IN2P3/CNRS
En 1962, l’un des premiers laboratoires de recherche sous-marine et habitats humains au monde a été établi au large de Marseille, en France, à une profondeur de 10 mètres. Le projet Conshelf 1 consistait en une structure métallique qui a accueilli deux hommes pendant une semaine.
Aujourd’hui, plus de 60 ans plus tard, un autre laboratoire sous-marin s’installe non loin de Marseille, cette fois pour étudier à la fois la mer et le ciel. Contrairement à l’habitat Conshelf, le Laboratoire Sous-marin Provence Méditerranée (LSPM) ne sera pas habité par l’homme. Situé à 40 km au large de Toulon à 2 450 mètres de profondeur, c’est le premier laboratoire sous-marin téléopéré d’Europe.
Physique sous la mer
Actuellement, trois boîtes de jonction capables d’alimenter plusieurs instruments et de récupérer des données sont au cœur du LSPM. Les boîtiers, mesurant chacun 6 mètres de long et 2 mètres de haut, sont reliés à un réseau électrique terrestre via un câble électro-optique de 42 kilomètres de long. La partie optique de ce câble est utilisée pour collecter les données des boîtes de jonction.
Deux des boîtes de jonction sont dédiées à la section ORCA du Kilometre Cube Neutrino Telescope (KM3NeT). ORCA comprend un réseau tridimensionnel de 2 070 sphères contenant chacune 31 détecteurs appelés tubes photomultiplicateurs. Ces sphères seront disposées sur 115 lignes ancrées au fond de l’océan et tendues par des flotteurs immergés. Actuellement, 15 lignes ont été installées.
Module de détection optique du détecteur de neutrinos KM3NeT.
Patrick Dumas/CNRS
Le site jumeau d’ORCA, ARCA, est situé au large de la Sicile à 3 400 mètres de profondeur. Ensemble, les sites ORCA et ARCA occupent plus d’un kilomètre cube d’eau.
« Ces gigantesques réseaux de détecteurs peuvent détecter les neutrinos émanant du ciel de l’hémisphère sud. Dans les rares occasions [the neutrinos] interagissent avec les molécules d’eau, elles produisent un flash de lumière bleuté dans l’obscurité des abysses océaniques », a déclaré Paschal Coyle, directeur de recherche au Centre de Physique des Particules de Marseille et directeur du LSPM à Ars Technica. « La détection de cette lumière nous permet de mesurer les directions et les énergies des neutrinos. »
Son de détection
La troisième boîte de jonction est dédiée aux études en sciences marines, dont la ligne dite Albatross, constituée de deux câbles inductifs de 1 km de long ancrés au fond de l’océan. Ces câbles portent des capteurs pour mesurer la température de l’eau et les courants marins, ainsi que les niveaux d’oxygène et de pH.
Le Laboratoire Géoazur, institut des sciences de la terre basé près de Cannes, a mis au point un sismographe à large bande qui a été placé dans les sédiments au fond de l’océan, permettant l’acquisition en temps réel de données sismologiques. Outre le sismographe, les chercheurs de Géoazur ont transformé l’une des fibres optiques du câble électro-optique principal de 42 km de long en un réseau géant de capteurs sismo-acoustiques.
Vue d’artiste de la plateforme sous-marine LSPM, installée à 2 450 mètres de profondeur.
Camille Combes, Agence Ouvreboite
Il ne s’agit pas de capteurs classiques mais plutôt de défauts du verre qui surviennent lors de la fabrication de la fibre optique. « Ces défauts existent dans le réseau de toutes les fibres optiques. Cela est dû aux processus de chauffage et de tirage du verre. À la suite de ces défauts, une partie de la lumière est renvoyée vers l’émetteur », a déclaré Anthony Sladen du laboratoire Geoazur. Il a ajouté qu’une onde sismique ou acoustique étire ou rétrécit la fibre optique, modifiant ainsi le trajet de la lumière à l’intérieur. « En mesurant ce changement, nous pouvons mesurer à la fois les ondes sismiques et acoustiques », a déclaré Sladen.
Sladen et son équipe ont transformé les défauts du réseau de verre en 6 000 capteurs virtuels qui peuvent fournir des données sur les tremblements de terre et le bruit sous-marin généré par les navires et les vagues en temps réel.
Une autre instrumentation consiste en un réseau d’hydrophones capables de détecter et d’enregistrer les sons des baleines et des dauphins à différentes fréquences. Les données aideront les scientifiques à comprendre à quelle fréquence ces cétacés fréquentent le site, ainsi que leur comportement vocal.
Plus à venir
Alors que les instruments ci-dessus sont opérationnels, les autres appareils du laboratoire, qui ont déjà été installés au fond de l’océan, devraient être opérationnels d’ici cet été.
Parmi eux, un robot appelé BathyBot, développé par l’Institut méditerranéen d’océanographie, qui peut se déplacer sur le fond de l’océan grâce à des chenilles. BathyBot est équipé de capteurs pour mesurer la température, l’oxygène, les concentrations de dioxyde de carbone, la vitesse et la direction du courant, ainsi que la salinité et la concentration de particules.
BathyBot sur BathyReef pendant les tests en bassin.
Dorian Guillemain, OSU Pythéas
Contrôlé depuis le rivage et guidé par une caméra intégrée, le robot pourra également escalader un récif artificiel de 2 mètres de haut et mesurer les propriétés de l’eau à distance des sédiments du fond océanique.
D’autres instruments devraient commencer à fonctionner à peu près au même moment, notamment un spectromètre à rayons gamma pour surveiller les niveaux de radioactivité et une caméra stéréo à photon unique pour mesurer la bioluminescence des organismes des grands fonds marins.
Selon Coyle, étant donné que la mer profonde est mal comprise, « des installations telles que LSPM peuvent améliorer notre compréhension de nombreux phénomènes différents ».
« Un élément clé à étudier est l’effet à long terme du réchauffement climatique. Les observations du LSPM indiquent déjà une augmentation de la température de la mer et une diminution des niveaux d’oxygène même à ces profondeurs », a-t-il déclaré.
Dhananjay Khadilkar est un journaliste basé à Paris.