Bacillariophyta - Définition

Écologie

Phaeodactylum tricornutum

Il existe environ 100 000 espèces connues de diatomées, mais d'après certains auteurs, il en existerait près d'un million. Elles sont répandues dans tous les milieux aquatiques (que ce soit en eau douce, salée ou saumâtre) ou même seulement humides et sont soit planctoniques (vivent en suspension dans le milieu liquide) soit benthiques (vivent sur le fond ou sur des supports variés). La mer contient de nombreuses espèces planctoniques de diatomées, isolées ou en colonie, et surtout centrales. En eau douce, elles sont essentiellement benthiques et sont plutôt des diatomées pennales et coloniales. En général, les espèces benthiques sont d'ailleurs souvent pennales.

La présence des diatomées dans un milieu est liée à plusieurs paramètres physico-chimiques (lumière, sels minéraux, mais aussi le pH, la salinité et les teneurs en oxygène et en matière organique). Elles sont surtout présentes dans les mers froides où des courants ascendants ramènent en surface les nitrates et les phosphates dissouts, alors qu'elles se font plus rares dans les mers tropicales, pauvres en éléments minéraux. Elles abondent également dans les zones où ont lieu des remontés d'eau froides (« upwellings ») riches en sels minéraux. Des variations à long terme se superposent parfois aux variations saisonnières (entre deux et plusieurs années selon le lieu) dues à des fluctuations de la température, des courants et des paramètres chimiques de l'eau à cause des évolutions climatiques. Ces variations peuvent avoir des conséquences sur les population de poissons et donc sur les pêches.

Variations saisonnières : Elles sont normales, car le taux de croissance et de reproduction des espèces varient selon la disponibilité en lumière et nutriment, mais aussi selon la turbulence de l'eau. Par exemple, au printemps, sous l'effet de la température et de la chaleur, certaines espèces peuvent se développer de façon abondante formant des efflorescences dans les lacs. Les petites diatomées sont présentes surtout au printemps et en automne. Les diatomées plus grosses sont ubiquitaires (elles sont présentes dans tous les océans). Elles se déposent sur les fonds et objets immergés formant un amas, plus ou moins gélatineux, de couleur brune. En eaux douces, dormantes ou courant doucement, les diatomées centrales peuvent constituer d'épais entrelacs de longs et fins filaments bruns (à la différence des algues aquatiques, de couleur verte). Il existe des espèces capables de coloniser les milieux les plus inhospitaliers (mares temporaires, mousse humide sur les arbres, glace, effluents pollués). Une température de 0°C n'est pas mortelle tant que l'eau (salée) ne gèle pas.

Les diatomées ayant besoin de lumière, elles se situent près de la surface de l'eau. À la surface même, l'intensité lumineuse est trop élevée et de nombreuses espèces se limitent à une profondeur où seul un tiers de la lumière est filtrée (entre 3 et 40 mètres). Comme le reste du phytoplancton, chaque espèce de diatomée a un besoin d'énergie lumineuse pour compenser l'énergie dépensée pour survivre, lorsqu'une certaine profondeur dite de compensation est franchie, la cellule dépérit. Cette profondeur varie selon la nébulosité et les saisons. Malgré leur densité légèrement supérieure à celle de l'eau, les diatomées ne s'enfoncent pas car elles possèdent des mécanismes adaptatifs morphologiques et physiologiques pour faire varier leur densité (donc leur flottabilité). Les mécanismes morphologiques possibles peuvent être un amincissement de la frustule, l'allongement de sa forme en baguette fine, la présence de mucus, de soies, de filaments et d'épines qui jouent un rôle de parachute, voire l'organisation coloniale en rubans ou en chaînettes. Les mécanismes physiologiques influent sur le métabolisme : échanges sélectifs des ions (les ions chlorure et potassium sont plus légers que les ions sulfate et magnésium) et production de mucus dont la densité est plus faible que celle de la cellule.

La diversité remarquable des diatomées est d'ailleurs utilisée pour indiquer la qualité des cours d'eau : les diatomées constituent un excellent bioindicateur. Elles sont utilisées en routine dans tous les pays d'Europe, mais également aux États-Unis, au Canada, etc. En France, l'IPS -Indice de Polluosensibilité Spécifique- (Coste, 1982) ainsi que l'IBD -Indice Biologique Diatomées- (Afnor, 2000) sont utilisés. La pollution croissante de l'eau ainsi que l'utilisation intempestive d'engrais chimiques et d'herbicides ont transformé et appauvri les populations de diatomées (H. Germain, 1981). Si l'impact sur l'écosystème côtier n'est pas encore totalement saisi, il semblerait que les littoraux en subissent les conséquences par la modification de la composition alguale du plancton, provoquant des blooms de phytoplancton toxique. Les dinoflagellés (consommateur de diatomées, comme les ciliés) sont les principaux concernés mais depuis quelque temps, certaines espèces de diatomées sont également mises en cause. La prolifération d'une espèce de diatomées, même si celle-ci n'est pas toxique, peut être responsable de mortalité élevée chez les invertébrés marins (entre autres dans les zones d'élevages conclylicoles) en consommant tout l'oxygène du milieu et surtout, à la fin du bloom, par l'accumulation et la décomposition de leur matière organique qui provoque une désoxygénation des eaux profondes.

Place actuelle dans la biosphère

Notamment par la masse qu'elles représentent, les diatomées constituent le groupe d'algues le plus important du phytoplancton marin (constitué par ailleurs de dinoflagellés, de cocolithophoridés et d'algues flagellés). Dans les mers et les océans, elles assurent 20 à 25 % de la production phytoplanctonique, jouant un rôle majeur dans la vie des écosystèmes marins. Elles sont à la base des réseaux alimentaires qui aboutissent aux poissons, aux crustacés et à plusieurs espèces de coquillage économiquement importants. À part quelques exceptions, ce sont typiquement des « algues fourrages », contrairement à d'autres algues comme les dinoflagellés qui sont toxiques pour les vertébrés et les invertébrés.

En effet, comme l'ensemble des éléments phytoplanctoniques, elles sont des producteurs de matière organique alors que les autres êtres vivants, dépourvus de chlorophylle, ne sont que des transformateurs de la matière produite par le phytoplancton. Au printemps, dans les eaux arctiques, la masse des diatomées est de 2 à 20 grammes par mètre cube d'eau. Chaque année, 200 à 600 grammes de carbone, sous forme de dioxyde de carbone, sont incorporés dans la matière vivante par mètre carré d'océan. La production annuelle de matière organique (sèche) dans les océans est estimée à environ 25 milliards de tonnes.

Fabriquant de la matière vivante à partir d'éléments minéraux, les diatomées sont à la base des réseaux trophiques. Elles sont consommées par les animaux herbivores du plancton : petits crustacés (copépodes et euphausiacés), larves de crustacés, alevins de poissons, et quelques poissons ayant un régime herbivore (anchois, sardines… ). Ces espèces sont ensuite elles-mêmes consommées par des prédateurs supérieurs. En mer tempérée, on estime que pour 1 kg de plancton végétal consommé, 2,5 g de poisson carnivore est produit.

En plus de la production de matière organique, l'activité photosynthétique des diatomées et des autres algues phytoplanctoniques a deux effets importants sur le fonctionnement de la biosphère. D'une part, elle réduit le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère en fixant une partie des 10 milliards de tonnes que l'ensemble des activités humaines rejette chaque année. Les diatomées fixent entre 25 et 50 % du carbone total sur Terre. En raison du rôle important des diatomées dans le cycle du carbone sur Terre, les génomes de Thalassiosira pseudonana et de Phaeodactylum tricornutum ont été séquencés. D'autre part, étant productrice d'oxygène, l'activité photosynthétique du phytoplancton favorise l'oxygénation des eaux et fait de l'océan une immense source d'oxygène. On estime qu'environ un tiers de l'oxygène produit par les végétaux sur Terre provient du phytoplancton.

L'importance des diatomées est grande également pour les espèces animales benthiques. En ces lieux, le plancton végétal constitue, avec les détritus organiques, les bactéries voir le plancton animal, une source de nourriture importante pour les espèces d'invertébrés filtreurs (moules, huitres, balanes… ).

En mer comme en eau douce, les diatomées benthiques, associées souvent à d'autres espèces microscopiques, forment sur les roches et les plantes des revêtements organiques souvent minces et peu apparents dont de nombreuses espèces d'invertébrés brouteurs se nourrissent (oursins, bigorneaux, patelles …).

De récents développements dans la recherche sur l'influence des diatomées sur le réseau trophique montrent qu'elles ne se contentent pas d’être mangées par les crustacés et les autres animaux. Les diatomées ont développé de nombreux moyens de défense contre leurs prédateurs. Ces armes sont soit chimiques (production de composés toxiques à court ou long terme pour les crustacés) soit mécaniques. En effet, leur thèques en silice les rendrait moins ingérables pour le microplancton. La possibilité que les diatomées émettent des signaux chimiques en cas d’attaque est aussi à l'étude. Il est très probable qu'une cellule en train d’être mangée par un crustacé produise un signal pour que les autres diatomées puissent renforcer leurs défenses. Il existe au moins cinq espèces de diatomées marines toxiques pour l'Homme, celle-ci peuvent être responsables de troubles digestifs ou neurologiques (souvent ingérés en consommant des coquillages intoxiqués). Au moins deux de ces espèces prolifèrent de plus en plus sur les côtes françaises depuis 1999. La recherche sur les interactions entre les diatomées, et plus généralement tout le phytoplancton, avec leurs prédateurs est à ses débuts, mais cela promet de remettre en question la vision classique et parfois simpliste de l’écologie marine.