Ce projet OHA-GEODAMS vise à installer et maintenir un réseau d’observation sismologique et géodésique d’une ampleur inédite à travers l’axe d’une dorsale. Le défi technique et scientifique consiste à déployer des instruments par plus de 2000 m de fond, au beau milieu de reliefs escarpés et d’édifices volcaniques actifs, dans une configuration qui optimise la collecte d’information.

Les événements soudains d’expansion océanique se produisent en réponse à l’accumulation de contraintes extensives. Ils peuvent être de nature tectonique (glissement sur une faille), magmatique (mise en place d’une fissure remplie de magma, remplissage d’une poche magmatique en profondeur…).

Ces diverses situations amènent à la génération de séismes, mais aussi à des mouvements locaux : le plancher océanique se déplace, glisse le long des failles, gonfle parfois. OHA-GEODAMS vise à mesurer ces deux types d’événements et à les mettre en relation dans une zone d’étude située près de l’île d’Amsterdam, le long de la dorsale Sud-Est Indienne, dont l’extension est assez rapide (~6,5 cm par an).

Le projet combine quatre types d’instruments, qui resteront en place entre un et trois ans: des hydrophones, des sismomètres fond de mer (déploiement prévu en 2025), des balises de géodésie acoustique, et enfin un capteur de pression unique en son genre nommé « A-0-A ». À cela s’ajoute un glider muni d’un hydrophone, dont l’objectif est d’identifier des populations de cétacés grâce à leurs vocalisations. En complément, le sondeur multifaisceaux du N/O Marion Dufresne a permis des relevés bathymétriques de très haute résolution sur la zone d’étude, et un magnétomètre a été déployé pour reconstituer l’histoire géologique locale à partir de la magnétisation du plancher océanique.

Hydrophones

Les séismes, éruptions, glissements de terrains et autres événements géologiques, sont naturellement bruyants. Dans un milieu comme l’océan, le bruit qu’ils génèrent se propage sur de grandes distances avec très peu de pertes, en particulier à des profondeurs optimales dans ce que l’on appelle le canal « SOFAR », environ 1000 m sous la surface.

L’approche hydroacoustique tire parti de ce constat et consiste à déployer des microphones aquatiques (les « hydrophones ») aux profondeurs de propagation du son optimale. Le projet OHA-SISBIO, prédécesseur d’OHA-GEODAMS, était d’ailleurs essentiellement composé d’hydrophones. Au cours de la campagne OHA-GEODAMS, nous avons déployé un total de 5 hydrophones au centre et tout autour du plateau d’Amsterdam.

Déploiement d’une bouée d’hydrophone sur le pont arrière (lest visible sur la palette la plus proche). © Pierre-Yves Raumer

Pour que ces hydrophones restent en position, ils sont déployés en ligne de mouillage : un lest, restant au fond, un dispositif appelé « largueur », un câble, et l’hydrophone logé dans une bouée. L’idée est qu’au moment de la récupération, il suffit de commander au largueur de se détacher du lest, et toute la ligne remonte grâce à la flottaison de la bouée. Le déploiement consiste ainsi à déployer cette ligne via un treuil à l’arrière du bateau, mettant d’abord une bouée d’hydrophone à l’eau, puis la ligne, le largueur et enfin le lest.

Balises de géodésie acoustique

Mesurer le déplacement du sol en milieu aérien est aujourd’hui une pratique courante. Elle nécessite un instrument (par exemple des stations GPS) se positionnant régulièrement par rapport à une constellation de satellites en utilisant des signaux électro-magnétiques. Au fond de l’océan, en revanche, ces signaux se propagent très difficilement et l’instrument ne peut donc compter que sur lui-même, ou d’autres balises à proximité. C’est le concept de la géodésie acoustique : des transpondeurs (dans notre cas nommés « Canopus ») sont déployés au fond de l’océan, sur des trépieds, et s’envoient régulièrement des ondes acoustiques.

En mesurant les temps de trajet de l’onde ainsi que la vitesse du son dans l’eau de mer, il devient possible de détecter des changements dans les distances horizontales séparant deux balises, c’est à dire des déplacements relatifs du plancher océanique. Le principe du montage est d’attacher une balise Canopus, enfermée dans une bouée, à un lourd trépied qui sera posé au fond de l’océan.

À la réception d’un signal particulier, la balise largue son trépied et remonte. Pour mieux repérer la balise, elle est accompagnée d’un « chien » la liant à un flotteur orné d’un fanion (visibles au fond de la photo, suspendus). Dans le cadre de cette campagne, nous avons déployé pas moins de 15 balises de ce type : 4 le long d’une faille et 11 directement en travers de la dorsale.

Balises Canopus en préparation. © Pierre-Yves Raumer

Leur déploiement fut sans nul doute l’épreuve la plus délicate, incertaine mais aussi la plus éprouvante du projet. En effet, la difficulté majeure réside dans le fait que chaque trépied doit être « bien posé », c’est-à-dire de façon stable, verticale, et permettant une ligne de visée non obstruée vers les autres transpondeurs.

L’idée du déploiement est alors de descendre un trépied par ~2000 mètres de fond, puis, une fois qu’il est posé, de vérifier non seulement l’inclinaison de la balise, mais également de réaliser des tests de communication avec celles qui ont déjà été posées. Si tout ceci est concluant, la ligne de déploiement libère le trépied et remonte ; dans le cas contraire, il faut tenter une nouvelle position.

Mise à l’eau de la balise TF13, sur son trépied. © Jean-Arthur Olive

Ainsi, le déploiement le plus long d’OHA-GEODAMS a duré plus de 12h, voyant se relayer des opérateurs que l’enthousiasme – et la machine à expresso du bord – poussait à rester éveillé autant que possible.

Cette opiniâtreté fut récompensée, car les 15 trépieds ont tous été posés avec succès, constituant un réseau inédit largement conforme aux objectifs initiaux.

A-0-A

Aux instruments évoqués s’ajoute un autre, unique en son genre : l’A-0-A. Cet instrument géodésique mesure la pression de l’eau régulièrement et, de cette façon, peut mesurer des déplacements verticaux. En effet, en milieu marin, la pression est une fonction (quasi-linéaire) de la profondeur.

A0A en début d’immersion. © Pierre-Yves Raumer

Une fois corrigé des effets de marées et d’autres fluctuations « externes », tout changement de pression indique un changement de profondeur causé par une surrection ou un enfoncement du plancher océanique. Cette approche pâtit souvent du fait que les capteurs de pression usuels dérivent avec le temps, leurs mesures devenant inexploitables.

L’idée de l’A-0-A est d’inclure une chambre de pression connue, permettant au capteur de se re-calibrer régulièrement. L’instrument a été déployé au beau milieu de la dorsale, un site sujet à des cycles de soulèvement-subsidence du plancher océanique causés par l’activité magmatique.

Glider

Outre les événements d’ordre géologique, les organismes vivants sont une source de sons non négligeable dans l’océan. Un glider, c’est-à-dire un planeur sous-marin téléguidé (par voie satellitaire), a été utilisé au cours de la mission.

Le glider avant déploiement. © Jean-Arthur Olive

L’engin a été déployé en zodiac, puis a mené sa propre route pendant une semaine, avant d’être récupéré de la même façon. Entre temps, il a pu se déplacer de centaines de miles nautiques avec une astucieuse stratégie : en modifiant sa flottabilité, ce qui ne nécessite que peu d’énergie (un mouvement d’huile pour modifier le volume sans modifier la masse de l’engin), le glider plonge de quelques centaines de mètres sous la surface, pour ensuite remonter de la même façon.

Mise à l’eau du glider. © Jean-Arthur Olive

À chaque fois, à la manière d’un planeur aérien, des ailerons lui permettent de convertir une partie du mouvement vertical en mouvement horizontal, et ainsi d’avancer. Une fois en surface, il communique par satellite pour faire part de sa position, prendre des ordres, et entamer une nouvelle descente en prenant en compte sa dérive vis à vis de l’objectif initial, causée par les courants.

Au cours de cette semaine, il a pu enregistrer du son en permanence. L’étude de ces données permettra de dire si la zone était, pendant la période d’étude, fréquentée par des cétacés, et d’identifier les espèces en présence.

Conclusion

La phase de déploiement du projet OHA-GEODAMS a été un grand succès. Au prix de beaucoup de patience et de détermination, tous les instruments ont été correctement déployés, et devraient produire un jeu données unique en son genre. Le déploiement ne constituant naturellement qu’une première étape opérationnelle du projet, les membres de OHA-GEODAMS attendent avec une certaine impatience l’année suivante, qui permettra d’obtenir les premiers résultats.

Article rédigé par Pierre-Yves Raumer et Jean-Arthur Olive.

Pour en savoir plus

Équipe OHA-GEODAMS à bord

• Anatole Gros-Martial : Lab-STICC, ENSTA-Bretagne et Centre d’Etudes Biologiques de Chizé, La Rochelle Université.
• Edgar Lenhof, Jean-Yves Royer, Jonathan Tanrin : Laboratoire Geo-Ocean, Université de Bretagne Occidentale et CNRS.
• Pierre-Yves Raumer : Geo-Ocean, Université de Bretagne Occidentale et Lab-STICC, ENSTA-Bretagne.
• Jean-Arthur Olive : Laboratoire de Géologie de l’École Normale Supérieure PSL / CNRS.