Des robots océanographes

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27 novembre 2009

Des robots océanographes

Glider est leur nom courant – planeur en français. Et de fait, les gliders sont des robots téléguidés sous marins qui planent dans l’eau à la manière des manchots et des dauphins. Quoiqu’avec beaucoup moins d’aisance et de rapidité tout de même ! Au large de Chypre, six d’entre eux vont jouer les indics pour l’expédition Tara Oceans. Par Lisa Garnier

« C’est la première fois que nous couplons activement l’utilisation de tant de gliders avec des méthodes d’échantillonnage de l’eau, plus classiques, de type rosette, dont est équipée Tara » explique Fabrizio D’Ortenzio, chercheur au Laboratoire Océanographique de Villefranche-sur-Mer en France. L’objectif étant de décortiquer la structure  physique, chimique et biologique d’un tourbillon marin que les scientifiques appellent un gyre.
Au sud de Chypre, fait exceptionnel, un tel tourbillon existe de manière quasi permanente : large de 60 km, sa durée de vie atteint entre sept et douze mois. « Normalement, les tourbillons ne s’observent qu’entre deux et trois mois. Mais le mont sous marin Eratosthene situé au sud de Chypre fonctionne comme un piège à tourbillons. Sa hauteur de 2 000 m environ sur un fond de 2 750 mètres emprisonne de façon mécanique les eaux en rotation. » Une exception océanographique idéale pour qui veut les étudier.

« Une semaine avant le départ de Tara de Athènes, les six gliders ont été envoyés en parallèle depuis Chypre vers la zone à étudier. Comme ils envoient leurs informations en temps réel, nous pouvons à l’aide des données récoltées dans les profondeurs par ces robots sous-marins, construire une carte tridimensionnelle de certaines conditions physiques, chimiques et biologiques de la colonne d’eau. Ainsi, quand Tara arrivera sur la zone du tourbillon, nous saurons précisément où réaliser les mesures plus spécifiques qui seront réalisées à partir du bateau ».

Armés d’une flopée de capteurs, plongeant jusqu’à 1 000 m de profondeur, les gliders sont en effet des robots océanographes bien pratiques. Mesures d’oxygène dissous dans l’eau, salinité, température, profondeur, fluorescence émise par les organismes phytoplanctoniques sont autant de données qu’ils peuvent mettre en mémoire et envoyer aux chercheurs via leur antenne lorsqu’ils reviennent en surface. « Ils envoient leurs informations par satellites » explique Pierre Testor, spécialiste de l’engin et chercheur du CNRS au Laboratoire d’Océanographie et du Climat à Paris, « et nous pouvons leur en fournir de nouvelles aussi. Comme un changement de trajectoire. »

L’avantage des gliders repose aussi sur leur autonomie. Leurs besoins énergétiques ne nécessitent que 2 Watts, soit l’équivalent de ceux de deux petites ampoules sur une guirlande de Noël, assez pour voyager durant 2 à 3 mois. « Les gliders n’ont pas d’hélice » enchaîne Pierre Testor. « Ils se déplacent verticalement dans l’eau par des modifications de leur volume (ballast). En surface, le volume est réduit à l’aide d’un piston, ce qui tend à les faire couler. Puis à une profondeur déterminée, ils actionnent le mécanisme servant à augmenter leur volume. Cela les fait remonter en surface ». C’est pourquoi un glider ne voyage jamais rapidement. Tout au plus 30 km par jour et ce, toujours selon une trajectoire en dents de scie : de bas en haut puis de haut en bas, etc.

Mais pourquoi coupler ces robots avec les techniques d’échantillonnages de Tara ? « Les gliders vont très finement caractériser la position du tourbillon. Cela fait déjà plusieurs années que des études sont menées par le CNRS à ce sujet, comme la campagne océanographique BOUM , mais cette fois, nous allons plus loin dans la démarche. Nous souhaitons savoir si le tourbillon représente une frontière physique pour les microorganismes planctoniques. Est-ce que sa présence favorise tel ou tel espèce phytoplanctonique par rapport aux conditions océanographiques périphériques, par exemple ? La Méditerranée étant dans cette région plutôt pauvre en nutriments et en espèces planctoniques, on suppose que « l’œil » du tourbillon représente une région à part. Il est possible que ses caractéristiques environnementales favorisent la croissance phytoplanctonique, ou le contraire. Souvent associés à des flux d’eau, ces tourbillons peuvent en effet augmenter les flux de nutriments, qui situés au fond des océans, remontent vers la surface et permettent à une certaine « faune et flore » de se nourrir et de se développer ». Ce sont les espèces de cette faune et flore qu’aura pour but d’échantillonner Tara à l’aide de sa batterie d’instruments embarqués à bord.

« Dans un contexte de changement climatique, nous voulons savoir si lorsque l’océan se désertifie, l’activité biologique de petites structures, telles que ce tourbillon, peut représenter la vie des oasis de demain » explique Fabrizio D’Ortenzio. « Le phytoplancton s’adapte aux grandes structures physiques et environnementales, tout comme le font nos forêts et nos plantes terrestres. Les écosystèmes de montagne sont différents de ceux de bord de mer par exemple. Là, nous voulons savoir comment agit cette petite structure marine sur la dynamique de l’écosystème. »
Cette opération effectuée, Fabrizio D’Ortenzio et Pierre Testor enverront ensuite deux des gliders sur les frontières du tourbillon. Une mission de 2 mois prévue pour décrire avec le plus de précisions possible la structure et déterminer si oui ou non, les eaux internes et externes restent imperméables entre elles. Une première mondiale !

Lisa Garnier

Fiche signalétique des gliders :

Longueur : 1m50
Diamètre : 20 cm
Poids dans l’air : 50 kg
Poids dans l’eau : +/-200 g
Autonomie : 2 à 3 mois
Vitesse moyenne : 30 km/jour
Couleur : rose, jaune ou rouge

Cette expérience est le résultat d’un partenariat international qui regroupe plusieurs équipes et instituts de recherche en France, a Chypre, en Italie et en Belgique.
1)  Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA, France, Paris)
2)  Laboratoire d’Océanographie de Villefranche (LOV, France, Villefranche/m)
3)  Laboratoire d’Océanographie et du Climat (LOCEAN, France, Paris) 4)  Division Technique (DT-INSU/CNRS, France, LaSeyne/m)
5)  Oceanography Centre of the University of Cyprus (OC-UCY, Cyprus, Nicosia)
6)  Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS, Italy, Trieste)
7)  Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgium, Bruxelles)
8)  Stazione Zoologica di Napoli (SZN, Italy, Naples)