Nos ambitions pour 2030

Afin de mieux évaluer et surveiller la santé des océans, et d’étendre de manière durable et systématique l’échantillonnage des microbiomes marins, la Marine nationale française, Sorbonne Université et l’initiative Plankton Planet ont uni leurs forces dans le cadre de la Mission Bougainville.

Depuis 2023, et au moins jusqu’en 2030, plusieurs navires de la Marine nationale opérant dans les océans Indien et Pacifique embarquent chaque année quatre à six étudiants de l’Alliance Sorbonne Université, sous le statut inédit de Volontaires Officiers Aspirants Biodiversité (VOABio).

Sous la direction scientifique de la mission (Sorbonne Université, CNRS, Université du Maine), les VOABio collectent des échantillons de microbiomes planctoniques le long des routes empruntées par les navires. Chaque année, des échantillons destinés à des analyses génétiques et morphologiques sont ainsi prélevés sur une centaine de sites par navire, à raison de trois échantillons par site, dans des zones rarement explorées par les flottes scientifiques. À l’aide d’instruments simples et pratiques, mais scientifiquement fiables, ces échantillons sont ensuite analysés par imagerie quantitative et génomique.

Cette mission rassemble des marins, des associations, des chercheurs et des étudiants. Tout en ouvrant la voie à de nouvelles méthodes frugales d’observation de la vie et des océans, la Mission Bougainville aboutira à la création d’un ensemble de données unique en son genre, couvrant des échelles spatio-temporelles et écologiques exceptionnelles dans le plus grand bassin océanique (Indo-Pacifique).

MISSION BOUGAINVILLE: UNE MESURE COHÉRENTE ET SYSTÉMATIQUE DE LA MICRO-BIODIVERSITÉ DE LA SURFACE OCÉANIQUE

La santé des océans, qui dépend fortement de leur biodiversité, n’a jamais fait l’objet d’une surveillance cohérente et systématique à l’échelle spatio-temporelle mondiale (Lombard et al., 2019) . Nous sommes toujours confrontés à un vaste désert d’informations biologiques cohérentes à l’échelle mondiale dans le domaine des sciences océaniques, ce qui représente l’une des lacunes les plus importantes dans les sciences du système terrestre. Pourtant, des données standardisées et continues sur la biodiversité sont essentielles si nous voulons comprendre et modéliser l’écologie et l’évolution de la vie dans le milieu marin, d’où émergent les cycles biogéochimiques mondiaux qui sous-tendent l’habitabilité de notre planète.

Ce besoin est particulièrement urgent aujourd’hui, compte tenu des changements rapides des conditions océaniques liés au réchauffement, à l’acidification, à la désoxygénation et à la circulation mondiale. Certaines avancées, telles que le lancement du Bio-GO-SHIP (Clayton et al., 2022) ou les initiatives émergentes en matière de science citoyenne (par exemple, de Vargas et al., 2022), ont le potentiel, si elles sont adoptées à l’échelle internationale, de contribuer de manière significative à combler cette lacune critique en matière de connaissances.

La Mission Bougainville, collaboration unique entre Sorbonne Université, la Marine nationale et l’initiative Plankton Planet, relève ce défi crucial en tirant parti de la présence permanente de navires militaires dans de vastes régions rarement visitées par les navires océanographiques.

MISSION BOUGAINVILLE: LE MICROBIOME OCÉANIQUE COMME INDICATEUR PRÉCOCE ET SENSIBLE DE LA SANTÉ DES OCÉANS

L’objectif principal de la Mission Bougainville est l’étude du microbiome marin, qui représente plus des deux tiers de la biomasse océanique et la majeure partie de sa biodiversité, mais qui reste encore largement méconnu.

Chaque litre d’eau de mer contient entre 10 et 100 milliards de virus, bactéries, protistes et autres organismes microscopiques englobant l’ensemble de l’arbre de la vie, collectivement appelés « microbiome océanique ». Bien qu’invisible (<1 mm), ce microbiome planétaire joue plusieurs rôles clés, notamment dans :

• les cycles biogéochimiques mondiaux (oxygène, carbone, nutriments, etc.) ;
• la chaîne alimentaire marine, qui soutient des millions d’espèces, y compris les humains ;
• la régulation du climat, grâce à la pompe biologique à carbone et à la production de métabolites volatils qui ont un impact sur la composition atmosphérique.

Extrêmement riche et dynamique sur le plan taxonomique et fonctionnel, le microbiome océanique est un indicateur biologique particulièrement sensible, voire un moteur, des changements environnementaux. Il réagit rapidement aux perturbations locales et mondiales telles que la pollution ou le changement climatique. Sa surveillance constitue un moyen efficace de détecter précocement les déséquilibres écologiques. L’analyse continue de sa composition et de son fonctionnement permet de mieux comprendre la biodiversité et les mécanismes qui sous-tendent la santé des écosystèmes marins, et d’éclairer les politiques de gestion et de conservation.

Cependant, l’étude de ces « forêts invisibles » reste limitée par le manque d’instruments fiables et abordables adaptés à un déploiement à grande échelle dans des environnements éloignés.

Les instruments classiques utilisés pour mesurer les microbiomes planctoniques sont souvent sophistiqués, coûteux et difficiles à déployer dans des environnements peu fréquentés. Il est donc essentiel de développer des instruments fiables, rentables et économiques qui permettent une surveillance continue à grande échelle.

Dans ce contexte, l’initiative Plankton Planet a mis au point des instruments et des protocoles rentables pour mesurer la biodiversité (génétique, de Vargas et al. 2022, et imagerie quantitative, Pollina et al. 2022 ; Mériguet et al. 2022), la détection environnementale (rayonnement photosynthétiquement actif, conductivité, température et pression) et les données contextuelles de télédétection (données sur la couleur de l’océan). Ces outils suivent trois principes fondamentaux :

• accessibilité : rentable, permettant ainsi un déploiement à l’échelle planétaire, en particulier dans les pays de l’hémisphère sud ;

• flexibilité : maniable, simple et suffisamment adaptable pour être utilisé à partir de divers types de navires (voiliers, bateaux de pêche, cargos, etc.) ;
• fiabilité scientifique : production de données répondant aux normes scientifiques les plus avancées, avec des incertitudes connues.

La validation de ces instruments frugaux et de leurs protocoles permettra à terme aux acteurs locaux (universités, citoyens, autorités publiques, associations, etc.) de participer activement à la mesure cohérente de la biodiversité des microbiomes aquatiques dans leur contexte environnemental. Ils s’impliqueront ainsi directement dans l’acquisition de données scientifiques et dans la surveillance mondiale de la santé des océans.

En outre, la Mission Bougainville s’est associée à l’université du Maine (États-Unis) afin d’améliorer la résolution biologique et temporelle des données satellitaires, notamment celles fournies par la nouvelle mission hyperspectrale PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem).

En améliorant la fréquence et la précision de ces observations, et en les comparant aux données de biodiversité recueillies in situ, notre projet permettra un suivi plus détaillé et global de la dynamique des écosystèmes marins, offrant ainsi une meilleure compréhension de la dynamique et des fonctions de la biodiversité à court et à long terme.

MISSION BOUGAINVILLE: DES DONNÉES OUVERTES ET MONDIALES POUR FAIRE PROGRESSER LES CONNAISSANCES SUR LES OCÉANS

Pour atteindre cet objectif, nous avons mis en place, en collaboration avec la Marine nationale, le cadre logistique et administratif permettant aux étudiants en master de l’Alliance Sorbonne Université de devenir VOABio, prêts à servir la Mission Bougainville outremer pour une mission d’un an. Le poste de VOABio a été spécialement créé par la Marine nationale pour soutenir la Mission Bougainville. Par nature polyvalent, le VOABio combine des travaux scientifiques en mer et à terre avec un engagement total dans la Marine en tant qu’officier aspirant.

La mission Bougainville s’inscrit dans le cadre d’un projet plus ambitieux, l’initiative Plankton Planet, qui vise à contribuer de manière significative à la compréhension de la vie invisible dans les océans en France et dans le monde, en particulier dans les domaines où les connaissances actuelles restent limitées. Elle répond au besoin urgent de développer les capacités de biosurveillance à toutes les échelles spatio-temporelles et biologiques, tout en tenant compte des contraintes et des fragmentations budgétaires, technologiques et juridiques existantes.

Dans les eaux françaises des océans Indien et Pacifique, la mission Bougainville prévoit, sur la période 2026-2030, de collecter :

• 1 200 sites d’échantillonnage,
• 2 500 échantillons de biomasse planctonique pour des analyses ADN,
• 1 200 échantillons d’imagerie (environ 2 000 000 d’images de plancton),
• 1 200 enregistrements environnementaux (profils CTD),
• Environ 1 000 000 mesures PAR (rayonnement photosynthétiquement actif).

Toutes les observations brutes et les données collectées feront l’objet d’un contrôle qualité et seront stockées dans des bases de données en libre accès (notamment ENA – European Nucleotide Archive pour les données génétiques, et ECOTAXA pour les données d’imagerie), librement accessibles à la communauté scientifique internationale. Les données seront également traitées, annotées sur le plan taxonomique et publiées dans des tableaux d’abondance, accompagnées de leurs métadonnées et de leur contexte, sous la forme de documents de données ZENODO, ce qui facilitera leur utilisation à grande échelle par les chercheurs ou les administrations environnementales ne disposant pas d’expertise en bio-informatique.

À la fin du projet, nous aurons constitué un ensemble de données unique, couvrant plusieurs années, destiné à approfondir notre compréhension de la structure, de l’écologie et de l’évolution du microbiome océanique.

Ce corpus de données permettra d’étudier en profondeur :

• les adaptations du microbiome océanique au changement climatique, en identifiant les réponses des communautés microbiennes aux modifications environnementales ;
• la dynamique éco-évolutive du plancton à des échelles spatiales et temporelles encore largement inexplorées, offrant une vision globale et dynamique de la diversité microbienne dans le plus grand bassin océanique (Indo-Pacifique) ;
• la structure et l’écologie des interactomes, c’est-à-dire les interactions complexes entre les taxons microbiens, et leur intégration dans les modèles biogéochimiques existants.

De plus, en mettant les outils et les données à la disposition de la communauté scientifique internationale, le projet ouvrira de nouvelles voies de recherche sur un large éventail de sujets (voir le paragraphe « Impact » ci-dessous), tels que :

• les interactions avec d’autres espèces marines, en particulier les espèces protégées, afin de mieux évaluer l’impact de la dynamique microbienne sur les populations vulnérables ;
• les proliférations d’algues et les mécanismes sous-jacents à ces phénomènes, qui ont un impact significatif sur les écosystèmes marins et les économies côtières ;
• les interactions écosystémiques plus larges, telles que les effets du microbiome sur les réseaux trophiques ou sur la chimie océanique à grande échelle.

De cette manière, le projet enrichira notre compréhension globale des océans et contribuera à orienter les stratégies de conservation et la gestion durable des écosystèmes marins.

Enfin, la Mission Bougainville promeut une approche de recherche durable et respectueuse de l’environnement. La flotte océanographique française s’est engagée à réduire son empreinte carbone de 40 % d’ici 2030. Si les campagnes de recherche en mer restent indispensables, elles génèrent néanmoins d’importantes émissions de CO₂. L’utilisation de navires de la Marine nationale française, déjà déployés dans les eaux françaises à travers le monde pour des opérations maritimes d’État, permet d’obtenir régulièrement des mesures cohérentes à l’échelle planétaire du microbiome océanique à zéro carbone. En s’appuyant sur ces navires, nous réduisons considérablement l’empreinte carbone de la science océanographique planétaire. À partir de ces navires de la Marine nationale, des échantillons dits « opportunistes » sont prélevés afin d’augmenter la quantité de données pluriannuelles recueillies tout au long de l’année.

Grâce à l’utilisation des navires de soutien et d’assistance de la marine dans les océans Indien et Pacifique, nous visons à multiplier par dix le nombre de sites échantillonnés, par exemple par l’expédition Tara Oceans (2009-2013), sur une période de cinq ans. La mission Bougainville fournira ainsi des données biologiques océaniques à l’échelle planétaire d’une valeur inestimable, avec un impact carbone et économique très faible.

Institution hôte

Sorbonne Université

La Mission Bougainville est un projet scientifique français mené par Sorbonne Université, en partenariat avec la Marine nationale et l’initiative Plankton Planet. Le CNRS et l’Université du Maine sont également partenaires du projet.

De plus, des partenariats ont été initiés avec des organismes de recherche à La Réunion, ainsi qu’avec les autorités et les communautés locales, afin de soutenir des approches innovantes pour surveiller la santé des océans dans les eaux de l’océan Indien. Nous voulons les consolider et les développer. Dans le cadre des efforts de vulgarisation scientifique, des partenariats avec des acteurs locaux ont également été lancés afin d’expliquer au grand public et aux écoles l’extrême diversité et l’importance écologique des « vies invisibles » de l’océan Indien.

Sorbonne Université est la première université marine de France et d’Europe. Elle abrite la plus grande communauté universitaire de recherche marine du pays (1 500 personnes). Grâce à l’Alliance Sorbonne Université, elle associe également les chercheurs du Muséum national d’Histoire naturelle.

Le projet est hébergé et coordonné par l’Institut de l’Océan (iOcean) et Sorbonne Université soutient la mission à travers :

• Alignement stratégique : la Mission Bougainville s’inscrit pleinement dans la priorité stratégique de l’université en matière de durabilité des océans et de résilience climatique. Elle s’inscrit dans un engagement institutionnel plus large visant à faire progresser les connaissances sur la biodiversité marine et à éclairer les politiques de conservation.
• Infrastructure de recherche : accès à des stations marines, notamment Roscoff (pour la génomique), Villefranche-sur-Mer (pour l’imagerie) et Banyuls (pour la médiatisation). D’autres laboratoires rejoindront bientôt le projet, notamment le laboratoire BOREA (pour la modélisation).
• Expertise interdisciplinaire : intégration de la biologie marine, de la génomique, de la télédétection par satellite et de la modélisation environnementale, facilitée par des collaborations avec le CNRS, Plankton Planet et des partenaires internationaux, notamment la Fédération de recherche GO-SEE (Global Ocean Systems Ecology and Evolution) (CNRS, SU, PSL, CEA, EMBL).
• Formation et ressources humaines : l’université coordonne la sélection et la formation scientifique des VOABio, étudiants en master embarqués à bord de la flotte outre-mer de la Marine nationale.

L’équipe :

Partage des connaissances

La Mission Bougainville s’engage fermement en faveur de la diffusion ouverte, de la valorisation scientifique et de la vulgarisation des connaissances. Plusieurs mécanismes sont prévus pour garantir que les résultats du projet soient communiqués à la fois à la communauté scientifique et au grand public :

• Données en libre accès : toutes les données collectées seront systématiquement mises à disposition sur des plateformes scientifiques ouvertes, garantissant ainsi leur accessibilité à long terme :
  • Les données génétiques (métabarcoding ADN) seront archivées à l’ENA (European Nucleotide Archive).
  • Les données d’imagerie quantitative seront traitées et partagées via la plateforme ECOTAXA, largement utilisée par la communauté océanographique mondiale.
  • Les données génétiques et d’imagerie traitées (sélectionnées et annotées sur le plan taxonomique) seront intégrées avec leurs métadonnées dans des tableaux d’abondance standard et publiées (articles de données) dans un domaine ZENODO dédié.

• Activités régulières de vulgarisation scientifique : les VOABio, déployés sur les navires de la Marine nationale, mèneront :
  • des activités de sensibilisation auprès des équipages des navires ;
  • des actions régulières de vulgarisation auprès de la société civile et des écoles. Ces activités permettent de communiquer les découvertes scientifiques sur le microbiome océanique, rendant ainsi la science accessible et tangible.
• Promotion de la Mission Bougainville dans les ports d’escale: chaque fois que possible, les VOABio présentent la mission dans les ports d’escale aux universités, écoles, ambassades et autres institutions.
• Ateliers scientifiques et événements publics : chaque année, une partie de l’équipe scientifique se rend dans l’un des territoires afin de développer et de renforcer les liens avec les acteurs locaux, en organisant :
  • Des ateliers scientifiques en collaboration avec les laboratoires locaux ;
  • Des réunions avec les autorités locales, les ONG et les citoyens ;

Des événements publics ouverts à tous, visant à mobiliser les communautés locales autour de la santé des océans.

Impacts

Ce sont au total 40 étudiants qui auront été transformés en agents de la biodiversité d’ici 2030. Pendant cette période, nous aurons également exploré, échantillonné et analysé le microbiome océanique de surface dans environ 2 000 stations, chacune d’entre elles étant une réalisation unique de l’écosystème océanique. Cet effort permettra de générer le plus grand ensemble de données cohérentes et complètes sur la biodiversité du plancton océanique de surface à ce jour, couvrant une partie importante du bassin Indo-Pacifique sur une échelle de temps pluriannuelle.

La Mission Bougainville vise à générer des impacts significatifs aux niveaux local, national et international :

• Avancées scientifiques majeures – Un tel corpus d’échantillons et de données standardisés collectés dans la région Indo-Pacifique sur une période de sept ans (phase pilote et phase opérationnelle) permettra à l’équipe Bougainville (un contrat doctoral a déjà été financé pour étudier les données génétiques générées pendant la phase pilote du projet) et à la communauté scientifique d’explorer de nombreuses questions de recherche fondamentales et plus appliquées, notamment :

• • Découvrir et inventorier la biodiversité planctonique de surface des océans Indien et Pacifique (sub)tropicaux, et établir une base de données de référence complète contenant des codes-barres ADN et des images représentant cette biodiversité.
  • Comprendre la distribution biogéographique et écologique des espèces planctoniques, et étudier leurs schémas de migration et leurs adaptations en réponse aux facteurs environnementaux, en particulier ceux liés au changement climatique (par exemple, le réchauffement, l’acidification, la désoxygénation).
  • Révéler les interactomes du plancton — les réseaux d’espèces qui, grâce à leurs interactions complexes, fonctionnent comme des « super-organismes » et représentent les unités ultimes de l’écologie et de l’évolution — à l’aide de méthodes statistiques basées sur les réseaux. Étudier la dynamique écologique et évolutive de ces interactomes.
  • Étudier les effets de masse des îles sur les écosystèmes planctoniques. Le bassin indo-pacifique regorge d’îles et de monts sous-marins qui, par leur impact sur les courants océaniques et la biogéochimie, pourraient avoir des effets fertilisants imprévus sur les communautés planctoniques de surface. Les sites échantillonnés par les BSAOM pendant la mission Bougainville sont situés (i) le long de la côte des îles, (ii) au large, sous l’effet de masse insulaire, et (iii) au large, dans l’océan oligotrophe. Ils constituent un laboratoire naturel idéal pour comprendre la force, les moteurs et le déterminisme des effets insulaires sur la biologie et l’écologie océaniques.
  • Comprendre et prévoir les liens entre la composition/écologie du plancton et la composition/abondance des populations de poissons. Le plancton nourrit et façonne les communautés de poissons ; une meilleure compréhension des interactions et de la coévolution entre la biodiversité du plancton et celle du necton pourrait permettre d’utiliser les microbiomes comme indicateurs pour surveiller et prévoir les pêcheries et les stocks de poissons.
  • Intégrer des données à haute résolution sur la biodiversité planctonique à l’échelle mondiale dans les efforts visant à modéliser la dynamique et le fonctionnement des écosystèmes océaniques et les interactions entre les océans et le climat. Les interactomes planctoniques spécifiques remplissent les fonctions biologiques qui sous-tendent les services écosystémiques essentiels permettant aux espèces de niveau trophique supérieur (y compris les humains) de vivre en bonne santé. Une mesure complète et normalisée de la microbiodiversité pourrait finalement conduire à l’élaboration d’indices simples pour orienter les stratégies de conservation et les décisions politiques.
  • Détecter les espèces de plancton envahissantes, toxiques ou économiquement pertinentes, et élaborer des indices universels de la santé des océans.
  • Évaluer les zones biogéographiques dynamiques dans les paysages marins afin de concevoir de manière optimale les zones marines protégées en haute mer (par exemple, les écosystèmes à forte capacité de séquestration du carbone).
• Solutions de surveillance innovantes et accessibles :

• Le projet s’appuie sur des instruments rentables, robustes et faciles à utiliser qui peuvent être largement déployés, y compris dans les pays de l’hémisphère sud.
• Cette approche ouvre la voie à la démocratisation de la surveillance des océans, permettant à d’autres acteurs (ONG, chercheurs locaux, citoyens) d’adopter et d’utiliser ces méthodes.

• • Le développement d’outils de nouvelle génération pour surveiller et protéger la biodiversité et la santé des océans depuis l’espace permet de comparer les données sur la biodiversité du plancton avec les données sur la couleur des océans mesurées par la nouvelle génération de satellites hyperspectraux (par exemple, PACE, Werdell et al. 2024). Cela fournira la quantité de données de correspondance entre la biodiversité in situ et la télédétection nécessaire aux modèles d’apprentissage automatique et d’IA pour former des algorithmes robustes permettant de prédire la biodiversité planctonique depuis l’espace.
• Renforcement de l’engagement local : en impliquant les communautés locales, les écoles et les associations dans des activités de sensibilisation et scientifiques, le projet vise à renforcer la participation citoyenne, en France métropolitaine et dans les territoires d’outre-mer (par exemple, des discussions ont été engagées avec l’Académie de La Réunion afin de développer un programme de science citoyenne axé sur le plancton pour les écoles locales).