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Pendant plusieurs semaines, nous suivrons en direct la mission océanographique Swings, une expérience inédite pour le média Exploreur, mais surtout une importante expédition pour la communauté scientifique. Avant l’embarquement, quelques mots sur la mission.

SWINGS (pour South West Indian Geotraces Section), quel beau nom pour une mission océanographique située dans l’océan Austral... Catherine Jeandel, Hélène Planquette et toute leur équipe largueront les amarres le 13 janvier 2021 du port de La Réunion jusqu’au 8 mars afin de mener leur mission d’exploration et de mesures. Leur principal objectif : comprendre comment cette région océanique participe à la soustraction de CO₂ atmosphérique. Plus spécifiquement, comment des espèces chimiques essentielles au développement de la vie y sont apportées, transformées, transportées par les courants et sédimentées dans les abysses ?

Cette expédition est initiée et pilotée par Catherine Jeandel, océanographe géochimiste toulousaine et Hélène Planquette, bio-géochimiste marine brestoise, toutes deux chercheuses CNRS. Un petit retour en arrière s’impose pour comprendre la naissance de cette mission. Swings s’inscrit dans le programme mondial GEOTRACES, qui construit depuis 2010 un atlas chimique des océans. Les cycles biogéochimiques du carbone et de l’azote sont étudiés ; les éléments en traces et leurs isotopes sont quantifiés. Ces données sont acquises selon des protocoles très stricts, comparées et validées entre les différents pays et mises à disposition en « open source » dans une banque de données. En océanographie, la collaboration internationale est primordiale comme le souligne Catherine Jeandel : « Compte tenu de la dimension du terrain et de la taille des enjeux, nous sommes obligés de se partager le "gâteau", inutile de jouer la compétition, nous avons besoin des données de tous ! »

L'expédition en quelques chiffres clés. Malgré les difficultés de la vie à bord, les membres de l'équipage ne perdent pas de vue les enjeux environnementaux. Les plastiques seront soigneusement triés et les piles recyclées. © Sébastien Hervé, UBO-IUEM-LEMAR.

L’océan : régulateur et victime du réchauffement climatique !

Les eaux marines absorbent presque un tiers du CO₂ émis par la combustion des énergies fossiles. Les eaux australes absorbent environ 15 % des émissions de CO₂ produites par les activités humaines. Elles sont donc les actrices principales de la régulation de la concentration des gaz à effet de serre, et donc du climat. Mais elles sont aussi victimes de ce phénomène planétaire : un excès de CO₂ dissous les rend plus acides et cela perturbe le développement des micro-organismes en surface. Le plancton, la source de toute la vie marine, est impacté.

L’océan séquestre le CO₂ de l’atmosphère soit par voie physique, avec une simple dissolution, soit par voie biologique grâce à la photosynthèse du phytoplancton. Un des objectifs de Swings est d’évaluer l’activité de ces micro-organismes dont le développement dépend de la présence d’éléments chimiques aux concentrations très faibles. Ces éléments en « ultra-trace » sont la cible principale de Swings.

En plus des sels nutritifs (silice, nitrate, phosphate, notamment) dont les concentrations sont elles-mêmes faibles, certains métaux-traces sont essentiels au développement des algues en surface (fer, nickel, cuivre, cobalt, zinc, etc.). En effet, ils participent aux réactions enzymatiques de la photosynthèse. Leur très faible teneur rend leur analyse périlleuse, les échantillons prélevés doivent être protégés de toutes contaminations venant de la rouille et des cheminées du bateau, voire des scientifiques en personne ! « Pendant 13 mois, huit personnes se sont mobilisées pour nettoyer soigneusement les bouteilles de prélèvement ainsi que les 6 000 flacons qui recueilleront nos échantillons », précise Hélène Planquette.

Surface, colonnes d’eau, profondeur des océans : aucune zone n’échappe à Swings

Une mission de l’ampleur de Swings est l’occasion rêvée pour récupérer une multitude de données et ainsi saisir l’ensemble des mécanismes permettant de séquestrer du CO₂ dans cette région du monde.

Il est essentiel de déterminer les sources de ces éléments en traces. Arrivent-ils par les vents, par les courants, par les sédiments ou les sources hydrothermales profondes ? Comment sont-ils transportés au sein de l’océan : sous forme de particules ou dissous dans les courants ? Comment sédimentent-ils et à quelle vitesse par exemple ? Pour cela, d’autres traceurs seront mesurés. Ils ont le rôle d’« indics », car ils permettent de définir l’origine de la matière ou la vitesse de chute de celle-ci dans l’eau.

Swings apportera sa pierre à l’édifice en étudiant également une grande diversité de particules marines, comme par exemple celles provenant des poussières atmosphériques, celles qui décollent de l’Afrique du Sud et des îles Marion, Crozet, Kerguelen et Heard. Comment elles se dissolvent à la surface de l’eau et libèrent leurs éléments chimiques, le fer et les micro-nutritifs notamment ?

Les abysses de l’océan n’échapperont pas non plus à l’équipe scientifique. L’étude des sédiments déposés à la surface du fond de l’océan après avoir été transportés par les vents et les fleuves sera également au cœur des recherches scientifiques à bord. Les sédiments sont un mélange de particules (celles d’origine biologique, mortes et partiellement dégradées mais aussi des poussières, des particules fluviales, etc.) apportées depuis les continents par érosion.

Déposé sur les fonds, ce mélange est susceptible de libérer des éléments chimiques vers la mer. Comme l’explique Catherine Jeandel, « On se focalisera sur les prélèvements de sédiments sur l'interface avec l'eau (le fond), en privilégiant ceux de surface. On fera ces carottages le long de la côte sud-africaine, autour des îles Marion, Crozet, Kerguelen et quelques-uns dans les zones les plus profondes  ». Ces carottages seront complétés par des échantillonnages ciblés sur les particules remises en suspension, qui seront collectées par des pompes in-situ.

Site hydrothermal « Active Pot », 364 ℃, 2772 m sous le niveau de la mer © ROVVictor 6000, IFREMER/CNRS.

Autre espoir de la mission : détecter une nouvelle source hydrothermale, au niveau de la montagne sous-marine appelée « ride sud-ouest indienne ». En effet, c’est au niveau de ces « rides » que les plaques tectoniques s’écartent, laissant la possibilité à du magma profond de remonter en surface. Ces « mini volcans », sont aussi souvent le siège de geysers sous-marins, appelés fumeurs hydrothermaux. Il s’agit d’une eau sous pression, chimiquement riche en métaux, donc une source potentielle d’éléments-traces intéressants pour Swings et pour le phytoplancton en surface si ces éléments y sont acheminés par les courants.

Bien sûr, l’étude des courants et des masses d’eau qu’ils transportent sera aussi un point important de cette expédition scientifique. Affectées par des éléments naturels comme la rotation de la Terre et les climats atmosphériques, les masses d’eau circulent du sud au nord, d’est en ouest, mues par les courants marins. Elles ont une densité donnée. Celle-ci entraîne une superposition des couches d’eau entre la surface et le fond, formant une sorte de mille-feuille. Cette densité est déterminée par la salinité et la température de l’eau. Comme le décrivent les chercheuses : « Plus l'eau est froide et salée, plus elle est dense. En mesurant avec des capteurs sensibles à la pression, à la température et à la salinité, on a des profils entre surface et fond qui "zigzaguent" et déterminent les différentes masses d'eau que l'on rencontre. Afin de pouvoir quantifier ces transports, la mesure de la masse d’eau est primordiale, ainsi que celle des traceurs qui en déterminent l’origine. »

Pour coordonner toutes ces recherches scientifiques, l’équipe à bord pourra compter sur deux femmes remarquables, Catherine Jeandel du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (Legos) et Hélène Planquette du Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Lemar).

Deux femmes scientifiques à la barre !

Pour cette mission une longue organisation a été nécessaire, comme l’expliquent les deux cheffes de projet : « Les dossiers qui sont rédigés pour ce genre de grosse opération à la mer sont très exigeants en qualité et importants en volume. Ils doivent à la fois être excellents scientifiquement et techniquement. Ensuite, un gros travail d'organisation et de logistique est essentiel ».

Pour que la mission soit un succès, la volonté et les compétences des 48 scientifiques impliqués sont indispensables. Au côté des chercheuses et chercheurs, différents métiers et spécialités scientifiques sont mobilisés : des ingénieurs, des techniciens - chimistes, géologues, biologistes, climatologues, physiciens … mais aussi des artistes seront présents sur le navire. Sybille d’Orgeval et Laurent Godard réaliseront un documentaire dans lequel ils souhaitent apporter une touche importante d’humanisme, dans cette course à la connaissance.

Tous ne pourront faire autrement que swinguer ensemble au cours de ce voyage agité entre les 40^e rugissants et les 50^e hurlants : les scientifiques et membres d’équipages devront se serrer les coudes pour atteindre leur objectif malgré de probables maux de mer, des situations parfois acrobatiques. Il faut tout prévoir, même l’imprévisible !

Un bateau équipé pour l’occasion

La mission Swings ne peut s’établir sans un élément essentiel au projet : le bateau. Ce navire océanographique du nom de Marion Dufresne II, surnommé aussi le « Marduf », porte le nom d’un célèbre explorateur français du XVIII^e siècle. Avec ses 120 m de long et ses 650 m² de laboratoires, un héliport, un système de treuillage et un sondeur multi-faisceaux… le navire est le parfait allié pour cette expédition. Néanmoins, Swings manquait de place ! Plusieurs cabines ont été transformées en laboratoire.

Durant la mission, plusieurs instruments seront déployés, afin de collecter de la surface jusqu’aux sédiments les échantillons renfermant les fameux « traceurs ». Ainsi, les membres de l’équipe collecteront des poussières et pluies, mesureront avec des capteurs des paramètres comme la température, la salinité et la concentration d’oxygène sur toute la colonne d'eau, échantillonneront de l'eau de mer à 24 profondeurs avec des bouteilles montées en couronnes appelées rosettes, récupéreront des particules marines par filtration à 12 profondeurs, et extrairont enfin des sédiments de surface avec un petit carottier.

Tous les acteurs réunis à bord vont participer au succès de la mission et du projet, qu'ils soient marins, étudiant.es, ingénieur.e.s ou chercheur.es. En effet, deux étudiants en masters seront présents durant la mission, une réelle chance pour eux d’être au cœur de la recherche. Ils seront essentiellement sur le navire pour parfaire leurs compétences, conduire leur sujet de recherche, apprendre auprès de scientifiques renommés et peut-être continuer en doctorat par la suite. « À bord, il n’y a plus de hiérarchie, chacun accomplit toutes les tâches nécessaires au bien-être de l’équipage et au bon déroulement des expériences. Pendant la préparation, j’ai coutume de dire à toutes et tous : nous vomirons et laverons nos chaussettes ensemble ! » précise Catherine Jeandel.

Déterminés, impatients et avides de nouvelles données scientifiques, après plusieurs mois d’organisation, tous les membres de l’équipe sont désormais prêts à larguer les amarres. Durant huit semaines, nous vivrons à leurs rythmes entre les recherches scientifiques concluantes, les désillusions, les complications, les moments de joie, les fous rires, et l’esprit d’équipe. L’invitation est lancée, alors swinguons ensemble ! ♦

SWINGS en bref

• Date en mer : du 13 janvier au 8 mars

• Équipage : 48 scientifiques et 49 personnels de bord et de logistiques

• Disciplines mobilisées : géologie, chimie, biologie, physique, climatologie, …

• Budget : + de 900 000 euros de fonctionnement financés par l’ANR, la FMAC, le SNO OISO, IsBlue.

Les membres de l'équipe:

Bruno Hamelin (Université Aix-Marseille), Corentin Clerc (Université Paris, Ecole Normale Supérieure), Corentin Baudet, Hugo Berthelot, Sibylle D’Orgeval, Edwin Cotard, Laurent Godard, Gérard Eldin, Marine Piejus, Maria-Elena Vorrath et Frédéric Planchon (Université de Bretagne occidentale), Stéphane Blain, Damien Cardinal, Coraline Leseurre, Izard Lloyd, Guillaume Barut, Sara Sergi et Rui Zhang (Université Sorbonne),  Moustafa Belhadj, Christophe Cassou, Jonathan Fin, Audrey Gueneugues, Catherine Jeandel, Claire LoMonaco, Claude Mignon, Ingrid Obernosterer, Fabien Perault, Emmanuel Saint-Léger, Marc Souhaut et Frédéric Vivier (CNRS – INSU), Wen-Hsuan Liao, David Gonzalez-Santana, Hélène Planquette et Maria Elena Vorrath (CNRS-INEE), Cédric Cotte (Muséum national d’histoire naturelle), Elodie Kestenare (IRD), Marion Lagarde, Pieter Van Veek et Morgane Leon (Université Toulouse III – Paul Sabatier), Natalia Torres-Rodriguez et Marion Fourquez (Institut méditerranéen d’océanologie), Nolwenn Lemaitre (Ecole polytechnique fédérale de Zurich), Isobel Turnbull (Université de Plymouth) Millie Goddard-Dwyer (Université de Liverpool), Thomas Ryan Keogh, (Centre des recherches scientifiques et industrielles de Cape Town), Heather Forrer et Bill Landing (Florida State University)) et Christian Lopes (Florida International University).