1. Bouée relais BOREL

Son rôle est de relayer les données provenant des noeuds d’observation SEAMON vers la terre, mais aussi de transmettre aux noeuds SEAMON des commandes émises par le centre de contrôle de l’observatoire à Brest. Pour plus de fiabilité, la bouée contient deux chaînes de transmission de données totalement indépendantes, la seconde pouvant prendre le relais de la première en cas de panne. Chaque chaîne de transmission comprend : (1) Une partie acoustique sous-marine composée d’un transducteur acoustique (l’équivalent sous-marin d’une antenne aérienne) fixé sous la surface et d’un modem acoustique, capable de transformer les signaux acoustiques en données numériques, (2) Une unité intermédiaire qui examine les données reçues avant de les renvoyer vers (3) un modem et une antenne de transmission satellite Iridium.

De plus, la bouée sert de support à un GPS de surface dont les données d’altitude permettent de déduire l’élévation de la croûte terrestre des mesures de hauteur d’eau fournies par le JPP.

Les données acquises sur le fond de mer seront retransmises par BOREL toutes les six heures vers un centre de données à terre.

Au moment d’installer BOREL, l’enjeu est de positionner son lest avec suffisamment de précision et de maîtriser son rayon d’évitage afin que la bouée évolue ensuite en permanence à portée acoustique des deux noeuds Seamon, tout en évitant de le placer au centre des deux noeuds d’observation, ce qui constituerait une gêne pour les plongée Victor ultérieures. Contrairement aux instruments du fond marin, soumis essentiellement à la pression hydrostatique qui est stable et à un faible courant, la bouée sera exposée à des conditions de surface (vagues, houle, paquets de mer et vent) changeantes, pouvant être difficiles pendant l’hiver qui arrive.

 


Bouée BOREL sur le pont du Pourquoi pas ?

 

 

2. Noeuds d’observation

Ils fournissent aux capteurs qui leur sont reliés les moyens d’effectuer leurs mesures, de les stocker et de communiquer avec le monde extérieur qu’il soit proche (submersible d’installation) ou lointain (bouée-relais en surface).

Concrètement, ces moyens sont :

  • Des connexions électriques à brancher sous l’eau par le ROV Victor;
  • Une unité électronique (COSTOF) qui recueille les données de mesure, les stocke et les transmet par liaisons de données sans fil au ROV Victor pendant l’installation par induction électromagnétique ou WiFi sous-marin, puis à la bouée de surface par modem et transducteur acoustiques;
  • De l’énergie électrique, sous forme de blocs de piles de 4 à 16 kWh;

Les noeuds SEAMON sont descendus par câble jusqu’à une vingtaine de mètres du fond, puis largués par télécommande acoustique. Ils sont ensuite déplacés et installés par Victor.

Deux noeuds d’observation sont installés sur l’observatoire MoMAR. « SEAMON est » porte ses capteurs lors de la descente. Ils ont déjà été branchés en surface, avec une longueur de câble leur permettant d’être ensuite extraits de SEAMON et installés par Victor. Les capteurs de « SEAMON ouest » sont descendus indépendamment. C’est Victor qui réalise leur connexion électrique à SEAMON au fond.

2.1 Noeud d’observation « SEAMON ouest »

Ce noeud d’observation est le noeud dédié à la géophysique. Il comprend 2 modules attachés sur une même plate-forme: un OBS câblé et une jauge de pression permanente (JPP).

 


Noeud d’observation SEAMON ouest

Module de géophysique, incluant OBS et JPP, déployé au fond de l’eau

 

2.1.1 OBS câblé

Avec les sismomètres autonomes, les informations sont stockées localement sur un support type disque dur. Les événements sismiques enregistrés ne seront relus que l’année d’après, après la récupération de l’appareil. Pendant un an, on ne sait pas ce qui se passe… L’OBS spécialement conçu pour cette expérience a été modifié pour pouvoir dialoguer avec la surface en temps réel.

L’utilisation d’un ROV est nécessaire pour le connecter à la station SEAMON, posé à proximité. Cette station est connecté à une bouée via une liaison acoustique relayée en surface par une liaison satellite, cette connexion se prolonge jusqu’aux scientifiques à terre. Il est ainsi possible de surveiller par cette liaison, le bon fonctionnement du système et le nombre de tremblements de terre enregistrés. L’intérêt principal est de pouvoir déclencher une alarme lorsqu’un séisme d’un certain niveau est atteint. Les scientifiques sont ainsi prévenus en temps réel et peuvent faire des mesures corrélées avec cet événement sur d’autres instruments du site.

Ce niveau d’alarme est réglable à distance. Pour déterminer qu’il y a un séisme, le signal en jaune est moyenné sur une grande constante de temps signal en bleu (méthode LTA/STA). Lorsque le jaune dépasse le bleu, il y a séisme qui est codé, signaux en vert.

 

2.1.2 JPP (Jauge de Pression Permanente)

Les Jauges de Pression Permanente (JPP) sont déployées sur la partie est et ouest du volcan Lucky Strike. Cette année dans la cadre du déploiement des nœuds de communication SEAMON, un capteur JPP va être connecté au nœud ouest. Ses données seront acheminées en temps réel à une station à terre, via la bouée de surface BOREL.

 


Mise à l’eau du module de géophysique, incluant OBS et JPP, pendant la campagne Momarsat

Les JPP permettent, en mesurant la pression, de déterminer précisément la hauteur d’eau. Un GPS en surface, à l’aplomb du capteur permet d’établir une référence pour retirer des mesures de pression, les effets de marée et des vagues (voir courbe rouge). Les deux instruments associés, mesurent la déformation verticale du plancher océanique. Couplés à des sismomètres, ils permettent de préciser l’amplitude et la durée des séismes.



Un JPP est constitué de 3 parties essentielles à son fonctionnement en fond de mer :

  • Une partie capteurs qui comprend (1) un capteur de pression qui fonctionne sur le principe piézo-électrique, (2) des sondes de température (voir courbe verte) PT100 qui mesurent la variation de la résistance d’un matériau versus température et (3) un tiltmètre ou inclinomètre qui permet de déterminer un déplacement dans les 3 axes.
  • Un système d’acquisition qui permet de traiter, convertir, stocker et transmettre les données.
  • Une réserve d’énergie qui détermine l’autonomie de l’instrument ainsi que sa puissance disponible. Les critères de choix de ces trois parties de l’instrument déterminent ses performances pour les besoins scientifiques.

2.1 Noeud d’observation « SEAMON est »

Ce nœud d’observation est le nœud dédié à l’écologie, l’étude de la faune et de son environnement. Il comprend 2 modules : le module d’observation TEMPO et l’analyseur chimique du NOCS.


Nœud d’observation « SEAMON est » en cours de montage.
2.2.1 TEMPO

L'écosystème hydrothermal est difficilement accessible de par sa profondeur, ses forts gradients physico-chimiques et la répartition de sa faune en petits îlots. Son étude nécessite l'utilisation de submersibles dotés de systèmes de navigation et de télé-manipulation très évolués. La mise en œuvre de ces sous-marins par des navires océanographiques est limitée par la météo. Les périodes d'études sont donc restreintes aux saisons clémentes, soit de avril à septembre au large des Açores.

Notre connaissance de cet écosystème se résume ainsi à une fenêtre temporelle réduite. Les informations sur l'évolution annuelle de ces systèmes extrêmement dynamiques sont actuellement insuffisantes. Développé en 2006, TEMPO est un système d'observation autonome qui permettra de suivre l'évolution d'un massif de modioles hydrothermales durant douze mois.

TEMPO est construit autour de deux objectifs : acquérir des séquences vidéo, effectuer des mesures physico-chimiques, et ce durant douze mois. Ce module est équipé d'une caméra vidéo associée à quatre projecteurs à LED. L'optique est protégée des salissures marines (anti-fouling) par une méthode électrochimique. Un analyseur chimique CHEMINI, une optode et deux sondes de températures complètent le module. Ils permettront de suivre l'évolution de la température et de la concentration en fer dans l'environnement baignant les moules. Ces instruments sont pilotés et alimentés par SEAMON.



Module d’observation TEMPO, projecteurs allumés et déployés, sur le pont du Pourquoi pas ?


Vue de TEMPO à 1650m de profondeur au pied de l’édifice Tour Eiffel


2.2.2 Analyseur chimique du NOCS

L’analyseur chimique NOCS sert à mesurer la concentration en Fe2+ dissout dans l’eau de mer. Le fer est probablement le plus important métal trace bioréactif. Il joue un rôle crucial dans la croissance du phytoplancton et influence le cycle global du carbone dans l'eau de mer. Comme d'autres métaux trace, le fer est pompé dans les profondeurs océaniques dans les eaux hydrothermales chaudes et représente donc un traceur important de ces environnements. En même temps, il nourrit les microorganismes qui peuplent les écosystèmes hydrothermaux. Nous savons que les fluides émis par les sources hydrothermales sont riches en fer et nous pensons que les émissions diffuses contiennent des concentrations beaucoup plus faibles de ce métal trace. Une connaissance plus approfondie des concentrations de fer et des taux d'émission dans les flux diffus nous permettra de mieux comprendre le cycle biogéochimique de ce métal ainsi que de produire des modèles qui aideront à prédire son comportement futur.

L’analyseur fonctionne sur le principe de la colorimétrie. L’eau de mer échantillonnée est pompée à l’intérieur du système et est mélangée automatiquement avec un réactif chimique appelé ferrozine. En présence de Fe2+ en solution, un changement de couleur se produit et une solution de couleur pourpre se développe. Ce changement de couleur est directement proportionnel à la concentration de Fe2+. D’un point de vue technique, ce changement de couleur est mesuré à l’aide d’une LED et d’une photodiode le long de la cellule dans laquelle le fluide est injecté. Plus la concentration est élevée, plus le signal reçu par la photodiode est faible, donc plus l’absorption est importante. Pour réduire la taille de l’analyseur chimique et la consommation de réactifs de façon à allonger au maximum la durée de déploiement, nous utilisons des techniques de microfabrication qui nous permettent d’obtenir des volumes internes de l’ordre de 250µL. L'analyseur chimique NOCS peut être déployé à 6000m de profondeur.


Trois analyseurs chimiques NOCS


Analyseurs chimiques NOCS en place sur le nœud « SEAMON est »