PPlongée dans la lumière des océans | Un article Pop’Sciences

Bascule du portique arrière du « Pourquoi Pas ? » pour la mise à l’eau du Nautile. / © C.Depecker

Au large de Toulon, Kameleon et Lynx sont prêts à ouvrir les yeux. Les deux objectifs qui équipent la « biocaméra » conçue à l’IP2I de Lyon ont pour mission d’observer les organismes bioluminescents peuplant les abysses. Ils ont accompagné l’immersion d’un petit robot en février dernier. Récit en mer depuis le navire.

Un article de Caroline Depecker, journaliste scientifique
pour Pop’Sciences – 24 mai 2022

Ce lundi 7 février, il fait froid au petit matin dans le laboratoire de cultures biologiques du « Pourquoi Pas ? ». Le navire océanographique, l’un des plus grands de la flotte Ifremer, stationne à 40 kilomètres au large de Toulon. En attendant la prochaine mise à l’eau de matériels scientifiques, la biologiste Marthe Vienne et moi, nous sommes isolées pour étudier le plancton récolté quelques heures plus tôt. Notre objectif : observer sa bioluminescence, c’est-à-dire les signaux lumineux qu’il émet naturellement. Dans le laboratoire, c’est le noir absolu. Bien que je sache le cristallisoir rempli d’eau de mer en face de moi, je ne distingue tout d’abord… rien. Je cligne des yeux, comme la biologiste l’a recommandé, pour dissiper toute trace de lumière rémanente sous mes paupières et laisse mes pupilles s’adapter peu à peu.

2400 mètres, la profondeur à atteindre pour chaque matériel immergé. / © C.Depecker

Soudain, un flash bleu ! Puis un deuxième, un troisième… « Et celui-ci, l’as-tu vu ? » « Où ? » « Là ! » C’est un véritable feu d’artifice auquel nous assistons avec enthousiasme. Dans leur bassin de fortune, de minuscules crustacés bioluminescents se livrent à un ballet improvisé. On les appelle copépodes. A la base de la chaîne alimentaire marine, ces animaux planctoniques profitent des courants du milieu ambiant pour se déplacer. Tout à coup, mon regard accroche un corps fuselé : un petit mobile couleur cyan se déplace vers la droite, il suit l’horizontale. S’éteignant souvent, l’objet lumineux est difficile à suivre. « C’est un Euphausiacé, autrement dit du krill, commente Marthe. Le filet l’a remonté depuis la profondeur de 100 mètres, ce qui est peu courant ». Cet autre crustacé, à l’apparence de crevette, est la nourriture privilégiée des baleines.

Un robot détecteur de bioluminescence

Étudiante en master 2 d’océanologie, Marthe Vienne est venue en mer Méditerranée pour mettre au point différents protocoles expérimentaux. La mission scientifique à laquelle elle participe entre dans le cadre des études menées par Séverine Martini, chercheuse à l’Institut océanologique de Marseille (MIO) et spécialiste en bioluminescence marine. Depuis une semaine, le « Pourquoi Pas ? » contribue au déploiement d’un observatoire câblé pluridisciplinaire, baptisé EMSO-LO, dont une partie est appelée à résider au fond de la mer. Plusieurs instruments de mesure dédiés aux géosciences et aux sciences de la mer sont ainsi immergés sur la plaine abyssale méditerranéenne, à 2400 mètres de profondeur. Parmi eux, BathyBot, un robot chenillé bardé de capteurs et capable d’arpenter l’espace sédimentaire.

Premier dispositif immergé, le jeudi 3 février, BathyBot est muni d’une caméra haute sensibilité lui permettant de détecter la lumière émise par les organismes peuplant les abysses. Une des tâches confiées au véhicule opéré depuis la surface sera, lors de ses explorations prochaines, de surveiller cette bioluminescence. « Celle-ci augmente parfois brusquement suite aux mouvements de masses d’eau qui apportent aux eaux profondes de l’oxygène et des nutriments, « boostant » ainsi l’activité biologique, commente Christian Tamburini, responsable de la mission scientifique et chercheur CNRS en microbiologie au MIO. L’idée que nous poursuivons, Séverine et moi, est de suivre le phénomène en continu avec le robot, et d’évaluer dans quelle mesure les bactéries bioluminescentes en sont majoritairement responsables, ou pas ».

A l’abri dans sa station d’accueil, le robot BathyBot attend son immersion sur le navire. Crédits Cyril FRESILLON / MIO / CNRS Photothèque

La neige marine comme puits de carbone

Confortablement installé dans un des fauteuils du carré des officiers (la pièce faisant office de salon sur un navire, ndlr) du « Pourquoi Pas ? », le microbiologiste m’explique, à grand renfort de schémas, que ce paramètre lui permettrait de mieux comprendre comment fonctionne la pompe biologique océanique. Dans cette métaphore, le phytoplancton des océans – le plancton végétal – amorce une merveilleuse machinerie hydraulique en captant le CO₂ de l’atmosphère durant sa photosynthèse. Cette première étape conduit, via la chaîne alimentaire marine, à la production de déchets organiques qui se déposent sur les fonds sédimentaires sous la forme de particules neigeuses et qui y restent emprisonnées. L’enfouissement de la neige marine, riche en matière carbonée, contribue pour partie à la séquestration du CO₂ atmosphérique par les océans.

A côté de ce processus biologique, il existe une autre manière de séquestrer le dioxyde de carbone qui est, elle, physique : le CO₂ atmosphérique se dissout naturellement dans l’océan et cette dissolution est favorisée à basse température. L’eau froide étant plus dense, elle plonge et emporte avec elle le CO₂ dissous. Grâce au couplage de ces deux phénomènes, le poumon bleu de notre planète représente un gigantesque puits de carbone capable d’absorber jusque 30% du gaz carbonique émis par les activités humaines.

Une vigie sous-marine faite de titane

Si les scientifiques savent quantifier le stock de matière carbonée représenté par la pompe biologique, ils n’en connaissent pas clairement les mécanismes à l’œuvre. Or, d’après Christian Tamburini, le rôle des bactéries bioluminescentes vivant à la surface des particules de neige marine a été largement négligé dans les études jusqu’à présent. Et pour le chercheur, dans le contexte du changement climatique, collecter des données sur le sujet apparaît essentiel afin d’améliorer les modèles simulant l’évolution de l’océan et du climat. Lui et Séverine Martini ont à cœur d’explorer cette thématique de recherche au MIO.

Observation des instruments de navigation dans la timonerie. Crédits : Cyril FRESILLON / MIO / Ifremer / CNRS Photothèque

A l’affût des moindres signaux lumineux exprimés dans les abysses, BathyBot ne sera pas seul. Sorte de vigie placée dans le champ d’exploration du robot, la « biocaméra » développée à l’Institut de physique des deux infinis (IP2I) de Lyon, par le physicien Rémi Barbier et son équipe, l’accompagnera dans sa tâche. La biocaméra consiste en un jeu de deux caméras, l’une baptisée Kameleon pour des prises de vue couleur et l’autre nommée Lynx pour des images en noir et blanc. Leur association permettrait de reconstruire des images tridimensionnelles des organismes bioluminescents entrant dans leur champ de vision. « Chaque objectif est contenu dans un tube en titane prévu pour résister à la corrosion et à l’énorme pression qui existe à 2400 mètres de profondeur, soit quelque 240 fois la pression atmosphérique », explique Carl Gojak, ingénieur de recherche au CNRS lors d’une excursion sur la plage arrière du « Pourquoi Pas ? ». Lui et ses collaborateurs de la Division technique de l’Institut national des sciences de l’Univers de Marseille ont été étroitement associés à la fabrication de l’ensemble des instruments de mesure d’EMSO-LO – dont la biocaméra. « Les deux tubes sont surmontés d’un éclairage à base de LEDs, montre le scientifique. Enfin, le tout est vissé à un trépied en acier mesurant un mètre trente de haut. L’ensemble posé sur le fond sera donc fixe ».

Descente mesurée dans les abysses

Ce mardi 8 février, à 21h, je me déplace à pas feutrés à l’étage le plus élevé du navire. Sur la passerelle du navire plongé dans l’obscurité, le silence est de rigueur pour ne pas troubler la manœuvre en cours : Carl Gojak assiste l’officier de quart dans le largage de la biocaméra. Celle-ci a entamé sa descente vers le fond à la nuit tombée. Le câble au bout duquel elle est accrochée a cessé de se dérouler. Elle est à quelques mètres du plancher océanique, et il s’agit maintenant de déplacer le navire, très lentement, pour la positionner selon les coordonnées GPS voulues.

Le visage éclairé par l’écran qui lui fait face, l’ingénieur a les yeux rivés sur des chiffres : 752 daN. Cette valeur exprime la tension exercée par la biocaméra et son lest sur le câble. Sa constance garantit que l’instrument n’a rencontré aucun obstacle sur son chemin. Le risque qu’elle percute un des instruments déjà posés sur le fond, BathyBot entre autres, est faible toutefois… la vigilance est requise. « On est potentiellement à 3 mètres de la cible ! Laisse filer le câble 5 mètres de plus », lance Carl Gojak. « OK, tu peux larguer ! » L’officier donne l’ordre alors à l’opérateur en charge du câble d’actionner le largueur acoustique. La valeur de l’écran affiche 400 daN de moins : le poids correspondant à la biocaméra. Celle-ci a été libérée ! Campée sur ses trois pieds, elle est parée à ouvrir les yeux.

Mais pour cela, il lui reste encore quelques semaines à patienter… : attendre l’intervention d’un navire câblier pour que le courant électrique en provenance de la côte à laquelle elle est reliée puisse lui parvenir, ainsi qu’aux autres appareils de mesure. La manœuvre pourrait avoir lieu ce début d’été*.

La suite est donc à venir… bientôt !

*  Début d’été 2022, le navire câblier doit se positionner au-dessus de l’observatoire océanographique pour réaliser une jonction câblée avec le détecteur de neutrinos voisin qui est déjà alimenté en courant. La connexion sera ensuite testée. Prochain article : « la biocaméra ouvre les yeux ». Rendez-vous en septembre sur Pop’Sciences.

>>> La biocaméra en images :

PPour aller plus loin

• Journal de bord de la mission sur le site du MIO
• Les abysses cachent un monde de lumière, Pop’Sciences Mag, juin 2020.
• Reportage sonore Ce que les animaux doivent à la nuit. Épisode n°4 : À la recherche de la lumière des abysses, France Culture, 5 mai 2022.
  
• Explorer les grands fonds marins grâce à l’ADN environnemental, The Conversation, 9 mai 2022.
• BathyBot – Deep Sea crawler to see the unseen – Twitter @bathybot