2. Interactions entre la terre et l’océan

Contacts : Marcia Maia, Laurent Toffin, Clément Vic

DÉFIS SCIENTIFIQUES, OBJECTIFS GLOBAUX

Le thème 2 se situe au carrefour de nombreuses disciplines : géologie, océanographie, géochimie, microbiologie, sciences humaines et sociales. Ce thème souhaite encourager les axes de recherche au cœur de ces disciplines et favoriser des interactions fortes entre elles. Le thème 2 est divisé en quatre grands défis scientifiques complémentaires scientifiques complémentaires et deux sujets interdisciplinaires.

1. La lithosphère dynamique : les processus telluriques de l’intérieur à la surface de la Terre

Comprendre les processus responsables de la formation et de l’évolution de l’enveloppe externe de la Terre, aussi appelée lithosphère, est crucial pour évaluer les échanges entre la Terre et les océans. Les processus magmatiques, tectoniques, hydrothermaux, sédimentaires et érosifs, qui façonnent le fond des océans et les marges continentales, sont essentiels pour comprendre et quantifier les flux chimiques et énergétiques de notre planète. En outre, l’étude des temps anciens de la Terre permet de reconstruire l’histoire de la circulation océanique passée, de la dispersion des espèces et des interactions entre les terres émergées et l’océan qui ont façonné notre planète jusqu’à aujourd’hui.

Parmi nos objectifs, nous pouvons citer : (i) améliorer notre compréhension de la formation et de l’évolution de la Terre primitive, (ii) contraindre l’impact de la cinématique des plaques sur la dynamique océanique et l’évolution des espèces, (iii) quantifier le bilan magmato-tectonique et ses variations dans l’espace et le temps au niveau des centres d’épandage et ses liens avec les flux hydrothermaux, et (iv) comprendre les processus de déformation au niveau des grandes failles océaniques en profondeur qui favorisent les interactions entre la croûte aquatique et la croûte océanique.

Nous avons l’intention d’encourager le développement de la coopération entre les différents domaines scientifiques, mais aussi de soutenir les projets qui traitent des avancées dans chaque domaine disciplinaire, car ils constituent les bases des futurs développements interdisciplinaires. Nous avons également l’intention d’encourager le développement de nouveaux capteurs et de nouvelles méthodologies, en particulier ceux qui réduisent l’impact anthropique de nos recherches sur les écosystèmes et l’environnement.

2. Dévoiler la mémoire des sédiments : enregistrements passés du climat, de la tectonique et des géorisques

La « mémoire » des sédiments constitue un enregistrement concret du passé dynamique de la Terre et permet de déchiffrer l’évolution du climat, des écosystèmes et de la tectonique. Ce domaine d’étude contribue de manière significative à une meilleure compréhension de l’histoire de la planète et des forces qui l’ont façonnée. Les sédiments marins, couvrant des millions d’années avec des résolutions variées, peuvent offrir un aperçu des conditions environnementales passées telles que la température, la salinité, les variations du niveau de la mer et la répartition de la glace de mer. Ils fournissent également des informations sur l’évolution des sources de sédiments, notamment l’érosion et la dénudation, la turbidité et les perturbations anthropiques.

En outre, dans les bassins d’eau profonde, les sédiments agissent comme des sismographes naturels, capturant les séismes passés sur des dizaines de milliers d’années. La découverte de la mémoire des sédiments en termes de contraintes mécaniques et de déformations passées permet de mieux analyser et comprendre les processus mécaniques et les activités tectoniques qui ont façonné les plateaux et les pentes continentales.

Par rapport aux projets précédents financés au cours de la première phase d’ISblue (thème 2), notre objectif dans cette deuxième phase est d’améliorer le développement d’approches multidisciplinaires et complémentaires à travers l’analyse intégrée pour étudier les interactions entre les processus couplés. Par exemple, comment les variations climatiques affectent-elles la dynamique sédimentaire et déclenchent-elles des risques géologiques, ou comment les conditions environnementales contribuent-elles au dépôt de sédiments ? Comment les conditions environnementales contribuent-elles au dépôt de sédiments sensibles aux perturbations anthropiques ou aux contraintes tectoniques ? Pour ce faire, on combinera des études expérimentales en laboratoire avec des travaux de terrain, des activités de surveillance et d’observation, ainsi que d’une modélisation numérique qui intègre des techniques numériques innovantes.

3. Le plancher océanique vivant, où les fluides, les minéraux et la vie interagissent

Les grands fonds marins constituent une « zone critique » où les propriétés physico-chimiques de l’environnement sont étroitement liées à la source d’énergie, à la biomasse et à l’activité des organismes vivants. Cependant, les écosystèmes sont encore parmi les moins explorés de la planète. Divers contextes géologiques associés à la production et/ou à la libération de fluides gazeux, de minéralisations et de sédiments au fond de l’océan et dans l’hydrosphère ont été reconnus sur le plancher océanique, parmi lesquels les cheminées hydrothermales, les volcans sous-marins, les sources de fluides froids, les récifs coralliens d’eau froide, les monticules de carbonate et les canyons sont d’un intérêt particulier pour le thème 2.

Cet axe du thème 2 vise à (i) comprendre et quantifier les facteurs de contrôle et leur impact sur la distribution, la structure et le fonctionnement des écosystèmes des grands fonds marins, (ii) d’identifier les sources et les voies de circulation des fluides et des flux d’énergie à travers les relations trophiques des communautés benthiques et planctoniques profondes, (iii) identifier les communautés biologiques et microbiologiques qui fournissent des sources et des puits de carbone et les caractéristiques physio-chimiques de leur habitat, (iv) évaluer leur biodiversité, (v) comprendre leur bilan énergétique et la structure de l’écosystème en relation avec les interfaces ou gradients géochimiques et les caractéristiques minérales. Les données nouvellement acquises sur la géochimie, la minéralogie, et microbiologiques amélioreront les bases de données et les sources d’information à utiliser dans la modélisation du cycle de carbone pour tester les scénarios de gestion des écosystèmes d’eaux profondes.

4. Circulation en eaux profondes, interactions courant-topographie et conséquences sur le transport et le mélange de traceurs et de sédiments

L’océan est principalement mis en mouvement (forcé) à la surface par les flux air-mer de chaleur, d’eau douce et de quantité de mouvement. Les couches océaniques de surface étant en contact avec l’atmosphère et plus faciles à observer (in situ et par satellite), elles ont historiquement fait l’objet de plus d’attention que les couches plus profondes (>1000 m).

Ces dernières sont difficiles à échantillonner et, en raison de leur isolement relatif par rapport à l’atmosphère, on a supposé qu’elles abritaient des courants laminaires et léthargiques, sans intérêt dynamique ou climatique. Les couches les plus profondes sont restées mal échantillonnées et mal comprises, et elles souffrent de biais importants dans les modèles climatiques. Pourtant, une grande partie de la dissipation d’énergie est catalysée par l’interaction des courants avec la topographie du fond marin. Cette voie vers la dissipation implique une riche phénoménologie de processus, allant de la génération de tourbillons cohérents de sous-mésoéchelle (0,1-10 km) aux ondes internes non linéaires et à haute fréquence, qui ont un impact sur le transport et le mélange des traceurs biogéochimiques (carbone, métaux, …), de la chaleur, des sédiments, etc.

Nous souhaitons, d’une part, développer des projets de recherche visant à mieux comprendre les interactions courant-topographie et le cycle de l’énergie, et d’autre part, à étudier l’impact de ces interactions sur le transport et le mélange de matière, comme par exemple les espèces chimiques et les sédiments. Les méthodologies bénéficieraient d’une combinaison de modèles numériques conçus pour étudier les interactions courant-topographie et de développements techniques pour échantillonner in situ la variabilité des couches profondes.

Sujets d’études pluridisciplinaires

• Sciences Humaines et Sociales :
  En vertu du droit de la mer, les fonds marins situés au-delà de la limite du plateau continental jouissent du statut de patrimoine commun de l’humanité. Les besoins croissants en ressources minérales et les perspectives offertes par les ressources génétiques pour les biotechnologies soulèvent des questions sur la capacité des régimes réglementaires internationaux à équilibrer les compromis entre la conservation et l’exploitation. Ces dernières années, la question de la gouvernance internationale dédiée à la protection de la haute mer, au sens de la colonne d’eau, a été au cœur des négociations de l’ONU pour le traité BBNJ (Biodiversity Beyond National Jurisdiction).
  
  Les conditions d’une protection efficace et d’une exploitation potentielle de ces écosystèmes font l’objet d’une recherche pluridisciplinaire associant le droit, les sciences sociales et les sciences naturelles, en prise directe avec les instances de négociation politique et les parties prenantes. les forums de négociation politique et les parties prenantes. Ces travaux peuvent porter sur les dimensions juridiques, politiques, économiques et sociales de la gestion des écosystèmes d’eau profonde et d’eau marine soumis à la pression anthropique.
• Développements technologiques :
  Le développement ou l’adaptation de méthodes, de matériels et d’équipements innovants et intégratifs aux contraintes des écosystèmes marins profonds est essentiel pour répondre aux principales questions de recherche du thème 2. Les observations, l’échantillonnage, les mesures et les expériences, in situ, in vivo, dans des mésocosmes, fourniront des informations précieuses sur le fonctionnement de l’écosystème et sur les facteurs biotiques, abiotiques et minéraux.