Dispersion de larves par la turbulence de sous-mésoéchelle et la marée interne dans l'océan profond

Des chercheurs du Laboratoire d'océanographie physique et spatiale (LOPS/IUEM, CNRS / UBO / Ifremer / IRD) et du Laboratoire Environnement Profond de l'Ifremer ont réalisé des simulations numériques de la dynamique océanique dans l'océan profond aux abords de sources hydrothermales. Ils ont ainsi pu mettre en évidence la présence de turbulence océanique de petite échelle et montrer qu'elle avait un impact significatif sur la dispersion et le transport des effluents des sources hydrothermales et sur les larves. Cette dynamique pourrait expliquer la connectivité observée entre certains sites hydrothermaux très éloignés les uns des autres.


L'océan profond recèle des ressources biologiques et minérales immenses. Les sources hydrothermales profondes, situées dans les zones de forte activité tectonique, comme le long des grandes dorsales médio-atlantiques ou du Pacifique, sont des zones d'activité géologique, géochimique et biologique extrêmement intenses, particulièrement propices à la synthèse de matières organiques. Cet environnement particulier permet le développement d'écosystèmes singuliers le long des dorsales. L'étude de leur fonctionnement permet de mieux connaitre les propriétés d'adaptabilité du vivant en milieu extrême. Bien qu'ils soient assez éloignés les uns des autres, ces écosystèmes présentent une assez grande uniformité génétique, signe qu'il existe des mécanismes de connectivité entre eux. Comprendre ces mécanismes est aussi un enjeu essentiel pour pouvoir identifier les menaces que l'exploitation minière profonde fait peser sur ces écosystèmes.

On a longtemps considéré la dynamique océanique insignifiante dans les fonds sous-marins, à cause de son isolement des forçages dominants, situés en surface, i.e., vents et flux de chaleurs. La difficulté technique d'observer la dynamique profonde n'a pas permis de remettre en cause cette conception. Par conséquent, de nombreuses questions restent en suspens. En particulier, les mécanismes par lesquels les composés chimiques et biologiques sont transportés d'une source à une autre restent largement incompris. Pourtant, des travaux récents montrent que l'océan n'est pas laminaire dans les profondeurs, mais véritablement turbulent. Et l'impact de cette turbulence sur la dispersion et le transport de matériaux dans les profondeurs est encore méconnu.

La turbulence abyssale au voisinage du site hydrothermal Lucky Strike, situé sur la dorsale médio-atlantique au sud des Açores, a été étudiée pour la première fois en utilisant les dernières avancées en matière de modélisation numérique réaliste à très haute résolution et des observations in situ. Les simulations numériques permettent de résoudre la dynamique océanique dans un spectre d'échelle spatio-temporelles très large, de quelques kilomètres et quelques heures (tourbillons, ondes internes) à plusieurs milliers de kilomètres et plusieurs années (circulation régionale). Les propriétés statistiques de ces simulations ont été validées en comparant avec des observations in situ acquises autour du site hydrothermal.

L'étude montre que la turbulence de sous-mésoéchelle (échelles < 10 km) et la marée interne, i.e., ondes internes de fréquences tidales se propageant sur les surfaces d'iso-densité, générées aux abords de la dorsale augmentent fortement la dispersion et le transport des larves et des effluents de sources hydrothermales. En particulier, des tourbillons de sous-mésoéchelle capturent des larves et les transportent sur des grandes distances. D'autre part, le mélange vertical induit par la marée permet aux larves de franchir des obstacles topographiques et d'augmenter leur potentiel de dispersion. Ces phénomènes pourraient expliquer la connectivité observée entre certaines sources hydrothermales très éloignées les unes des autres.