Activités 2005-2008 du Laboratoire de Géochimie et Métallogénie

  1. Mandat
  2. Contexte et objectifs généraux
  3. Enjeux - Contexte socio-économique
  4. Projet Hermes 
    1. Objectifs généraux
    2. Campagne VICKING
    3. Campagne ENVAR 1 et 3
  5. Projet Hydrates et Fluides froids 
    1. Objectifs généraux
    2. Atelier Ifremer-Université de Brême à Brest les 17-18 janvier 2005
    3. Recherches franco-australiennes en Mer de Tasmanie. Campagne ZoNeCo12-Ausfair du Marion Dufresne.
    4. Objectifs géochimiques
    5. Actions à la mer
    6. Campagne BioNil (Coopération Franco-Allemande)
    7. Campagne d'essai analyseur chimique sur bathysonde
    8. 5th International Workshop on Methane Hydrate Research and Development
  6. Projet Chantier MoMAR 
    1. Objectifs généraux
    2. MoMARnet
    3. Chantier MoMAR
  7. Projet Diversité et interactions 
    1. Objectifs généraux
    2. Campagne EXOMAR (EXtremophiles Of the Mid-Atlantic Ridge)
  8. Projet Systèmes hydrothermaux mantelliques 
    1. Objectifs généraux
    2. Zone 15°N
    3. Zone Acores
    4. Projet THEMIS
    5. Campagne SERPENTINE
  9. Campagne Nodinaut
  10. Opérations Individualisées
  11. Acquisition du banc XRF (XRF core scanner)
  12. Projet EXTRAPLAC
  13. Liens
  14. Présentation du laboratoire

 

1 - Mandat

Le laboratoire se place à la charnière entre recherche fondamentale et appliquée, sur des sujets relevant du mandat de l’Ifremer pour l’identification des ressources minérales et énergétiques et l’exploitation de la mer. Sa spécificité concerne les traceurs dans les panaches hydrothermaux, les fluides et les gaz chauds et froids, les hydrates de méthane, la géochimie des basaltes et la métallogénie océanique. Ses actions s’appuient largement sur des équipements à la mer et des analyses au laboratoire.

  • Échanges et transferts océan-substratum
  • Ressources minérales et énergétiques des grands fonds
  • Développement et mise en oeuvre d’outils spécifiques à la mer et au laboratoire:
    • Traceurs physiques et chimiques dans la colonne d’eau (profil verticaux (bathysonde-rosette) et horizontaux (submersibles, seringues titane, mini-rosette, néphélomètres, sondes thermiques),
    • Échantillonnages et analyse des fluides et gaz (1 conteneur, chromatographie, fluorimétrie, colorimétrie),
    • Analyseur in situ : analyse de Mn, Fe, H2S,
    • Analyses des roches et sédiments à bord,
    • Analyses fluides, gaz, roches et sédiments, à terre (XRF, XRD, chromatographie, microsonde, spectrométrie de masse, ICP-MS).

 

2 - Contexte et objectifs généraux

Les grands fonds océaniques constituent des domaines peu connus au sein desquels de nombreux processus géologiques actifs génèrent des écosystèmes diversifiés. L'acquisition des connaissances dans ces environnements est fortement liée aux progrès technologiques de prélèvements et de mesures (positionnement, cartographie et imageries du fond, enregistrements géophysiques, mesures in situ, prélèvements géologiques, géochimiques et biologiques à partir de submersibles et ROVs). Les connaissances actuelles montrent, en liaison avec les circulations de fluides, un potentiel peu étudié en terme de biodiversité et de ressources qu'elles soient énergétiques, minérales ou microbiologiques. La compréhension des écosystèmes implique une approche géobiologique pour préciser les liens et les interactions entre géosphère, hydrosphère et biosphère. Certaines approches nécessitent des l'observations répétées dans le temps ainsi que le développement de systèmes d'observations permanentes sur de longues durées.

Au cours des années 2005 et 2006, le laboratoire de géochimie et métallogénie a été impliqué dans les travaux menés sur les marges continentales, les dorsales, et certains domaines des plaines abyssales (zones à nodules). Les dorsales volcaniques s'étendent sur 60 000 km de long et constituent la structure majeure du globe terrestre. Deux tiers environ de la chaleur de l'intérieur de la terre sont évacués au niveau des dorsales océaniques. Environ 30 % de cette chaleur est extraite par les convections hydrothermales qui, du fait de la pression élevée, constituent de formidables réacteurs chimiques dans lesquels des métaux sont extraits et concentrés et de l'hydrogène et des hydrocarbures sont synthétisés. Les marges continentales, lieux de transition entre les continents et le domaine océanique, constituent les zones de plus grande accumulation sédimentaire du globe. Elles sont le lieu des enregistrements climatiques globaux passés, de processus géologiques actifs (séismes, avalanches, émissions de fluides) et d'accumulation de ressources énergétiques considérables, dont seule une faible part a été explorée. Les milieux étudiés sont qualifiés de « milieux extrêmes » du fait de la pression, la température, les concentrations en métaux, l'absence de lumière, la composition des fluides ... (Figure 1).

 

 

3 - Enjeux - Contexte socio-économique

L'activité socio-économique sur les fonds marins était, jusqu'à un passé récent, limitée au plateau continental. Les grands fonds, lieux d'un intérêt scientifique pour la connaissance de la planète, deviennent maintenant des enjeux économiques et stratégiques. Les marges font l'objet de projets industriels pour l'exploitation du pétrole jusqu'à des profondeurs de 3000 mètres. Certaines dorsales sont l'objet de permis d'exploration d'amas sulfurés hydrothermaux riches en métaux. La France dispose d'un permis minier pour les nodules dans les plaines abyssales du nord Pacifique, la Polynésie française recèle les encroûtements d'oxyde de manganèse les plus riches en cobalt et platine. Les systèmes hydrothermaux mantelliques synthétise de l'hydrogène et des hydrocarbures. Il en résulte des rapports nouveaux entre la recherche et l'industrie, qui conduisent à conforter les programmes de recherche amont en encourageant les projets en partenariat avec le milieu industriel. L'inventaire de la biodiversité des grands fonds est un domaine en plein développement au plan international. Un positionnement sur ce thème implique un réel effort d'exploration et des moyens d'accès aux grands fonds. Certaines zones profondes font l'objet de projets d'aires marines protégées (MPA). Les recherches nécessaires au développement de ces activités se situent à la charnière entre les recherches amont et leurs applications industrielles et commerciales sur plusieurs projets qui représenteront des enjeux majeurs au cours des dix années à venir :

  • Liens entre fluides et genèse des hydrocarbures abyssaux,
  • Participation à l'exploration et l'exploitation des ressources énergétiques,
  • Formation et caractérisation des hydrates de gaz,
  • Genèse et inventaire des ressources minérales potentielles (métallogénie),
  • Biodiversité et conservation des écosystèmes des grands fonds,
  • Biotechnologie et molécules d'intérêt,
  • Extension et inventaire des ressources de la ZEE française (2ème mondiale),
  • Impact des activités industrielles sur les écosystèmes de l'océan profond,
  • Connaissance des risques volcaniques et tectoniques,
  • Caractérisation des analogues actuels des réservoirs pétroliers,

Les campagnes menées durant cette période se sont focalisées sur l'Atlantique Nord, la méditerranée et le Pacifique Est. Sur la Figure 2 nous avons également mentionné les campagnes réalisées en 2004 car elles ont conduit à des travaux et analyses en laboratoire au cours des années suivantes.

 

 

4 - Projet Hermes

4.1 - Objectifs généraux

Le contrat du Projet HERMES (1 avril 2005-31 mars 2009) ("Hotspot Ecosystem Research on the Margins of European Seas") a démarré en avril 2005. Ses objectifs sont de mieux comprendre les contraintes géologiques, géochimiques et physiques qui s'exercent sur les écosystèmes des marges océaniques, de mieux comprendre la biodiversité et le fonctionnement de ces écosystèmes pour prédire l'impact des changements globaux et finalement, de développer des stratégies qui permettront une utilisation durable des ressources marines. Ce projet coordonne les recherches européennes sur les écosystèmes associés aux marges européennes (pentes, canyons, sources froides, coraux et monts carbonatés, environnements anoxiques) . Dans ce programme, une implication scientifique importante se place au niveau des écosystèmes chimiosynthétiques associés aux fluides froids dont l'Ifremer est coordonnateur. Il s'agit de déterminer la dynamique des fluides en fonction des contextes géologiques et d'analyser les conséquences sur les formations minérales et sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes influencés par la production chimiosynthétique.

Au cours de la période 2005-2006 le laboratoire a été impliqué dans la préparation et la réalisation des trois campagnes (Vicking, Envar et Medeco) coordonnées par l'Ifremer dans le cadre du programme Hermes. La campagne Vicking a été réalisée en 2006.

4.2 - Campagne VICKING

La campagne VICKING (20 mai au 18 juin 2006) a étudié les échanges de méthane entre sédiments et océan sur la marge continentale de la Norvège. Les émissions de méthane sont particulièrement intenses au niveau de cheminées intra-sédimentaires mises en évidence par les levés sismiques modernes. Ces 'cheminées à gaz' sont des conduits privilégiés pour l'échappement en fond de mer du méthane issu de couches sédimentaires superficielles ou profondes (couches pouvant être situées jusqu'à plusieurs centaines de mètres). Elles jouent un rôle essentiel dans l'acheminement rapide de larges volumes de méthane à l'océan, notamment lors de la déstabilisation des hydrates en liaison avec le réchauffement climatique global. La question de leur impact sur la stabilité des pentes est aussi posée. Leur rôle pour le développement d'une biosphère benthique riche en faunes chimiosynthétiques et communautés microbiennes est important dans l'étude de l'écosystème de la marge.

La mission Vicking était la première campagne scientifique opérationnelle du Pourquoi pas?. Les géosciences étaient fortement alliées à la biologie dans cette aventure. La campagne a été un grand succès, grâce à l'excellente coopération entre scientifiques, équipage bord, ingénieurs Ifremer (pour la mise en oeuvre du module route du ROV en particulier), et équipe ROV Victor Génavir. Le Pourquoi pas? s'avère une excellente plateforme pour la mise en oeuvre du ROV, grâce à la grande capacité de ses laboratoires pour des travaux pluridisciplinaires. Tous les laboratoires ont été utilisés, pour les études géologiques, chimiques et biologiques. Neuf plongées ROV d'une durée proche de 48 h ont été effectuées.

L'utilisation du Module Route du ROV (MMR) a été un grand succès sur Vicking, avec trois capteurs de grand intérêt. Le sondeur multifaisceaux Reson, a permis de mettre en évidence de nouvelles coulées sur le volcan de boue Hakon Mosby depuis la dernière carte réalisée en 2003, la caméra grand angle OTUS délivre des photos du fond en noir et blanc de grandes dimensions (8 m par 8 m), et le sondeur monofaisceau 200 kHz a permis de détecter avec une bonne résolution spatiale les panaches de bulles de méthane montant du fond de mer sur Hakon Mosby. Une nouvelle stratégie d'exploration est maintenant possible, d'abord la détection du panache par le sondeur 200 kHz du ROV navigué à 50 m au-dessus du fond puis la descente immédiate avec le ROV dans le panache jusqu'à la découverte du point d'émission des bulles à la surface des sédiments. Le bulletin d'information HERMES Newsletter a donné un petit coup de projecteur sur les résultats de la campagne. http://www.eu-hermes.net/

Le laboratoire de géochimie était plus particulièrement impliqué dans la collecte et l'analyse des fluides et des hydrates ainsi que dans la mise en œuvre pour la première fois de l'échantillonneur pégase et du système d'analyse Raman.

Analyses de la composition en gaz des sédiments et des hydrates associés par chromatographie gazeuse : ces données donnent des informations importantes sur l'origine des gaz dans le sédiment et dans les hydrates ainsi que sur la structure des hydrates de gaz.

Analyse de la composition minérale des fluides (eaux interstitielles) et des hydrates par chromatographie ionique : la connaissance de la composition chimique des gaz hydrates permet de mieux comprendre leur origine et les processus de formation. En effet, certaines anomalies de composition minérale sont caractéristiques des gaz hydrates tels qu'un appauvrissement en ions comme chlore, le sodium, le magnésium ou encore le calcium alors que d'autres éléments se trouvent fortement enrichis, c'est le cas de la silice ou du barium (Charlou et al., 2004, Chem. Geol., 205).

Caractérisation de la structure des hydrates par diffraction de rayons-X synchrotron à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), à Grenoble : cette méthode d'analyse puissante nous renseigne sur la structure moléculaire des hydrates de gaz. Les données récoltées ont permis de montrer que certains gaz piégés en faible quantité autres que le méthane (CO 2, H 2S) ont une influence sur la structure moléculaire des hydrates, et par extension sur leur stabilité (Bourry et al., 2007, Geophys. Res. Lett 34, 22).

Etude par spectroscopie Raman : les hydrates de gaz collectés durant la campagne Vicking ont également été analysés par spectroscopie Raman en collaboration avec l'Université de Lille. Ces analyses renseignent dans un premier temps sur la structure moléculaire des hydrates et ont confirmé les premiers résultats obtenus par diffraction de rayons-X synchrotron. Dans un second temps, cette technique a permis de suivre la dissociation des hydrates de gaz en fonction de la température et de déterminer leur température de dissociation. Ceci a également permis de mettre en évidence un processus de dissociation irrégulière des hydrates. Ces données sont importantes pour mieux connaître les conditions de stabilité et les processus de dissociation des hydrates dans leur environnement sédimentaire.

 

Le laboratoire était également impliqué durant la campagne Vicking dans la mise en œuvre pour la première fois de l'échantillonneur PEGAZ sur le ROV-Victor, système de collecte des bulles de gaz in situ ainsi que du système d'analyse Raman in situ.

 

Ces travaux ont fait l'objet de présentations au 5th International Workshop on Methane Hydrate Research § Development (Edinburgh 9-12 October 2006).

4.3 - Campagne ENVAR 1 et 3

La campagne ENVAR1, qui s'est déroulée du 23 au 29 septembre 2005 sur l'EUROPE, est la première d'une série de campagnes qui ont pour but de comprendre l'activité du canyon sous-marin du VAR et son influence sur les écosystèmes benthiques dans et à proximité du canyon. Les avalanches sous-marines qui peuvent survenir dans ces milieux constituent une voie de transfert privilégiée de la côte vers le milieu profond (matière particulaire, polluants, ...). En complément des études antérieures de sédimentologie, les données des pièges à particules et courantomètres (3 mouillages dans le canyon, 1 sur la levée voisine) mis en place lors d'ENVAR1 puis relevés/remouillés 2 fois par an au cours des campagnes ENVAR suivantes, permettront d'étudier les flux particulaires dans le canyon (composition, variabilité) en relation avec les courants. Les carottages Usnel et Multitubes (respectivement 4 et 2) permettront l'étude de la macrofaune et de la méiofaune ainsi que des paramètres d'environnement du sédiment (oxygène, carbone organique, teneur en eau, isotopes stables, sels nutritifs, radioéléments, ..). Leur succès a été limité du fait de la nature des fonds (soit trop mou, soit trop dur) et du fait d'un accident qui a conduit à écourter la campagne. De plus, un profileur de courant (ADCP RDI) a été installé près du fond ainsi qu'un observatoire benthique (MAP3) équipé d'un système de transmission acoustique des données de courant, turbidité, oxygène vers la surface (et vers la terre à partir de décembre 05).

Les campagnes ENVAR3 (5 au 11 mai 2006) portent sur l'étude des écosystèmes benthiques profonds des vallées sous-marines en prenant comme exemple le canyon du Var. Ces campagnes s'inscrivent dans le volet « Canyon Systems » du projet intégré européen HERMES. L'objectif est l'étude comparée du fonctionnement des canyons et des communautés benthiques environnantes (biodiversité et fonctionnement) à différentes profondeurs en relation avec les caractéristiques de l'environnement profond et les apports de matière. Dans le cadre de ce projet, la campagne ENVAR 3, qui s'est déroulée sur le N/O Le Suroit avait plusieurs objectifs :

  • Suivre les variations temporelles du flux de matière particulaire et des caractéristiques physiques de l'environnement.
  • Identifier et quantifier dans les sédiments superficiels les différents apports véhiculés par le canyon, et de déterminer le rôle du canyon dans le piégeage du carbone naturel ou anthropique,
  • Caractériser les peuplements benthiques (méiofaune, macrofaune) et déterminer leur structure (densité, biomasse, structure trophique) en relation avec les apports détritiques de différentes origines.

Les prélèvements de sédiments réalisés entre 1600 et 2100 m avaient pour objectifs de suivre l'évolution de la chimie des sédiments et de la composition faunistique autour du canyon. Des appareils autonomes automatiques ont été mis à l'eau ou récupérés pour étudier les apports de matière particulaires, les courants, et la respiration des organismes du sédiment. Au total, 33 opérations différentes ont été réalisées pendant les 5 jours de la campagne dont 6 Carottiers Multitubes, 12 Carottiers USNEL et 7 mouillages ont été relevés puis remis à l'eau pour 6 mois. Le laboratoire a été impliqué par une participation à cette campagne et pour l'analyse chimique des carottes de sédiment et des particules par les méthodes fluorescence X (XRF).

 

5 - Projet Hydrates et Fluides froids

5.1 - Objectifs généraux

Ce projet s'appuie sur les données acquises sur les zones de suintement froids associés ou non à des hydrates sur les marges : Golfe de Guinées (Zones Neris et Zaiango); Méditerranée orientale (campagne « Nautinil ») et mer du Nord (projet européens « Hydratech »). Les connaissances acquises, sur la composition des hydrates, la nature des précipités associés aux sources froides, ainsi que sur la quantification des hydrates par sismique, doivent être élargies afin de contraindre la nature, l'extension et les processus biologiques et géologiques associés à la formation des hydrates et des sorties de fluides froids dans les grands fonds. Les travaux proposés impliquent une forte multidisciplinarité associant géologues, géophysiciens, biologistes et microbiologistes. Une partie de ces travaux se fait dans le cadre du programme européen Hermes. Les études de sites, qui s'apparentent à des études de laboratoire, privilégient la pluridisciplinarité et l'observation répétée ou de longue durée. Elles sont développées en partenariat en premier lieu sur la marge européenne (Norvège, Méditerranée orientale) dans le cadre des projets européens ESF Mediflux (2003-2006) et Hermes (2005-2008), sans exclure les opportunités de participation à des consortia de recherche avec l'industrie (e.g. Neris avec Total). Des actions plus ponctuelles sont également menées dans le cadre du programme Zoneco (campagne Zoneco 12 Ausfair).

Le laboratoire contribue à ce projet pour l'étude géochimique des fluides, des hydrates, des sédiments et des encroûtements carbonatés.

Les hydrates de méthane représentent le plus grand réservoir de carbone organique à la surface de la terre. On les trouve dans les sols gelés de l'Arctique, mais aussi dans les fonds marins. Instables par petits fonds, les hydrates de méthane cristallisent, à faible température et haute pression, dans les sédiments superficiels, que ce soit par des fonds de 500 mètres ou au pied des marges continentales.

L'étude des hydrates de méthane est menée afin de préciser la ressource potentielle d'énergie qu'il peuvent représenter et pour comprendre leurs effets sur les propriétés géotechniques des sédiments des pentes continentales. Leur décomposition pourrait être un facteur de risque de glissement important. Les interactions entre ce réservoir de méthane évolutif dans le temps et les changements climatiques globaux font des hydrates de méthane le sujet de nombreuses recherches conduites au plan international.

L'lfremer développe une technique géophysique afin de déterminer la quantité d'hydrates de méthane présents dans les sédiments des marges continentales. En effet, si des observations en forages montrent que les hydrates de méthane occupent localement plus de 15% du volume des sédiments, l'estimation des teneurs en hydrates, en dehors des sites de forages, est confrontée au manque d'une technique géophysique qui en permettrait une approche indirecte. Les hydrates sont également fréquemment liés à des émissions de fluides froids chargé en méthane et associés à d'importantes oasis biologiques basées sur l'énergie chimique (CH4, H2S) contenues dans les fluides. Le laboratoire de géochimie et métallogénie a apporté sa contribution aux actions relevant de ce dernier point. Les actions marquantes pour la période 2005-2006 ont été :

5.2 - Atelier Ifremer-Université de Brême à Brest les 17-18 janvier 2005.

Au total,15 communications scientifiques et techniques ont été présentées sur les travaux respectifs des deux organismes concernant les hydrates de gaz océaniques et les sorties de fluides froids sur les marges continentales, principalement sur la marge ouest-africaine (Congo, Nigeria). Le principe de nouveaux travaux à la mer pluridisciplinaires, effectués en collaboration en 2008-2009 en liaison avec la compagnie Total, a été retenu. Ces travaux viseront à mieux comprendre les facteurs qui contrôlent les sorties de fluides, le lien entre processus géologiques et biologiques, et l'impact sur l'environnement.

Conférence UNESCO (Marrakech les 2-5 février 2005) sur le couplage Geosphère-Biosphère. L'Ifremer a présenté les résultats des campagnes NAUTINIL 2003 et MIMES 2004 sur le delta profond du Nil (Projet ESF EUROMARGINS/MEDIFLUX) soulignant la découverte de nombreuses émissions de méthane en fond de mer et d'un écosystème anaérobie extrême dont l'exploration n'est qu'à son début.

Valorisation de données à la mer acquises au cours des campagnes NAUTINIL, HYDRATECH, ZONECO 11, et ARK-XIX-3. Les avancées importantes concernent :

  • Les travaux de datation de dépôts carbonatés en fond de mer (en coopération avec une équipe scientifique britannique de Oxford) afin de mieux dater les principaux évènements d'émanation de méthane dans les 'pockmarks' du delta profond du Nil (NAUTINIL, 2003) et du Golfe de guinée
  • La mise au point d'une technique d'analyse de la structure des cristaux d'hydrate de méthane en coopération avec l'Université de Lille et le CEA.

5.3 - Recherches franco-australiennes en Mer de Tasmanie. Campagne ZoNeCo12-Ausfair du Marion Dufresne.

Une campagne de recherches géologiques franco-australienne s'est déroulée en Mer de Tasmanie du 12 au 26 février 2006 entre Nouméa et Sydney. Les travaux, ont été effectués à bord du navire de recherche le Marion Dufresne (IPEV). L'équipe scientifique était composée de chercheurs australiens et français : Geoscience Australia, Ifremer, (IRD). Financée dans le cadre de l'accord de coopération récent (avril 2005) entre l' IPEV et Geoscience Australia. Cette campagne a bénéficié du soutien de la Direction de l'Industrie, des Mines et de l'Energie de Nouvelle Calédonie (DIMENC) pour les travaux dans sa zone économique et de l' Ifremer par la mise en œuvre d'une technique originale de mesure du flux de chaleur et la géochimie des fluides sédimentaires. Cette campagne marque une nouvelle étape de la coopération fructueuse développée entre les chercheurs australiens et français depuis 1994. Présents également à bord, des étudiants de plusieurs pays du Pacifique ont été associés aux travaux dans le cadre des activités d'une 'Université de la Mer'. Tous les partenaires ont souligné l'importance de cette coopération pour la connaissance du domaine maritime qui borde la Nouvelle Calédonie et l'Australie et l'évaluation de ses ressources potentielles. Le Marion Dufresne a été choisi pour cette campagne en raison du carottier géant Calypso permettant de prélever des carottes pouvant atteindre 60 m, de son système de cartographie multi-faisceaux grand fond, et de sa capacité d'hébergement de scientifiques et d'étudiants. L'un des objectifs concernait des reflecteurs sismiques pouvant témoigner de la présence d'hydrates de méthane (méthane gelé) et de sorties de fluides sur le fond de la mer. L'analyse détaillée des données et échantillons récoltés aidera à l'évaluation du potentiel pétrolier de ces bassins. Si d'autre part des salinités élevées sont mesurées, cela indiquera que les dômes sédimentaires peuvent être des dômes de sel, structures que l'on sait associées à des réservoirs d'hydrocarbures dans d'autres bassins sédimentaires.

5.4 - Objectifs géochimiques

L'objectif est d'étudier les caractéristiques géochimiques et la circulation des fluides interstitiels de la zone à BSR, dans laquelle les sédiments sont susceptibles d'être enrichis en gaz, en hydrates et hydrocarbures. Il s'agit d'identifier, en particulier grâce aux isotopes de l'hélium, l'origine des fluides, de mettre en évidence le dégazage sédimentaire possible dans cette zone et de caractériser les éventuelles circulations interstitielles, en relation avec les mesures de flux de chaleur. Nos travaux portent sur (1) la recherche d'anomalies de CH4 dans la colonne d'eau, synonymes de dégazage, (2) l'étude géochimique de carottes sédimentaires : analyse isotopique des gaz rares (hélium, néon, argon, krypton, xénon), analyse des gaz (CO2, CH4, H2...), extraction et analyse chimique des eaux interstitielles des sédiments (anions, cations, éléments traces, isotopes stables). Ce volet géochimie, en relation étroite avec une thèse en cours cofinancée par l'Ifremer et le CEA (LSCE), vient compléter le programme de mesures géothermiques menées au laboratoire de géophysique de l'Ifremer. Les travaux analytiques seront réalisés au laboratoire Géochimie/Métallogénie-Ifremer Brest et au LSCE (CEA-Saclay). L'ensemble des résultats géochimiques permettra de cartographier l'activité de dégazage et mieux comprendre les circulations de fluides dans les sédiments de la zone étudiée, en lien avec les mesures géothermiques.

5.5 - Actions à la mer

Pour atteindre ces objectifs, les actions à la mer sont basées sur 2 techniques très utilisées sur le Marion Dufresne :

 CTD/Rosette : des mesures physiques et des prélèvements d'eaux sont souhaités sur les diverses cibles afin de mettre en évidence les éventuels dégazages de méthane. Les conditionnements se font à bord en ampoules de 125 ml. L'analyse est faite par Chromatographie-purge/trap dés l'arrivée des échantillons au laboratoire.

 Opérations de carottages : collecte des sédiments pour l'analyse quantitative des isotopes des gaz rares grâce à un procédé original mis au point par l'équipe et testé avec succès lors de la campagne Zaiango, conditionnement en tubes en verre/septums pour la recherche de gaz (méthode GC-headspace), extraction des eaux interstitielles par centrifugation et collecte des sédiments.

5.6 - Campagne BioNil (Coopération Franco-Allemande)

La campagne BioNil du navire océanographique allemand Meteor s'est déroulée du 21 octobre au 23 novembre 2006, de Heraklion à Heraklion, avec pour objectif une étude pluridisciplinaire des émissions de fluides et d'hydrocarbures dans le delta profond du Nil et des phénomènes biologiques associés. Elle constituait la dernière phase de l'étude de terrain du Projet MEDIFLUX (2003-2007) coordonné par l'Ifremer dans le cadre du Programme Euromargins de la Fondation Européenne de la Science (ESF). BioNil s'inscrivait à la suite des expéditions Nautinil à bord de l'Atalante en 2003 et Mimes à bord du navire hollandais Pelagia en 2004.

La campagne BioNil a marqué une nouvelle étape dans la cartographie détaillée des centres d'émission de boue et de fluides enrichis en hydrocarbures dans le delta profond du Nil, ceci grâce à l'utilisation de l'AUV AsterX de l'Ifremer, équipé pour les levés bathymétriques du sondeur multifaisceaux EM2000 de Géosciences Azur, et à titre expérimental pour la détection acoustique des panaches de gaz dans les eaux de fond, du sondeur halieutique EK60. Le ROV Quest de l'Université de Brême a été utilisé avec succès pour l'observation et la caractérisation des différents phénomènes géologiques et biologiques qui interagissent dans les zones de suintements. Les scientifiques Ifremer ont participé activement à l'ensemble des travaux cartographiques et d'analyses morpho structurales des sites d'étude situés dans des profondeurs d'eau comprises entre 1 et 3 km, aux opérations d'échantillonnage sédimentaire et biologique particulièrement intenses au cours de la campagne, et à un programme de caractérisation thermique des sites les plus actifs, en permettant une modélisation dynamique. Trois sites déjà repérés au cours de la mission NAUTINIL (2003) ont constitué nos cibles (1) la province Est avec les volcans de boue Amon et Isis à 1000 m de profondeur, (2) la zone centrale avec les « pockmarks » à 2000 m, (3) la province Ouest, zone très active à 3000 m qui s'est avérée trop dangereuse pour y replonger avec le ROV.

Les travaux d'exploitation effectués par les scientifiques Ifremer s'attachent à mieux déterminer la nature et l'intensité des émission de fluides enrichis en hydrocarbures du delta profond du Nil, les phénomènes géologiques ou océanographiques qui les contrôlent, la biodiversité et le fonctionnement des colonies de faunes et populations microbiennes qui s'y développent. L'analyse et la datation des encroûtements carbonatés contribueront à mieux identifier les cycles ou évènements principaux du dégazage (méthane) au cours d'un passé récent (derniers milliers d'années).

Le premier leg a permis de tester avec succès une nouvelle sonde électrochimique de sulfure développée en collaboration avec le LEGOS et le Laboratoire de Génie Chimique à Toulouse. La sonde a été opérée à partir du ROV. Des mesures ont été réalisées dans différents environnements caractéristiques des habitats associés aux sources de méthane dans le delta profond du Nil. Une analyse préliminaire de ces données montre la grande diversité des concentrations d'hydrogène sulfuré dans les habitats de la faune des sources de méthane, accessible pour la première fois avec des outils de mesure in situ. La présence de sulfure à proximité de la surface et parfois même dans l'eau au niveau des infractuosités des carbonates a été montrée.

Des capteurs autonomes ont été déployés au fond sur des substrats expérimentaux de colonisation entre les deux legs. Ces mesures à moyen terme (semaines) nous offrent une vision plus réaliste de la variabilité temporelle des conditions auxquelles sont exposés les organismes. Les sites explorés présentent une co-occurrence de sédiments meubles et de croûtes carbonatées, associés à une faune peu abondante, majoritairement représentée par des bivalves et des polychètes. L'échantillonnage quantitatif de cette faune permettra d'établir la composition de ces assemblages faunistiques et de comparer leur distribution à échelle locale (intra site) et régionale (inter site). De plus, une thématique temporelle est abordée avec le déploiement de modules de colonisation sur substrats dur et meuble. Ceci permettra de déterminer la succession des espèces colonisatrices de ces deux substrats après un an sur le fond. En effet, ces modules seront récupérés en octobre 2007 au cours de la mission MEDECO.

Les sites les plus actifs feront l'objet de travaux complémentaires, permettant également leur suivi temporel, lors de la campagne MEDECO du Pourquoi pas? à l'automne 2007, au cours de laquelle le ROV Victor sera mis en oeuvre (Projet HERMES),

 

 

5.7 - Campagne d'essai analyseur chimique sur bathysonde

La campagne d'essais 3GA s'est déroulée en Méditerranée du 18 au 20 novembre 2006. L'objectif était de valider le fonctionnement d'un analyseur chimique en flux mis en oeuvre par le biais d'une bathysonde. Ce dispositif est destiné à être opéré lors de la campagne Serpentine pour le repérage d'anomalies physiques (température, turbidité, salinité,..) et chimiques dans la colonne d'eau. La campagne d'essais a permis de vérifier le parfait fonctionnement du système en condition opérationnelle par des fonds de 1800 mètres. L'analyseur permet de doser in-situ des concentrations en manganèse voisines de la nano molaire, deux fois supérieures à celle du bruit de fond de l'eau de mer et nettement inférieure aux concentrations en Mn habituellement relevées dans les panaches hydrothermaux (plusieurs dizaines de nano-molaire). On peut espérer que cet équipement apportera une contribution originale et utile pour le suivi et l'étude de ces systèmes.

5.8 - 5th International Workshop on Methane Hydrate Research and Development

L'objectif de cette Conférence (Edinburgh, Scotland 9-12 octobre 2006) était de rassembler les scientifiques de différentes nations activement engagés dans les recherches sur les gaz hydrates océaniques, afin de promouvoir les échanges et la coopération internationale. Cette conférence a permis aux différents pays de présenter leurs programmes et travaux de recherche, de montrer leurs domaines d'expertise et de discuter de programmes futurs de coopération sur une base pluridisciplinaire sur les principaux thèmes suivants : Exploration, cartographie et caractérisation des gaz hydrates, Gaz hydrates et risques naturels, Propriétés physiques, modélisation et expérimentations en laboratoire, Gaz hydrates : source d'énergie, Flux de méthane et changements climatiques. A l'issue de ce workshop, la visite des laboratoires travaillant sur les gaz hydrates à Heriot-Watt University, dont les bâtiments, équipements et fonctionnement ont été totalement financés par les compagnies pétrolières, a montré la forte implication et la diversité des études menées sur les gaz hydrates.

Deux communications IFREMER ont été présentées. La première a fait le bilan d'une étude originale réalisée par Synchrotron (ESRF : European Synchrotron Radiation Facility ou Installation Européenne de rayonnement Synchrotron) à Grenoble sur des spécimens de gaz hydrates issus du Bassin du Nigeria et de la marge Norvégienne, travail réalisé en coopération avec l'Université de Lille. La deuxième communication faite sous forme d'un film vidéo, a montré la collecte de bulles de gaz sortant des zones à gaz hydrates sur le volcan de boue Hakon Mosby, à l'aide d'un nouvel équipement appelé « PEGAZ »manipulé par le ROV Victor. Grâce à cet instrument, il est maintenant possible de collecter les bulles de gaz afin de connaître leur composition et origine, de mettre en évidence et de suivre en continu la formation de gaz hydrates in situ et ensuite d'étudier leur dissociation dès que l'on quitte leur domaine de stabilité thermodynamique.

 

6 - Projet Chantier MoMAR

6.1 - Objectifs généraux

L'objectif principal de ce projet est de connaître la troisième et la quatrième dimension des systèmes hydrothermaux. Le chantier Momar au sud des Açores a été défini à la suite de trois programmes européens (Marflux, Amores, Ventox) dont deux étaient coordonnés par l'Ifremer. Les données acquises au cours de ces programmes ont permis de montrer la diversité des systèmes hydrothermaux dans le domaine sud des Açores. Les avancées futures sur ce chantier porteront sur la connaissance de la troisième dimension des systèmes et par une approche temporelle à différentes échelles. La connaissance de la troisième dimension se fera par des approches géophysiques (maîtrise d'œuvre INSU) et par la réactualisation d'un projet de forage international IOPD (coordination Ifremer). L'approche temporelle se fera par des prélèvements et observations successives au cours des campagnes étalées dans le temps et par des développements technologiques permettant de réaliser des suivis et des observations en continu (projets Européen Exocet-D, et Momarnet). Ce projet inclus des approches temporelles par retour sur sites ainsi que des forages internationaux.

6.2 - MoMARnet

MOMARnet (Monotoring deep seafloor hydrothermal environments on the Mid-Atlantic Ridge) est un réseau européen (Marie Curie Research Training Network) rassemblant des étudiants en thèse travaillant tous sur la dorsale médio-Atlantique sur la période 2004-2008, encadrés par 14 Institutions de Recherche Européenne. Les travaux ont porté sur un travail analytique important, la participation à 4 cours d'enseignement (short courses) organisés par les responsables de l'encadrement à Paris, Stockholm, Horta et Rome. Des communications ont été faites à divers congrès internationaux (EGU, Goldsmith, AGU).

 

 

"Hydrothermal environments at mid-ocean ridges: biodiversity and geological / geophysical context", short course

 

 

Présentation d’un poster : “Vent fluid chemistry and abiotic organic synthesis in ultramafic-hosted hydrothermal system”

 

 

Oct. 4-6 2005

 

 

Paris

 

 

MOMARnet 2nd Annual Meeting

 

 

 

 

 

Nov. 21-22, 2005

 

 

Brussels

 

 

"Geochemical requirements for the origin of life", short course

 

 

 

 

 

April 27-28 2006

 

 

Stockholm

 

 

"Multidisciplinary data from seafloor observatories", short course

 

 

 

 

 

nov 6-10 2006

 

 

Roma

 

 

 

 

MOMARnet 3rd Annual Meeting

 

 

Présentation orale: “Organic composition of hydrothermal fluids from ultramafic-hosted vents of the MAR region”

 

 

Nov. 20-21, 2006

 

 

Southampton

 

 

 Short course, Université de Stockholm, Avril 2006

Dans le cadre du network européen Momarnet; le laboratoire a présenté et contribué au cours intensif sur la chimie organique dans les systèmes hydrothermaux, incluant la chimie prébiotique possible dans les systèmes hydrothermaux mantelliques. Cette formation qui s'adresse aux jeunes chercheurs du programme, fait suite à une série de cours organisés sur différents thèmes géologiques, géochimiques, biologiques et microbiologiques dans le cadre du réseau européen Momarnet coordonnés par l'Université de ParisVI et centré sur le chantier International MOMAR sur les systèmes hydrothermaux au Sud des Acores.

 Campagne MOMARETO

La campagne Momareto (7 Août au 6 septembre 2006) s'est déroulée au large des Açores sur le navire océanographique Pourquoi Pas?. Cette campagne a permis l'embarquement de 55 scientifiques, ingénieurs et techniciens de plusieurs nationalités et de quatre journalistes. Deux plongées Victor ont été réalisées avec le nouveau module de mesures en route et 21 plongées ont été faites avec le module de prélèvement de base. Quatre plongées ont été effectuées sur le site hydrothermal Menez Gwen, 3 sur le site Rainbow et 16 sur le site Lucky Strike. Cette campagne, pilotée par l'Ifremer était divisée en deux legs.

Le premier leg (7-17 août), financé en partie par l'Europe (étape de démonstration du projet européen EXOCET/D), avait comme objectif principal de valider une quinzaine de prototypes dédiés à l'étude des écosystèmes marins profonds, développés au cours du projet EXOCET/D. L'utilisation au cours des deux premières plongées du module de mesure en route de Victor, équipé du sondeur multifaisceaux et d'un sonar pêche a permis i) l'obtention d'une carte microbathymétrique de très haute résolution du site hydrothermal Lucky Strike avec un zoom sur l'édifice Tour Eiffel, ii) de valider l'utilité du sondeur pêche pour la cartographie à petite échelle des émissions hydrothermales et de iii) vérifier l'interférence soupçonnée entre le SMF et le sonar pêche. Deux caméras de stéréovision (IRIS -Ifremer/SM- et CAMEREO -AWI-), permettant la reconstruction 3D de petites structures, ont été testées. L'utilisation du sonar Tritech "Super seeking dual frequency profiler" pour cartographier la distribution de la faune et des substrats sur les édifices hydrothermaux a pu être validée techniquement au cours du premier leg. La partie "imagerie vidéo" (Ifremer/SM) du module d'observation biologique TEMPO a été testée avec succès lors d'un mouillage autonome. L'analyseur chimique miniaturisé CHEMINI (Fer et Sulfure), le préleveur d'eau PEPITO ainsi qu'un capteur de méthane (AWI) et un débitmètre (Cardiff University) ont été testé à plusieurs reprises avec succès dans le milieu hydrothermal. Le déploiement sur plusieurs jours d'une CTD, associée à un profileur de courants (Université de Brême) à proximité de l'édifice hydrothermal Tour Eiffel, a permis l'acquisition de données de courants à petite échelle autour de la structure. Enfin, les trois outils dédiés au prélèvement et à l'échantillonnage de la faune (enceinte sous pression Periscop -UPMC-, respiromètres sous pression DESEARES -Station biologique de Roscoff- et colonisateur microbien AISICS) ont été testés avec succès. Mis à part la mise en évidence d'ajustements et d'améliorations possibles sur les instruments testés, ce premier leg a été un grand succès. Il a également montré l'importance de la phase de test/validation technologique, initiée à Toulon en avril 2006, avant le passage à l'utilisation scientifique. Le site web de la campagne Momareto a été lancé, avec l'aide d'un webmaster terrestre, au cours de ce premier leg.

Le deuxième leg (18 août - 5 septembre) avait pour objectifs principaux de i) rechercher les liens entre la distribution spatio-temporelle des assemblages de moules et les facteurs environnementaux sur le champ hydrothermal Lucky Strike, ii) d'étudier la réponse et l'adaptation des organismes hydrothermaux aux caractéristiques et aux variations à court terme des facteurs du milieu et iii) de communiquer les avancées de cette campagne en temps réel avec le grand public. Une partie de l'instrumentation testée au 1er leg a été utilisée avec succès pour l'échantillonnage et l'étude de la faune ainsi que pour la caractérisation du milieu. Les différentes équipes scientifiques impliquées ont pu mener à bien leurs expériences et les objectifs globaux sont atteints. Le module d'observation biologique à long terme TEMPO a été déployé avec succès en fin de campagne sur un assemblage de moules. Il permettra le suivi de la dynamique de cette faune et de son habitat pendant un an. Tempo constitue la première phase de l'établissement d'un observatoire fond de mer sur le champ hydrothermal Lucky Strike dans le cadre du projet international MoMAR. Des sondes de température et des modules de colonisation ont également été déployé pour compléter le suivi temporel.

Le laboratoire de géochimie a contribué à cette action pour le traitement et l'interprétation des données microbathymétriques.

 

7 - Projet Diversité et interactions

7.1 - Objectifs généraux

L'objectif principal est de promouvoir une approche multidisciplinaire pour comprendre les processus d'interactions entre fluides, minéraux et biosphère sur les dorsales et les marges. La compréhension des processus et des interactions impliquent une connaissance du fonctionnement de systèmes contrastés constituant des pôles de références et de comparaison pour nos études. Pour se faire, ce projet est largement transversal avec les autres projets du programme et permet de s'affranchir d'un nombre exagéré d'actions dans les autres projets. Les paramètres affectant les systèmes sont de différents ordres : nature du substratum (sédimentaire, volcanique ou mantellique), profondeur d'eau (problèmes d'ébullition, faune plus abondante), et environnement géodynamique. Nos actions impliquent de nous positionner dans des programmes, nationaux, européens et internationaux sur les marges et les dorsales. Le projet se focalise sur l'Atlantique nord (Chantier Momar, coopération Russe), la Méditerranée et la Mer de Norvège (Programme Hermes). Des actions sont également prévues dans le Pacifique oriental, et des participation individuelles sur des campagnes non Ifremer dans le SW Pacifique (coopérations franco-Japonaise et franco-américaine) sont prévues.

7.2 - Campagne EXOMAR (EXtremophiles Of the Mid-Atlantic Ridge)

La campagne Exomar (août 2005) est pilotée par le laboratoire Microbiologie des Environnements Extrêmes (UMR 6197 CNRS/ UBO/ IFREMER) et associe des chercheurs de DEEP, GM, et l'UPMC. La campagne constitue une étape de la coopération Franco-japonaise (Jamstec-Ifremer) et prépare les actions 2006 du programme européen Exocet-D. Quatre champs hydrothermaux situés entre 37°N et 26°N sur la dorsale Atlantique ont été étudiés. L'objectif principal était centré sur la microbiologie de sites hydrothermaux contrastés afin de mieux identifier les populations bactériennes et leurs interactions avec les milieux fluides et minéraux. Les questions scientifiques posées ont conduit à constituer une équipe géobiologique incluant de nombreuses disciplines : microbiologie, biologie, minéralogie, géochimie, chimie des fluides.

Les quatre zones étudiées présentent des caractéristiques contrastées du point de vue de la profondeur, de la nature du substratum, des températures, des pressions et du pH des fluides. Le site Lucky Strike (1700 m) à 27°N se situe au sommet d'un volcan actif, les températures des fluides atteignent 350°C. Le site Rainbow (2400 m) est lié aux réactions d'hydratation du manteau dans les grandes zones de fractures séparant les segments volcaniques. Les températures maximales mesurées sur les évents approchent 370°C. Le site hydrothermal de TAG (3600 m) à 26°N, est le plus profond actuellement connu dans les océans. Il se situe près d'un petit volcan au pied des failles hautes de 1Km constituant la bordure du rift volcanique. Ce site extrêmement ancien est actif depuis plus de 40.000 ans. Les températures maximales mesurées atteignent 360°C. Le dernier site visité, Lost City, se situe à 800 m de profondeur, à l'intersection de la dorsale et d'une zone de fracture majeure à l'échelle de l'Atlantique. Le moteur thermique de ce système n'est pas, comme pour les autres sites, la chaleur liée aux intrusions volcaniques, mais la chaleur issue de la réaction exothermique d'hydratation du manteau.

Le cœur de la campagne concernait l'échantillonnage de microorganismes, animaux, fluides et précipités hydrothermaux afin de mieux comprendre la diversité microbiologique et les interactions fluides minéraux bactéries dans les environnements extrêmes des grands fonds océaniques. De nombreux conditionnements et mises en cultures ont été réalisés à bord pour identifier bactéries et moisissures. Les échantillons prélevés pour les études de microbiologie permettront d'étudier différents compartiments microbiens de l'écosystème hydrothermal :

  • les populations microbiennes adaptées aux températures élevées des cheminées actives,
  • les populations microbiennes de subsurface,
  • les populations microbiennes associées aux crevettes Rimicaris exoculata,
  • les populations microbiennes piézophiles (présentant une forte dépendance à la pression),
  • les virus associés aux populations bactériennes et archéennes thermophiles.

A l'issue de la campagne des approches culturales et moléculaires sont mises en œuvre simultanément afin de décrire la diversité microbienne et de comprendre le rôle des microorganismes dans l'écosystème. Des analyses préliminaires de fluides et de solides ont également été menées à bord. L'ensemble des échantillons est étudié à terre afin de préciser les métabolismes et les interactions mis en jeu dans les différents systèmes extrêmes étudiés.

Les résultats préliminaires indiquent une dépendance des populations bactériennes aux conditions physico-chimiques et minérales du milieu. Ces conditions sont fortement contrôlées par l'environnement géologique, depuis l'échelle du site jusqu'à l'échelle du micron. Certaines bactéries (dimension 1 millième de millimètre) jouent un rôle majeur dans l'édification de cheminées de fer silice ou de cheminées de carbonates pouvant atteindre 40 m de hauteur sur Lost City. Dans les systèmes associés aux roches du manteau, un point important sera la recherche de bactéries méthanogènes (productrices de méthane) ou liées à l'hydrogène produit en grande quantité lors de la réaction eau de mer manteau. Ces bactéries dont le métabolisme est strictement lié à des composants d'origine minérale, pourraient constituer une biosphère cachée et profonde dans les roches du manteau. Sur le site de Lost City, les fluides les plus basiques (pH proche de 12) actuellement connus dans les océans ont été récoltés au cours de la campagne. Le caractère basique de ces fluides est proche des conditions extrêmes compatibles avec la vie (pH : 12,4) et contraste avec le caractère acide (pH : 3) des autres fluides hydrothermaux. En outre, sur ce même site, des prélèvements de fluides hydrothermaux représentatifs de l'eau souterraine ont pu être réalisés, ouvrant ainsi une fenêtre sur la biosphère de subsurface. Le caractère fortement basique des fluides leur confère des propriétés normalement peu propices à la vie. L'analyse de ces échantillons devrait permettre d'avoir accès à une hypothétique biomasse souterraine endogène et de la caractériser, étendant du même coup le spectre des milieux extrêmes compatibles avec la vie sur notre planète.

Les retombées de travaux futurs sur les échantillons collectés concernent trois volets principaux : (i) applications biotechnologiques des bactéries adaptées aux milieux extrêmes (pression, température, pH), (ii) connaissance de la biodiversité animale et microbienne dans les grands fonds, (iii) connaissance de la nature et de la formation des ressources minérales potentielles. Les échantillons récoltés confirment les grandes richesses du site Rainbow en cuivre, zinc, cobalt, argent et or.

 

 

8 - Projet Systèmes hydrothermaux mantelliques

8.1 - Objectifs généraux

Le principal objectif est de développer les connaissances sur les spécificités des interactions eau de mer/manteau (flux de carbone, synthèse abiotique d'hydrocarbures, spécificité des minéralisations, hydrates générés par le méthane issu des dorsales ?) et de comprendre l'importance et la spécificité (lien avec la production d'hydrogène et d'hydrocarbures) de la biosphère profonde dans le manteau. L'importance des flux de méthane et d'hydrogène et l'originalité des interactions entre hydrosphère et manteau ont été mises en évidence progressivement depuis 12 ans, par les équipes de l'Ifremer, au cours de nos actions continues dans trois programmes européens et par des coopérations bilatérales avec la Russie et les USA. Cette thématique est porteuse de nombreuses originalités qui suscitent un fort intérêt international depuis quelques années. Ce projet initialement de petite taille, a pris de l'ampleur au cours des dernières années, en particulier au travers des actions à la mer : campagne Exomar en 2005 (coopération France Japon), campagne Serpentine (coopération franco-Russe,) réactualisation de la proposition de forage IODP sur le site Rainbow (Maîtrise d'œuvre Ifremer) et coordination des opérations pré-forage (campagne Momar-Dream). Ce projet est coordonné par le laboratoire de géochimie et métallogénie.

8.2 - Zone 15°N

Les actions 2005 et 2006 ont porté sur la réactualisation de la demande de campagne franco-russe Serpentine qui a été soumise à la commission géosciences pour un examen lors de la session de Juin. Les travaux sur échantillons et traceurs dans la colonne d'eau se sont poursuivis sur les échantillons prélevés sur le N/0 Logatchev en 2004. La coopération franco-russe s'est également concrétisée par un soutien financier du Ministère des Affaires Etrangères pour un échange de chercheurs entre Brest et St Petersbourg, et pour le séjour de 3 mois d'une scientifique Russe au laboratoire de géochimie de l'Ifremer en fin d'année 2005.

Nous avons montré que l'interaction de l'eau de mer avec les roches du manteau (processus de serpentinisation) génère le long de la dorsale médio Atlantique et plus généralement sur les dorsales lentes, d'énormes quantités d'hydrogène et de méthane produites de manière catalytique à haute pression et haute température. Faisant suite à de nombreuses campagnes antérieures (FLORES, IRIS, EXOMAR) réalisées sur ce thème dans le cadre de programmes Européens, un des objectifs de la campagne de plongées SERPENTINE, programmée début 2007 dans le cadre d'une coopération Franco-russe et en préparation actuellement, sera d'étudier une nouvelle zone active à 13°N sur la dorsale médio Atlantique, d'estimer les flux d'hydrogène et de méthane, d'étudier le processus de serpentinisation et les mécanismes de production d'hydrogène, méthane et de composés hydrocarbonés plus lourds synthétisés par voie abiogénique, et d'étudier l'influence sur les communautés bactériennes associées. L'autre violet de cette campagne concerne l'étude des processus géochimiques et géologiques conduisant à la formation de ressources minérales potentielles.

8.3 - Zone Acores

Les systèmes mantelliques hydrothermaux des Acores sont associés aux discussions internationales du programme Momar. Ce programme est coordonné au sein du programme international Interridge pour des études pluridisciplinaires sur la dorsale et les systèmes hydrothermaux au sud des Acores. L'objectif est de passer d'une étude bidimensionnelle, à une étude tridimensionnelle et temporelle des processus géophysiques, géologique, géochimique et biologique. Cette approche implique des développements technologiques spécifiques permettant un suivi temporel des événements. L'un des points importants concerne la réactualisation d'une proposition de Forage IODP sur le site hydrothermal de Rainbow.

8.4 - Projet THEMIS

Le projet THEMIS a pour but de préciser la variabilité géologique, géochimique, biologique et microbiologique des processus hydrothermaux associés aux roches serpentinisées du manteau à l'axe des dorsales lentes. Elle s'inscrit dans la suite des travaux entrepris depuis 6 ans par notre groupe sur ce thème. L'originalité des systèmes hydrothermaux mantelliques a été démontrée au sud des Açores dans le cadre de trois programmes européens, et autour de 15°N dans le cadre de coopérations bilatérales franco-russe et franco-américaine. L'objectif du projet THEMIS est de fédérer la communauté nationale impliquée dans l'étude des systèmes hydrothermaux mantelliques. Cette communauté largement pluridisciplinaire étudie les processus à des échelles allant du segment de dorsale à celle de la bactérie. Notre approche est ainsi fortement géobiologique. Les campagnes réalisées ont permis à la France (en coopération avec la Russie, les USA et les pays européens) d'être à l'origine de la découverte de ces nouveaux types de systèmes hydrothermaux et de se positionner à la pointe des recherches mondiales sur cette thématique.

Les objectifs nouveaux spécifiques du projet sont :

  • De coordonner les campagnes à la mer et les travaux sur les échantillons récoltés.
  • De comprendre la diversité des interactions entre minéraux, fluides et activité. biologique dans les systèmes hydrothermaux mantelliques.
  • De préciser la troisième dimension des systèmes en profondeur par forage et approche géophysique.
  • D'identifier les symbioses spécifiques de ces environnements.
  • Préparer l'opération de forage IODP sur le site de Rainbow.

8.5 - Campagne Serpentine

La campagne SERPENTINE du Navire Océanographique Pourquoi Pas ? et du ROV Victor a été réalisée du 26 février au 6 avril 2007 sur la dorsale atlantique entre 13° et 17°N . Cette campagne était coordonnée par le laboratoire. La campagne avait des objectifs scientifiques ambitieux et variés : exploration de nouveaux sites hydrothermaux actifs non encore localisés par plongées, étude fine des liens entre tectonique, volcanisme et activité hydrothermale par cartographie haute résolution près du fond, échantillonnage de roches, de fluides, d’animaux et de bactéries sur les champs hydrothermaux, cartographie des anomalies magnétiques, physiques et chimiques au dessus des champs hydrothermaux. L’équipe embarquée était fortement pluridisciplinaire puisque la géologie, la géochimie, la géophysique, la biologie et la microbiologie étaient représentées. Les scientifiques embarqués provenaient de 5 institutions russes et 5 organismes français de recherche.

 

Serpentine constitue l’aboutissement d’une longue coopération franco-russe sur la zone comprise entre 13°N et 17°N dans l’Atlantique central. Les cartes bathymétriques régionales acquises antérieurement sur l’Atalante ont servi de base à nos collègues russes pour des campagnes d’exploration depuis la surface (cf. : Campagne 24 du N.O. « Professeur Logatchev »). Leurs résultats ont permis de sélectionner les zones de plongées sur lesquelles des champs hydrothermaux actifs étaient suspectés. Ces travaux d’exploration régionale étaient financés par le Ministère des ressources minérales. La qualité des résultats obtenus est liée à la complémentarité des échelles d’investigations menées par la France et la Russie.

L’objectif scientifique général était de préciser la variabilité géologique, géochimique, biologique et microbiologique des processus hydrothermaux associés aux roches du manteau à l’axe des dorsales lentes. Les dorsales lentes, comme la dorsale Atlantique, sont l’un des rares lieux ou le manteau terrestre est porté à l’affleurement. La réaction entre l’océan et le manteau, qui ne contient pas d’eau, produit une nouvelle roche hydratée : la serpentine. Le but était donc d'étudier les phénomènes d'hydratation et d'échanges chimiques entre l'océan et le manteau terrestre. L'un des résultats de ces réactions est la production importante d'hydrogène fortement concentré dans les fluides hydrothermaux. L'hydrogène est le maillon initial de production de composés organiques par des réactions purement minérales (abiotiques). Ces réactions peuvent être catalysées par les métaux présents sous différentes formes dans les roches mantelliques. Ces phénomènes conduisent à la production d’hydrocarbures, ils permettent de mieux comprendre la synthèse de composés organiques dans les milieux solides et relancent l'intérêt des sources hydrothermales comme lieu potentiel d'apparition de la vie sur terre. Les molécules organiques ainsi que l’hydrogène peuvent servir de base à une communauté microbienne spécifique à ces environnements. Une autre thématique de la campagne concerne les aspects métallogéniques. Les amas sulfurés mantelliques sont les plus riches en métaux valorisables (Cu, Zn, Co, Ag, Au) actuellement connus dans les océans. Ils constituent un type particulier de dépôt sulfuré pratiquement inconnu dans les gisements fossiles à terre. Enfin les études biologiques tentent de déterminer la spécificité des peuplements biologiques des systèmes hydrothermaux mantelliques, le rôle de la pression sur les communautés biologiques et microbiologiques, et de préciser les liens phylogénétiques des populations le long de la dorsale et sur les marges.

Du point de vue technique Serpentine a été un succès puisque 95 % des objectifs fixés ont été atteints. Ce succès est du à trois facteurs principaux :

  1. Les nouvelles capacités offertes par l’arrivée du Pourquoi Pas ? conçu pour ce type de campagne.
  2. La maturité de Victor et l’arrivée du module route.
  3. L’expérience et la pluridisciplinarité de l’équipe scientifique.
  4. La complémentarité de la coopération franco-russe.
Résultats de la campagne

Les résultats des explorations se traduisent par la découverte de 3 nouveaux sites hydrothermaux actifs de haute température en domaine mantellique (Ashadze 1, Ashadze 2, Logatchev 2 - ce qui multiplie par deux le nombre de sites actuellement connus dans ce type de contexte) et d’un site hydrothermal inactif (Logatchev 5). Le site Ashadze 1 est le site hydrothermal le plus profond actuellement connu dans les océans tandis que les plongées sur Krasnov démontrent qu’il s’agit de la plus grande accumulation de sulfures massifs actuellement connue dans les océans.

La résolution (100 m) des cartes obtenues depuis la surface à une vitesse de 11 noeuds n’est pas suffisante pour la réalisation de travaux précis d’exploration et d’échantillonnage. Durant la campagne Serpentine un temps significatif des plongées a été consacré à réaliser des cartes bathymétriques haute résolution près du fond à partir du module route de Victor. Les cartes obtenues, retraitées à bord quelques heures après la fin de la plongée, ont une résolution de quelques dizaines de centimètre et permettent de conduire dans d’excellentes conditions les opérations d’exploration et d’échantillonnage. Sans ces cartes le site actif Logatchev 2 n’aurait pas été localisé. Ce type de cartes, obtenues pour la première fois sur une dorsale par près de 4000 m de profondeur, révolutionne la compréhension des processus tectoniques, gravitaires et hydrothermaux sur les dorsales. Outre la micro bathymétrie, le module route a été utilisé au maximum de ces capacités d’emport. Cette configuration a permis aux scientifiques d’acquérir un maximum de données la composition de l’eau près du fond (prélèvement par PEP et analyse in situ du Mn), les paramètres physiques dans la colonne d’eau (Bathysonde : Turbidité, Température, …), et les données magnétiques (magnétomètre 3 composantes). La camera Otus a permis de dresser une mosaïque photo générale des zones hydrothermales actives couplée à une carte micro bathymétrique très haute résolution à 8 m au dessus dur fond. L’ensemble de ces données obtenues sur trois plans (50, 20, 8 m) au dessus du fond nous permettra de dresser des cartes bathymétriques, des cartes d’anomalies chimiques et physiques ainsi que cartes magnétiques à différentes échelles au dessus des champs hydrothermaux. Sur les trois zones les cartes de haute résolution révèlent pour la première fois l’importance des processus gravitaires associés au rifting et à l’extrusion des roches du manteau.

Zone Ashadze

Cette zone, située sur le mur ouest de la vallée du rift, constituait l’objectif prioritaire de la campagne. Elle n’avait jamais été étudiée par submersible. Le résultat scientifique majeurs est la découverte de deux champs hydrothermaux actifs (Ashadze 1 et Ashadze 2) . Le site Ashadze est à ce jour le site hydrothermal le plus profond connu dans les océans. Les deux sites, distants de 5 km, se situent entièrement sur des roches du manteau serpentinisé. Des plongées d’échantillonnage ont été menées afin d’étudier la composition des fluides, les populations animales, les bactéries et les minéralisations associées aux sources hydrothermales. Un autre point original est l’observation inattendue de bulles de gaz dans les fumeurs Ashadze 1. Ces bulles témoignent de processus d’ébullition en subsurface et indiquent que la température doit dépasser 400°C, température d’ébullition de l’eau de mer à 4100 m de profondeur (410 bars). Sur le site Ashadze 2 la localisation d’un important groupe de fumeurs noirs au fond d’un cratère témoigne pour la première fois du caractère parfois explosif des expulsions de fluides hydrothermaux. La faune présente sur les sites Ashadze diffère fortement de celle des autres sites de l’Atlantique, elle est dominée par les anémones, les crevettes et des vers tubicoles. Les cartes bathymétriques de haute résolution montrent une claire relation entre les processus gravitaires, les failles transverses, et la localisation des sites hydrothermaux. Les sulfures récoltés et analysés à bord sont extrêmement enrichis en cuivre et zinc. Les associations minérales témoignent de fluides particulièrement réducteurs.

Zone Logatchev

Située sur le mur est de la vallée du rift le site actif Logatchev 1 a déjà fait l’objet de plusieurs campagnes de plongées russes, françaises et allemande. L’objectif principal était d’échantillonneur les fluides, les animaux et les roches afin de préciser la variation temporelle de l’activité. Les résultats obtenus indiquent des variations de la proportion de certaines espèces animales et la grande vitalité de l’activité biologique sur la zone Irina 2. Le deuxième objectif était plus exploratoire. Au cours d’un périple de 13 km nous avons recherché sans succès le site Logatchev 3. Par contre, le Site Logatchev 2, réputé inactif, a été localisé et s’est révélé actif et localisé sur les roches du manteau serpentinisé. Sur ce site, l’originalité des fluides émis à des température de 320°C est leur faible salinité, ce qui constitue la première observation de l’émission d’une phase vapeur condensée pour un systèmes hydrothermal mantellique. En fin d’exploration un nouveau champ hydrothermal (Logatchev 5) a été découvert au sommet de la ride gabbroïque située à 2 km à l’est de Logatchev 1. Les sulfures récoltés sur les deux sites contrastent fortement, le site Logatchev 1 est dominé par des minéralisations de haute température riches en cuivre tandis que le site Logatchev 2 se caractérise par des minéralisations de moyenne température enrichies en cuivre et zinc. La présence d’importants champs de moules mortes sur Logatchev 2 est surprenante. Les coquilles sont intactes, récentes, et semblent témoigner d’un évènement catastrophique ayant détruit très rapidement l’environnement favorable à la croissance de ces moules.

Zone Krasnov

Ce site, cartographié de manière très précise depuis la surface par nos collègues russes, a été observé pour la première fois en plongées lors de la campagne Serpentine. Il se situe en haut du mur Est du rift au niveau d’un point de coalescence entre un important édifice volcanique et le mur du rift. Les observations près du fond ainsi que la carte bathymétrique haute résolution dressée à 50 m au dessus du fond révèlent plusieurs caractères spectaculaires de ce dépôt. C’est d’abord la plus grosse accumulation de sulfures massifs actuellement connue. Le second point remarquable est l’effondrement de la moitié du mont sulfuré vers la vallée axiale. Ce phénomène crée un important dépôt d’éboulis sulfurés à l’ouest et une spectaculaire coupe d’une centaine de mètres de hauteur permettent d’observer le cœur de l’amas sulfuré. Le site s’est révélé inactif. Les échantillons récoltés par submersible et par dragage montrent la dominance des sulfures de fer et la rareté de minéralisations riches en zinc et cuivre. Les échantillons révèlent également le caractère béchique de la minéralisation et le remplacement quasi-total de brèches basaltiques par un assemblage de pyrite et de silice. Ce type de minéralisation est tout à fait similaire aux échantillons récoltés par forages au cœur de l’amas sulfuré de TAG à 26°N sur la dorsale Atlantique. Du point de vue biologique, peu de faune a été observée, seules quelques mattes bactériennes couvrant plusieurs dizaines de mètres carrés ont été observées au pied de la falaise découpant l’amas sulfuré.

 

Hydrogène issu de la serpentinisation : une source naturelle d’énergie méconnue

La Campagne SERPENTINE (mars-avril 2007) a permis la collecte de nombreux fluides hydrothermaux sur de nouveaux sites mis en évidence par les équipes russes et explorés et prélevés pour la première fois durant cette campagne. Les systèmes hydrothermaux étudiés résultent de l’interaction hydrosphère/manteau (processus de serpentinisation).

Les études géochimiques de ces fluides, menées à bord et dans le laboratoire de Géochimie et Métallogénie de l’Ifremer à terre, montrent qu’ils ont subi un processus de séparation de phases. En effet, des fluides de haute salinité sont trouvés sur les sites Ashaze 1 et Logatchev 1, tandis que des fluides de basse salinité sont émis aux sites Ashaze 2 et Logatchev 2.

Un deuxième point important est la confirmation que l’interaction de l’eau de mer avec les roches du manteau produit, dans tous les sites, une abondante quantité d’hydrogène, de méthane et d’hydrocarbures plus lourds. Un calcul simple montre qu’au site Ashaze, un seul évent rejette de l’ordre de 1 million de mètres cubes d’hydrogène par an. Considérant le nombre d’évents actifs, les zones de diffusion associées, la durée d’émission qui peut durer plusieurs dizaines de milliers d’années, on peut dire que le flux d’hydrogène issu de la serpentinisation le long de la dorsale lente médio-atlantique, est gigantesque. Il s’agit là d’une source d’hydrogène naturelle non maîtrisée mais qui représente une source d’énergie nouvelle qui doit être considérée dans le bilan énergétique global de la Terre. De plus, cette énergie, résultant de l’interaction de deux grandes enveloppes terrestre est une énergie sans carbone et renouvelable.

Les ressources de pétrole et de gaz naturel diminuent, l’identification de nouvelles ressources énergétiques s’avère difficile, mais primordial. Du fait des émissions gigantesques d’hydrogène et à un degré moindre de méthane issues de la serpentinisation sur les dorsales lentes médio-océaniques, on peut se poser des questions sur le processus de génération de ces gaz en profondeur, leur migration le long des failles, sur le bilan de dégazage, sur leur devenir et leur transformation dans le milieu océanique. Quelles sont les quantités d’hydrogène et de gaz hydrocarbonés générées à partir du minéral par voie abiogénique ? Ces estimations restent à faire et ne pourront se préciser que par une exploration continue des dorsales lentes. Mais les fortes concentrations d’hydrogène mesurées dans les fluides des 6 sites mantelliques actifs (Rainbow, Lost City, Ashaze 1 et 2, Logatchev 1 et 2) actuellement connus le long de la dorsale médio-atlantique et les calculs préliminaires montrent que ce flux de gaz est gigantesque. Il s’agit, de plus, du seul endroit sur terre ou l’hydrogène est produit massivement par des processus naturels.

L’hydrogène peut se combiner au carbone (présent sous forme de CO ou de CO 2) pour former des hydrocarbures. Ces produits sont identifiés dans tous les fluides hydrothermaux issus du manteau. Y-a-t-il du pétrole d’origine inorganique présent dans les environnements mantelliques des dorsales médio-océaniques ? Probablement oui. Mais détecté à l’état de traces pour l’instant. Il reste à comprendre et découvrir les domaines réactionnels les plus favorables à la synthèse catalytique des composés dans ce milieu naturel et les configurations géologiques permettant le piégeage de ces fluides.

Voilà des questions actuellement débattues dans la communauté scientifique et auxquelles l’analyse des fluides hydrothermaux de la campagne SERPENTINE a contribué à donner quelques réponses. Les équipes de l’Ifremer ont été les premières avec les équipes russes à souligner l’importance de ces phénomènes. L’exploration et l’étude scientifique ouvrent maintenant des perspectives originales pour identifier des énergies alternatives renouvelables et sans carbone dans les grands fonds océaniques.

Ressources minérales

L’envolée du cours des matières premières et des métaux (près de 350 % en 3 ans pour le cuivre et le zinc) a fortement relancé l’exploration pour de nouveaux gisements. Les domaines océaniques ne sont pas absents de ces explorations. L’intérêt à court terme porte sur les minéralisations très riches telles que les minéralisations sulfurées hydrothermales. En 2006, la compagnie australienne Nautilus a consacré quatre mois de campagnes pour évaluer les dépôts sulfurés associés au volcanisme sous marin dans le bassin de Manus dans les eaux économiques de la Papouasie. Au cours de ces campagnes des opérations de cartographie, de prélèvements d’échantillons à l’aide d’un ROV et d’opération de géophysique visant à estimer le volume des dépôts ont été effectuées. Deux mois de campagnes (4 millions de dollars) ont été consacrés à des forages pour évaluer la composition des dépôts. Les résultats indiquent des minéralisations particulièrement riches en cuivre et or. A l’issue de ces travaux, en fin d’année 2006, la compagnie Nautilus vient d’annoncer la mise en exploitation des dépôts sulfurés du bassin de Manus pour 2010. Cette exploitation constituera ainsi la première opération mondiale d’exploitation minière dans les grands fonds. Les gisements du bassin de Manus se situent à des profondeurs proches de 2000 m. En parallèle au début du mois de janvier 2007, 18 nouveaux permis d’exploration viennent d’être déposés sur les sites hydrothermaux à l’ouest des îles Fiji et près des îles Tonga. Le choix des zones est basé sur la découverte de ces sites au cours des années 1990 dans le cadre de coopérations scientifiques internationales dans lesquelles l’Ifremer était largement impliqué pour l’étude des contextes géologiques, la compositions des fluides et la composition minérales et chimique des minéralisations.

Interaction expérimentale entre sulfures et bactéries

En 2004 nous avons, pour la première fois, développé à Brest un protocole expérimental pour étudier les réactions entre minéraux et bactéries. Les précipitations formées par le refroidissement des fluides hydrothermaux au contact de l’eau de mer sont pratiquement toujours colonisées par des communautés bactériennes. L’action des bactéries sur des processus géologiques tels que bio stabilisation des sédiments, laminations sédimentaires, biodégradation (pédogenèse, diagenèse), bio corrosion sont aujourd’hui non contestés. Le rôle des bactéries sur la bio minéralisation reste cependant toujours en discussion. La question reste en suspend pour la part de contribution directe à la précipitation des substances minérales et/ou au contrôle indirect par modification de la composition chimique du milieu. Des réponses doivent être apportées pour la compréhension des interactions biosphères/géosphères.

Nous avons réalisé des cultures de micro-organismes en conditions géochimiques inspirées des environnements extrêmes sur des échantillons ayant été caractérisés au préalable, chimiquement et minéralogiquement. Différents types de métabolismes bactériens ont été utilisés (sulfato-réduction, oxydation du fer et oxydation des sulfures) afin de clarifier les interactions minéraux bactéries. La réalisation d’incubations d’échantillons sélectionnés selon leur adéquation avec le métabolisme des bactéries en présence a permis de mettre en évidence :

  • Des développements bactériens (associations cellulaires et mise en place de filaments) de Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum sur les surfaces d’altération formées à partir de cristaux de sulfures (galène et énargite). Les sulfates bien cristallisés (barytine et anglésite), semblent plus difficilement corrodés par cet organisme sulfato-réducteur.
  • La densité de réseaux filamenteux construits par Thiobacillus ferrooxidans varie selon les minéraux (pyrite > sphalérite > cuivres gris, par ordre de fréquence). Les filaments sont formés par l’association de cellules allongées.
  • La croissance de Sulfurimonas autotrophica selon les plans de clivage des cristaux de galène (Figure 31) et d’un minéral identifié comme de la pearcéite. La mobilisation plus rentable des éléments chimiques au niveau de ces structures atomiques particulières peut être le résultat de simple propriété physique (faible cohésion atomique) ou liée à la présence d’éléments chimiques en trace le long de certain plan cristallin.

Ces incubations ne sont qu’une première étape dans la compréhension des interactions assemblages minéralogiques / bactéries. Il sera dans un premier temps nécessaire de reproduire ces expériences pour confirmer les résultats. Des expériences identiques réalisées avec des souches différentes (physiologiquement et génétiquement) mais de même métabolisme permettront de savoir si les effets observés sont uniquement liés au type métabolique (effet souche ou non). Des expérimentations plus longues donneront accès à la suite des processus observés. Un dosage des éléments pouvant être extraits des sulfures (par exemple le Pb des galènes) devra être effectué dans les solutions pour tenter de mettre en évidence de possibles altérations chimiques.

 

 

 

 

9 - Campagne Nodinaut

La France détient un permis minier dans une zone du Pacifique Nord Est. La campagne Nodinaut a été réalisée dans le cadre d'un contrat signé entre la France et l'International Seabed Authority (ISA), organisme qui définit les modalités de prospection et d'exploration des nodules polymétalliques dans la zone concernée. Les objectifs de la campagne Nodinaut réalisée sur le N/O l'Atalante en mai-juin 2004 avec le submersible Nautile étaient d'établir un état de référence des écosystèmes sur ces zones et d'évaluer l'impact d'une éventuelle exploitation des nodules. Cette étude a été menée sur différents faciès de nodules selon une approche pluridisciplinaire à l'échelle régionale jusqu'à l'échelle du nodule. Les résultats de géochimie obtenus sur les nodules et les sédiments sous-jacents sont associés aux mesures de paramètres environnementaux pour des études parallèles aux prélèvements de faune et de microbiologie. Les données environnementales obtenues se sont notamment focalisées sur la trace ancienne d'une drague réalisée il y a 26 ans dans la zone à nodules de Clarion-Clipperton par 5000 mètres de fond. Il a été montré que le passage de la drague a décapé 4 cm de sédiment superficiel et que les propriétés physiques et chimiques du sédiment perturbé dans la trace n'ont pas changées significativement au cours de cette période et n'ont pas montré non plus de retour à son état initial. Cependant les variations verticales similaires de la teneur en manganèse dans le sédiment à l'intérieur et hors de la trace peuvent s'expliquer par la diffusion de l'oxygène à partir de l'eau de mer. En parallèle, l'activité biologique mesurée sur le site suggère la recolonisation complète de la trace par la faune benthique et l'existence d'un flux de nutrients à l'interface eau-sédiment. L'évaluation des conséquences environnementales par une activité d'exploitation des nodules est liée à l'importance de la perturbation de la couche sédimentaire; la restauration des sédiments de surface d'un site pourrait prendre de nombreuses années ou siècles.

 

10 - Opérations Individualisées

Le projet, nommé « ICP-MS Océan », concerne un équipement innovant permettant l'analyse fine des éléments chimiques et des isotopes dans les échantillons naturels d'origine géologique et biologique.

Cette plate-forme analytique de pointe sera un élément structurant de l'Europole Mer (EM) dont le but est d'affirmer la recherche finistérienne dans un « pôle d'excellence régional » tourné vers la mer. Cet équipement complétera la panoplie existante (spectromètre de masse, microsonde électronique) acquis lors de précédents Contrats de plan. Le projet associe plusieurs laboratoires de recherche de l'UBO (IUEM), de l'Ifremer, de l'IRD tournés vers les recherches marines en biologie, microbiologie et géochimie marines.

L'installation d'un pôle instrumental ICP-MS Océan à Brest renforcera l'ancrage de la recherche océanographique française dans la Région Bretagne. Il positionnera les laboratoires du technopôle au niveau des plus grands laboratoires européens et mondiaux en recherche océanographique, tous équipés ou en cours d'équipement de ces techniques. Une des conséquences attendues est de donner une forte impulsion à l'attractivité des communautés scientifiques de l'Ouest français travaillant dans le domaine de l'océanographie.

L'un des points forts des techniques ICP-MS est la grande diversité des sujets pouvant être abordés. Les besoins scientifiques exprimés conduisent à proposer une installation comportant trois composantes. Une composante pour les analyses élémentaires d'éléments en traces, une composante pour les analyses isotopiques et une composante laser pour les analyses ponctuelles (élémentaires ou isotopiques) sur matériaux solides d'origine biologique ou géologique. L'aspect présentant le plus fort potentiel d'innovation et d'originalité est l'aspect isotopique, cette approche devant nécessairement s'appuyer sur des analyses élémentaires de qualité et de haute sensibilité. Cet ensemble analytique doit être complété par une organisation amont de préparation des échantillons qui implique des installations de salles blanches et un aménagement spécifique de la salle recevant les équipements.

Cet ensemble sera rendu opérationnel par l'affectation d'un ingénieur et d'un technicien capables d'adapter les configurations et les développements analytiques à la variété des sujets abordés par les chercheurs.

Les différents processus qui ont conduit à la formation d'un échantillon naturel, solide, liquide, gazeux d'origine géologique ou biologique, sont enregistrés dans sa composition : éléments majeurs, éléments en traces ou rapports isotopiques. Un des mots clés des approches scientifiques rendues possibles par les nouvelles technologies ICP-MS, est le traçage chimique permettant de discuter des processus mis en jeu, ainsi que de l'origine des éléments incorporés dans les roches et les animaux ou dissous dans les fluides et l'eau de mer. La composition chimique et isotopique constitue ainsi une mémoire complexe dont le décryptage permet d'obtenir des renseignements précieux sur l'histoire du globe, l'évolution du climat, les effets anthropologiques, la pollution, les processus de formation des ressources minérales et énergétiques, l'environnement et les processus liés aux activités biologiques et microbiologiques.

L'une des originalités du projet est la multidisciplinarité des équipes impliquées. L'approche pluridisciplinaire des questions scientifiques posées en biologie et en géoscience est une tendance forte de ce début de siècle. La pluridisciplinarité des recherches océanographiques conduit également à identifier des axes de recherches variés touchant à des aspects appliqués (pêche, ressources énergétiques et minérales, environnement) et à des aspects de recherche fondamentale.

 

11 - Acquisition du banc XRF (XRF core scanner)

De nombreux paramètres géochimiques permettent de reconstituer, à partir de sédiments marins, les changements environnementaux liés aux variations climatiques passées. Depuis les années 1950, l'analyse de la composition chimique des sédiments se fait par des techniques conventionnelles consommatrices de temps et de sédiment, ce qui limite naturellement la résolution des analyses géochimiques le long de carottes sédimentaires. Le développement récent d'une nouvelle génération de spectromètres de fluorescence X, les « XRF core scanners », a révolutionné l'approche de l'étude géochimique des sédiments marins. L'analyse par « core scanner » est non-destructive et rapide car la surface d'une section de carotte est ici directement irradiée par un faisceau de rayons X, sans aucune préparation préalable. La détermination de la teneur en éléments majeurs se fait à intervalles réguliers, par déplacement d'une sonde à l'aide d'un système motorisé programmable. Ces nouveaux « XRF core scanners » permettent de réaliser des profils quasi-continus d'éléments majeurs et traces le long de carottes, autorisant ainsi l'étude d'enregistrements sédimentaires à une très haute résolution temporelle, de l'ordre de la dizaine d'années.

Au terme d'essais comparatifs, le choix s'est porté sur un instrument marinisé installé dans un conteneur. L'ensemble livré fin 2006 fonctionne depuis en continu. Il a été utilisé avec succès lors de la campagne PRISME en 2007. Il s'agit du premier instrument de ce type installé en France.

 

12 - Projet EXTRAPLAC

D'après l'article 76 de la Convention des Nations Unies sur le droit de la Mer (Montego Bay, 1982), les pays possédant une façade maritime et respectant un certain nombre de critères ont la possibilité de demander l'extension de leur plateau continental au-delà des 200 milles à partir des lignes de base (et jusqu'à 350 milles). La France a décidé de constituer des dossiers de demande sur toutes les zones où les extensions pourraient être envisagées.

Au plan national, la décision de mettre sur pied un programme d'extension a été prise lors du Comité interministériel de la Mer le 1er avril 1998 et l'articulation des travaux précisés en 2002 sous le nom de programme EXTRAPLAC (EXTension RAisonnée du PLAteau Continental). Il comprend :

 

  • Un Comité de Pilotage dont les travaux sont coordonnés par le Secrétariat Général de la Mer. Ce comité, qui assure la maîtrise d'ouvrage, comprend des représentants des ministères des Affaires Etrangères, de l'Industrie, de la Recherche, de l'Outre-Mer, de la Défense et du Budget,
  • Un Groupe de Projet chargé de la maîtrise d'oeuvre. Ce groupe, dont la direction a été confiée à l'Ifremer, comprend des représentants de cet organisme, du MEEDAT, assurant la gestion de la ligne budgétaire de financement du programme, le SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine), l'IPEV (Institut Polaire Français Paul Emile Victor) et l'IFP (Institut Français du Pétrole).

 

13 - Liens