1. Mesure des variations d’inclinaison du plancher océanique

Un tiltmètre est un instrument servant à mesurer d'infimes changements de l'horizontalité d'un niveau, que ce soit le sol ou une structure artificielle. Les tiltmètres sont très utilisés pour surveiller les volcans, les barrages, les risques de glissements de terrain, l'orientation et le volume des fractures hydrauliques et les fondations de nombreux bâtiments (tiré de Wikipédia).

The Bremen Oceanbottom Tiltmeter is a 6000m-depth deep sea instrument for autonomous observation of sea floor tilt with signal periods longer than 7.5 s. The tiltmeter has a 756 wide angle biaxial bubble tilt sensor with a resolution of 1 rad. The instrument also records vertical acceleration. A Kistler Corp. MEMS Servo K-Beam accelerometer 8330A2.5 with about 10-5 m/s2 resolution is used for the acceleration measurements (Fabian and Villinger 2007). The sensor-pot is fixed to the frame mechanically. In order to create a good coupling to the ground, which is very important for tilt and low frequency acceleration measurements, there are no moving parts between frame and sensor-pot. Temperature measurement happens in two ways: a thermistor is installed in the sensor-pot and a miniaturized temperature logger (MTL) is fixed to the frame.

Tilt monitoring provides quasi-continuous high precision data of seafloor dynamics at any given site. Therefore, these data provide information about processes, which might take place between those times at which single, non-continuous measurements are done on the same site by other methods, or at which only singular samples have been collected. Hence, quasi-continuous tilt data are useful to fill the general gap of information between regular monitoring opportunities e.g., fluid sampling or collecting biological species during a research cruise.

As part of the MoMARSAT project, the duration of tiltmeter operation, controlled by the battery life, will be one year. It doesn’t include active levelling, therefore it is designed to be levelled horizontally (up to 5 degrees) by a remotely operated vehicle, here Victor.



The OBT has successfully recorded seafloor deformation and seismicity level in the Logatchev hydrothermal vent field, Mid-Atlantic Ridge (Fabian and Villinger 2008) for more than one year.

2. Mesure des courants

Le courantomètre est un instrument destiné à la mesure de la vitesse d'écoulement de l'eau. Il existe deux applications principales: (1) Les instruments destinés à la mesure de la vitesse et du débit des canaux ou cours d'eau, (2) Les instruments destinés à la mesure de la vitesse et de la direction des courants marins.

Les courantomètres modernes (ADCP) utilisent généralement l'effet doppler : un signal sonore est émis vers le bas (courantomètre de surface) ou vers le haut (courantomètre immergé). Ce signal est rétrodiffusé par les microparticules contenues dans l'eau de mer et capté par des transducteurs disposés en croix : le traitement des signaux recueillis permet de calculer les deux composantes horizontales du courant (tiré de Wikipédia).


3. Caractérisation des des conditions physico-chimiques à proximité des organismes

3.1. PEPITO et CHEMINI

PEPITO (à gauche) et CHEMINI (à droite) sont deux outils complémentaires qui permettent de caractériser l'environnement physico-chimique des organismes présents dans les écosystèmes marins profonds. Ils ont été développés pour prélever et analyser l'eau de mer et les fluides enrichis en éléments chimiques.

3.1.1 PEPITO

PEPITO est utilisé pour prélever des échantillons d'eau. Il est constitué d'une pompe péristaltique qui aspire l'échantillon à travers une canule (un tube) manipulée par le bras du submersible. Les échantillons sont dirigés à l'aide de vannes solénoïdes vers 15 bouteilles ou poches. Ils sont stockés dans ces réceptacles inertes chimiquement jusqu'à l'arrivée du sous marin en surface. Les échantillons sont alors récupérés et analysés immédiatement si possible (oxygène dissous, pH, méthane…) ou traités puis stockés avant leur analyse à terre. Ils peuvent aussi être filtrés pour avoir accès entre autres à la concentration en métaux dissous et particulaires. PEPITO a été développé en 2007 et peut travailler jusqu'à 6000m de profondeur. Il a déjà travaillé sur le ROV Victor 6000 et sur le sous-marin Nautile.

3.1.2 CHEMINI

CHEMINI est un analyseur chimique in situ. Il permet d'analyser des échantillons d'eau directement sur le fond, sans remonter l'échantillon en surface. L'analyse in situ permet de doser des éléments instables qui pourraient être modifiés durant la remontée du sous-marin. Cette technique permet également de décrire des environnements très fluctuants comme ceux rencontrés dans les écosystèmes hydrothermaux.

CHEMINI est constitué d'une pompe péristaltique et de quelques vannes solénoïdes. Comme pour PEPITO, la pompe achemine l'échantillon dans une canule manipulée par le submersible. Ce dernier est mélangé dans un tuyau de petit diamètre (0.5 mm) à des réactifs spécifiques pour former un composé coloré. Ce composé passe ensuite dans une cellule en quartz reliée par des fibres optiques à un détecteur spectrophotométrique. Il va mesurer l'intensité de la couleur du produit de la réaction, intensité proportionnelle à la concentration du produit recherché.

CHEMINI est configuré pour analyser l'hydrogène sulfuré (sulfures totaux) et le fer total dissous dans l'eau de mer, jusqu'à 6000m de profondeur. Il a déjà été utilisé avec le ROV Victor et le Nautile. Il peut également être installé sur des observatoires fond de mer. Il a notamment permis d'acquérir 3 mois de données dans une moulière du site hydrothermal Lucky Strike sur la ride médio Atlantique en 2006. Il sera installé avec le module d’observation TEMPO sur l’observatoire MoMAR et en 2011, sur l'observatoire câblé Neptune Canada, sur la dorsale du nord est Pacifique (NEPTUNE Canada).

Pour en savoir plus sur CHEMINI : cliquer ici

Voir aussi Sarradin et al. 2009.

3.2 Optode

A venir...


3.3. Débitmètre FLO

Le fluide hydrothermal fournit à la faune associée, l'énergie nécessaire à son développement, en particulier par la chimiosynthèse. La mesure du débit de ce fluide permettra d'évaluer les quantités d'éléments chimiques présentes dans l'environnement des organismes, et par conséquent, de mieux comprendre leurs besoins et leurs tolérances.

Le FLO redouble d'astuces avec deux méthodes d'estimation du débit. La première est visuelle et permet d'évaluer le débit en calculant la vitesse de passage des particules dans un cylindre gradué. La seconde méthode utilise le principe du film chaud : un premier capteur mesure la température ambiante du fluide, le second capteur mesure la température du fluide à proximité d'une petite résistance chauffante. La différence entre les deux températures est inversement proportionnelle à la vitesse du fluide. L'utilisation de ces deux méthodes permet de comparer et de valider les mesures obtenues. Voir Sarrazin et al. 2009 pour plus de détails.

4. Mesure des mouvements du sol

Un sismomètre est un instrument de mesure des vibrations ou des mouvements du sol dans les trois directions de l’espace (x,y,z). En plus, nos instruments enregistrent les ondes sonores ou de pression dans l’eau. Sur ce chronogramme nous distinguons l’onde de pression en noir et les composantes x (rouge), y (vert) et z (bleu) du sismomètre. Après un temps calme, le séisme enregistré ici commence par de petites secousses puis l’amplitude s’amplifie rapidement. Le séisme est composé de deux ondes distinctes, avec différentes vitesses de propagation dans le sol, une onde de pression (onde P, primaire) et une onde de cisaillement (onde S, secondaire). Ce décalage temporel entre l’onde P et l’onde S donne une indication sur l'origine du séisme.




Nos instruments sont des versions marinisées de sismomètres terrestres pouvant être déployés jusqu’à une profondeur de 6000 mètres et enregistrer la sismicité d’une zone pendant plus d’un an.




Leur déploiement se fait de façon autonome par largage depuis un bateau et ne nécessite pas l’utilisation d’engin submersible lourd. Pour leur récupération, une onde acoustique est envoyée depuis la surface du bateau, au travers de la colonne d’eau. L’instrument retenu au fond décode ce signal sonore et se déleste pour une remonté en douceur en surface. Il est ensuite récupéré depuis le bateau ou à l’aide d’embarcation légère type zodiac.




Il existe deux grandes familles de sismomètre, les sismomètres dit “courte période” avec une réponse instrumentale autour de 1Hz et qui sont utilisés pour caractériser les couches géologiques du sous sol et les sismomètres dit “longue période” ayant une réponse autour de plusieurs secondes et qui servent à enregistrer les tremblements de terre pour une localisation d’épicentre. Pour cette campagne, nous renouvelons nos 4 OBS courtes périodes afin de continuer notre suivi de surveillance de cette zone étudiée depuis 4 ans.

5. Caractérisation des fluides

5.1. Sondes de hautes et de faibles T°C

28, c’est le nombre de sondes de température restées au fond de l’océan pendant un an et enregistrant la température des fumeurs et autres structures hydrothermales sur le site de Lucky Strike. En 2009, lors de la campagne Bathyluck’09, deux différents types de sondes ont été déployées, les sondes haute température (HT) permettant d’enregistrer des températures jusqu’à 370°C et des sondes basses températures (BT) enregistrant des températures fluctuantes entre 10° et 100° C. Toutes équipées de caissons en titane pour résister à la chaleur et à la pression, elles peuvent s’apparenter à des thermomètres géants. Le déploiement de ces sondes HT dans les fumeurs est une tâche longue et difficile pour les pilotes de VICTOR et les scientifiques. La tige (là où se trouve le capteur), en forme d’hameçon, doit être délicatement introduite à l’intérieur du conduit des cheminées en évitant de casser ces édifices très friables. Puis une fois lâchées par VICTOR, les sondes HT se maintiennent en équilibre grâce à de gros flotteur jaune.



Sondes de HT sur l'édifice hydrothermal White Castle



Sondes de HT récupérées après un an sur le fond

Les sondes BT, quant à elles, sont installées dans les fissures hydrothermales, plantées comme des javelots dans le substrat fissuré. Les données de ces sondes sont importantes pour les scientifiques; elles permettent de quantifier la chaleur perdue par la planète Terre au niveau des systèmes hydrothermaux et de mieux comprendre la dynamique et les interactions de ces systèmes avec d’autres phénomènes comme par exemple les marées.


5.2. Bouteilles de prélèvement des fluides

Les bouteilles étanches en titane permettent de prélever des fluides et des gaz hydrothermaux dans des conditions de fortes pressions (jusqu'à 750 bars) et températures (jusqu'à 400°C). Nous les utilisons pour échantillonner les fluides émis sur le plancher océanique, à l’orifice des cheminées hydrothermales du site Lucky Strike, plus connus sous le nom de fumeurs noirs.



Prélèvement de fluides sur l’une des cheminées de l’édifice hydrothermal Tour Eiffel.

Les bouteilles sont préalablement conditionnées en surface : avant déploiement, un vide partiel est effectué, permettant d’optimiser le prélèvement, mais également de réduire au maximum la pollution de l’échantillon pouvant provenir de l’atmosphère ou de l’eau de surface. Les bouteilles sont conçues pour être déclenchées par le bras manipulateur de Victor lorsqu’elles sont correctement positionnées dans l’orifice de la cheminée. Le bras applique alors une pression sur le déclencheur de la bouteille. Celui-ci est une tige d’un seul tenant qui obstrue l’orifice d’entrée d’eau. Lors de l’ouverture, la tige se déplace vers l’extrémité de la bouteille, permettant l’entrée du liquide par différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la bouteille. Une fois le prélèvement effectué, la tige referme l’orifice : le fluide et les gaz sont ainsi isolés de l’eau de mer environnante.

Au retour de la plongée, les bouteilles sont récupérées puis amenées au laboratoire. La première étape est de collecter les gaz et d’en mesurer le volume, avant d’être analysés par chromatographie en phase gazeuse à bord. Un aliquot du fluide est ensuite utilisé pour des mesures de conductivité, de salinité, de pH, directement à bord. Le fluide restant est conditionné dans divers flacons pour analyser sa composition chimique à terre. Les bouteilles sont enfin nettoyées et reconditionnées, prêtes pour une nouvelle plongée.