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mars 2014

Enjeux scientifiques des grands fonds océaniques

Publié par Pierre COCHONAT | N° 472 - LA MER

Directeur scientifique adjoint de l’IFREMER


Les fonds marins, notamment ceux de la ZEE française, recèlent aujourd’hui des ressources marines considé­rables : des ressources vivantes renouvelables exploi­tées par la pêche et l’aquaculture, des ressources liées à la biodiversité qui sont de mieux en mieux valorisées grâce au développement des biotechnologies, et des ressources telles que métaux, minéraux et énergie qui présentent des poten­tiels de croissance très importants.

En effet, alors que l’on assiste à une mutation des équilibres mondiaux des matières premières, le potentiel des res­sources minérales et énergétiques d’origine marine intensifie les travaux de recherche et l’exploration. Le domaine océa­nique constitue en effet un réservoir de ressources minérales (granulats, nodules, amas sulfurés, encroûtements, etc.) et énergétiques (pétrole et gaz, énergies marines renouve­lables), biologiques (biodiversité, souches, molécules, etc.) dont les richesses sont encore loin d’être connues. La deman­de pour ces ressources est en forte augmentation, nécessi­tant des réponses argumentées pour une exploitation plus poussée et responsable dans un respect des contraintes environnementales.

Certaines thématiques scientifiques sont fortement por­teuses de développement pour la recherche et l’innovation et pour le développement d’activités maritimes socio-écono­miques. Elles nécessiteront de nombreuses campagnes océa­nographiques.

 

Pierre COCHONAT

Pierre Cochonat, Docteur en Géologie de l’Université Scientifique et Médicale de Grenoble, 1977. 32 ans d’expérience au Cnexo et à l’Institut Français pour l’Exploitation de la Mer (Ifremer), en tant que

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Figure n°1 : Pierre COCHONAT


chercheur, puis directeur du Laboratoire Environnements Sédimentaires (1994) au dépar­tement Géosciences Marines à Brest. Il rejoint le siège de l’institut en 2002 en tant que Directeur adjoint des Recherches Océaniques, puis responsable du thème «exploration et exploitation des fonds océaniques» (2005), directeur adjoint de la Prospective et de la Stratégie Scientifique (2008). Il est actuellement Directeur scientifique adjoint.

Ses principaux centres d’intérêt scientifique concernent la recherche en géosciences marines dans le domaine océa­nique profond et ses relations avec la biologie et l’instrumentation scientifique nécessaire à l’exploration et l’expérimentation sous-marine. Il a dirigé plus d’une douzaine de cam­pagnes océanographiques de 1986 à 2001. Plus récemment, il s’est beaucoup investi dans le développement des pro­grammes de recherche au niveau national et européen en exploration des grands fonds océaniques, les ressources miné­rales et énergétiques marines, les interactions fluides/minéraux/écosystèmes dans les environnements extrêmes et les observatoires fond de mer.

 

Marges et hydrocarbures

Sur les marges, les dépôts sédimentaires constituent une archive unique des événements qui ont façonné la surface de la terre (par exemple, climat, tectonique). Connaître la varia­bilité de ces processus de dépôts constitue un enjeu de connaissance primordial, où l’évolution de la structure pro­fonde des marges doit être prise en compte pour établir les bilans de transfert sédimentaire multi-échelles. Les bassins sédimentaires ainsi créés sont le lieu d’accumulation des hydrocarbures (huile et gaz), dont les hydrates de méthane qui constituent une grande réserve



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Figure n°2 : Campagne océanographique Serpentine sur la dorsale médio-atlantique, février-avril 2007. Site hydrothermal Krasnov (3700m de profondeur, site inactif) : stalactite d'atacamite.


de ressources énergé­tiques, mais qui peuvent être également à l’origine de risques naturels (amplification de l’effet de serre et instabilité de pente), compte tenu de leur sensibilité aux variations de pression et de température. La connaissance des aléas liés à ces phénomènes d’instabilité passe par l’étude des activités sismiques, de la formation et dissociation d’hydrates de gaz, des instabilités de pente liées aux accumulations de sédi­ments et de la circulation océanique modifiant la distribution verticale et l’extension horizontale des masses d’eau (et des températures) au contact des sédiments.

Les campagnes océanographiques permettent de répondre aux questions scientifiques, comme par exemple :

  • l’évolution thermique et la structure profonde d’une marge,
  • la dynamique sédimentaire intégrant la répartition spatiale et temporelle des dépôts d’un système sédimentaire au cours des cycles climatiques,
  • l’enregistrement des variations du niveau marin,
  • les facteurs de contrôle du transport sédimentaire plateau-glacis dans les canyons et du dépôt dans les systèmes sédi­mentaires profonds,
  • les «geohazards» et le comportement des hydrates de gaz,
  • la dynamique de la circulation et des sorties de fluides froids en fond de mer et leur relation avec les écosystèmes associés.

Croûte océanique et métaux

Les explorations scientifiques menées dans les grands fonds depuis une trentaine d’années ont permis d’identifier plu­sieurs processus géologiques et géochimiques conduisant à la concentration des métaux (nodules polymétalliques, encroûtements cobaltifères et sulfures hydrothermaux),



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Figure n°3 : Pacifique Sud-Ouest. Année : 2012 Ressources minérales - Sulfure - Biologie - Crinoïdes et corail - Nautile - Campagne FUTUNA 3


et à la genèse de ressources énergé­tiques potentielles originales (hydrates de méthane, hydrogè­ne). Ces découvertes ouvrent de nouvelles frontières pour la recherche et l’identification de ressources minérales et éner­gétiques dans les océans. Il s’agit maintenant de conduire des programmes à forte valeur ajoutée scientifique, axés sur la connaissance géologique des mécanismes qui modèlent les fonds marins à différentes échelles spatio-temporelles, les processus en interactions géobiologiques et leur dyna­mique temporelle, la protec­tion de la biodiversité et la résilience des sites, afin de mieux comprendre le fonctionnement des systèmes géody­namiques actifs qui contrôlent la circulation des fluides, et leur variabilité dans l’espace et le temps et les grands cycles géochimiques de mobilisation, transport et concentration des éléments à l’origine de la formation des minéralisations.

La France dispose d’une capacité importante d’exploration et d’accès à de nouvelles ressources minérales à grande profon­deur en mer, dont l’éventuelle exploitation future nécessite le développement de recherches pluridisciplinaires.

La communauté scientifique nationale concernée a su se ras­sembler dans différents GDR, UMR et dans le Labex Mer, elle a aussi montré sa capacité à engager des programmes de recherche en partenariat public-privé et en se positionnant au niveau européen en coordonnant l’ERANET ERAMIN. Le développement de l’exploration profonde va nécessiter des progrès significatifs pour les techniques d’exploration. Les travaux se feront à travers des programmes de recherche scientifique (nationaux et européens), mais pourront aussi être conduit en partenariat public-privé, à l’instar du projet



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Figure n°4 : Campagne océanographique Serpentine sur la dorsale médio-atlantique, février-avril 2007. Site hydrothermal Logatchev (3 000m de profondeur) : morceau de sulfures, avec du chlorure de cuivre vert émeuraude.


Wallis et Futuna et en réponse à la demande publique comme pour les activités d’entretien des permis miniers.

Écosystèmes profonds et interactions géobiologiques

Les enjeux de durabilité écologique afin de réunir les condi­tions optimales d’une exploitation durable seront détermi­nants. Les études de biologie des écosystèmes chimio-synthétiques profonds vont devenir une composante majeure des travaux d’exploration des grands fonds, parallèlement aux études géologiques. Les processus géologiques à l’origine de la mise en place des ressources énergétiques et miné­rales sont en permanence en interaction avec le milieu biolo­gique dans les cycles biogéo-chimiques. Les écosystèmes extrêmes et chimiosynthétiques sont eux-même liés aux processus tectoniques, mag­matiques, hydrothermaux et sédimentaires impliqués dans la circulation de fluides dans la lithosphère et dans la for­mation des dépôts métalli­fères.

D’autre part, le potentiel d’innovation détenu par les orga­nismes marins, encore peu explorés et qui appartiennent à des lignées évolutives très originales, apparaît particuliè­rement important. Le défi est d’utiliser les nouveaux outils de génomique pour pour­suivre l’étude des microorganismes, des plantes ou des animaux marins, développer des méthodes de culture ou d’élevage et de sélection de géno­types performants, puis de les valoriser dans différents domaines d’application comme la nutrition, la santé animale, végétale ou humaine et l’ingénierie (enzymes, protéines, biopolymères, biomatériaux). Le marché global des biotechno­logies marines, de l’ordre de trois milliards de dollars en 2010, est donc considéré



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Figure n°5 : Crevettes des profondeurs observées sur le site hydrothermal Rainbow lors d’une campagne océanographique menée par l’Ifremer au sud des Açores


comme présentant un important poten­tiel de croissance, de l’ordre de 4 à 5% chaque année. La bioprospection sera une composante forte des campagnes océanographiques

Suivi temporel des processus naturels et surveillance des sites

Evaluer la variabilité naturelle des processus géologiques et biologiques sera l’un des grands enjeux des années à venir, pour avancer dans la compréhension des processus et pour prévoir leur évolution, voire leur surveillance en cas d’activité extractive. L’implantation d’observatoires fond de mer intégrant des solutions technologiques innovantes est l’un des défis à relever dans le cadre de l’infrastructure de recherche (IR EMSO) avec l’ensemble des partenaires natio­naux et européens. Elles devront permettre l’étude de la variabilité spatio-temporelle de l’activité géologique, hydrologique et biologique à l’échelle d’une zone d’exploitation, par exemple transversalement à l’axe d’une ride océanique ou dans les zones de sorties de fluides froids sur les marges. Il s’agit aussi ici d’analyser et comprendre les processus qui sont le fondement d’une partie de la productivité des ressources marines vivantes et qui déterminent leur variabilité spatio-temporelle (dont leur dispersion et leur connectivité) et leur prédictibilité.

Les scientifiques européens, dont les équipes françaises, à l’origine du développement des observatoires fond de mer (projets ESONET et EMSO, projet de Très Grande Infrastructure de Recherche européenne) ont suggéré de mettre en place des dispositifs de surveillance de l’activité industrielle comme celle propre aux hydrocarbures marins profonds, dans le but d’obtenir une meilleure compréhension des impacts écolo­giques de cette activité et des risques de fuites d’hydrocarbure



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Figure n°6 : Pourquoi pas ?, navire amiral de la flotte océanographique de l’Ifremer


sous-pression (gaz et huiles). Cette question a été abordée, suite à l’accident de «Deep water Horizon» dans un article sou­lignant le besoin de surveillance indépendante de l’impact écologique (Ruhl, H. A & Priede, I. G. Open up monitoring of deep-sea drilling. Nature vol. 73, 154 (12 May 2011)). L’idée d’un suivi indépendant est promue, même si son financement peut se concevoir dans le cadre d’un partenariat public-privé avec l’industrie pétrolière; pour cela le projet devrait demeu­rer sous le contrôle et la maîtrise d’ouvrage des pouvoirs publics, dans l’esprit d’une nécessaire surveillance indépen­dante. Cela s’envisage aussi pour l’exploration et l’éventuelle exploitation des ressources minérales.

Ces actions de suivi et d’acquisition de longues séries tem­porelles vont nécessiter des campagnes d’observation récur­rentes.

Technologie

La mise en valeur de ces richesses des océans passe par l’exploration et les développements technologiques plus que jamais nécessaires à leur valorisation. La recherche multidis­ciplinaire qui va se développer pour la connaissance des fonds, la protection de la biodiversité, et la résilience des sites doit s’appuyer sur un programme national de recherche géo­logique et biologique des grands fonds marins, intégrant les nouvelles technologies d’exploration.

L’exploration et l’étude des grands fonds océaniques impli­quent des stratégies multi-échelles mettant en œuvre des technologies spécifiques pour explorer, étudier les processus géologiques, chimiques et biologiques. Plusieurs groupes d’équipements sont à considérer.

Le premier groupe concerne les équipements fixes opérant



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Figure n°7 : Le ROV Victor 6000, robot téléopéré de l’Ifremer dédié à l’exploration de l’océan profond, jusqu’à 6 000 m


des mesures depuis le navire et permettant de réaliser des investigations à l’échelle régionale (sondeurs multifaisceaux, sismique, gravimètre, magnétomètre).

Le deuxième groupe concer­ne les équipements permet­tant de travailler à l’échelle locale et de réaliser des prélè­vements (géologiques et bio­logiques) et des mesures près du fond sur des cibles très précises, à partir d’engins habités, téléopérés (ROV), tractés (sonar latéral) ou autonomes (AUV). Ces engins constituent des vecteurs sur lesquels divers équipements scientifiques peuvent être installés. Citons également, pour mémoire, les observatoires fond de mer qui requerront l’utilisation de ces équipements d’observation et d’intervention sous-marines.

Un autre type d’équipement s’avère essentiel pour la connaissance scientifique et la caractérisation des fonds rocheux dans leur troisième dimension (à l’échelle de quelques dizaines de mètres), c’est la question du prélève­ment de carottes de matériaux durs par un système plus léger que le navire de forage qui s’applique aux récifs coral­liens, roches carbonatées et tous types de croûte océanique, notamment les amas sulfurés.

Ces développements technologiques ou ces outils peuvent permettre de renforcer le positionnement scientifique et industriel de la France dans le domaine de l’exploration océa­nique profonde et la synergie entre les scientifiques français et les grands groupes privés français, sur le sujet - porteur pour la recherche et l’innovation - de la connaissance des res­sources marines profondes. ■

 

 

 

Auteur

Pierre COCHONAT

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