque la mer était plus basse. La Grande-Bretagne était rattachée à l'Europe par une terre aujourd'hui engloutie, le Doggerland, jusqu'à il y a environ 8 000 ans, et la Nouvelle-Guinée l'était à l'Australie. D'autres sont des fragments partis à la dérive : Madagascar s'est séparée de l'Inde il y a quelque 88 millions d'années et vit isolée depuis, ce qui explique que la plupart de ses plantes et de ses animaux n'existent nulle part ailleurs.

Les îles océaniques surgissent des grands fonds et n'ont jamais touché un continent. Ce sont pour la plupart des volcans, les uns édifiés au-dessus de points chauds, comme Hawaï et les Galápagos, les autres alignés en arcs insulaires au-dessus des zones de subduction, comme le Japon, les Aléoutiennes ou les Petites Antilles. Les Galápagos se trouvent à environ 1 000 kilomètres de l'Équateur. Lors de son escale de 1835, Darwin y récolta des moqueurs et des pinsons qui, étudiés à Londres avec l'ornithologue John Gould, l'aidèrent à concevoir l'évolution. La vie n'atteint ces îles qu'en volant, en nageant ou en dérivant sur des radeaux naturels : elles se peuplent donc de curiosités, tortues géantes, iguanes marins ou oiseaux incapables de voler comme le dodo de l'île Maurice.

Les îles coralliennes sont bâties par le vivant. Quand un volcan s'enfonce, son récif peut devenir un atoll, un anneau de récif et d'îlots bas autour d'un lagon. Les Maldives comptent environ 1 190 îles coralliennes réparties en 26 atolls, d'une altitude moyenne d'environ 1,5 mètre, ce qui en fait le pays le plus bas du monde. Kiritimati, aux Kiribati, est l'atoll dont la surface émergée est la plus vaste. Les îlots eux-mêmes sont des tas de sable et de débris récifaux façonnés par les vagues, et une étude de 2018 sur les Tuvalu a montré que la plupart des îles avaient conservé ou accru leur surface en quatre décennies de montée des eaux, tant que les récifs qui les alimentent restaient en bonne santé.

Nous avons vu naître une île. Le 14 novembre 1963, l'équipage d'un bateau de pêche au sud de l'Islande aperçut de la fumée s'élever de la mer ; en quelques jours, une nouvelle île volcanique, Surtsey, émergeait des flots. L'éruption dura jusqu'en 1967 et l'île atteignit environ 2,7 kilomètres carrés. L'Islande en réserva l'accès aux seuls scientifiques, faisant d'elle un laboratoire unique de colonisation. La première plante à fleurs, le cakilier maritime, y fut trouvée en 1965, des goélands s'y reproduisirent dès les années 1980, et des dizaines d'espèces végétales sont arrivées depuis par le vent, les vagues et les oiseaux. Les vagues l'ont déjà réduite à environ la moitié de sa taille maximale.

Le saviez-vous ? Une nouvelle île est née aux Tonga en 2015 entre deux îlots volcaniques plus anciens, avant d'être pulvérisée par la colossale éruption du Hunga Tonga–Hunga Haʻapai en janvier 2022.

Les îles sont petites, mais elles concentrent une part démesurée des espèces uniques du monde, de ses extinctions et de ses revendications maritimes, car le moindre îlot peut fonder une zone économique exclusive de 200 milles marins. Chaque île est une expérience d'isolement, et c'est la mer qui décide de sa durée.

Les navigateurs polynésiens

Le plus grand exploit d'exploration d'avant la boussole fut accompli en pirogue. Il y a environ 3 000 ans, les porteurs de la culture Lapita quittèrent les îles voisines de la Nouvelle-Guinée et atteignirent les Fidji, les Tonga et les Samoa. Après une longue pause, leurs descendants repartirent vers l'est et, voici un millier d'années environ, découvrirent presque chaque îlot habitable du triangle polynésien, un espace océanique dont les sommets sont Hawaï, Rapa Nui (l'île de Pâques) et Aotearoa, la Nouvelle-Zélande, chaque côté mesurant quelque 7 000 kilomètres. D'après les datations au radiocarbone, Rapa Nui fut peuplée vers 1200 et la Nouvelle-Zélande, dernière grande terre habitée par l'homme, vers 1250 à 1300.

Ils n'avaient aucun instrument, seulement un savoir. Le navigateur porte dans sa tête un compas stellaire : l'horizon divisé en maisons où se lèvent et se couchent certaines étoiles. Un astre qui se lève dans une maison se couche dans la maison symétrique, si bien qu'une succession d'étoiles au fil de la nuit donne un cap stable. Les étoiles qui passent au zénith indiquent la latitude ; Arcturus, que les Hawaïens nomment Hōkūleʻa, culmine au-dessus d'Hawaï. Le jour, le navigateur lit les houles, ces longues ondes levées par des vents lointains et réguliers, dont il sent le rythme dans la coque. Les nuages accumulés au-dessus des terres, le reflet vert d'un lagon sous un nuage et les oiseaux de mer, comme la gygis blanche ou le noddi brun, qui pêchent au large et rentrent au crépuscule, agrandissent la cible.

Longtemps, certains savants ont soutenu que le Pacifique avait été peuplé par des dérives heureuses. La réponse vint d'une expérience. En 1976, la pirogue double Hōkūleʻa, construite par la Polynesian Voyaging Society, relia Hawaï à Tahiti en un mois environ, guidée sans instruments par Mau Piailug, maître navigateur de l'atoll de Satawal, en Micronésie. Des milliers de personnes l'accueillirent à Papeete. Piailug forma ensuite l'Hawaïen Nainoa Thompson, et entre 2014 et 2017 Hōkūleʻa fit le tour du monde.

Le saviez-vous ? Les célèbres cartes en bâtonnets des îles Marshall, qui montrent comment les houles se courbent autour des atolls, s'étudiaient et se mémorisaient à terre : on ne les emportait jamais en mer.

D'autres indices vont dans le même sens. La patate douce, plante sud-américaine, poussait en Polynésie avant l'arrivée des Européens, et une étude génétique de 2020 a décelé chez certains Polynésiens orientaux une ascendance amérindienne remontant à 1200 environ. Presque éteinte sous la colonisation, la navigation traditionnelle s'enseigne de nouveau d'Hawaï à Aotearoa. Pour qui savait le lire, le Pacifique n'a jamais été une barrière vide : c'était une grande route.

Les navires de la marine à voile

Pendant quatre siècles, le navire à voiles en bois fut la machine la plus complexe de la planète, et c'était le vent qui décidait de sa route. Les grandes ceintures de vents de l'océan, les alizés réguliers des tropiques et les vents d'ouest des latitudes moyennes, devinrent les autoroutes de l'époque, et connaître leur dessin comptait autant que construire les coques.

Les plus grandes flottes du début du XVe siècle étaient chinoises. Entre 1405 et 1433, l'amiral Zheng He mena sept expéditions de la Chine des Ming à travers l'océan Indien, jusqu'à Calicut, Ormuz, la mer Rouge et la côte swahilie de l'Afrique de l'Est. Les sources décrivent des flottes de plus de 200 navires et plus de 27 000 hommes. Les textes chinois prêtent aux plus grands navires-trésors environ 130 mètres de long, mais les historiens en débattent et beaucoup jugent 60 à 75 mètres plus vraisemblables. Une girafe offerte à l'empereur en 1414 fit sensation à la cour. Puis les Ming se replièrent sur eux-mêmes et les voyages cessèrent.

Le Portugal choisit une autre voie : de petits navires et un apprentissage patient. La caravelle, longue d'une vingtaine de mètres, portait des voiles latines triangulaires qui lui permettaient de remonter au vent. Les pilotes portugais découvrirent la volta do mar, un grand détour vers le large de l'Atlantique pour trouver des vents favorables au retour. Bartolomeu Dias doubla le cap de Bonne-Espérance en 1488 et Vasco de Gama atteignit l'Inde en 1498. À partir de 1565, les galions espagnols traversèrent chaque année le Pacifique entre Acapulco et Manille.

Le voyage décisif quitta l'Espagne en septembre 1519. Fernand de Magellan partit avec cinq navires et quelque 250 hommes, trouva un détroit à la pointe de l'Amérique du Sud et traversa un océan si calme qu'il le nomma Pacifique, au prix de trois mois durant lesquels l'équipage mangea du cuir et de la sciure. Magellan fut tué aux Philippines en 1521. En septembre 1522, un seul navire épuisé, la Victoria, regagna l'Espagne sous Juan Sebastián Elcano avec 18 survivants du premier tour du monde.

Le saviez-vous ? En débarquant aux îles du Cap-Vert en juillet 1522, l'équipage de la Victoria découvrit que son journal de bord, pourtant tenu avec soin, avait un jour de retard : faire le tour du globe vers l'ouest leur avait coûté une journée.

L'époque s'acheva à pleine vitesse. Les clippers du XIXe siècle, longs et effilés, couraient le thé de Chine et la laine d'Australie ; en 1854, le Flying Cloud relia New York à San Francisco en moins de 90 jours. Mais la vapeur et le canal de Suez, ouvert en 1869, l'année même du lancement du Cutty Sark, les rendirent obsolètes. Toutes les routes maritimes d'aujourd'hui ont d'abord été tracées par le vent.

Trouver la longitude

Un marin pouvait toujours trouver sa latitude, sa position au nord ou au sud, en mesurant la hauteur du Soleil à midi ou de l'étoile Polaire la nuit. La longitude, la position est-ouest, était une autre affaire. La Terre tourne de 360 degrés en 24 heures, soit 15 degrés par heure : la longitude est donc une question d'heure. Si l'on connaît l'heure du port de départ et l'heure locale, lue sur le Soleil, la différence donne la position. Quatre minutes d'erreur décalent d'un degré, soit environ 111 kilomètres à l'équateur.

Tout le problème était de garder l'heure du port en mer. Les horloges à balancier s'arrêtaient sur un pont qui roule, et la chaleur ou le froid déréglaient les ressorts. On naviguait à l'estime, d'après la vitesse et le cap, et les erreurs pouvaient être mortelles. En 1707, une escadre britannique commandée par sir Cloudesley Shovell, trompée sur sa position, se jeta sur les récifs des îles Scilly : quatre vaisseaux sombrèrent et entre 1 400 et 2 000 hommes se noyèrent.

En 1714, le Parlement vota le Longitude Act, qui promettait des prix pour une méthode pratique, le plus élevé pour une précision d'un demi-degré. Les astronomes misaient sur le ciel. La Lune se déplace parmi les étoiles d'environ son propre diamètre par heure ; mesurer au sextant l'angle entre la Lune et une étoile brillante, puis consulter des tables, donne l'heure de Greenwich. Cette méthode des distances lunaires devint praticable quand l'astronome royal Nevil Maskelyne publia le premier Nautical Almanac, pour 1767, mais chaque point demandait des heures de calcul.

John Harrison, charpentier et horloger autodidacte élevé dans le Lincolnshire, paria sur une machine. Après des décennies passées sur trois grandes horloges marines, il comprit qu'une petite montre au battement rapide serait plus stable. Son quatrième garde-temps, H4, achevé en 1759, mesurait environ 13 centimètres de diamètre. Lors d'un voyage d'essai vers la Jamaïque en 1761-1762, il ne perdit qu'environ cinq secondes en 81 jours. Le Bureau des longitudes, dominé par les astronomes, exigea d'autres essais, et Harrison ne reçut sa pleine récompense qu'en 1773, après l'intervention du roi George III.

Le saviez-vous ? Avant de le payer, le Bureau obligea Harrison à démonter H4 devant un comité d'experts et à remettre ses plans pour que d'autres puissent le copier.

Les copies firent la preuve. Cook emporta une réplique de H4 lors de son deuxième voyage dans le Pacifique et en fit l'éloge. Au XIXe siècle, le chronomètre de marine était devenu la règle, et en 1884 une conférence internationale choisit le méridien de Greenwich comme longitude zéro. Les satellites donnent aujourd'hui une position en quelques secondes, mais selon le principe de Harrison : une horloge exacte est une carte.

Le Pacifique de Cook

James Cook, fils d'ouvrier agricole du Yorkshire, apprit la mer sur les charbonniers de Whitby, entra dans la Royal Navy et se fit un nom en cartographiant les côtes de Terre-Neuve. En trois voyages, entre 1768 et 1779, il compléta la carte du Pacifique plus que quiconque avant lui, et prépara ce qui allait suivre.

Le premier voyage, à bord de l'Endeavour de 1768 à 1771, avait deux missions. La mission officielle était d'observer depuis Tahiti le transit de Vénus devant le Soleil, en juin 1769, dans le cadre d'un effort international pour mesurer la distance Terre-Soleil. Des ordres secrets l'envoyaient ensuite chercher un grand continent austral. Il cartographia les côtes de la Nouvelle-Zélande, puis la côte est de l'Australie, où les botanistes Joseph Banks et Daniel Solander récoltèrent tant de plantes nouvelles que la baie fut baptisée Botany Bay. En juin 1770, le navire heurta la Grande Barrière de corail et faillit sombrer.

À Tahiti, Cook embarqua Tupaia, prêtre et navigateur de Raiatea, qui dessina pour les Britanniques une carte d'environ 74 îles autour de Tahiti. Sa logique déconcerta les Européens pendant deux siècles ; des études récentes suggèrent qu'elle classe les îles selon des directions de navigation à partir d'un point central. Tupaia servit d'interprète auprès des Maoris, mais mourut à Batavia en 1770, où les fièvres emportèrent une grande partie de l'équipage.

Le deuxième voyage, avec la Resolution et l'Adventure de 1772 à 1775, franchit pour la première fois connue le cercle polaire antarctique en janvier 1773 et atteignit 71 degrés sud. Cook trouva de la glace, non un continent fertile. Il emportait une copie du chronomètre de Harrison et combattait le scorbut, carence en vitamine C qui tuait les marins par milliers, grâce à des vivres frais et à une stricte propreté ; il en attribua le mérite à la choucroute, alors que légumes et fruits frais faisaient le vrai travail. Le troisième voyage, en quête d'un passage du Nord-Ouest, mena en 1778 à la première visite européenne connue d'Hawaï, puis au détroit de Béring. Cook fut tué dans la baie de Kealakekua en février 1779.

Le saviez-vous ? Le maître d'équipage du troisième voyage était un jeune William Bligh, futur capitaine du Bounty, et George Vancouver naviguait avec Cook comme aspirant.

Les cartes de Cook étaient superbes, et elles étaient aussi une feuille de route. Dix-huit ans après Botany Bay, la Première Flotte vint fonder une colonie pénitentiaire, et baleiniers, marchands et missionnaires suivirent, apportant des maladies à des îles sans immunité. Une carte n'est jamais neutre.

L'expédition du Challenger

L'océanographie moderne est née d'un navire de guerre privé de presque tous ses canons. Dans les années 1860, le naturaliste Charles Wyville Thomson avait dragué des animaux vivants à des profondeurs où beaucoup d'experts pensaient la vie impossible. Il convainquit la Royal Society et l'Amirauté d'envoyer un navire autour du monde pour étudier l'océan entier, de sa chimie à ses créatures. Le HMS Challenger, corvette en bois à propulsion mixte, ne garda que deux canons pour faire place à des laboratoires, une chambre noire et des kilomètres de cordage.

Il quitta Portsmouth en décembre 1872 et rentra en mai 1876, après quelque 127 000 kilomètres dans l'Atlantique, le Pacifique, l'océan Indien et l'océan Austral. Le capitaine George Nares commandait ; Wyville Thomson dirigeait une petite équipe scientifique comprenant les naturalistes John Murray et Henry Moseley, le chimiste John Young Buchanan et le dessinateur John James Wild. À chacune des 362 stations, l'équipage s'arrêtait pour mesurer la profondeur, remonter de la vase, capturer des animaux, prélever de l'eau et relever les températures.

Sonder était un travail lent et pénible. Un poids au bout d'une ligne de chanvre descendait jusqu'au fond, signalé par un changement de vitesse du filin, et un sondage profond pouvait durer des heures. En mars 1875, près des Mariannes, la ligne fila jusqu'à 4 475 brasses, environ 8 180 mètres, dans la fosse dont le point le plus profond porte aujourd'hui le nom du navire : la fosse Challenger. Les sondages révélèrent aussi un large relief au milieu de l'Atlantique, premier indice de la dorsale médio-atlantique.

La moisson fut immense : 4 717 espèces nouvelles, des éponges de verre aux baudroies abyssales, des fonds tapissés de boues faites de minuscules coquilles et d'argile rouge, parsemée de nodules de manganèse. L'expédition tua aussi une idée célèbre. Le biologiste Thomas Huxley avait baptisé Bathybius haeckelii une substance visqueuse trouvée dans des échantillons conservés, y voyant une couche vivante primordiale tapissant les abysses. Buchanan montra qu'il s'agissait de sulfate de calcium précipité par l'alcool ajouté à l'eau de mer.

Le saviez-vous ? La navette spatiale Challenger de la NASA et le module lunaire d'Apollo 17, posé sur la Lune en 1972, furent tous deux baptisés en l'honneur du navire victorien.

L'analyse des résultats prit vingt ans. Murray dirigea le Report on the Scientific Results, 50 volumes et près de 30 000 pages publiés entre 1880 et 1895. Ses mesures servent encore de référence pour évaluer le réchauffement de l'océan. Le Challenger fit des abysses un sujet d'étude, et chaque campagne depuis suit sa routine : stopper, descendre, remonter, noter.

La plongée : de la cloche au scaphandre autonome

On plonge depuis des millénaires pour se nourrir, pêcher des perles ou récupérer des trésors, le plus souvent en apnée. Les haenyeo de l'île de Jeju, en Corée du Sud, dont beaucoup ont plus de 70 ans, récoltent encore coquillages et algues à 10 mètres ou plus sans bouteille ; leur culture est inscrite au patrimoine de l'UNESCO depuis 2016. Les Bajau, nomades de la mer d'Asie du Sud-Est, passent des heures sous l'eau chaque jour, et une étude de 2018 a montré qu'ils ont une rate anormalement grosse, organe qui libère des globules rouges supplémentaires pendant la plongée. En 2007, l'Autrichien Herbert Nitsch est descendu à 214 mètres en une seule inspiration, lesté d'un traîneau.

Rester plus longtemps exigeait d'emporter de l'air. Une cloche de plongée, ouverte en bas, emprisonne l'air comme un verre retourné enfoncé dans l'eau. En 1691, l'astronome Edmond Halley construisit une cloche réalimentée par des barils d'air lestés descendus depuis la surface ; ses compagnons et lui restèrent plus d'une heure vers 18 mètres. Au XIXe siècle, le scaphandre à casque, un casque de cuivre fixé à un habit étanche et alimenté par de l'air pompé dans un tuyau, rendit routiniers le renflouage et les travaux sous-marins. Le modèle associé à Augustus Siebe domina la plongée pendant un siècle.

La profondeur apporta un nouveau danger. Sous pression, l'azote de l'air se dissout dans le sang ; si le plongeur remonte trop vite, il forme des bulles et provoque l'accident de décompression. Le physiologiste français Paul Bert en identifia la cause en 1878, et en 1908 l'Écossais John Scott Haldane publia des tables de décompression par paliers pour la Royal Navy.

Le saviez-vous ? La cloche de Halley possédait une fenêtre de verre au sommet pour laisser entrer la lumière du jour, et un robinet pour évacuer l'air vicié.

La liberté vint en 1943. En France occupée, l'officier de marine Jacques-Yves Cousteau et l'ingénieur Émile Gagnan adaptèrent une soupape à gaz en détendeur à la demande, qui délivre l'air d'une bouteille exactement à la pression de l'eau environnante, à chaque inspiration. Ce fut l'Aqua-Lung. Le livre et le film Le Monde du silence rendirent la plongée célèbre ; aujourd'hui des millions de plongeurs de loisir explorent les récifs, en général jusqu'à 40 mètres environ, au-delà desquels la narcose à l'azote trouble le jugement.

Les professionnels descendent plus bas en respirant des mélanges à l'hélium et en vivant des semaines dans des caissons pressurisés : c'est la plongée à saturation, qui entretient les plateformes de la mer du Nord et du golfe du Mexique. En 1988, des plongeurs de la COMEX ont travaillé à 534 mètres en Méditerranée. Le corps humain reste pourtant le plus limité des sous-marins.