Les fonds océaniques sont des lieux obscurs, nimbés de mystère. Sur les deux tiers de la surface terrestre recouverts par des océans, moins de 1 % des fonds a pu être exploré visuellement par des submersibles. Et pour cause, leur étude n’est pas chose aisée ! Avec une profondeur moyenne de 4 000 mètres sous le niveau de la mer et des zones parfois très profondes, les « fosses », pouvant aller jusqu’à 11 kilomètres de profondeur, on s’imagine bien que leur exploration relève d’un réel challenge technologique.
Et pourtant, ces environnements, frontières des plaques tectoniques, sont d’un intérêt majeur pour beaucoup de scientifiques. Qu’ils soient tectoniciens, volcanologues, chimistes ou biologistes, ils veulent en savoir plus sur les conséquences de la tectonique des plaques, de son origine à ses effets sur les échanges chimiques entre la croûte et les océans et l’apparition de la vie.
De la terre à la mer
L’expression de la tectonique des plaques actuelle est visible sur terre, par exemple la chaîne de l’Himalaya qui marque la limite entre la plaque indienne et la plaque eurasienne. Les chaînes de montagnes sont aussi des fenêtres sur les mécanismes tectoniques qui ont eu lieu il y a des millions d’années au fond d’anciens océans, et qui sont préservés dans ce que l’on appelle les « ophiolites ».
C’est notamment sur ces objets que j’ai débuté, durant ma thèse, l’étude des processus d’interactions fluide-roche dans les roches formant les domaines océaniques. Je m’intéressais alors aux circulations hydrothermales – quand l’eau de mer s’infiltre le long de failles, se chauffe, et réagit avec les roches magmatiques lors de l’écartement des plaques – durant l’exhumation des roches du manteau de la Téthys Alpine, cet océan qui séparait la plaque européenne et apulienne il y a 170 millions d’années.
Déjà à l’époque, ma volonté de faire le lien avec les fonds océaniques actuels était forte. Donc, lorsque Muriel et Javier m’ont proposé de faire partie de la mission Arc-En-Sub, centrée sur un site hydrothermal actif, j’étais évidemment enthousiaste à l’idée de participer à l’aventure et d’explorer ces environnements !
Vers les entrailles océaniques
C’est à bord du Pourquoi Pas ?, un navire parfaitement adapté aux missions en haute mer, que nous embarquons. Une fois sur site, l’exploration des fonds peut débuter, comme vous l’ont raconté mes collègues.
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Que d’émotions sur le pont lors du premier déploiement de ce monstre mécanique et dans le containeur de Victor avec les premières images une fois arrivé au plancher océanique ! Là, beaucoup de sédiments pouvant à s’y méprendre rappeler des pistes de ski à Chamonix. Par endroits des roches affleurent, faisant surgir d’autres questions, dont une qui revient souvent « Mais qu’est-ce que c’est que ce truc ? »
Vous l’aurez compris, la reconnaissance des roches océaniques n’est pas chose évidente au premier coup d’œil. Nous pouvons quand même observer si elles apparaissent déformées, sont plus ou moins massives et voir si elles sont indurées ou non en tentant de les « mordre » avec les pinces de Victor, et le cas échéant de collecter un échantillon qui sera décrit au laboratoire.
L’échantillonnage en géologie, ce n’est pas si simple que ça. Que ce soit à terre ou en mer, on ne peut pas échantillonner tout ce que l’on veut. En mer, on différencie les zones d’exclusivité économique, sous la juridiction d’un pays, des eaux internationales qui n’appartiennent par définition à personne et dont l’exploitation du plancher océanique est régulée par l’« International Seabed Authority ». Si l’échantillonnage est rendu possible dans la plupart des zones sans restriction particulière, certaines zones définies comme réserves géologiques naturelles, comme l’île de Groix en Bretagne, ne permettent pas l’échantillonnage sauf dans le cas d’une dérogation.
Le site hydrothermal actif de Rainbow, bien que situé dans les eaux internationales, a également hérité d’un statut comparable défini dans le cadre de la convention OSPAR. Enfin, de manière générale, les zones abritant de la vie sont soumises à des conventions internationales comme le protocole de Nagoya, pour assurer une traçabilité ainsi que le partage juste des connaissances et ressources associées – nous n’avons dans ce cas réalisé aucun échantillonnage biologique.
À ces législations ou accords internationaux s’ajoutent des complications très matérielles, les roches étant parfois plus grosses que les pinces de Victor par exemple.
Une exploration faite de surprises
L’étude des structures renseignées par la carte bathymétrique n’est pas forcément toujours aisée non plus, car il y a parfois un décalage entre ce que nous prédit la carte et la navigation de Victor. Surprise : nous pensions être au niveau d’une faille, mais une plaine sédimentaire s’étend devant nous et le sonar n’indique aucun relief à 50 mètres à la ronde…
C’est dans ces moments que l’on se rend compte que les cartes topographiques sont vraiment l’outil de base du géologue, qu’il pourra ensuite implémenter avec des données géologiques. Sans elles, l’exploration est fortement perturbée. Je réalise que nous sommes justement en train de construire la carte géologique de la zone, comme les géologues alpins l’avaient fait au début du XXe siècle à terre.
Ces moments d’incertitude sont vite oubliés lorsque que nous découvrons un système hydrothermal diffus habité par des colonies de moules ou de palourdes au somment d’une faille, ou encore des constructions hydrothermales éteintes avec des oasis de vie au détour d’un escarpement. La diversité d’espèces colonisant ces lieux est bluffante ! Jamais je ne me serais attendu à observer tant de vie dans des endroits si hostiles.
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Pourtant nous savons que les fluides hydrothermaux sont chargés en éléments chimiques (comme le fer, le cuivre ou le calcium par exemple) et en gaz dissous (notamment du CO2, du méthane, du dihydrogène) qui peuvent être assimilés par les organismes pour leur métabolisme.
Et de fait, les sites hydrothermaux sont de véritables oasis de vie qui accueillent une myriade d’organismes allant de la macrofaune (crevettes, moules, palourdes, annélides…) à la microfaune (bactéries). Les dorsales représentent ainsi un lieu privilégié et bien connu pour étudier les interactions entre les processus géologiques et biologiques, depuis la découverte des micro-organismes dans ces environnements en 1977. Cependant, observer une telle diversité de vie également dans des sites inactifs où les échanges chimiques avec l’océan sont limités, voire absents, m’a fortement surpris.
De l’affleurement au microscope
Après quelques heures de plongée et une heure et demie de remontée, nous découvrons enfin les échantillons collectés. Ils sont sortis des paniers, pesés, mesurés, sciés avant d’être décrits.
La plupart du temps, notre quart écope de la description des échantillons entre midi et 16h. Avec Anna Cipriani, une collègue de l’université de Modène, et les autres personnes de notre quart, nous nous y attelons à l’aide de loupes et d’une loupe binoculaire. Chaque échantillon collecté est ainsi décrit, référencé et sera catalogué dans une base de données IGSN qui permettra à la communauté scientifique d’accéder aux caractéristiques des échantillons.
Diverses études pourront être conduites sur ces échantillons : Anna est plutôt intéressée par les processus magmatiques qui opèrent à la dorsale alors que Muriel s’intéresse davantage aux altérations de basse température qui conduisent à la carbonatation des roches.
Personnellement, je regarde les sulfures hydrothermaux de haute température formés dans les cheminées ou les roches à proximité. Je caractériserai d’abord les assemblages minéralogiques puis j’essayerai de contraindre les processus hydrothermaux qui ont abouti à la formation de ces sites hydrothermaux via des analyses géochimiques. Comme nous travaillons sur des thématiques bien distinctes, nous arrivons plutôt bien à nous mettre d’accord sur la répartition des échantillons.
Nous réitérons l’expérience sur les 16 plongées de Victor réalisées durant la campagne, accumulant plus de 350 échantillons et de plus en plus de fatigue. Puis, c’est déjà le 30 mai et il est temps de se remettre en transit pour rentrer au port de Ponta Delgada sur l’île de Sao Miguel aux Açores, où une soirée attend scientifiques et marins, avant de nous quitter dans les jours suivants et nous envoler vers nos laboratoires bien sur terre.
Pour moi, ce sera avec 15 kilogrammes d’échantillons de sulfures hydrothermaux dans le sac à dos. Cette histoire scientifique ne fait que commencer…