Milieux extrêmes océaniques

Lors de la campagne Serpentine (à bord du N/O Pourquoi pas ? du 26 février au 6 avril 2007), 3 champs hydrothermaux situés sur la dorsale Atlantique ont été explorés. L’étude de ces milieux, considérés comme extrêmes, apporte aux scientifiques de nouvelles informations pour mieux comprendre les phénomènes géologiques et biologiques qui s’y déroulent. En effet, les questions scientifiques que soulèvent ces milieux spécifiques sont nombreuses. Comment les fluides hydrothermaux sont générés dans les profondeurs de la terre ? Quelle est l’importance de la tectonique pour le transfert des fluides ? Les milieux extrêmes mantelliques, pauvres en oxygène, reflètent-ils les conditions qui régnaient sur terre au moment de l’apparition de la vie, il y a près de 4 milliards d’années ? Que peuvent apporter ces milieux extrêmes pour la compréhension de la formation des ressources énergétiques, des ressources minérales et de la biodiversité des grands fonds océaniques ?

Site hydrothermal TAG: Atlantique, 3600 m, T°: 360°C, pH : 3.5
Campagne Exomar

Pourquoi ces milieux sont ils extrêmes ?

Les sources chaudes des dorsales médio-océaniques et les sources froides des marges continentales sont considérées comme des milieux extrêmes. Extrême du point de vue des conditions qui y règnent, mais aussi du point de vue de l’adaptation de la vie. En effet, dans ces lieux spécifiques, plusieurs paramètres se combinent pour former des environnements originaux dont la compréhension implique des études géologiques, chimiques, biologiques et microbiologiques.

Parmi les critères qui caractérisent les milieux extrêmes profonds, on peut citer : l’influence de la pression et de la température, l’absence de lumière, la variabilité de composition des fluides émis du plancher océanique, l’influence de la tectonique et du volcanisme profond.

Les caractéristiques des milieux extrêmes

Dans ces milieux océaniques extrêmes, la pression varie entre 100 et 500 bars. Or la pression joue un rôle capital sur les propriétés physiques et chimiques de l’eau de mer. Elle contrôle les réactions chimiques au sein des roches et donne naissance à des fluides hydrothermaux. Des sorties de fluides ont été identifiées depuis des zones situées à quelques centaines de mètres jusqu’à plus de 4000 m de profondeur.

La température des fluides influence également les processus géochimiques et biologiques dans les zones de sorties des fluides. Elle peut dépasser 400°C sur les volcans sous-marins. Dans des roches de nature variée, l’action combinée de la pression et de la température donne naissance à des fluides de composition chimique très variable (acidité, teneur en métaux, salinité, concentration en oxygène…). Ces fluides agissent sur l’environnement géologique, contrôlent la nature des dépôts sulfurés et l’environnement biologique et microbiologique.

Dans ces environnements profonds, du fait de l’absence de lumière, la vie se développe par chimiosynthèse et non par photosynthèse comme c’est majoritairement le cas sur terre. Les gaz tels que l’hydrogène, le sulfure d’hydrogène, le méthane ainsi que les éléments minéraux présents dans les fluides constituent donc les éléments nécessaires au développement animal biologique et microbiologique.

Les milieux océaniques extrêmes sont des zones sensibles pouvant subir des changements profonds et rapides du fait de l’activité tectonique et magmatique. En effet, les événements volcaniques brutaux entraînent des modifications de composition des fluides, des bouleversements et transformations du monde biologique et microbiologique. Inversement, les périodes de stabilité sont propices au développement biologique et microbiologique.

Les travaux effectués au cours de la campagne Serpentine

Localisation des sites hydrothermaux sur la dorsale Atlantique

Les observations géologiques, les mesures et les prélèvements effectués au cours de la campagne ont permis de mieux caractériser les milieux extrêmes hydrothermaux résultant de l’interaction entre l’eau de mer et les roches du manteau terrestre.

L’exploration du site Ashadze, site hydrothermal le plus profond actuellement connu dans les océans (4200 m), a permis notamment de préciser le rôle de la pression et l’influence des roches mantelliques sur les processus géologiques et biologiques qui ont lieu dans les milieux extrêmes océaniques.

Durant la campagne Serpentine, des prélèvements de fluides, de roches et d’animaux ont été effectués à l’aide des bras manipulateurs du Victor 6000. Cela permet aux scientifiques de comprendre pourquoi d’une part, les dépôts minéraux associés aux roches du manteau sont parmi les plus riches en cuivre, zinc, or et cobalt et, d’autre part, pourquoi les fluides sont les plus riches en fer, en hydrogènes et sont chargés d’hydrocarbures.

La distribution de certains éléments et les flux de matière émis dans la colonne d’eau ont été également étudiés à partir d’échantillons d’eaux prélevés par bathysonde/rosette. Des roches et des carottages ont été récupérées afin d’étudier la couche superficielle composée de roches serpentinisées sous l'action de l'hydratation et de l'effet de la chaleur altérées ou de sédiments. La serpentine, ou serpentinite, est une roche qui résulte de la transformation de la péridotite (roche principale ultrabasique du manteau terrestre.