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Le phytoplancton (du grec phyton ou « plante ») est le plancton végétal. Plus précisément il s'agit de l'ensemble des espèces de plancton autotrophes vis-a-vis du carbone (y compris les bactéries telles que les cyanobactéries). Le phytoplancton est un groupe très diversifié d'un point de vue taxonomique. Il comprend environ 20 000 espèces distribuées dans au moins huit classes taxonomiques ou embranchements. En comparaison, les plantes supérieures comprennent plus de 250 000 espèces dont la plupart sont comprises dans une seule classe. Ainsi, contrairement aux plantes supérieures, le phytoplancton est pauvre en espèces mais très diversifié d'un point de vue phylogénétique[1]. Parmi ces différents groupes d'organismes, trois lignées évolutives peuvent être discernées. La première comprend tous les procaryotes phytoplanctoniques qui appartiennent tous à la classe des cyanobactéries. En nombre, ces organismes dominent les écosystèmes océaniques. Il y a approximativement 1 000 000 000 000 000 000 000 000 cyanobactéries dans les océans. À titre de comparaison, les cyanobactéries sont deux fois plus nombreuses que les étoiles dans le ciel[2]. Tous les autres organismes phytoplanctoniques sont des eucaryotes. Au sein des eucaryotes, on peut distinguer deux grands groupes qui descendent d'un ancêtre commun. Le premier groupe comprend les espèces qui renferment de la chlorophylle b. Il constitue la lignée verte qui fut l'ancêtre de toutes les plantes supérieures. La plupart des espèces phytoplanctoniques de la lignée verte appartiennent au groupe des Chlorophyta et des Euglenophyta. Le second groupe constitue la lignée rouge. Il comprend les diatomées, les dinoflagellés, les Haptophytes (qui incluent les Coccolithophoridés) et les chrysophytes[2].
Le phytoplancton produit la moitié de l'oxygène que l'ensemble des êtres vivants hétérotrophes et des volcans (ils consomment de l'oxygène en brulant le carbone organique des sédiments dans les zones de subduction) consomment[3]. Il capte l'énergie solaire grâce à la photosynthèse. Il est à la base des réseaux trophiques océaniques et des oiseaux marins et joue un rôle essentiel dans le rétrocontrôle du climat, notamment en pompant le CO2 (Gaz à effet de serre) de l'air. Son développement est fortement saisonnier[4] et souvent constitué de succession de populations dominantes. La surpêche ou une pêche ciblant des espèces consommant le plancton (dont baleines par exemple) peut modifier le réseau trophique et la composition planctonique de l'océan, de même que le réchauffement climatique ou la pollution (acidification, eutrophisation en particulier).
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Il n'est présent en quantité massives que dans les couches superficielles de la mer, principalement dans la zone euphotique, où il accomplit sa photosynthèse; c'est-à-dire qu'il absorbe des sels minéraux et du carbone (sous forme de CO2) pour rejeter du dioxygène sous l'effet de la lumière. Le nanoplancton peut être présent dans des couches plus profondes.
Le phytoplancton constitue un puits biologique du gaz carbonique atmosphérique dans les océans. Il ne représente que 1 % de la biomasse d'organismes photosynthétiques sur la planète mais assure environ 45 % de la production primaire (fixation du carbone minéral (CO2) en carbone organique). Il est à la base de la nourriture de la plupart des poissons, qui fixent eux-mêmes une quantité considérable de carbone (2,7 à 15 %, voire 45 % du total, selon les marges d'erreur retenues pour les calculs[5]) sous forme de carbonate de calcium. Cette pompe biologique du carbone est physiquement active dans chacune des deux hémisphères dans des zones de latitudes comprises entre 40° et 60°[6].
Le phytoplancton est facilement différentiable du zooplancton par des formes très simples (pas de pattes, pas d'antennes) souvent géométrique (carré parfait, rond, ovale).
Plusieurs espèces sont pathogènes (en sécrétant des toxines) ou sont considérées comme des bioindicateurs intéressants et font l'objet d'un suivi (dans les eaux côtières par Ifremer par exemple en France). Des travaux de recherche portent sur la reconnaissance automatique en continu du plancton[7]. L'Europe soutient un programme DYMAPHY (Développement d'un système d'observation DYnamique pour la détermination de la qualité des eaux MArines, fondé sur l'analyse du PHYtoplancton), visant un suivi en routine par cytométrie automatisée en flux, avec si possible une haute résolution spatiale et temporelle, pour élargir et renforcer les méthodes classiques (microscopie) et synoptiques (télédétection). Ce programme produira notamment une bibliothèques de signaux, disponible pour la communauté scientifique travaillant sur la cytométrie ou ses applications[8], ce qui permettrait notamment de mieux évaluer l'état du réseau trophique[9], par exemple pour répondre aux demandes des directives européennes D.C.E. et de la DCSMM (directive cadre stratégie pour le Milieu Marin).
Des études océanographiques mesurent la biomasse planctonique depuis 1899 par différentes techniques : transparence de l’océan mesurée grâce à la plongée du disque de Secchi dans l’eau, mesure de la chlorophylle et observation de la couleur de l’océan par satellite. Une compilation de ces études révèle que la biomasse planctonique a régressé de 1 % par an en moyenne depuis 1950[10]. Ce résultat est controversé : plusieurs études indiquent que ces résultats sont inexacts[11],[12],[13].
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