L’oxydation anaérobie de l’urée est une voie de perte d’azote négligée mais pertinente à l’échelle mondiale dans les sédiments marins

Pourquoi les voies cachées de l’azote comptent

Les excès d’engrais et les eaux usées déversent d’importantes quantités d’azote dans l’océan, alimentant des proliférations d’algues et des « zones mortes » pauvres en oxygène. Les scientifiques savent que des microbes vivant dans la boue du fond marin contribuent à éliminer cet excès en transformant l’azote réactif en azote gazeux inerte. Jusqu’ici, seules deux voies principales d’élimination étaient largement reconnues. Cette étude révèle qu’une troisième voie, jusque‑là négligée — une oxydation de l’urée en l’absence d’oxygène dans les sédiments — élimine de manière discrète une part non négligeable de l’azote, en particulier en eau profonde.

Un composé discret dans des mers côtières actives

L’urée est surtout connue comme produit d’élimination des animaux, mais dans l’océan elle est aussi produite par des microbes et apportée par les activités humaines. Les auteurs ont mesuré l’urée dans la boue sous les mers côtières de Chine, depuis le Bohai et la mer Jaune jusqu’à la mer de Chine orientale. Ils ont constaté que, bien que l’urée soit généralement moins abondante que l’ammonium, elle peut constituer une part substantielle de l’azote organique dissous dans les eaux interstitielles des sédiments. Les concentrations étaient plus élevées près de la surface et diminuaient avec la profondeur, signe que les microbes la consomment de façon continue. Dans les horizons clés où l’oxygène a disparu mais où le nitrate et le nitrite sont encore présents, l’urée et ces formes oxydées de l’azote se chevauchent, créant les conditions propices à une voie précédemment suspectée mais non démontrée : l’oxydation anaérobie de l’urée.

Démontrer une voie cachée dans la boue

Pour détecter ce processus directement, l’équipe a utilisé une méthode traceuse sensible. Ils ont ajouté à des boues en suspension de l’urée marquée par une forme lourde d’azote et ont observé l’apparition d’azote gazeux marqué. À la plupart des stations ils ont observé une accumulation nette et linéaire de gaz marqué en conditions anaérobies, accumulation qui disparaissait lorsque la boue était stérilisée ou privée de nitrate et de nitrite, démontrant l’activité de microbes vivants. Toutefois, une partie du signal pouvait provenir d’une voie secondaire, où l’urée se décompose d’abord en ammonium, lequel est ensuite traité par des microbes déjà connus. Les chercheurs ont élaboré un calcul raffiné séparant cette voie indirecte de la véritable oxydation directe de l’urée, en utilisant des mesures simultanées de l’ammonium marqué et du gaz. Après cette correction, ils ont encore détecté l’oxydation anaérobie directe de l’urée sur 90 % des sites échantillonnés, montrant que la voie est répandue.

Comment la compétition façonne ce processus caché

Avec le processus confirmé, les auteurs ont évalué son importance par rapport à la voie familière où les microbes oxydent l’ammonium en l’absence d’oxygène. Dans les mers marginales chinoises, l’oxydation basée sur l’urée était plus lente, contribuant en moyenne à environ 15 % du taux d’oxydation de l’ammonium et à seulement quelques pourcents de la perte totale d’azote lorsque la dénitrification classique est incluse. Pourtant, la part liée à l’urée n’était pas fixe. Des expériences ont montré que les deux voies, urée et ammonium, répondent de façon semblable à la température, mais les microbes semblent privilégier l’ammonium parce qu’il est plus facile à utiliser. Là où l’ammonium interstitiel était élevé, la contribution relative de l’urée était fortement supprimée ; là où l’ammonium faisait défaut, l’urée jouait un rôle plus important. Ce lien quantitatif étroit entre les niveaux d’ammonium et la voie de l’urée a permis à l’équipe d’établir une relation prédictive pour d’autres régions de l’océan.

Une vue globale des plateaux peu profonds aux fosses profondes

Munis de cette relation et de données publiées sur le cycle de l’azote et l’ammonium dans les sédiments du monde, les chercheurs ont estimé combien d’azote l’oxydation anaérobie de l’urée retire à l’échelle globale. Ils ont trouvé que le taux absolu est comparable à travers la plupart des zones de profondeur mais diminue dans les fosses les plus profondes. En revanche, sa part dans la perte totale d’azote augmente régulièrement avec la profondeur : elle est modeste sur les plateaux continentaux productifs, plus importante sur les pentes continentales, et atteint environ un cinquième de la perte d’azote dans certains sédiments abyssaux et hadaux. Globalement, les auteurs estiment que cette voie représente approximativement 7 % de l’azote retiré chaque année des sédiments marins, les fonds profonds pauvres en nutriments contribuant de manière disproportionnée.

Ce que cela signifie pour le bilan de l’azote océanique

Pour les non‑spécialistes, le message est que l’« auto‑nettoyage » de l’océan vis‑à‑vis de l’excès d’azote est plus complexe qu’on ne le pensait. Les microbes dans la boue sombre et anoxique ne se contentent pas d’une ou deux sources d’azote ; ils peuvent aussi exploiter l’urée directement, surtout dans les sédiments profonds pauvres en ammonium. Même si cette voie est plus lente que sa cousine basée sur l’ammonium, elle est suffisamment répandue pour peser sur l’équilibre de l’azote à l’échelle planétaire. Étant donné que les modèles existants du cycle de l’azote marin ignorent en grande partie l’oxydation anaérobie de l’urée, ce travail suggère que les estimations actuelles de la vitesse à laquelle l’océan peut se débarrasser de l’azote réactif — et de sa réponse aux apports humains continus et au changement climatique — doivent être révisées.

Citation: Xu, H., Song, G., Zhu, R. et al. Anaerobic urea oxidation is an overlooked but globally relevant nitrogen loss pathway in marine sediments. Commun Earth Environ 7, 299 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03323-3

Mots-clés: cycle de l’azote marin, sédiments du fond marin, oxydation de l’urée, anammox, biogéochimie des grands fonds