Bonne récolte ...

La campagne Smoothseafloor touche à sa fin, et sur le chemin du retour un petit bilan chiffré s'impose. Les objectifs de la campagne ont été atteints : les images TOBI, enregistrées sur plus de 600 miles nautiques (environ 1100 km), sont de très grande qualité et apportent de nombreuses réponses quant à la nature du plancher océanique, plus de 3 tonnes de cailloux (péridotites, basaltes, gabbros et sédiments confondus) ont été récoltés, et les 15 CTDs ont permis de ramener de nombreux échantillons d'eau.

Les traditionnels rendez-vous philatéliques (ou séance de tamponnage du courrier posté à bord) et barbecue sur la piste hélico sont venus conclure cette mission.

Merci à tous les lecteurs de ce blog et à bientôt pour de prochaines (éventuelles) missions en mer.

Les deux chefs de mission : Daniel Sauter et Mathilde Cannat.
L'OPEA : Pierre Sangiardi.
L'équipe du quart 0-4 : Muriel Andreani, Stéphane Rouméjon, Véronique Mendel, Etienne Ruellan, Valerio Pasini, Duncan Matthew et Sacha Fouchard.
L'équipe du quart 4-8 : Daniele Brunelli, Adrien Bronner, Roger Searle, Adélie Delacour, Dominique Birot, David White et Arnaud Le Ridant.
L'équipe du quart 8-12 : Julie Carlut, Chris MacLeod, Bénédicte Menez, Vivien Guyader, Andrew Webb et Alain Jaouen.
Le médecin du bord : Isabelle Jubert.
Sans oublier le commandant du Marion Dufresne, Christophe Garzon, et l'ensemble de son équipage.

Des bouteilles à la mer ...

Lors de la campagne Smoothseafloor, un jeu de piste d'un genre un peu particulier a mobilisé certains d'entre nous. Il s'agissait de repérer et localiser sur le fond de la mer des signes d'une actuelle activité hydrothermale. Une telle activité se caractérise souvent par une émission, sur le plancher océanique, de fluides qui différent fortement de l'eau de mer environnante par des températures et des concentrations en métaux et méthane souvent beaucoup plus élevées. En zone hydrothermale, de tels fluides résultent de la transformation de l'eau de mer qui s'est infiltrée par des failles dans la croûte océanique jusqu'à des profondeurs importantes et s'est progressivement réchauffée et enrichie en métaux et méthane au contact des roches qu'elle a réciproquement contribué à transformer.

Pour cela, aux profondeurs explorées, palmes, masque et tuba ne suffisent plus. Les joueurs utilisent une bathysonde ou CTD (Conductivité, Température, Depth) du nom des capteurs installés sur cet instrument dans sa configuration la plus simple. Ce dispositif suspendu à un câble électroporteur (photo de gauche) qui permet de transmettre les données en permanence est abaissé de la surface jusqu'au fond de la mer à la vitesse d'environ 1 mètre par seconde. Pendant la descente, les opérateurs scrutent avec attention (photo milieu gauche) devant l'écran les profils (c'est-à-dire l'évolution en fonction de la profondeur) des mesures délivrées en temps réel par les capteurs (température, conductivité et turbidité notamment). La sensibilité et la précision des capteurs permettent de repérer de petites variations anormales dans les profils obtenus. En milieu océanique ouvert, c'est-à-dire loin des côtes, ces anomalies peuvent correspondre avec une grande probabilité aux manifestations d'une activité hydrothermale. Pour le confirmer, de l'eau de mer située à la profondeur de l'anomalie, est alors prélevée grâce à des bouteilles spéciales installées sur le dispositif et dont la fermeture est déclenchée à la demande par les scientifiques.

Une fois la CTD revenue à bord, des échantillonnages (cf photo milieu droit) sont réalisés pour des dosages de méthane et de manganèse dissous (photo de droite) effectués soit à bord soit à terre au retour de campagne. La mise en évidence de teneurs plus importantes que celle correspondant à la composition moyenne de l'eau de mer révèle la présence plus ou moins proche d'une source hydrothermale. L'opération est alors renouvelée autant de fois que nécessaire pour cerner le mieux possible la zone d'émission jusqu'à localiser précisément le responsable. Mais il vaut mieux être chanceux ou à défaut disposer de pas mal de temps et de patience car les courants sous-marins peuvent transporter les indices sur de grandes distances et dans des directions inattendues et le jeu consiste un peu à chercher une aiguille dans une botte de foin.

Souvent les scientifiques devront abandonner la partie avant d'avoir atteint leur objectif. Ce sera pour une autre fois ou bien pour une autre équipe qui pourra tirer profit des informations recueillies.

Entre les CTD, l'esprit de découverte de nos explorateurs ne laisse cependant pas de les animer. Ils mènent une seconde chasse au trésor : celle des bonnes bouteilles de la cave du Marion Dufresne. Et là les résultats demeurent beaucoup plus confidentiels...

Sous le fond de la mer, la vie continue

Très en dessous du fond des océans, nichée dans les pores et les fractures des roches de la lithosphère océanique, une intense vie microbienne semble se développer en l'absence de toute lumière, jusqu'à des profondeurs de plusieurs kilomètres. Les microorganismes sont en effet capables de coloniser même les environnements les plus extrêmes de notre planète et ceci, tant que la température (<120°C), la présence d'eau, la porosité, la disponibilité des sources de carbone et d'énergie le permettent.

Découverte il y a une dizaine d'années, cette vie intraterrestre semble ne rien avoir d'anecdotique: elle pourrait représenter la moitié de la biomasse du globe, soit autant de carbone organique que ce que l'on trouve à la surface de la Terre. Les études récentes sur les sédiments et les basaltes océaniques montrent que l'on peut y répertorier un grand nombre d'espèces très adaptées aux caractéristiques biochimiques et physiologiques uniques. Pour se développer, les écosystèmes de ces environnements puisent leur énergie métabolique des fluides hydrothermaux qui circulent ou directement des minéraux des roches, en les altérant. La source de carbone peut, quant à elle, être complètement inorganique s'il s'agit du CO₂ dissous issu de l'eau de mer ou des fluides magmatiques profonds, ou être héritée de niveaux plus superficiels s'il s'agit de carbone organique sédimentaire.

Dans cette perspective, les péridotites de la lithosphère océanique présentent un intérêt tout particulier. En effet, lors de leur  interaction avec l'eau de mer, ces roches ont la capacité de générer d'importantes quantités d'hydrogène, du fuel pour le vivant, et ceci au travers de la réaction d'hydratation des silicates de magnésium et de fer (olivine, pyroxènes). Cet hydrogène, combiné au dioxyde de carbone, pourrait être à la base du développement de communautés dites chimiolithoautotrophes, premier échelon de ces écosystèmes  intraterrestres. A plus haute température, si cet hydrogène réduit le CO₂, la serpentinisation peut également s'accompagner d'une production d'hydrocarbures légers et en particulier de méthane. Ces réactions de type Fischer-Tropsch sont totalement abiotiques mais doivent également être considérées dans ces approches car elles peuvent fournir des substrats métaboliques aux écosystèmes profonds.

Malgré l'importance de ces habitats potentiels, très peu d'études (géo)microbiologiques ont été menées jusqu'à présent dans ces environnements, comparé aux systèmes basaltiques de la croûte océanique ou aux sédiments associés. Il n'existe dès lors pas de preuves directes de l'existence de ces niches microbiennes nourries par les volatiles du manteau terrestre et de nombreuses questions simples restent encore en suspens : quelle peut être l'étendue de cette colonisation microbienne, sa nature et son taux d'activité ? jusqu'à quelles profondeurs ces systèmes se développent-ils ? combien de temps cette vie persiste une fois que l'activité hydrothermale a décliné et que la roche a vieilli ? quels extrêmes physiques et chimiques sont capables de tolérer ces microorganismes ? quelle peut être la productivité primaire des populations microbiennes dans ces environnements ? quels sont les facteurs physico-chimiques qui limitent cette productivité ? quel rôle ces microorganismes ont dans la fixation du carbone, le recyclage élémentaire entre l'océan et la croûte terrestre ainsi que l'évolution géologique de la lithosphère ? constituent-ils une piste intéressante pour comprendre comment, il y a plus de 3 milliards d'années, la vie est apparue sur la Terre Archéenne inhospitalière ?

C'est pour rechercher des indices d'une présence microbienne dans les péridotites hydratées de la lithosphère océanique que des géomicrobiologistes de l'IPGP et de l'Università di Modena e Reggio Emilia (Italie) ont rejoint l'équipe de SMOOTHSEAFLOOR. Si à bord l'essentiel du travail consiste à conditionner de manière appropriée les échantillons en limitant au maximum le risque de contamination, de retour au laboratoire, de nombreuses techniques de spectroscopie et de microscopie seront mises en œuvre pour rechercher dans ces roches des reliques d'une activité microbienne passée (présence de molécules biologiques ou de biominéraux). Cela permettra de poser les premières bases du fonctionnement des écosystèmes microbiens au sein de ces environnements ultramafiques encore peu explorés, d'évaluer leur rôle éventuel dans les processus d'altération des silicates du manteau et de cristallisation de nouvelles phases et leur impact potentiel dans les cycles biogéochimiques globaux.

Smoothseafloor : nos premiers résultats

Après avoir collecté des images TOBI sur plus de 600 km et avoir dragué 18 fois les pentes des rides allongées du "smooth seafloor" nous pouvons apporter quelques éléments de réponse quant à la nature du plancher océanique dans notre première zone d'étude.

Les images TOBI ne montrent que très peu d'édifices volcaniques, essentiellement localisés aux extrémités de ces rides allongées. La plus grande partie des deux versants de ces rides montre des surfaces, soit très lisses soit avec une texture moutonnée, et surtout très réfléchissantes (très brillantes sur les images TOBI cf image 3D). Ces pentes très réfléchissantes se rencontrent aussi bien dans la vallée axiale que dans les parties les plus vieilles de notre zone d'étude où pourtant nous nous attendions à ce que les sédiments obscurcissent les images TOBI en estompant au moins partiellement les formes du relief.
De nombreuses figures d'érosion (comme des talus d'éboulis, des loupes d'arrachement etc..) sont observées et montrent l'instabilité de ces pentes. Les dragages sur les deux versants des rides allongées ont permis de collecter plusieurs centaines de kg de roches : presque uniquement des péridotites du manteau, plus ou moins altérées (avec des veines de serpentines) et déformées. Certains échantillons de roches sont recouverts d'une croûte de manganèse qui leur donne un aspect arrondi, noir, presque brillant. Par ailleurs, les premières analyses des échantillons d'eau prélevés par CTD montrent des concentrations anormales en manganèse proches du fond. Ces concentrations pourraient être expliquées par une altération hydrothermale des roches du manteau. Une de nos hypothèses est que la présence d'éboulis de taille pluricentimétrique recouverts de croûtes de manganèse pourrait expliquer la nature très réfléchissante des versants des rides allongées sur les images TOBI. Si aucun plan de faille n'est observé directement, car trop érodé, l'observation répétée de péridotites du manteau dans nos dragues rend la présence de failles nécessaire pour exhumer ces roches sur le plancher océanique.
Reste alors à expliquer la genèse et l'évolution des rides allongées du "smooth seafloor" par ces systèmes de failles à vergence opposée.
L'analyse détaillée des données (images TOBI, données bathymétriques, anomalies magnétiques, échantillons d'eau et roches draguées) que nous effectuerons à terre visera à proposer un modèle cohérent de mise en place du "smooth seafloor".

Petite Marduf story ... Océan Iles Science logistique

Il ne s'agit pas du nom d'un héros de bande dessinée, mais du surnom de deux navires atypiques qui se sont succédés pour sillonner les océans depuis 1975. Marduf pour Marion Dufresne, bien sûr.

Il y eu le Marion Dufresne 1 (à gauche sur la photo) qui a fini sa longue navigation dans un chantier de démolition italien en 2005 après avoir été lancé en 1975 aux "Ateliers et Chantiers du Havre". Il était la propriété des "Messageries Maritimes" qui devinrent la "Compagnie Générale Maritime" (CGM) en fusionnant avec la "Compagnie Générale Transatlantique" (CGT). 

Son "petit frère", le Marion Dufresne 2 (à droite sur la photo), a commencé sa carrière de paquebot océanographique et de ravitailleur en 1995 après avoir été construit dans le même chantier normand.

Pour  précision, le nom de baptême du Marion Dufresne n'était pas celui d'une fille de Laninon, quartier du vieux Brest, mais bien celui d'un navigateur malouin du 18 ème siècle, Nicolas Marion-Dufresne, qui a fini son voyage dans une soupière maori de Nouvelle-Zélande en 1775. Evolution de carrière assez courante pour cette époque de découvertes et d'approches humanistes, pas encore trop orientés vers des intérêts purement matériels et mercantiles.

Marduf 2, pour revenir à lui, a pour propriétaire et affréteur principal le Préfet des "Terres Australes et Antarctiques Françaises" qui en a confié l'armement à la CMA-CGM (Compagnie Maritime d'Armement) pour assurer la logistique de ses îles Eparses et Subantarctiques. Pas d'habitant permanent sur ces îles, mais des bases peuplées d'une population hétérogène et complémentaire de spécialistes, civils et militaires. Ils associent leurs compétences professionnelles pour assurer la présence française et mener des activités scientifiques dans des conditions de sécurité et de confort compatibles avec un isolement géographique et combiné à une météorologie délicate. 

 Et l'océanographie dans tout cela ? Vieille histoire qui remonte au fier navire "Gallieni", cargo mixte des "Messageries Maritimes". Du temps des colonies, ce type de bateau transportait de Marseille vers l'Orient (moyen et extrême) marchandises, fonctionnaires, militaires et autres passagers. Dans les années cinquante et soixante du siècle dernier, le Gouverneur de Madagascar avait les Terres Australes sous sa responsabilité, et le "Gallieni" était affrété pour desservir les îles, une fois par an.

Des équipes malgaches étaient déjà embarquées (uniquement dans l'Océan Indien) pour compléter l'effectif du personnel navigant. Les embarquements et chargements se faisant au départ de Marseille, certains passagers ont alors songé à profiter de ces grands voyages logistiques pour "faire de la science". C'est ainsi qu'un sondeur bathymétrique, un thermosalinographe et quelques autres capteurs ont été installés.

Les premières cartes de détail de plusieurs sites des Kerguelen ont été levées à cette époque. Certaines d'entre elles sont encore utilisées de nos jours.

Ensuite, les deux générations de "Marduf" prirent le relais. Ils furent construits en tenant toujours compte d'une vocation de transport de passagers, de vivres, de matériaux divers, d'hélicoptères et de carburant mais les impératifs scientifiques furent largement intégrés au projet. L'IPEV (Institut Paul-Emile Victor) est actuellement sous-affréteur du Marion Dufresne 2, il en a la charge 217 jours par an pour le mettre à la disposition de campagnes océanographiques hauturières.

Le transport de canards vers les îles, de manchots vers les zoos et de puces infectées pour éradiquer les blo(s)* n'est plus d'actualité. Les outils scientifiques sont en constante évolution pour faire progresser la compréhension et la connaissance globalisée de notre vieil océan. La difficile situation économique mondiale et nationale n'épargne pas la recherche en mer. Il y a cependant espoir et projet de voir un Marduf prématurément usé par un vécu riche et dynamique bénéficier d'une cure de jouvence pour continuer à servir la Flotte Océanographique Française avec un bon niveau technologique et à assurer son service des îles et des districts taafiens.

*blo = bête à longues oreilles, cousin du lièvre. Des couples prolifiques étaient lâchés sur les îles par les premiers navigateurs  pour servir de garde manger à d'éventuels naufragés.

Le champ magnétique terrestre, une histoire de polarité

Un des volets de la campagne consiste à étudier le champ magnétique terrestre à l'aplomb de la dorsale sud-ouest indienne. Le champ magnétique permet de s'orienter dans l'espace en nous indiquant le Nord mais, en sciences de la Terre, son étude est également primordiale pour la compréhension de la tectonique des plaques. En effet, le champ magnétique subit des changements de polarité au cours des temps géologiques, c'est à dire que le Nord et le Sud magnétiques se substituent l'un à l'autre. Ces évènements sont très courts d'un point de vue géologique (environ 10 000 ans) et se reproduisent de façon périodique (tous les millions à quarante millions d'années). D'autre part, les basaltes produits à la dorsale océanique possèdent des minéraux ferromagnétiques qui s'orientent selon les lignes de champ de la même façon que l'aiguille d'une boussole. Ils se figent lors de leur refroidissement et enregistrent ainsi "l'histoire" du champ magnétique. La succession de ces changements de polarité dans les basaltes entraine, à l'aplomb de ceux-ci, la formation d'infimes variations du champ appelées anomalies magnétiques. A chaque changement de polarité et donc à chaque anomalie magnétique correspond un âge bien précis ce qui permet de dater le plancher océanique. Cette datation est très importante car elle nous donne le taux d'ouverture de la dorsale océanique, et nous montre que les plaques tectoniques sont en mouvement. La figure ci-dessus représente l'âge de la croute océanique (en millions d'années) déduit de l'étude des anomalies magnétiques.

Nous utilisons un instrument appelé magnétomètre pour mesurer le champ magnétique. Il est remorqué à environ 350 mètres derrière le bateau pour éviter toutes perturbations liées à la masse métallique de  celui-ci. La photo ci-contre est prise lors de la mise à l'eau de l'instrument. Nous disposons à la fois d'un magnétomètre de surface (photo) et d'un magnétomètre installé sur le TOBI. Le TOBI étant  remorqué plus en profondeur, il sera plus proche des sources  d'anomalies magnétiques et permettra d'obtenir de meilleures données.

Entre deux quarts... ou deux parts de quatre-quarts

A bord du Marion Dufresne, les journées des scientifiques et membres de l'équipage s'organisent en quarts de deux fois 4h, entrecoupés de périodes où chacun peut utiliser son temps pour se reposer, se détendre, se divertir ou se dépenser. Pour recharger ses batteries avant le quart suivant, rien de tel qu'une petite sieste ou un brin de lecture sous le magnifique ciel bleu de l'Océan Indien. Depuis quelques jours, nous avons même la possibilité de nous relaxer en barbotant dans la piscine, quasi olympique, située sur le pont avant du Marion Dufresne. Pour le trop plein d'énergie, lorsque les muscles n'ont pas été mis à mal par le triage et sciage des quelques centaines de kilos de cailloux récupérés à chaque drague, il y a la salle de sport, où il est possible de courir ou pédaler avec vue sur l'océan, ou le terrain de badminton situé dans les cales du bateau, très en vogue à partir de 16h. En début de soirée, nous avons quelques fois la chance d'assister à des concerts de groupes musicaux internationaux, avant de profiter de notre petit plaisir quotidien, le coucher de soleil... La soirée se termine le plus souvent par quelques parties endiablées de baby-foot avant de se détendre par une séance cinéma, le bateau possédant un grand choix de films.