La contribution des plages de sable au cycle océanique de la silice

Le déferlement des vagues à la côte augmente significativement la vitesse de dissolution des grains de quartz des plages sableuses. En combinant expériences de laboratoire et observations satellites, le flux global de silice à l’océan issu des plages est estimé à 300 millions de tonnes de silicium dissous par an, soit un apport équivalent à celui des fleuves. Cette nouvelle et conséquente contribution questionne l’hypothèse communément admise d’un cycle océanique de la silice à l’équilibre.

Le silicium dissous est un nutriment essentiel pour le développement du phytoplancton. Il contrôle, via son abondance, la pompe biologique,mécanisme par lequel l’océan capture et séquestre le CO2 atmosphérique. Jusqu’ici, les principales sources de silicium dissous à l’océan étaient attribuées aux fleuves, aux décharges d’eaux souterraines et aux sources hydrothermales. Cette nouvelle étude confirme et pousse en avant de précédents résultats suggérant la contribution potentielle d’un milieu riche en silicates : les plages de sable.

Née d’une collaboration interdisciplinaire entre trois laboratoires toulousains (LEGOS, IRAP & IMFT), cette étude a mesuré en laboratoire – dans un canal à houle – l’impact du déferlement des vagues sur la cinétique de dissolution des grains de quartz qui composent les plages. Ces expériences ont montré que l’agitation intense due aux vagues favorise la cinétique de dissolution du quartz, augmentant considérablement la concentration de silicium dissous dans l’eau en comparaison avec un milieu inerte. Une fois le mécanisme de dissolution accrue mis en évidence en laboratoire, un modèle de dissolution permet d’estimer un flux de silice proportionnel à (1) la température de l’eau et à (2) l’énergie des vagues.

En s’appuyant sur des données satellite (cartographie globale des plages sableuses, température de surface de l’océan et puissance des vagues à la côte), il est possible d’extrapoler les résultats des expériences à l’échelle du globe. Ainsi, un flux global de silice à l’océan a été estimé à environ 8,3 Tmol de silicium (soit 300 millions de tonnes) par an, une quantité comparable à celle apportée par les fleuves, jusqu’ici considérés comme la source principale de silice à l’océan.

Cette découverte questionne l’idée communément admise d’un cycle océanique du silicium à l’équilibre. En effet, si une nouvelle source d’un élément chimique à l’océan est identifiée, cela requiert un puits supplémentaire pour maintenir cet équilibre, à moins d’admettre que le cycle du silicium ne soit pas à l’état stationnaire. La seule « sortie » des éléments chimiques de l’océan sont les sédiments marins, alimentés par la neige de particules marines, débris de l’activité biologique en surface. Ces apports supplémentaires de silicium impactent probablement la dynamique des écosystèmes marins et la séquestration du carbone dans les sédiments, ce qui renforce l’hypothèse que l’activité de la pompe biologique demeure sous-évaluée.

Ressource complémentaire

• Publication scientifique : Aparicio, M., Le Bihan, A., Jeandel, C. et al. Contribution of sandy beaches to the global marine silicon cycle. Nat. Geosci. 18, 154–159 (2025). doi: 10.1038/s41561-024-01628-6

Contact IRAP

• Sébastien Fabre, sebastien.fabre@irap.omp.eu