Le phytoplancton vit là où les éléments de la photosynthèse sont réunis :

- La lumière
Dans l’océan, les rayons solaires ne pénètrent que jusqu’à une certaine profondeur. C’est pourquoi le phytoplancton est abondant surtout dans les eaux de surface où il reçoit suffisamment de lumière pour réaliser la photosynthèse. Cette zone est la couche euphotique dont l’épaisseur varie de plusieurs mètres dans les estuaires jusqu’à environ 200 mètres en haute mer. Le plancton végétal est particulièrement foisonnant près des côtes où les hauteurs d’eau sont faibles et où la lumière se diffuse pleinement. C’est le cas des baies, des estuaires, des marais salants…

- Les sels minéraux
Les sels minéraux sont présents partout où l’eau douce vient rejoindre la mer, mais pour qu’ils soient accessibles au phytoplancton, ils doivent, comme lui, rester en suspension dans les eaux de surface où se trouvent tous les éléments de la photosynthèse. Pour cela, ils dépendent des vents et des courants qui effectuent un brassage de l’eau leur évitant de tomber ou de rester sur les fonds où ils s’ajoutent aux sédiments.

- Le gaz carbonique
Dissous dans l’eau, il entre dans le processus de la photosynthèse. Le CO2 vient des échanges gazeux (CO2 – O2) avec l’atmosphère et est présent partout.

Conditions de vie du phytoplancton

Pour vivre, le plancton végétal a besoin d’eau, de lumière, de sels minéraux (nitrate, phosphore, silicate, potassium…), d’oligo-éléments (magnésium, fer...) et de CO2. Ainsi, son existence est étroitement liée aux conditions régnant dans son milieu : température et turbidité (degré d’opacité) de l’eau, précipitations, ensoleillement, pollution, etc. A l’échelle d’une année, il présente donc une grande variabilité saisonnière. En théorie, le phytoplancton se développe préférentiellement au printemps et à l’automne, lorsque les conditions sont optimales.

3. Comment la vie marine pourrait-elle absorber davantage (ou moins) de gaz carbonique ?

Actuellement, et jusqu'à preuve du contraire, le fonctionnement de l'écosystème océanique n'a pas ou trop peu changé depuis le début de l'ère industrielle pour avoir une influence sur la concentration en CO2 de l'atmosphère. Remarquons toutefois que les 0,2 GtC par an qui se déposent sur les fonds marins représentent un potentiel certain pour modifier l'atmosphère sur le très long terme. Ceci a certainement joué un rôle dans l'alternance des périodes glaciaires et des épisodes chauds. En effet, les périodes glaciaires sont caractérisées par un climat sec et une extension des zones désertiques, émettrices de poussières riches en fer. De plus, la baisse du niveau marin a fait émerger les dépôts sédimentaires situés sur les plateaux continentaux qui sont alors soumis à une forte érosion. 
Il s'en suit en période glaciaire une plus grande abondance de sels nutritifs qui crée les conditions pour une productivité accrue des océans : il y correspond un transfert de carbone de la couche superficielle vers l'océan profond supérieur à 11 GtC par an et une sédimentation de débris organiques supérieure à l'estimation à 0,2 GtC par an pour l'interglaciaire que nous connaissons actuellement. C'est ce que propose l'idée d'enrichir en fer l'océan austral et le Pacifique équatorial où, par manque de fer à cause de l'éloignement des continents, les sels nutritifs disponibles en abondance ne sont pas utilisés en totalité (voir encart «Donnez moi un cargo plein de fer et je fabrique une ère glaciaire»).
Il est possible que l'écosystème océanique se modifie en réponse au changement climatique. Une des causes les plus probables serait que la stratification des océans se renforce, leur surface se réchauffant plus vite que l'eau profonde, ce qui accroît la différence de densité entre elles. Ceci rendrait plus difficile la remontée vers la surface (par mélange turbulent ou par mouvement vertical) des eaux profondes riches en sels nutritifs, et il s'en suivrait une diminution de la photosynthèse et des flux de carbone associés, qui apparaissent sur la figure ci-dessus en entrée et sortie du compartiment « marine biota ». Alors, le flux biologique de 11 GtC par an de la surface vers l'océan profond serait réduit, mais les remontées de carbonates par mélange ou mouvement vertical seraient réduits eux aussi, au même titre que les remontées de sels nutritifs. En revanche, la sédimentation de 0,2 GtC par an sous forme de débris organiques vers les fonds marins diminuerait, ce qui équivaudrait à réduire la capacité des océans à absorber le gaz carbonique anthropique.
D'un autre coté, en même temps que l'activité humaine émet du gaz carbonique dans l'atmosphère, elle produit aussi des oxydes d'azote qui, à terme, sont susceptibles d'enrichir les océans en nitrates, et, contrairement à l'effet de stratification précédent, d'augmenter le puits biologique océanique de carbone. La biomasse du plancton est très variable selon les lieux et les saisons, et il est très difficile d'en déceler d'éventuelles variations globales en réponse au changement climatique. Le meilleur outil dont on dispose pour cela est la télédétection de la couleur de l'océan, dont on tire la concentration en chlorophylle, le pigment indispensable à la photosynthèse et qui constitue un indice de la biomasse du plancton. Jusqu'à présent, les tentatives pour détecter une tendance à la hausse ou à la baisse de la concentration en chlorophylle n'ont pas permis de conclure. Tout au plus a-t-on pu détecter en certaines régions (Atlantique nord-ouest) des légères variations de la couleur de l'océan qui suggèrent une diminution de la proportion des diatomées dans le phytoplancton, ce qui n'est pas anodin, car les diatomées sont les principales contributrices au flux annuel de 0,2 GtC qui s'accumule sur les fonds marins.
À plus long terme, par exemple en 2100, sous des températures plus élevées, il est probable que l'écosystème marin ne sera plus le même qu'aujourd'hui. Un fort changement de l'écosystème marin pourrait perturber profondément les flux de carbone liés à la pompe biologique océanique. Ou bien celle-ci pourrait continuer d'utiliser la même quantité de nitrates et de l'associer de façon équivalente au carbone pour continuer d'exporter vers l'océan profond la même quantité de carbone.La pompe biologique a donc un rôle neutre mais néanmoins important : sans son action, l'océan deviendrait homogène en carbonates dont la concentration en surface serait très proche de celle qu'on trouve en profondeur ; l'équilibre entre l'atmosphère et l'océan se ferait alors avec une concentration en gaz carbonique bien plus élevée.

4. Pourquoi la vie terrestre absorbe-t-elle du carbone anthropique ?

Il reste à expliquer ce qui peut paraître paradoxal : pourquoi la pompe biologique marine est-elle inefficace pour absorber une partie des 8,9 GtC de gaz carbonique émises chaque année alors que la végétation terrestre en absorbe 2,6 ? La réponse vient de ce qu'un accroissement de la concentration en gaz carbonique dans l'atmosphère (accroissement de près de 40 % depuis le début de l'ère industrielle) facilite la photosynthèse de la plupart des plantes terrestres et leur permet d'accroître leur biomasse. Au contraire, la photosynthèse marine, réalisée par des algues dont le photosystème est d'un type différent, et qui dispose non seulement du gaz carbonique dissous, mais aussi de carbonates en très grande quantité, ne tire aucun bénéfice de cette concentration accrue en gaz carbonique.

Localisation du phytoplancton sur la planète :

 Localisée sur une mappemonde, la présence marine du phytoplancton apparaît majoritairement aux abords dulittoral des continents où des conditions de vie favorables (lumière, nutriments) sont réunies. En effet, les lieuxpropices au développement de la grande diversité du plancton végétal sont :         -       Les embouchures des fleuves et des rivières, estuaires qui réceptionnent les apports nutritifs véhiculéspar les bassins versants,         -       Les côtes de certaines zones de la planète enrichies par la circulation d’eaux porteuses de selsminéraux, grâce aux courants et upweelings. 

Conséquences de la présence du phytoplancton :

Le développement du plancton végétal dans un milieu y permet la vie des animaux marins dont il est l’aliment essentiel. Ces consommateurs sont le plancton animal (dont les larves de poissons, de crustacés et de coquillages) et les coquillages filtreurs. De plus, la production primaire (phytoplancton) puis secondaire (zooplancton) alimentent la ressource (poissons, crustacés). C’est pourquoi les professionnels de la mer installent leurs exploitations ou choisissent leur zone d’activité à ces endroits stratégiques où la nourriture est naturellement présente dans la mer. Ainsi, les lieux riches en plancton sont favorables :          - Aux élevages de coquillages ou de poissons : ostréiculture, mytiliculture, pisciculture…         - Aux métiers de la pêche : pêche côtière ou hauturière et pêche à pied professionnelle de coquillages (tellines, coques, palourdes…). 

Un rôle primordial

Le phytoplancton est appelé « producteur primaire » car il a la capacité de transformer la matière inorganique(CO2, sels minéraux, eau) en matière organique qui est consommable ensuite par les autres organismesvivants. Biomasse la plus considérable sur la planète, c’est en quelque sorte le principal « fourrage » des milieuxaquatiques. De sa santé va dépendre celle de l’ensemble de l’écosystème. Base de toutes les chaînesalimentaires marines, le phytoplancton nourrit un monde animal qui n’existerait pas sans lui et en premier lieule zooplancton.

Jean-Luc STANEK