Des observatoires dans les zones hydrothermales sous-marines

Publié par Isabelle le 12/01/2021 à 13:00
Source: CNRS INSU
Au fond des océans, loin de la lumière du soleil, se cache un univers insoupçonné où la vie foisonne. Entre la chaleur du magma des dorsales océaniques et la froideur de l'eau de mer profonde, se développent des écosystèmes complexes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de zones géologiques, sujets de nombreuses recherches: les zones hydrothermales. Des campagnes d'études et des réseaux d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) sont déployés autour de ces lieux remarquables pour en comprendre l'origine et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...).

Regroupant des équipes scientifiques pluridisciplinaires issues de laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), de l'IPGP, des laboratoires GET (Université de Toulouse), MIO (Université de Marseille), LOPS (Université de Brest), LIENSs (Université de La Rochelle) et de l'Ifremer, l'observatoire EMSO-Açores, une composante de l'infrastructure de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) Emso-France centrée autour de ces questions et enjeux scientifiques, fête ses 10 ans. Mathilde Cannat, chercheuse en géosciences marines, à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), nous guide à travers ces milieux profonds.


Fumeurs noirs, sortes de geysers sous-marins localisés sur les dorsales sismiques. Ces eaux contiennent des substances minérales dissoutes et des particules noires de sulfure de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) leur donnant cet aspect caractéristique.
© Jean Louis CHEMINEE/CNRS Photothèque

Qu'est-ce qu'une zone hydrothermale et comment la vie s'y est-elle implantée ?

Les planchers rocheux des fonds marins ne sont pas figés. Certaines parties des abysses sont jeunes et résultent de l'émission récente de magma au niveau des dorsales océaniques, véritables chaînes de montagnes volcaniques sous-marines. Le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) hydrothermal, issu de la rencontre entre l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) et les roches chaudes, est émis et forme des cheminées sous-marines. Chaudes, acides et anoxiques, chargées en sulfures polymétalliques, ces émissions jouent un rôle clé, par exemple, dans la teneur en fer des océans.

Les zones hydrothermales sont le point (Graphie) d'ancrage d'un écosystème très particulier, qui y trouve à la fois un habitat et une source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). La vie se concentre autour des cheminées actives où des micro-organismes, briques élémentaires de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) trophique1, sont nourris par les fluides émis. Sans lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), ces derniers vont utiliser une énergie chimique, non pas par photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...), mais par chimiosynthèse microbienne, pour produire de la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...). Cette matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) sera ensuite consommée par les animaux qui colonisent ces zones à forte productivité.

Comment a-t-on découvert et étudié ces écosystèmes particuliers ?

La découverte, puis l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de ces milieux singuliers débutent dans les années 1970 et vont changer radicalement la vision que les scientifiques ont des écosystèmes marins profonds. Les campagnes océanographiques ont apporté leur lot de réponses, mais aussi de questionnements nouveaux, à travers la vision partielle qu'elles ont pu donner de ces milieux.

Comment étudie-t-on aujourd'hui ces zones hydrothermales ?

Pour dépasser cette vision incomplète, la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) internationale a développé, dans les années 2000, les premiers observatoires de fond de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). L'innovation de ces installations réside dans le fait qu'elles déploient in situ des instruments de mesure, au plus près des sujets et des milieux analysés. Les processus étudiés évoluent sur des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) qui ne peuvent être appréhendées lors d'une seule campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) océanographique et doivent être suivis en continu, ce qui justifie un observatoire pérenne, mais en constante évolution.

Ainsi, l'infrastructure de recherche Emso-France assure le regroupement des initiatives françaises sur les observatoires sous-marins du programme européen EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory). Implantée au large de l'archipel (Un archipel est un ensemble d'îles relativement proches les unes des autres. La proximité...) des Açores (Les Açores sont un groupe d’îles portugaises qui se trouvent en plein océan...), à 200 miles nautiques de l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) Faial, l'installation régionale autonome Emso-Açores est située au sommet d'un volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et...) sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de...) actif qui abrite l'un des sites hydrothermaux les plus actifs de la dorsale médio-atlantique. Ancrés à 1700m de profondeur, les instruments assurent l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) en continu de nombreux paramètres géophysiques, géochimiques et biologiques, du substratum rocheux jusqu'en haut de la colonne d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), et à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) (avec une bouée de transmission équipée d'une centrale météorologique). Un milieu d'étude aussi hostile nécessite de relever de nombreux défis technologiques.

Quels sont ces défis technologiques auxquels l'observatoire EMSO-Açores doit faire face ?

L'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) diversifiée mise en place est par certains aspects plus complexe qu'une instrumentation spatiale, car elle est contrainte par les hautes pressions, la corrosion, les difficultés d'alimentation en énergie, ou encore la nécessité d'innover dans les méthodes de transmission des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...). Chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...), la campagne de maintenance MoMARSAT est réalisée pour assurer l'étalonnage et le remplacement des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...), la récupération des jeux de données complets, les mises à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) et la maintenance des instruments.

Cet observatoire, un prototype du genre, et cette démarche pragmatique permettent l'étude de la variabilité temporelle du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) hydrothermal nommé "Lucky Strike", en se focalisant sur l'un des édifices hydrothermaux les plus actifs de ce champ, répondant au nom de "Tour Eiffel (La tour Eiffel, initialement nommée tour de 300 mètres, est une tour de fer puddlé...)".


Moules et tapis bactérien, sur le site de la zone Lucky Strike, un des plus grands champs hydrothermaux connus à ce jour, le long de la dorsale medio-atlantique. © IFREMER/IPGP/CNRS Photothèque

Quelles découvertes a permises Emso-Açores depuis son implantation ?

Depuis 10 ans, les données collectées ont mis en lumière des résultats pluridisciplinaires et transdisciplinaires décisifs. Le suivi de la sismicité locale a permis de mieux comprendre la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) des circulations de fluides dans le substratum, jusqu'à plus de 3 km de profondeur, à proximité de la chambre magmatique du volcan. Le suivi, par des sondes de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) au sommet et à la base du volcan, a permis de repérer des épisodes de gonflement et de déflation, typiques de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) magmatique des volcans actifs terrestres mais jusqu'ici jamais décrits sur un volcan de la dorsale Atlantique.

Les études des températures des fluides chauds émis par les fumeurs, ont montré que l'activité du système hydrothermal est restée stable au cours des 10 années d'observation, avec des variations induites par les marées, qui ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) des contraintes sur la perméabilité du substratum. Le suivi géochimique annuel des fluides permet de quantifier les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) chimiques associés à l'activité hydrothermale, et de décrire l'impact de l'activité tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n »...), sismique et magmatique de la dorsale sur la composition des fluides hydrothermaux.

Les mesures physiques effectuées dans la colonne d'eau ont mis en évidence le rôle associé des courants de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux...) et des tourbillons, pour certains générés par le flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou énergie thermique) à travers un corps. Le...) hydrothermal, sur la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) océanique dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) profond. Des expériences de colonisation in situ sur le fond ont également mis en évidence l'influence du contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) hydrothermal sur l'implication des micro-organismes dans l'altération des roches océaniques et du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) volcanique.

La reconstruction photographique en 3D de l'édifice actif "Tour Eiffel" est la base du travail de suivi écologique à petite échelle de ce site. Plusieurs dizaines de capteurs physiques, chimiques, ainsi qu'une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...) ont permis de montrer le rôle combiné de la topographie, de la localisation des fumeurs noirs2, et des courants profonds sur la distribution de la faune. Une découverte importante a été la mise en évidence, chez les moules de Tour Eiffel, de rythmes biologiques associés à la marée. On a longtemps pensé que les environnements marins profonds, où la lumière est absente en dessous de 1000 m, étaient "arythmiques". Les recherches effectuées sur l'observatoire EMSO-Açores ont donc montré que ça n'est pas le cas.

Et demain ?

Dans un contexte où la pression sur les ressources pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) de nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) à envisager une exploitation de celles des grands fonds marins, il est essentiel d'approfondir notre connaissance des écosystèmes associés: mieux connaître pour mieux protéger, aider à définir les paramètres pertinents pour évaluer l'impact des activités humaines dans les grands fonds, développer des méthodologies, et les technologies adaptées au suivi d'aires (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) marines protégées. Nombreuses sont les innovations technologiques, issues de la créativité des chercheurs et des ingénieurs associés à EMSO, qui trouvent ainsi leur place dans le monde (Le mot monde peut désigner :) industriel. Ce sont les enjeux du suivi scientifique multidisciplinaire qui va se poursuivre sur le site EMSO-Açores dans les années à venir.

Pour informer et sensibiliser le grand public sur ces écosystèmes méconnus, plusieurs initiatives de médiation (Depuis l'essor de la médiation dans les années 1980, il existe plusieurs conceptions et...) scientifique et de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) participative ont été mises en place, comme le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) "Espion des grands fonds" qui permet le comptage des animaux passant devant l'objectif de la caméra braquée sur un secteur du site Tour Eiffel, ou l'importation du modèle 3D de Lucky Strike dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) virtuel. Ce dernier propose une expérience d'immersion unique, à 1700m de profondeur, via un casque de réalité virtuelle (La réalité virtuelle est une simulation informatique interactive immersive, visuelle,...), à la découverte d'un univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) captivant.

Notes:
1 Chaine alimentaire.
2 Cheminées faisant partie du système hydrothermal, qui émettent des panaches de fluide, à plus de 350°C et chargés de minuscules particules métalliques.


Propos recueillis par Aurore Delahayes

Contact:
Mathilde Cannat - IPGP - cannat at ipgp.fr
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