Image de la semaine | 16/12/2019

Le guano et les oiseaux des iles Ballestas, Pérou : les conséquences d'un upwelling

16/12/2019

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Vents et courants marins engendrant des upwellings, remontées d'eaux froides riches en nutriments : abondance biologique locale, poissons, oiseaux… et guano.



Fientes produites par les oiseaux, ici des fous variés (Sula variegata), sur la plus au Nord des iles Ballestas (Pérou)

Figure 6. Fientes produites par les oiseaux, ici des fous variés (Sula variegata), sur la plus au Nord des iles Ballestas (Pérou).

L'accumulation de ces excréments riches en acide urique et en phosphates constitue le guano. Le guano du Pérou contient généralement de 8 à 16 % d'azote (principalement sous forme d'acide urique), de 8 à 12 % de phosphates, et 2 à 3 % de sels de potassium.


Vue sur la côte de la plus au Nord des iles Ballestas (Pérou)

Figure 7. Vue sur la côte de la plus au Nord des iles Ballestas (Pérou).

Dans la zone de balancement des marées, la roche est rougeâtre, sa couleur “naturelle”. Au-dessus de cette zone de balancement des marées, toute la surface est blanche, car entièrement couverte de guano.


Installations d'embarquement du guano dans leur état de janvier 2009 (le guano n'est pas récolté en janvier)

Figure 8. Installations d'embarquement du guano dans leur état de janvier 2009 (le guano n'est pas récolté en janvier).

La tache noire au sommet de la croupe de gauche correspond à la colonie des figures 2 et 3.


Les iles Ballestas et surtout leurs voisines les iles Chincha sont les plus connues des iles à guano du Pérou. Pendant des millénaires, des millions d'oiseaux y ont déposé leurs fientes surtout entre les mois de novembre et d'avril (l'été austral). On peut estimer (en ordre de grandeur) combien de fiente peuvent déposer tous ces oiseaux en se référant à la situation dans un poulailler. Une poule produit environ 15 kg de fiente sèche par an. Si on suppose que la masse volumique des fientes sèches et d'environ 1 g/cm3, et si y a une poule par mètre carré dans un poulailler, cette poule dépose 1,5 cm/an de fiente sèche sur ce mètre carré. On peut imaginer ce qu'ont pu produire ces millions d'oiseaux, souvent regroupés à plusieurs par mètre carré, pendant des milliers d'années.

Le guano du Pérou (et un peu du Chili voisin) est exploité depuis le début du XIXe siècle, surtout sur des iles comme les iles Chincha, iles situées à une dizaine de kilomètres au Nord des iles Ballestas. Le guano est exploité car c'est un excellent engrais, le meilleur engrais naturel dit-on. Il contient environ de 8 à 16 % d'azote (principalement sous forme d'acide urique), de 8 à 12 % de phosphates divers, et 2 à 3 % de sels de potassium. Durant le XIXe siècle, ce guano péruvien a été à l'origine de fortunes colossales, de “déportations” forcées de travailleurs (pour ne pas dire d'esclaves) et fut à l'origine d'une guerre en 1863 (à ne pas confondre avec la guerre du nitrate au Chili entre les années 1879 et 1884). Les couches de guano déposées au cours des siècles et millénaires précédents faisaient jusqu'à 30 m d'épaisseur. En 1860, les iles à guano du Pérou fournissaient 600 000 t/a de guano. À la fin du XIXe siècle, quand les principaux gisements de guano “fossile” ont été presque épuisés, entre 10 et 20 millions de tonnes de guano en avaient été extraits. Cette exploitation à outrance avait fait fuir les oiseaux, mais n'avait pas éteint les espèces locales. Depuis la fin de l'exploitation à échelle industrielle des stocks de guano “fossile”, les oiseaux sont revenus.

Les iles sont encore exploitées “intelligemment”, pour ne pas faire définitivement fuir les oiseaux et en n'exploitant que le guano récemment produit, et non des stocks des siècles passés puisque ceux-ci n'existent plus. Entre avril et novembre, peu d'oiseaux stationnent sur ces iles et une exploitation manuelle récolte “à la pelle” du guano “frais” (déposé dans les dix années qui précèdent). Environ 20 000 t/a sont produites par le Pérou (contre 600 000 au milieu du XIXe siècle). Les iles Ballestas sont exploitées secteur par secteur, avec un roulement de 7 ans. Leur production est d'environ 1000 t/a. En dehors des secteurs et des périodes où le guano est exploité, les iles Ballestas sont un sanctuaire (gardé et protégé) de biodiversité.

Gravure de 1863 illustrant l'exploitation du guano

Figure 9. Gravure de 1863 illustrant l'exploitation du guano.

De gauche à droite, de haut en bas : A) extraction à la main ou à la pelle du guano en excavant un front de taille de plus de 30 m de hauteur ; B) quai servant au transbordement du guano ; C) Ile du Centre, vue de l'ile au Nord ; D) déversoirs à guano ; E) hommes vidant un wagon de guano.


Vue de travailleurs (surtout chinois) exploitant le guano de Great Heap (le Grand Tas), îles Chincha, en 1865

Figure 10. Vue de travailleurs (surtout chinois) exploitant le guano de Great Heap (le Grand Tas), îles Chincha, en 1865.

La présence des hommes sur des gradins d'exploitation montre l'épaisseur de la couche de guano (avant son extraction complète). Sans doute le plus gros tas d'excrément du monde.


Il faut se demander comment il se fait qu'il se dépose autant de guano sur les iles péruviennes, “infiniment plus” que sur les iles bretonnes par exemple.

La surface du centre des bassins océaniques est un désert biologique : productivité et biomasse (par unité de surface) y sont très faibles. Hors de certaines zones particulières, la productivité océanique est très faible parce que ses eaux sont très pauvres en nutriments minéraux (nitrates, phosphates, sels de fer…). Par contre, les eaux océaniques profondes sont riches en ces mêmes nutriments minéraux. La biosphère est un acteur majeur de cette stratification chimique des océans. Les producteurs primaires (le phytoplancton) vivent en surface et absorbent ces nutriments minéraux pour vivre et les incorporent dans leurs molécules organiques (protéines, acides nucléiques et autres ATP…). Ces organismes sont consommés par les prédateurs primaires, puis secondaires… Tout ce petit monde fait des excréments, puis meurt. Excréments et cadavres tombent vers le fond de l'océan, en entrainant avec eux leur matière organique (riche en azote, en phosphore…), ce qui appauvri les eaux de surface en ces éléments. Cette pauvreté en azote, phosphore, fer… (éléments qui sont des facteurs limitants pour la photosynthèse) explique la faible productivité biologique à la surface des bassins océaniques. Cette matière organique qui tombe est dégradée / oxydée par des bactéries, ce qui libère les nutriments minéraux dans les eaux profondes.

La productivité océanique n'est forte que près des côtes, là où fleuves et ruissellement amènent des sels minéraux issus des continents, et dans certains contextes particuliers, comme les upwellings, zones où des eaux profondes (donc riches en nutriments) remontent en surface. Ces upwellings ont lieu, entre autres, quand les vents dominants ont une direction parallèle à une côte. C'est le cas au large du Pérou où la côte est orientée Sud-Est – Nord-Ouest et où les vents (les alizés) soufflent du Sud-Est vers le Nord-Ouest. Ces vents alizés exercent une force de friction sur la surface de la mer. Si la Terre ne tournait pas sur elle-même, cette force de friction entrainerait l'eau superficielle dans la direction où soufflent les vents (vers le Nord-Ouest). Mais la Terre tourne, et la “force” de Coriolis intervient. Par un mécanisme assez complexe (le transport d'Ekman) la couche d'eau superficielle se déplace à 90° par rapport à la direction des vents, 90° vers la gauche dans l'hémisphère Sud, et vers la droite dans l'hémisphère Nord. Au large du Pérou, l'eau superficielle est donc “chassée” vers le Sud-Ouest, c'est-à-dire vers la pleine mer, perpendiculairement à la côte. Cette eau superficielle qui part est remplacée” par des eaux profondes riches en nutriments, d'où la richesse de ces eaux de surface venues des profondeur en phytoplancton et en tous les organismes de la chaine alimentaire dépendant du phytoplancton (zooplancton, poissons, oiseaux de mers, pinnipèdes… et aussi pêcheurs péruviens). Tous ces êtres vivants font des excréments et meurent. Les excréments faits à terre (en particulier sur les iles côtières) par des oiseaux deviennent du guano. Excréments et cadavres laissés en mer sédimentent et peuvent, après diagenèse, donner des gisements de phosphates sédimentaires, comme ceux du Maroc, les plus importants du monde.

On peut noter que ces upwellings participent (avec le courant de Humboldt) au refroidissement de l'océan côtier et à la sécheresse du désert péruvien.

On peut également remarquer que le phytoplancton, par son activité, est en train d'appauvrir les écosystèmes (eaux superficielles du centre des océans) qui le font vivre. On peut faire un parallélisme avec l'Homme, qui, par son activité, fait de même en appauvrissant voir en détruisant les écosystèmes dans lesquels il vit. Mais le phytoplancton, lui, le fait sans le savoir et sans en avoir conscience !


Vue aérienne de la côte péruvienne dans le secteur des iles Ballestas (flèche rouge), Pérou

Figure 12. Vue aérienne de la côte péruvienne dans le secteur des iles Ballestas (flèche rouge), Pérou.

Les vents alizés soufflent parallèlement à la côte, de la droite vers la gauche. Le transport d'Eckman fait dériver les eaux superficielles de la côte vers le large (vers l'avant de la photo).


Carte des vents mondiaux

Figure 13. Carte des vents mondiaux.

Le désert côtier péruvien est localisé par l'ellipse rouge en pointillés.


Relations géométriques entre la côte péruvienne, la direction des alizés, et des mouvements d'eau que ça entraine : transport d'Ekman et upwelling

Figure 14. Relations géométriques entre la côte péruvienne, la direction des alizés, et des mouvements d'eau que ça entraine : transport d'Ekman et upwelling.

Les eaux profondes sont riches en nutriments mais pauvres en phytoplancton (pas de lumière). Les eaux océaniques superficielles du grand large sont pauvres en phytoplancton (lumière, mais pas de nutriments). Au niveau des upwellings, les eaux superficielles sont riches en phytoplancton, car il y a à la fois lumière et nutriments. Deux autres régions du monde sont dans le même contexte, la Mauritanie et la Namibie, moins connues que le Pérou pour son guano mais tout aussi connues pour leurs riches pêcheries.


Variation de la teneur en phosphate et en nitrate dans les eaux du centre de l'océan Pacifique (entre les latitudes 10° et 50°) en fonction de la profondeur

Figure 15. Variation de la teneur en phosphate et en nitrate dans les eaux du centre de l'océan Pacifique (entre les latitudes 10° et 50°) en fonction de la profondeur.

Les deux courbes sont de formes très semblables, mais la concentration en nitrates est 15 fois plus grande que la concentration en phosphates. En surface, les deux concentrations sont extrêmement faibles car ces ions sont consommés-absorbés par le phytoplancton et toute la chaine alimentaire qui en découle. Excréments et cadavres de tous ces organismes tombent vers le fond, leur matière organique est consommée-oxydée par des bactéries, et les nutriments sont libérés dans les couches d'eau profondes. C'est vers −1000 m que cette oxydation est totale et qu'est atteint le maximum de concentration en nitrate et phosphate. En dessous de 1000 m ces ions sont légèrement dilués par les courants profonds “venus d'ailleurs”. Le phytoplancton et les poissons bien vivants dans les eaux superficielles, mais disparaissant avec la profondeur (consommation par des bactéries), sont schématiquement figurés à droite.


On peut conclure cette visite des iles Ballestas par des images qui n'ont rien de géologique. Mais dans SVT, il y a aussi V. Voici donc, comme cadeau de Noël, 16 images purement animalières, toutes prises en janvier dans les iles Ballestas.

Fous varié (Sula variegata), iles Ballestas, Pérou

Fous varié (Sula variegata), iles Ballestas, Pérou

Sternes inca (Larosterna inca), iles Ballestas, Pérou

Sternes inca (Larosterna inca), iles Ballestas, Pérou




Urubus à tête rouge (Cathartes aura), qui fait partie du groupe polyphylétique connu sous le nom vernaculaire de “vautour”

Figure 31. Urubus à tête rouge (Cathartes aura), qui fait partie du groupe polyphylétique connu sous le nom vernaculaire de “vautour”.

Ces vautours sont souvent présents au voisinage des colonies d'otaries. Dans les colonies d'otaries très denses, il y a souvent des décès, en particulier des juvéniles écrasés. Et quand il y a des cadavres potentiels de “gros” animaux, il y a des charognards à l'affut.

Des diatomées et autres organismes phytoplanctoniques aux vautours en passant par le zooplancton, les poissons et les otaries, un bel exemple de chaine trophique.


Localisation des iles Ballestas au large du désert péruvien