Évaluer l'impact du réseau mondial de télécommunications sous-marines sur les stocks de carbone organique sédimentaire

Sep 20, 2023

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 2080 (2023) Citer cet article

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La séquestration du carbone organique dans les sédiments des fonds marins joue un rôle clé dans la régulation du climat mondial ; cependant, les activités humaines peuvent perturber les stocks de carbone précédemment séquestrés, réduisant potentiellement la capacité de l'océan à stocker le CO2. Des études récentes ont révélé de profonds impacts sur les fonds marins et la perte de carbone sédimentaire due à la pêche et à la navigation, mais la plupart des autres activités humaines dans l'océan ont été négligées. Ici, nous présentons une évaluation de la perturbation du carbone organique liée au réseau de câbles de télécommunications sous-marins à l'échelle mondiale. Jusqu'à 2,82 à 11,26 Mt de carbone organique dans le monde ont été perturbées à la suite de l'enfouissement de câbles, à des profondeurs d'eau allant jusqu'à 2 000 m. Bien que d'ordres de grandeur inférieurs à celui perturbé par la pêche de fond, il s'agit d'un montant non négligeable qui est absent des budgets mondiaux. Les futurs développements offshore qui perturbent le fond marin devraient envisager la sauvegarde des stocks de carbone, dans tout le spectre des industries de l'économie bleue.

Les sédiments marins sont le plus grand réservoir de carbone organique sur Terre et cette séquestration joue un rôle clé dans la régulation du climat mondial1,2,3,4. Cependant, si les stocks de carbone organique précédemment enfouis sont perturbés et exhumés, cela peut conduire à la reminéralisation du carbone en CO2 (ce qui pourrait potentiellement augmenter l'acidification des océans), limitant la capacité de l'océan à stocker du CO2 supplémentaire et potentiellement à la construction. de CO23,4,5,6 atmosphérique. Les stocks de carbone sédimentaire peuvent être perturbés épisodiquement par des événements naturels, tels que des inondations, des tempêtes qui remettent en suspension les sédiments des fonds marins peu profonds ou de grands glissements de terrain sous-marins déclenchés par un tremblement de terre7,8,9,10,11. En plus de ces événements naturels, les activités humaines qui ont un impact sur le fond de l'océan (par exemple, la pêche, l'exploitation minière, l'exploration pétrolière et gazière, l'extraction d'agrégats, l'ancrage) sont de plus en plus reconnues comme jouant un rôle important dans la libération de carbone organique précédemment enfoui, avec une intensité et l'étendue spatiale croissante grâce à l'utilisation accrue des ressources marines et de la croissance bleue2,3,4,12,13,14,15,16. On estime que 1,3 % du fond océanique mondial est chaluté chaque année (∼5 × 106 km2), libérant potentiellement des quantités similaires de carbone organique sédimentaire au travail du sol agricole sur terre17. La mesure dans laquelle d'autres activités humaines libèrent du carbone précédemment enfoui reste incertaine ; en grande partie en raison du manque d'accès aux ensembles de données de l'industrie qui permettent de quantifier cette perturbation. Cette limitation empêche l'évaluation des impacts de toute l'étendue des activités humaines sur l'efficacité de l'enfouissement du carbone dans le monde. Ici, nous évaluons l'impact potentiel de l'un des systèmes d'infrastructure les plus étendus de notre planète - le réseau de câbles de télécommunications sous-marins qui s'étend sur plus de 1,8 million de kilomètres à travers l'océan mondial (Fig. 1).

A Les parcours des câbles sont codés par couleur (du blanc au bleu foncé) en fonction de la profondeur de l'eau (m). Bathymétrie dérivée de la grille GEBCO_2022, GEBCO Compilation Group (2022) Grille GEBCO 2022. B Étendue des tracés de câbles dans des profondeurs d'eau allant jusqu'à 2000 m illustrées par des lignes noires, recouvrant la carte de distribution mondiale des stocks de carbone sédimentaire dans le premier mètre sous le fond marin d'Atwood et al.2. Le diagramme circulaire en médaillon montre la longueur relative de tous les tracés de câbles qui traversent différents domaines physiographiques, sur la base de la cartographie géomorphologique mondiale63. Les contours des pays proviennent des données vectorielles gratuites de Natural Earth.

Plus de 99% de tout le trafic international de données numériques est acheminé via plus de 400 systèmes de câbles sous-marins interconnectés (Fig. 1A), qui sous-tendent Internet, permettent le travail à distance, des transactions financières d'une valeur de milliards de dollars par jour et connectent les États insulaires éloignés pour soutenir leur développement économique18,19. Ces câbles, qui sont posés directement sur le fond marin ou enterrés et ont généralement un diamètre équivalent à un tuyau d'arrosage de jardin (mais peuvent augmenter jusqu'à 4 à 5 cm de diamètre en eau peu profonde pour accueillir un blindage en fil d'acier intégré pour la protection), sont vulnérables aux dommages par des menaces externes qui peuvent interrompre les connexions et/ou réduire considérablement la bande passante, nécessitant des réparations coûteuses et difficiles sur le plan logistique. L'analyse d'une base de données mondiale de l'industrie a révélé qu'environ 150 à 200 défauts de câble se produisent chaque année, la plupart (60 à 70 %) étant causés par l'activité humaine à moins de 200 m de profondeur d'eau18. Les principales causes sont la pêche (41 % des pannes) et les mouillages accidentels des navires (16 %). Le chalutage de fond est le type de pêche le plus courant pour interagir avec les câbles sous-marins, car il se produit sur la plupart des plateaux continentaux et couvre de vastes zones de fond marin13,18,19,20. Dans les zones d'activité humaine potentiellement dommageable, les câbles sont enterrés pour être protégés par des techniques intrusives de creusement de tranchées, de labourage ou de jet21 (Fig. 2). Les défauts de câble causés par le chalutage de fond sont généralement liés au traînage de lourds (0,1 à 8 tonnes) qui peuvent pénétrer des dizaines de centimètres dans les sédiments mous et à l'accrochage de poids conçus pour remuer le fond marin afin de capturer des poissons et des crustacés18,22. L'épuisement des stocks de poissons (en grande partie dû à la surpêche) a stimulé une poussée de la pêche démersale vers les eaux plus profondes dans plusieurs régions15,23, ce qui signifie que l'enfouissement des câbles est de plus en plus nécessaire sur certaines parties du talus continental (dans des profondeurs d'eau allant jusqu'à 1500 m), en plus du plateau continental. Dans certaines zones (par exemple, le nord-est de l'Atlantique et l'est de l'océan Pacifique), des câbles jusqu'à 2000 m de profondeur d'eau peuvent être enterrés, en raison de l'expansion de l'activité de pêche à de plus grandes profondeurs d'eau24. En eau profonde, où la pêche et les autres activités perturbatrices sont rares (c'est-à-dire que moins de quatre défauts de câbles se produisent en haute mer par an19), les câbles de télécommunications ne sont pas armés et posés directement sur le fond marin, ne causant qu'une perturbation très mineure des sédiments25,26,27 .

Les appareils comprennent une charrue A, B, un jet C et une trancheuse mécanique D. Une photographie d'une tranchée abrupte de 0,5 m de large à 1242 m de profondeur d'eau est montrée en E qui a été creusée à l'aide d'un jet dans des sédiments cohésifs consolidés (modifié de 21). Photographies A–D avec l'aimable autorisation de Global Marine Group.

Des études antérieures ont étudié les interactions environnementales des câbles de télécommunications sous-marins, concluant qu'ils exercent généralement des impacts physiques bénins à mineurs sur l'écologie des fonds marins25,26,27. Cependant, il a été démontré récemment que les perturbations causées par les activités humaines en mer, telles que le chalutage, le dragage des agrégats et l'ancrage, peuvent éliminer le carbone précédemment enfoui des sédiments du fond marin16,17,28. À ce jour, cependant, aucune étude n'a pris en compte les volumes de sédiments et de carbone organique contenu perturbés à la suite de l'enfouissement des câbles, d'autant plus que de plus grandes profondeurs (c'est-à-dire jusqu'à 2 m) sous le fond marin que l'activité de pêche seront perturbées. Ici, nous visons à évaluer ce problème à l'échelle mondiale en vue d'informer des stratégies de gestion plus efficaces pour minimiser les futures émissions de carbone. Nous le faisons en répondant aux questions suivantes. Premièrement, quelle est l'empreinte globale de la perturbation des fonds marins par l'enfouissement des câbles, et quel est le volume total de sédiments qui a été perturbé par l'installation des câbles à ce jour ? Deuxièmement, quel volume de carbone organique a été perturbé par l'enfouissement des câbles et quelle est la perte probable de carbone précédemment séquestré à la suite de l'activité d'enfouissement des câbles ? Troisièmement, comment les volumes perturbés de sédiments et de carbone organique se comparent-ils aux autres processus naturels et activités humaines ? Enfin, où le carbone organique est-il le plus vulnérable à l'enfouissement des câbles en fonction des points chauds régionaux de carbone organique réactif ?

Dans cette étude, nous rapportons une évaluation globale des impacts de l'enfouissement des câbles sur les stocks de carbone organique sédimentaire grâce à l'intégration d'une base de données mondiale qui documente l'étendue et l'emplacement des câbles de télécommunications sous-marins, avec une distribution modélisée du carbone organique hébergé dans les sédiments océaniques modernes dans le monde entier. (formé avec >11 000 points d'échantillonnage)2,29. Nous montrons comment jusqu'à 2,82 à 11,26 Mt de carbone organique dans le monde ont été perturbés par l'enfouissement des câbles, et plaçons ce chiffre dans un contexte plus large en le comparant aux processus naturels et à d'autres activités humaines.

Comme scénario de base, nous supposons que les câbles sur le plateau continental (représentant 16 % de la longueur totale des câbles dans le monde) et sur le talus continental jusqu'à une profondeur d'eau de 1 500 m (13 %) sont tous enterrés (Fig. 3). En dessous de ces profondeurs d'eau, certains câbles, mais pas tous, sont enterrés; par conséquent, par prudence, nous incluons également les câbles situés entre 1500 et 2000 m de profondeur d'eau (5 %) ; la longueur de câble restante (soit 66 %) est posée directement sur le fond marin et n'est pas enterrée. Nous supposons une plage de profondeurs d'enfouissement (0,5 à 2,0 m) et de largeur de perturbation du fond marin21 (0,5 à 1,0 m) (voir Méthodes). L'intégration de ces dimensions excavées indique que le volume cumulé de sédiments humides qui aurait pu être perturbé par les activités d'enfouissement de câbles à ce jour peut atteindre 0,13 à 1,05 km3 à des profondeurs d'eau allant jusqu'à 1 500 m (tableau 1). En supposant que la perturbation s'étend jusqu'à 2000 m de profondeur d'eau, cela donne un volume supplémentaire de sédiments perturbés de 0,02 à 0,17 km3, ce qui donne un total de 0,15 à 1,22 km3 de sédiments perturbés (une moyenne de 0,004 à 0,04 km3 par an depuis le début des relevés).

Une carte globale d'aperçu et un zoom avant sur les régions qui présentent des points chauds localisés, notamment (B) l'Asie du Sud-Est et (C) le sud de la mer du Nord, la mer Baltique et la mer Méditerranée. Les contours des pays proviennent des données vectorielles gratuites de Natural Earth.

Les estimations mondiales publiées du carbone organique sédimentaire se concentrent généralement sur les 5 à 10 premiers centimètres sous le fond marin30 ; cependant, l'enfouissement des câbles affecte de plus grandes profondeurs21. Pour déduire le stock de carbone sédimentaire potentiellement perturbé par les activités d'enfouissement des câbles, nous utilisons un modèle global qui tient compte des stocks dans le premier mètre sous le fond marin2 (Fig. 1B). En l'absence de tout ensemble de données mondial qui s'étend en dessous d'un mètre, nous supposons nécessairement qu'une concentration similaire de carbone organique existe jusqu'à une profondeur de deux mètres (c'est-à-dire la profondeur maximale d'enfouissement des câbles évaluée ici). Nous acceptons que cela puisse entraîner une surestimation du stock de carbone perturbé pour ce mètre inférieur, et ce manque de données souligne clairement la nécessité d'une plus grande contrainte par les études futures. Dans ce modèle, la médiane des stocks de carbone sur les talus continentaux dans le monde est de 8632 Mg/km2, ce qui est similaire à celle rencontrée le long des câbles entre 200–1500 m (8690 Mg/km2) et 1500–2000 m (9087 Mg/km2) profondeur d'eau. La valeur médiane des stocks de carbone dans les sédiments du plateau continental dans le monde est de 18 666 Mg/km2 2, mais la valeur médiane rencontrée le long des tracés de câbles sur les plateaux continentaux est inférieure à la moitié de cette valeur, à 8 880 Mg/km2. Par conséquent, de nombreux points chauds mondiaux de carbone organique sédimentaire sur le plateau continental ne sont pas traversés par des câbles. Nous calculons les stocks de carbone perturbés sur la base des stocks de carbone sédimentaires cartographiés2 le long des tracés des câbles. En supposant le scénario d'enfouissement le plus conservateur d'une profondeur d'eau allant jusqu'à 2000 m, le volume estimé de sédiments perturbés sur le plateau et le talus continentaux équivaut à un stock de carbone organique sédimentaire perturbé compris entre 2,82 et 11,26 Mt (tableau 1), dont des contributions presque égales proviennent des perturbations du plateau continental (51 %) et du talus (49 %). Il existe une variabilité géographique considérable des stocks de carbone qui peuvent avoir été perturbés par les activités d'enfouissement des câbles (Fig. 3), en particulier entre les différents bassins océaniques (Fig. 4). La mer Baltique se distingue comme la principale région où les câbles se croisent avec les plus fortes concentrations de carbone organique sédimentaire, suivie par l'océan Pacifique et la mer de Chine méridionale et les mers archipélagiques orientales qui présentent également des concentrations relatives élevées de carbone le long des tracés de câbles (Fig. 3 et 4 ).

Stocks de carbone sédimentaire dans la couche supérieure de 1 m sous le fond marin le long des tracés de câbles A, indiqués là où les valeurs se situent dans le quartile supérieur de toutes les valeurs dans le monde. Les contours des pays proviennent des données vectorielles gratuites de Natural Earth. Diagrammes en boîte et à moustaches B montrant la distribution des stocks de carbone organique dans les 1 m supérieurs sous le fond marin le long des itinéraires de câbles dans différents bassins océaniques du monde. Les cases montrent les 25e et 75e centiles avec une annotation médiane entre les deux, tandis que les moustaches montrent une gamme complète de données.

Déterminer combien de ces stocks perturbés sont perdus (c'est-à-dire oxydés et non re-séquestrés) est une question beaucoup plus difficile. La perturbation du fond marin peut éliminer physiquement le carbone organique par érosion, qui serait ensuite redéposé ailleurs avec peu ou pas de perte nette de carbone organique, tandis qu'une autre fraction de carbone organique peut être oxydée et dégradée en dioxyde de carbone aqueux à la suite de la exposition des sédiments à l'eau sus-jacente oxygénée. La quantification de la perte de carbone organique par chaque mécanisme est compliquée, et des études ont tenté d'estimer la libération de carbone organique par les perturbations du chalutage de fond, souvent avec des résultats contrastés17,31,32,33,34,35. Des études axées sur le plateau et le talus continentaux en Méditerranée et en mer du Nord ont révélé des taux de reminéralisation de 20 à 60 % pour le carbone organique des fonds marins perturbé par le chalutage en haute mer17,31,32. Ces taux de reminéralisation étaient les plus élevés dans les zones affectées par la plus grande fréquence de chalutages de fond ; cependant, l'enfouissement des câbles étant une activité ponctuelle, les taux de reminéralisation les plus élevés sont considérés comme peu probables. De manière spéculative, en supposant que le taux de perte le plus faible (c'est-à-dire 20 %) de ces études entraînerait une perte cumulée de 0,144 à 1,17 Mt de carbone organique précédemment enfoui sur le plateau continental et de 0,136 à 1,09 Mt sur le talus continental (un total de 0,280 –2,25 Mt au niveau mondial). Cependant, à ce jour, aucune étude n'a spécifiquement étudié les effets de l'enfouissement des câbles sur la perturbation du carbone à l'échelle du champ et la question de savoir si les résultats du chalutage de fond sont vraiment applicables à l'enfouissement des câbles reste incertaine. Par conséquent, il reste une incertitude considérable quant au devenir du carbone organique sédimentaire perturbé par l'enfouissement des câbles. Premièrement, tous les sédiments excavés ne seront pas rejetés dans la colonne d'eau; au lieu de cela, les matériaux les plus perturbés se resédimentent probablement rapidement à l'intérieur ou à proximité de la tranchée et peuvent donc être efficacement réenterrés, ce qui limite le potentiel de reminéralisation. Le fait que les sédiments remplissent rapidement une tranchée dépendra de la nature des sédiments (par exemple, la taille des grains), des courants océaniques dominants près du lit et d'autres conditions environnementales de fond. Dans de nombreux cas, il a été observé que les tranchées peuvent se remplir en quelques semaines ou années sur le plateau continental, mais dans certains cas sur le talus continental, où l'apport de sédiments est faible, cela peut prendre plus de 15 ans21. Un contrôle particulièrement important est susceptible d'être l'outil d'enfouissement de câble utilisé et la nature de la perturbation initiale. Dans le cas du labour et du creusement de tranchées, les sédiments se déposent généralement rapidement (en particulier les sédiments granulaires, tels que le sable) et se déposent à proximité du site d'excavation initial ; dans de nombreux cas, remblayage immédiat (total ou partiel) de la tranchée21. Dans de tels cas, la probabilité de reminéralisation sera réduite; cependant, dans le cas du jet (qui fluidifie les sédiments), les panaches en suspension de sédiments fins (de la taille de l'argile et du limon) peuvent être plus largement dispersés par les courants océaniques, prenant des jours à se déposer et augmentant ainsi les chances de reminéralisation21,36. Deuxièmement, les taux de minéralisation du carbone organique dépendront de facteurs externes. Par exemple, tout le carbone organique stocké dans les sédiments n'est pas labile et peut ne pas être reminéralisé après une perturbation37. Des études antérieures ont tenté de calculer un taux d'oxydation global moyen; cependant, il existe une variabilité importante, due en grande partie aux contrôles exercés par la profondeur de l'océan, le taux de dépôt et la productivité primaire, ce qui entraîne de grandes incertitudes38. La dégradabilité du carbone organique, et donc les taux de reminéralisation, dépendent fortement de l'environnement physiographique et des processus chimiques, biologiques et physiques associés38,39,40. Par exemple, des différences régionales dans la colonne d'eau et les concentrations d'oxygène dans les sédiments, et donc des taux de reminéralisation du carbone nettement différents, peuvent se produire dans différentes zones, telles que les zones hypoxiques côtières qui présenteront des taux de reminéralisation très faibles41. Le taux de réactivité peut varier sur au moins quatre ordres de grandeur dans les sédiments marins du monde entier42. Troisièmement, les zones où les câbles sont enfouis peuvent déjà avoir été intensivement chalutées ; par conséquent, les stocks de carbone des fonds marins peuvent déjà avoir été perturbés. Enfin, l'enfouissement au câble diffère de la pêche de fond car il se veut une activité ponctuelle, contrairement à la pêche qui conduit à des exhumations répétées3,15. Cependant, en l'absence d'études de terrain liées à l'enfouissement des câbles, nous considérons que les plages de perte de carbone déterminées à partir des études de pêche sont un analogue raisonnable pour un calcul global de premier ordre, où la plupart des pertes de carbone sont observées après le premier chalut de pêche3,15, 31.

Nos résultats indiquent qu'à ce jour jusqu'à 1,22 km3 de sédiments ont pu être perturbés lors de l'enfouissement des câbles de télécommunications (tableau 1). Ceci est d'une ampleur similaire à celle perturbée par des processus naturels qui peuvent exhumer des quantités équivalentes de sédiments lors d'événements individuels, tels que des glissements de terrain qui se produisent sur le talus continental. Par exemple, les glissements de terrain déclenchés par un tremblement de terre peuvent être particulièrement importants, comme la rupture de pente à la tête du canyon de Kaikōura (estimée à 1,21 km3 et 7 Mt de carbone organique) suite au séisme de Mw 7,8 au large de la Nouvelle-Zélande en 201643 et le Mw 9,0 Tremblement de terre de Tohoku-oki en 2011 qui a déclenché un glissement de terrain de 0,2 km3 qui a transporté un peu moins de 1 Mt de carbone organique à 7 km de profondeur d'eau11. En 2020, une crue majeure du fleuve Congo a déclenché une avalanche sous-marine qui a transporté 2,68 km3 de sédiments contenant 3 à 4 % de carbone organique à 5 km de profondeur d'eau44. De tels événements naturels peuvent également être beaucoup plus importants, comme le glissement de terrain > 100 km3 des Grands Bancs, qui a été déclenché par un tremblement de terre de Mw 7,2 au large de Terre-Neuve en 192945. Ces événements de perturbation naturelle sont de plus en plus reconnus comme jouant un rôle important dans le devenir des matières organiques sédimentaires. carbone, car ils peuvent canaliser le carbone pour qu'il soit efficacement enfoui dans des éventails marins profonds ou des tranchées hadales, mais peuvent également exhumer du carbone précédemment enfoui qui peut être reminéralisé11,46. Une différence fondamentale, cependant, est que ces événements font partie d'un spectre naturel qui ne peut être contrôlé, tandis que les activités humaines peuvent être modifiées pour minimiser le potentiel de perturbation du carbone.

Il est de plus en plus évident que les activités humaines peuvent jouer un rôle plus important que les processus naturels en ce qui concerne la perturbation et la remobilisation des sédiments et du carbone4,28,47. Pour la seule année 2015, la production mondiale de sédiments par les activités humaines a été estimée à 150 km3, ce qui devrait augmenter à l'avenir28 ; cependant, cette valeur n'inclut que le dragage (5,5 km3) en milieu marin et néglige les autres activités en mer qui perturbent le fond marin. Des études ultérieures indiquent que des volumes de sédiments beaucoup plus importants (environ 50 km3 par an) peuvent être perturbés par le chalutage de fond ; équivalent à une perturbation sédimentaire pouvant atteindre 21 870 Mt/an4,17,48. Notre estimation annuelle supérieure de la perturbation des sédiments de 0,04 km3 par l'enfouissement des câbles est considérablement inférieure aux valeurs de ces activités marines ; principalement en raison de la plus petite empreinte surfacique (c'est-à-dire que les zones de chalutage couvrent 4,9 × 106 km2,13 contre 3–6 × 102 km2 pour l'enfouissement des câbles) malgré la plus grande profondeur de pénétration sous le fond marin de l'enfouissement des câbles. Le carbone organique sédimentaire perdu en raison du chalutage de fond sur une base annuelle a été estimé à plus de 60 Mt (en supposant que seul le centimètre supérieur est perturbé et que 30 % sont perdus17), ce qui est supérieur d'au moins deux ordres de grandeur au cumul carbone organique total perdu en raison de l'enfouissement des câbles depuis la pose des câbles à fibres optiques modernes (Fig. 5). Alors que les quantités de carbone organique perdues en raison de l'enfouissement des câbles sont des ordres de grandeur inférieurs à ceux associés à d'autres activités humaines telles que le chalutage et le dragage en haute mer, il s'agit de quantités non négligeables qui ne sont actuellement incluses dans aucun calcul global et qui s'ajoutent à la manière complexe dont les humains ont modifié et continuent de modifier les systèmes sédimentaires naturels47. À la lumière des efforts en cours pour gérer plus efficacement les budgets de carbone marin, il est essentiel de limiter la perturbation des stocks de carbone sédimentaire dans la mesure du possible. Nous discutons donc maintenant des approches susceptibles de limiter ces perturbations.

Notez que cela fait référence aux volumes de carbone potentiellement perturbés, mais il reste une grande incertitude quant à la quantité de ce carbone qui sera reminéralisée, et donc perdue. Données basées sur des enregistrements en libre accès par Telegeography (https://www.submarinecablemap.com/).

Les itinéraires de câbles sur le plateau continental ne traversent généralement pas la plupart des régions qui abritent les stocks de carbone sédimentaires les plus élevés (Fig. 1B). Cela reflète en grande partie le fait que la plupart des tracés de câbles sous-marins existants se situent aux latitudes basses à moyennes, tandis que bon nombre des points chauds à haute teneur en carbone sédimentaire se concentrent dans l'Arctique, qui n'est pas actuellement une région bien développée pour les tracés de câbles de télécommunication49. De même, de nombreux autres points chauds de carbone sédimentaire, tels que la Namibie au large, le Pérou et la Basse-Californie, sont rarement traversés. Les tracés des câbles dans la mer Baltique semblent coïncider avec des stocks de carbone sédimentaire supérieurs à la moyenne, avec d'autres points chauds notables traversés en Asie du Sud-Est (Fig. 4). Une plus grande contrainte sur le potentiel de minéralisation du carbone perturbé est nécessaire. En particulier, la cartographie des zones les plus vulnérables à la perte de carbone devrait faire l'objet d'études futures50.

Les calculs mondiaux du stock de carbone des sédiments utilisés ici sont basés sur un modèle d'apprentissage automatique formé à l'aide de n = 11 578 carottes de sédiments, qui fournit une surface de prédiction de sortie avec une résolution horizontale de 5 × 5 minutes d'arc (environ 5 à 9 km). En raison de cette résolution spatiale relativement grossière, le modèle global n'inclut pas de nombreux points chauds très localisés d'enrichissement en carbone sédimentaire. Ces points chauds de carbone comprennent les écosystèmes côtiers, tels que les mangroves et les herbiers marins, et les canyons sous-marins en eaux profondes51,52,53,54. Cependant, les points chauds de carbone organique tels que les canyons sous-marins sont évités dans la mesure du possible pour les câbles sous-marins car leur terrain irrégulier et escarpé présente un risque pour le routage, et ils sont plus sujets aux risques naturels tels que les glissements de terrain sous-marins et les avalanches de sédiments qui peuvent endommager les câbles18. Sur la longueur totale des câbles sous-marins, seuls 2,8 % traversent des canyons sous-marins (Fig. 1B) et sont principalement posés en surface plutôt qu'enfouis en raison des profondeurs d'eau dans lesquelles ils se trouvent ; par conséquent, toute perturbation sera mineure21. Les mangroves et les herbiers marins sont également évités par le routage des câbles dans la mesure du possible, principalement en raison de l'écologie sensible qu'ils soutiennent ; cependant, lorsqu'il est nécessaire de traverser de telles zones, des mesures correctives peuvent être appliquées, telles que l'enlèvement des herbiers des routes et la replantation après la mise en place des câbles, le semis de semences d'herbiers ou l'utilisation d'une charrue vibrante personnalisée dans les marais salés dont il a été démontré qu'elle limite la perte de sédiments de la tranchée et où la récupération complète s'est produite dans les cinq ans55. Le forage dirigé a été utilisé pour installer des câbles sous les zones côtières sensibles afin d'éviter complètement toute perturbation56. Les systèmes de carbone bleu tels que les herbiers marins et les mangroves ne sont pas intégrés dans le modèle global utilisé ici ; par conséquent, davantage d'évaluations locales faciliteraient la planification des itinéraires. Les dépôts proches du fond marin avec des teneurs en carbone organique extrêmement élevées, comme les tourbes enfouies dans la mer du Nord (jusqu'à 50 % de teneur totale en carbone organique) peuvent être particulièrement vulnérables aux perturbations ; pourtant, peu de travail a été fait pour limiter leur étendue ou les conséquences des pertes importantes de carbone irrécupérable de ces réserves à long terme57,58,59. Les pics passés de la demande de connectivité numérique ont vu l'installation d'un plus grand nombre et de plus grandes longueurs de câbles sous-marins (par exemple, le « boom des point-com » de la fin des années 1990 ; Fig. 5). La demande future de connectivité à large bande passante pourrait donc voir une expansion similaire du réseau de câbles sous-marins, y compris de nouveaux itinéraires dans des zones susceptibles de présenter des stocks de carbone sédimentaires élevés. Nous suggérons que la perturbation potentielle des stocks de carbone sédimentaire, et en particulier la minimisation des impacts sur les points chauds de carbone, devrait être prise en compte lors de la planification des tracés de câbles, de la même manière que l'évaluation des risques naturels, des activités humaines et des impacts environnementaux.

Compte tenu des impacts environnementaux mineurs des câbles posés en surface25,26,27, il pourrait être tentant de suggérer d'éviter l'enfouissement des câbles afin de minimiser la perturbation des stocks de carbone sédimentaire. Cependant, le rôle premier de l'enfouissement des câbles est la protection contre les activités humaines, en particulier le chalutage de fond. En effet, la principale raison pour laquelle les câbles sont enfouis dans des profondeurs d'eau allant jusqu'à 2000 m est due à l'expansion de la pêche de fond. Si les efforts de pêche de fond étaient réduits (par exemple en limitant la profondeur de pénétration des otterboards) ou restreints à proximité des chemins de câbles, cela apporterait un double bénéfice pour la préservation du carbone sédimentaire : (i) limiter la profondeur et l'intensité de la perturbation par le fond chalutage60,61 ; et en outre, (ii) réduire la profondeur ou éviter la nécessité d'enfouir le câble entièrement en eau profonde. Une zone de protection des câbles dans le détroit de Cook, en Nouvelle-Zélande, couvre une superficie de 236 km2 à l'intérieur de laquelle ni le mouillage ni la pêche ne sont autorisés36. De telles initiatives ailleurs peuvent offrir des avantages mutuels pour la résilience des câbles et pour l'écologie marine car elles peuvent créer un effet de réserve en restreignant d'autres activités humaines.

Contrairement à la pêche hauturière, qui peut affecter de manière répétitive une zone de pêche, l'enfouissement des câbles se veut une activité ponctuelle ; par conséquent, toute perturbation est généralement limitée à cette période initiale, à l'exception des cas imprévisibles et rares où une réparation est nécessaire. Historiquement, lorsqu'ils arrivent en fin de vie opérationnelle, les câbles sont laissés en place en raison de leur nature inerte. En effet, des sections de câbles récupérées du Pacifique et de l'Atlantique ont été observées comme étant presque vierges et physiquement intactes après près de 50 ans62. Cette dégradation limitée justifie le fait de laisser les câbles en place ; cependant, ces mêmes propriétés font des câbles déclassés des cibles de recyclage potentiellement de haute qualité, en particulier les composants en plastique polyéthylène, en acier et en cuivre. Bien qu'il s'agisse d'une contribution potentiellement précieuse à une durabilité accrue, évaluer si un câble déclassé doit être recyclé ou laissé en place doit examiner attentivement tout impact négatif que sa récupération pourrait avoir sur l'environnement du fond marin, les communautés benthiques21 et les stocks de carbone sédimentaire. Bien que les volumes de perturbation des sédiments et du carbone que nous estimons dans cette étude puissent être nettement inférieurs à des activités telles que la pêche, il est important de limiter les effets de toute activité humaine susceptible de perturber les stocks de carbone sédimentaire et de fournir des conseils de planification marine pour minimiser dérangement là où c'est possible. Les impacts sur les réserves de carbone ont été largement ignorés pour d'autres activités humaines qui impliquent l'excavation de sédiments du fond marin, telles que l'enfouissement d'oléoducs et de gazoducs, les câbles qui transfèrent l'électricité et les fondations de grand diamètre pour les structures d'énergies renouvelables offshore, mais devraient être pris en compte à l'avenir. , en particulier à mesure que les développements d'infrastructures s'étendent aux points chauds de carbone sédimentaire tels que l'Arctique49.

La demande croissante de communications internationales à haut débit et de transfert de données signifie que le réseau mondial de câbles sous-marins continue de croître rapidement, y compris de nouvelles routes vers des régions auparavant non connectées et l'amélioration des connexions existantes. Ces connexions jouent un rôle essentiel dans le développement durable et réduisent la dépendance aux voyages nationaux et internationaux. Bien que l'impact environnemental physique de ces câbles soit relativement mineur, nous avons montré que le volume total de perturbations sédimentaires dues à l'enfouissement des câbles (bien que sur plusieurs décennies) peut être équivalent à celui exhumé lors de perturbations naturelles majeures, telles qu'un glissement de terrain sous-marin. Nous soulignons les possibilités de minimiser la perte de carbone pour les futurs tracés de câbles et proposons que la restriction de l'activité de pêche à proximité des tracés de câbles puisse avoir un double avantage, à la fois en diminuant la perte de carbone due au chalutage de fond et en réduisant ou en évitant la nécessité d'enterrer les câbles en eau profonde. Cette étude présente une évaluation globale du carbone sédimentaire qui peut avoir été perturbé par l'enfouissement des câbles, mais les incertitudes de nos estimations soulignent un besoin urgent d'études d'étalonnage sur le terrain et en laboratoire pour déterminer le devenir du carbone organique perturbé. De telles études sont essentielles pour limiter la perturbation et la perte de carbone organique sur une large gamme de profondeurs d'eau et divers paramètres physiographiques et océanographiques, afin de quantifier la véritable perte et la vulnérabilité du carbone organique sédimentaire aux activités humaines.

La profondeur et la largeur de la perturbation du fond marin dépendent des exigences de protection, de la nature du substrat du fond marin et du type de technique d'enfouissement des câbles utilisée (Fig. 2). Sur la base d'études antérieures, y compris des études de terrain sur les perturbations avant et après l'installation, nous supposons une gamme de profondeurs d'enfouissement crédibles (0,5 à 2,0 m) et de largeur de perturbation du fond marin (0,5 à 1,0 m) sur la base des valeurs publiées18,21 . Nous détaillons maintenant les différents types de technique d'enfouissement des câbles.

Le labour consiste à poser et à enfouir simultanément un câble et est une technique largement utilisée21. Les charrues sont remorquées par un navire de pose de câbles et comprennent un ensemble monté sur des patins ou des chenilles à partir desquelles un sillon étroit est creusé par une lame (« soc de charrue ») jusqu'à la profondeur d'enfouissement souhaitée, qui peut aller jusqu'à 3 m sous le fond marin . Les sédiments excavés sont ensuite autorisés à retomber et à remplir le sillon. La largeur physique du plus grand soc commercial qui coupe le sillon est de 45 cm (SubCom, Comm. pers.), mais elle est généralement de 30 cm55. Les patins de charrue de chaque côté du sillon peuvent mesurer jusqu'à 75 cm de large et peuvent comprimer les sédiments du fond marin, la mesure dans laquelle cela se produit dépend de leur rigidité. La largeur finale du sillon creusé dépend également du type de sédiment. Par exemple, un sillon de 45 cm de large peut s'élargir dans des sédiments mal consolidés si les parois latérales du sillon s'effondrent dans le sillon lui-même. Dans les sédiments cohésifs, la largeur du sillon est probablement égale à la largeur du soc de charrue, cependant, dans les sédiments granulaires, la largeur peut être légèrement plus large (<1 m21). Le labour est limité par la longueur du câble ombilical et de remorquage à une profondeur d'eau maximale de 1200 à 1500 m, où la charrue devient difficile à contrôler, en particulier en descendant ou en remontant les pentes au-dessus de la rupture du plateau continental.

Le lançage est généralement utilisé lorsque les conditions du fond marin sont défavorables au labour, comme sur des pentes raides ou à des profondeurs d'eau supérieures à 1200-1500 m, bien que ce dernier cas soit rare21. Cette technique implique la fluidisation du fond marin sous une "épée" qui est déployée à partir d'un véhicule télécommandé qui peut s'étendre jusqu'à une profondeur de 3 m sous le fond marin, pour fluidifier une zone de 15 à 30 cm de large. Le câble est recouvert de sédiments qui se déposent à partir de la boue fluidisée. Le jet dans les sédiments cohésifs a tendance à créer des profils abrupts, tandis que les profils plus larges sont plus courants dans les sédiments granulaires. Les largeurs de perturbation du fond marin observées sont inférieures à 1 m et généralement beaucoup plus étroites21. Le lançage perturbe bien plus les sédiments que le labourage et peut créer des bermes de sable et de gravier à proximité de la tranchée (<100 m) et peut disperser plus largement la boue en suspension (jusqu'à 2 km21).

L'utilisation de trancheuses mécaniques est moins courante, où un véhicule à chenilles utilise une excavatrice à chaîne mécanique ou des coupeurs de roche pour creuser une tranchée dans des zones de fond marin rocheux. Les tranchées peuvent atteindre des profondeurs allant jusqu'à 1,5 à 3 m sous le fond marin, avec des largeurs <1 m. L'acheminement des câbles évite généralement les zones de substrat rocheux et, compte tenu des coûts et des impacts environnementaux des tranchées, il s'agit d'un dernier recours. Dans de nombreux cas où des fonds marins rocheux doivent être traversés, les câbles sont posés dans un boîtier de protection sur le fond marin plutôt que de tenter de les enterrer21,27. Dans les zones côtières où l'enfouissement des câbles peut ne pas être possible en raison de substrats difficiles ou en raison de la présence d'habitats sensibles (par exemple, herbiers marins, mangroves), un forage directionnel horizontal peut être utilisé. Cette approche implique le forage souterrain d'un trou, à travers lequel un câble est passé et évite toute perturbation du fond marin21.

La longueur totale des câbles de télécommunications sous-marins a été déterminée en additionnant la longueur totale de toutes les sections de câble identifiées individuellement dans une base de données exclusive fournie pour ce projet par Global Marine Ltd. Cette base de données détaille les emplacements précis des câbles, y compris les câbles opérationnels et ceux qui ont été hors service (câbles hors service). Le recoupement de cette longueur avec une base de données en libre accès des longueurs de câbles (Telegeography : https://www.submarinecablemap.com/), indique une différence de moins de 3 %, avec une longueur totale calculée à partir de la base de données Global Marine de 1,82. × 106, comparé à 1,88 × 106 de Telegeography. Sur la longueur totale de la base de données Global Marine, 13,6 % de la longueur du câble (2,47 × 105) ont été signalés comme étant hors service en décembre 2020. Comme la base de données Telegeography ne fournit pas d'informations de localisation précises, nous utilisons nécessairement la base de données Global Marine pour calculer la longueur de câble à enfouir. On estime que 13,5% de la longueur totale se situe dans les zones situées au-delà de la juridiction nationale.

Afin de calculer le volume de sédiments perturbés par les activités d'enfouissement des câbles, nous déterminons d'abord la longueur des câbles qui sont posés dans les profondeurs d'eau où l'enfouissement est nécessaire. Nous utilisons la carte bathymétrique des océans GEBCO 2022 (GEBCO, 2022) pour déterminer les profondeurs d'eau le long de chacun des trajets de câble dans la base de données Global Marine. Nous avons d'abord exclu toutes les longueurs de câble qui se trouvent dans des profondeurs d'eau > 2000 m. Nous avons ensuite différencié les longueurs de câble qui se trouvent sur le plateau continental, le plateau continental entre une profondeur d'eau de 1500 m et entre 1500 m et 2000 m (sur la base de la carte mondiale de géomorphologie des fonds marins de GRID Arendal63. Nous faisons cette différenciation parce que les câbles sont généralement enfouis à des profondeurs d'eau allant jusqu'à 1 500 m, mais dans certaines régions (en particulier l'Atlantique du NE), l'enfouissement est parfois nécessaire jusqu'à une profondeur d'eau de 2 000 m. Ce faisant, nous visons à fournir une limite supérieure conservatrice (c'est-à-dire en incluant des profondeurs d'eau allant jusqu'à à 2000 m). Nous relions ensuite ces longueurs de câbles aux dimensions des tranchées creusées pour l'enfouissement des câbles, qui fournissent des limites supérieures et inférieures pour le volume de sédiments potentiellement perturbé. La zone de fond marin perturbée est obtenue en multipliant la longueur du câble par la largeur de la tranchée (0,5 –1,0 m), puis lié au volume de sédiments perturbés en multipliant cette valeur par la profondeur de la tranchée (0,5 à 2,0 m).Enfin, nous relions les volumes de sédiments perturbés aux stocks de carbone sédimentaire modélisés mondiaux d'Atwood et al.2. On le fait dans deux façons. Tout d'abord, nous basons simplement cela sur les valeurs moyennes mondiales de carbone/km2 dans le premier mètre sous le fond marin qu'Atwood et al. prévoir le plateau continental et le talus continental. Deuxièmement, nous utilisons les valeurs cartographiées de carbone/km2 du modèle global d'Atwood (c'est-à-dire la Fig. 2B), en extrayant les valeurs le long de chaque tracé de câble pour permettre un calcul plus résolu géographiquement. Lorsque nous supposons un scénario de profondeur d'enfouissement de 0,5 m, nous divisons par deux cette valeur, et pour une profondeur d'enfouissement de 2 m, nous doublons la valeur.

Nous calculons la longueur des câbles traversant les principaux domaines physiographiques de l'océan, ainsi que les principaux points chauds de la biodiversité marine, c'est-à-dire les canyons sous-marins, en coupant les polylignes de câbles dans ArcGIS version 10.8 à l'étendue des fichiers de formes de la carte mondiale de géomorphologie des fonds marins de GRID Arendal ,

Les données bathymétriques à partir desquelles les profondeurs d'eau des sections de tracé de câble ont été extraites sont reproduites à partir de la grille GEBCO_2022, GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid (https://doi.org/10.5285/e0f0bb80-ab44-2739-e053-6c86abc0289c) et est accessible sur https://www.gebco.net/data_and_products/gebco_web_services/web_map_service/. La carte géomorphologique mondiale des fonds marins à partir de laquelle les étendues des plateaux continentaux, de la pente continentale et d'autres domaines physiographiques ont été calculés est accessible à l'adresse https://www.arcgis.com/home/item.html?id=3a40d6b0035d4f968f2621611a77fe64. Bien que la base de données des emplacements précis des câbles utilisée pour notre analyse soit exclusive, l'emplacement approximatif des itinéraires des câbles peut être téléchargé sur https://github.com/telegeography/www.submarinecablemap.com. La cartographie mondiale du carbone organique sédimentaire utilisée dans notre analyse est disponible sur https://figshare.com/articles/dataset/Global_marine_sedimentary_carbon_stock/11956356. Les contours des pays proviennent de Natural Earth et de la version 5.1.1. de l'ensemble de données en libre accès de résolution 10 m peut être téléchargé à partir de https://github.com/nvkelso/natural-earth-vector/find/master.

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L'AMC reconnaît le financement du National Capability Program (NE/R015953/1) "Climate Linked Atlantic Sector Science" du Natural Environment Research Council (NERC) et de l'International Cable Protection Committee. Nous remercions Global Marine Ltd pour avoir fourni l'accès à une base de données mondiale de câbles de télécommunications.

Ocean Biogeoscience Research Group, National Oceanography Centre, Southampton, Royaume-Uni

MA Clare & A. Lichtschlag

Institut géologique, ETH Zürich, Zürich, Suisse

S.Paradis

École de la Terre et de l'environnement, Université de Leeds, Leeds, Royaume-Uni

NLM Barlow

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L'étude a été conçue par MAC Analysis a été dirigée par MACAL, SP et NLMB ont contribué au développement, à la rédaction et à l'édition du manuscrit.

Correspondance à MA Clare.

L'AMC reconnaît le soutien financier du Comité international de protection des câbles qui a soutenu l'analyse de l'empreinte spatiale des câbles sous-marins et l'étendue de leur enfouissement. Tous les autres auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Cai Ladd, Paul Lundgren et le ou les examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

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Réimpressions et autorisations

Clare, MA, Lichtschlag, A., Paradis, S. et al. Évaluer l'impact du réseau mondial de télécommunications sous-marines sur les stocks de carbone organique sédimentaire. Nat Commun 14, 2080 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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Reçu : 30 août 2022

Accepté : 28 mars 2023

Publié: 12 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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