TARA ARCTIC | Tara, un voilier pour la planète

TARA ARCTIC

© ©F.Latreille / Tara Arctic / Tara Expeditions

2006-2008

Le but du programme Tara-Arctic/Damocles est d’identifier les changements en cours concernant la glace de mer, l’atmosphère et l’océan afin d’améliorer notre capacité à simuler les changements à venir. Ces recherches permettront de mieux évaluer les impacts socio-économiques que le retrait de la banquise pérenne aura sur l’environnement Arctique et, par effet domino, sur tout l’hémisphère Nord.

Durant ces deux années de dérive sur la banquise, Tara sera le vaisseau spatial du réseau d’observations Damocles, chargé de collecter des données relatives à l’atmosphère, la glace et l’océan. Sa position centrale au coeur de l’océan Arctique permettra également de maintenir un réseau complexe de stations autonomes disséminées dans un rayon de 500 km autour du bateau. Ce sera aussi l’occasion, à travers un ambitieux programme éducatif, de relayer vers le grand public les informations scientifiques collectées sur le terrain pendant toute l’année polaire internationale (2007-2008).

1) Météorologie et dynamique de la basse atmosphère
Ce programme concerne l’étude des basses couches de l’atmosphère au moyen de deux ensembles : un mât de 10 m, avec capteurs météorologiques, installé sur la glace à proximité de Tara et une chaîne instrumentée avec 5 sondes réparties sur un câble de 2000 m de longueur et soutenue par un ballon captif de 4 m3 rempli d’hélium.

a) Mât de 10 m
Une station météo Aanderaa constituée de capteurs pour la mesure et transmission des paramètres suivants :
– vent (vitesse et direction) et température de l’air à 10 m
– vent (vitesse) et température de l’air à 5 m
– vent (vitesse) et température de l’air, pression atmosphérique et humidité à 2 m
– vent (vitesse) et température de l’air à 0,5 m

b) Deux anémomètres ultrasoniques (3D) pour la mesure locale des flux de chaleurs et de quantité de mouvement (Metek) en deux endroits distincts à proximité de Tara.

c) Ballon captif (Väisälä DigiCORA thethersonde) pour la mesure de la température de l’air, humidité, pression atmosphérique, vitesse du vent et direction à 6 niveaux entre la surface et 3 km d’altitude. Utilisation par vent ne dépassant pas 15m/s. Cette expérience peut être réalisée soit en maintenant le ballon captif à 2000 m d’altitude en position fixe (treuil bloqué) et en faisant une série de mesure temporelles à 6 niveaux distincts, soit en profilant de la surface jusqu’à 2000 m d’altitude.

2) Bilan radiatif
Ce programme concerne les études de rayonnement solaire incident et réfléchi de courtes, moyennes et grandes longueurs d’onde et la détermination de l’albédo à la surface de la glace couverte (ou non) de neige selon la saison.
Un ensemble de capteurs sera fixé sur le mât météo de 10 m.
a) à 2 m : deux pyranomètres (model PSP Eppley) pour la mesure du rayonnement global de courte longueur d’onde incident et réfléchi ainsi que deux radiomètres (model PIR Eppley) pour la mesure du rayonnement descendant et ascendant de grande longueur d’onde.
b) Deux ensembles de trois radiomètres (TriOS Ramses ACC VIS type) dans la gamme 320 à 950 nanomètres.

Un ensemble sera installé à proximité de Tara sur le mât de 10 m avec deux radiomètres dans l’air (un pointé vers le haut et l’autre vers le bas) pour les mesures d’albédo de haute résolution spectrale. Le troisième radiomètre sera installé dans l’eau, sous la glace pour mesurer la transmissivité à travers la neige et la glace. Ces données seront stockées sur un datalogger au pied du mât. Il n’y a pas de transmission Argos ou Iridium pour ces données. Il faudra donc décharger le datalogger régulièrement et transmettre ces données en temps légèrement différé depuis Tara. Ces mesures débuteront en avril 2007 car il n’y a pas de nécessité de faire ces mesures pendant la nuit polaire. Ces radiomètres sont équipés d’inclinomètres et aussi d’un capteur pour la mesure de la pression atmosphérique. Il y aura nécessité à mesurer l’orientation du mât de 10 m par rapport au Nord. Cela pourra être fait à partir de balises GPS disposées à divers endroits autour de Tara sur un morceau de glace non disloqué.

3) Nivologie
– Mesure de la densité de la neige, de son épaisseur, de son contenu en eau.
– Mesure de la conductivité thermique de la neige pour parvenir à un bilan énergétique de la surface prenant en compte les flux de surface pour comprendre et modéliser la croissance de la glace, sa désalinisation par percolation ainsi que la formation de saumures (brines)
– Mesure des cristaux de neige (microscope) et des scories (suie) contenues dans la neige. Ceci est important pour la mesure de l’émissivité de la neige recouvrant la glace de mer et pour la validation des mesures d’émissivité de surface par radiomètres embarqués sur satellites.

4) Glaciologie
Ce programme concerne les études dynamiques et thermodynamiques de la glace de mer
Epaisseur de glace et de neige (EM31). Un système testé dans le Storfjord (Svalbard) sera mis en oeuvre pour effectuer régulièrement (fréquence hebdomadaire) des relevés d’épaisseurs de glace autour de Tara. L’EM31 est installé dans un traîneau et nécessite d’être remorqué à vitesse lente (10 km/h) sur la neige comme un traîneau tiré par des chiens.
Bilan de masse de la glace au cours du temps (IMB). Un système d’observation permettant d’établir un bilan de masse de la glace purement lié aux effets thermodynamiques lors des phases de gel et de fonte. Ce système développé au CRREL permet de mesurer l’évolution en fonction du temps de l’épaisseur de la glace (partie émergée/franc bord et
partie immergée/quille) au moyen de capteurs thermiques (chaîne de thermistances) et de capteurs acoustiques pour la mesure des épaisseurs de glace et de neige. Ce système est complètement autonome et ne nécessite aucun apport d´énergie. La maintenance devrait être réduite au minimum sauf en cas de panne du transmetteur Argos (ou Iridium), de batterie déchargée. Ce système, appelé IMB (Ice Mass Balance) devra être installé sur une glace non déformée et non déformable (si possible).
Tectonique. La mesure des tensions dans la glace sera effectuée au moyen de sismomètres de de balises GPS permettant d’observer les déformations de la glace à petites échelles (kilométriques). De plus, la déformation du champ de glace sera observée par radar (porté 10 km, enregistrement d’une image toutes les 10 mn)

5) Océanographie
Tara sera équipé d’un treuil grand fond (4000 m de câble de 5 mm de diamètre) et d’un sondeur acoustique grands fonds (portée 4000 m également) pour permettre d’effectuer des profils quotidiens de la surface jusqu’au fond (-50 m) de température, salinité et pression au moyen d’une bathysonde portable (CTD Seabird SE19). Après lecture à bord de Tara, ces profils seront transmis régulièrement (hebdomadaire) par Iridium aux chercheurs à terre. Au début de la dérive, Tara se trouvera dans le bassin Makarov relativement profond (>2500 m) puis abordera la ride de Lomonossov qui culmine par endroits à environ 1000 m de profondeur et terminera sa course dans les bassins profonds (4000 m) d’Amundsen et ensuite de Nansen avant d’atteindre le détroit de Fram. La vitesse normale de descente de la CTD sera de 1m/s. Un profil de 4000 m de profondeur devrait prendre un peu plus de 2 heures. Le câble de 5 mm de diamètre monté sur le treuil passera par deux poulies montées sur le portique arrière de Tara. L’une des deux poulies sera équipée d’un compteur indiquant la longueur filée en mètres.
Tara sera aussi équipé d’un sondeur acoustique a effet doppler (ADCP) de longue portée (75 kHz) permettant de faire des relevés des courants de la surface jusqu’à 600 m de profondeur ou plus.
Des mesures de propagation sonore à longue portée (>100 km) et à basse fréquence (780 Hz) seront également effectuées au cours des premiers mois de dérive de Tara pour établir de manière précise les limites de portée acoustique permettant la localisation des flotteurs ULS qui seront déployés pendant l’été 2007.

6) Chimie atmosphérique
Un ensemble d’appareils capables de mesurer et transmettre de façon autonome les concentrations d’ozone, de mercure et d’oxyde de brome au niveau de la mer sera installé sur Tara. A cet effet, un Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAXDOAS) sera installé à bord de Tara par Udo Freiss (Univ. Heidelberg). L’intérêt scientifique réside dans le fait que de récentes observations ont montré qu’au printemps, les concentrations d’ozone et de mercure chutent dramatiquement voir disparaissent totalement. On pourrait presque parler d’un trou d’ozone de surface. Les scientifiques pensent que ce phénomène remarquable est dû aux atomes d’oxyde de brome provenant de la glace et de la neige, raison pour laquelle ils souhaitent en mesurer les concentrations.

Bilan halogénique de la neige. Etude du transfert de substance halogénée de l’océan vers la neige, via la glace de mer ou l’atmosphère, fractionnement Cl/Br. Cette expérience implique de prélever des échantillons de neige.

7) Piégeage automatique des aérosols solides
Etude de la réponse pollinique au cours de la dérive Collecte de pollen pendant la dérive. Pour réaliser des mesures aéro-palynologiques, nous privilégierons la méthode volumétrique basée sur l’aspiration (méthode Hirst) plutôt que la méthode basée sur le principe de la sédimentation pollinique (méthode gravimétrique) car elle permet de relier le piégeage des grains de pollen aux données temporelles.
Les particules sont impactées sur une bande adhésive, fixée à un tambour et qui défile à raison de 2 mm/heure devant la fente d’aspiration du capteur. L’analyse pollinique consiste en l’examen direct au microscope optique de la bande.
Échantillonnage et caractérisation des particules atmosphériques (dont polluants) et des micro-organismes.
Dans le contexte de cette expédition, il n’est pas possible d’utiliser le matériel habituel (pompe de particules Partisol) car il demanderait trop d’entretien pour fonctionner à de très basses températures.
Nous imaginons donc actuellement un système d’aspiration résistant qui nous permettrait, lors de dépôts secs et humides de collecter et caractériser les particules atmosphériques (granulométrie et composition), ainsi que de déterminer les micro organismes collectés.

8) Chimie océanique
Des prélèvements d’eau de surface (10 cc) seront effectués régulièrement pour des dosages de 018 permettant d’identifier l’origine des eaux douces de surface. Plus le rapport O18/O16 est élevé et plus l’eau douce est d’origine continentale. Des prélèvements (1l) d’eau de surface seront réalisés pour doser l’iode 129 originaire des stations de retraitement des déchets nucléaires à la Hague (France) et à Sellafield (UK)

9) Biologie marine
Des mesures de contenu biologique seront effectuées en permanence au moyen d’une pompe apportant de l’eau prélevée vers 5 m de profondeur, sur un capteur installé à bord de Tara. A la prise d’eau sera aussi installé un capteur (microcat) pour mesurer en permanence la température, la salinité et la fluorescence de l’eau de mer à 5 m de profondeur.
Production primaire, phytoplancton et zooplancton. Nous profiterons des mesures de transmissivité du rayonnement solaire à travers la neige et la glace pour étudier la productivité biologique et le bloom planctonique au printemps.
Collecte de bactéries psychrophiles (du grec psychro = le froid) dans la glace de mer, à l´interface glace/eau de mer et dans la colonne d´eau. Certaines de ces souches sont productrices d´exopolysaccharides ayant un fort intérêt biotechnologique (agroalimentaire, environnement, cosmétologie, santé). La possibilité d´installer un récif artificiel sous le camp afin de « capter » les microorganismes qui se déplacent de manière naturelle dans l´océan est à l´étude

10) Zoologie
a) Programme d’observation de l’avifaune Deux protocoles d’observation des oiseaux marins pourraient être mis en place.
Le premier, dans les eaux libres (automne 2006 et été 2008 ?) serait réalisés par des transects en bandes lors de la navigation. Le second, adapté à la phase de dérive et permettant une approche comparative avec les observations publiées en 1900 par Nansen, s’apparente plus à une veille permanente et concerne 5 espèces en priorité (réalisé par un ornithologue ou l’équipage).
En partenariat avec David Gremillet (CNRS-Centre d’Ecologie et de Physiologie Energétique)

b) Programme spécifique Mouettes ivoires
Programme mené en parallèle au Groenland et sur le Tara.
L’objectif est de préciser nos connaissances sur cette espèce rare et discrète qui est menacée de disparition totale à moyen terme du fait de la réduction de la banquise estivale.
Une partie du programme implique l’utilisation de petites balises satellite solaires (12g) en collaboration avec Adrian Aebischer (Université de Fribourg-CH).
Les plumes et/ou prises de sang récoltées lors des manipulations seront analysées par Renaud Scheifler (Univ. de Besançon) pour évaluer le taux de contamination de ces oiseaux par certains métaux lourds.

c) Programme d’observation des mammifères marins
Toutes les observations de mammifères marins seront consignées selon un protocole très simple par les personnes à bord (équipage ou scientifiques). En plus des ours, phoques et renards polaires qu’il dont l’observation est probable sur la banquise, une attention particulière sera portée aux morses dans la mer de Laptev et aux baleines du Groenland à proximité de l’Archipel François-Joseph et du Groenland. Pour ces deux dernières espèces, une collaboration existe avec le Dr Erik Born (Groenland) et le Prof. Oystein Wilg (Norvège) pour le prélèvement de biopsies et déjections (morses) à des fins d’analyses génétiques.

d) Programme enregistrement mammifères marins (hydrophone)
Enregistrement continu sous la banquise lors de la dérive et analyse automatique des sonogrammes ainsi stockés. Le projet consiste à enregistrer tous les sons de la bande audio (suffisant pour les baleines franches, narval, béluga, morses et phoques) ainsi que certains ultra sons (« click » des baleines) sur un deuxième canal

11) Etudes médicales sur équipe à bord
Télémédecine et études sur la physiologie du stress en milieu hostile