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Exemples d'algues : les diatomées et Caulerpa taxifolia

Dossier - Les algues, végétaux aquatiques
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Les algues sont des végétaux aquatiques, qui ne sont pas encore capables de se libérer de l'eau pour vivre, mais déjà doués de la capacité de photosynthèse.

  
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Pour illustrer la diversité des algues, prenons deux exemples : Caulerpa taxifolia, une algue tropicale invasive et la diatomée, une algue brune.

Algue Caulerpa racemosa. © Nhobgood, Wikimedia commons, CC by-sa 3.0
Les diatomées (à l'image) sont des algues très répandues dans toutes les mers du globe. © Coste, Cémagref

L'algue invasive Caulerpa taxifolia

Algue tropicale, utilisée dans les aquariums, Caulerpa taxifolia envahit la Méditerranée. En 1984 on a signalé sa présence pour la première fois sur la côte rocheuse de Monaco... en 1992 on l'observe en Italie et au large de Majorque. Elle prolifère sur tous les substrats, sur les endroits découverts ou non à marée basse, dans l'eau polluée ou non, de 3 à 20 m même jusqu'à 100 m. Bref, partout !

Elle n'est pas éliminée par le froid hivernal puisqu'elle supporte très bien 7 °C et que la Méditerranée ne descend pas en dessous de 10 °C. D'autre part si les algues de Méditerranée croissent de quelques cm par an elle peut grandir de plusieurs cm par jour, quelle concurrence ! Les scientifiques admettent que l'algue (tropicale et utilisée dans les aquariums) doit avoir subi une mutation (ou une polyploïdisation) pour supporter aussi bien le froid et l'émersion. Dans son milieu naturel, en effet, elle n'est pas dominante et ne descend jamais en dessous de 20 cm.

Caulerpa taxifolia. © DR

Elle prive donc les autres algues et les posidonies (monocotylédones herbacées, donc pas des algues !) de la lumière nécessaire à leur croissance et met en danger ainsi les frayères et les nurseries de poissons, mais aussi les invertébrés comme les oursins. Les oursins comestibles nourris de cette algue perdent leurs piquants, se déplacent moins et ont des gonades plus petites. S'ils ont le choix ils ne mangent pas cette algue qui secrète des toxines (parmi lesquelles la caulerpényne nuisible pour leurs œufs), ils en mangent d'autres, mais ceci fait de la place pour la caulerpe !

Reproduction de la caulerpe. © DR

L'arrachage mécanique est une bonne solution, mais l'algue repousse au bout d'un certain temps et c'est un travail titanesque. 

Un programme international d'étude a donc été mis en place (France, Italie, Espagne) pour comprendre le fonctionnement de cette algue mais aucune mesure d'éradication n'a été prise, et comme les études scientifiques durent très longtemps... Caulerpa se développe !

C'est un exemple typique de ce qu'on nomme « envahisseur » en biologie et l'Homme en a introduit beaucoup. À titre d'exemples actuels, autres que les algues, on peut citer au moins 2 espèces de fourmis en France, la grenouille taureau dans le sud-ouest, la Jussie dans les marais, l'herbe de la Pampa, etc.

Les diatomées, algues brunes

Algues brunes, largement répandues en eau douce et en eau salée, elles mesurent entre 0,02 et 0,3 mm. Les cellules de diatomées vivent soit sous forme indépendante soit associées au moyen d'un mucilage en chaînettes plus ou moins longues. Ce sont les organismes prédominants du plancton dans les eaux tempérées et froides et on peut en compter plusieurs millions par litre. La production des diatomées dans l'océan a été revue un peu à la baisse.

Prépondérante dans les zones d'upwelling, on estime que dans les lacs les diatomées peuvent être responsables de 25 % de la production de biomasse primaire.

Détails anatomiques de diatomées : en a présentation du raphé, en b la nomenclature des valves, en c l'anatomie interne et en d l'apparition des valves nouvelles suite à une division. ©

La cellule est entourée d'une paroi rigide en opale (c'est-à-dire en silice hydratée) associée à des matériaux organiques. Cette paroi ou frustule est constituée de 2 valves qui s'emboîtent et qui sont décorées de manière très géométrique et spécifique.

On distingue les diatomées centrales, à symétrie rayonnante autour d'un centre, et les diatomées pennales, à symétrie bilatérale et ornementation disposée de part et d'autre d'une fente médiane appelée raphé.

Le cytoplasme contient une grande vacuole, des plastes lenticulaires bruns pourvus d'un pyrénoïde. Les réserves de la cellule sont constituées de petites gouttes de lipides s'accumulant dans le cytoplasme.

Le frustule siliceux, non extensible, impose un mode de division particulier à la cellule. En effet, lors de la division, une fois effectuée la séparation des cytoplasmes, c'est toujours la petite valve du frustule qui est fabriquée par la cellule-fille ce qui entraîne une diminution de taille des cellules. Celles-ci ne retrouvent une taille normale que par un processus de division sexuée au cours duquel les gamètes se débarrassent du frustule.

Division de diatomée : la cellule grandit, provoquant l'écartement des valves externes, puis se divise (apparition de deux cellules, donc de deux noyaux). Deux nouvelles valves sont produites. Chaque descendant possède une valve du parent. ©

La cellule incorpore la silice sous forme d'acide silicique à travers la membrane cellulaire à l'aide de la pompe Na-K et d'ATPase et fabrique son frustule selon un canevas déterminé génétiquement.

À la mort des cellules, les frustules résistent bien à la putréfaction et leur accumulation sur le fond des océans constitue les « boues siliceuses » des grands fonds océaniques. Leurs frustules posés au fond se transforment en roche au cours des temps géologiques et forment la diatomite, roche claire, légère et poreuse utilisée comme abrasif ou comme absorbant dans la dynamite par exemple.

Les diatomées sont très bien étudiées et comme elles sont présentes dans tous les milieux aquatiques, elles intéressent le gestionnaire de l'eau en tant qu'indicateur de la qualité de celle-ci. Le Cémagref travaille depuis longtemps sur les diatomées en collaboration avec plusieurs universités : plus de 20 espèces nouvelles y ont été découvertes dont une dizaine dédiée à Michel Coste, responsable actuel de l'unité de recherche.

Diatomées en eau polluée. © Coste, Cémagref

Il existe plus de 7.000 espèces en eau douce ou saumâtre et on en trouve plus de 100 nouveaux taxons chaque année ! Il y a 30 ans qu'ont commencé les premiers recensements (1974) dans le bassin de la Seine. Dans les années 1980 trois indices sont élaborés par les scientifiques et dans les années 1990 trois autres bassins sont prospectés pour tester ces indices. C'est finalement un indice IBD qui est mis au point avec l'Interagence de l'eau : il s'appuie sur plus de 200 espèces réparties en 7 classes de qualité de l'eau, à partir de 14 paramètres physicochimiques. Les 2 photos ci-dessous et ci-dessus montrent des espèces de diatomées spécifiques des eaux propres (schéma bleu) et des eaux de médiocre qualité (schéma jaune).

Diatomées eau propre. © Coste, Cémagref

Cet indice fonctionne bien pour la détermination du degré d'eutrophisation de l'eau mais il n'a pas encore été possible de distinguer, séparément, les effets des métaux lourds et des pesticides de la pollution générale. On sait néanmoins que les diatomées soumises à de fortes concentrations de toxiques sont moins nombreuses et plus petites, voire malformées.

Aujourd'hui les indices diatomiques sont utilisés, en routine en France, pour la détermination de la qualité des eaux de surface et une normalisation de ce protocole est en cours.

D'autre part le Cémagref collabore avec l'université de Strasbourg pour la prise en compte, en médecine légale, des diatomées dans les cas de noyade. Là aussi les recherches sont en cours.