Traceurs géochimiques et physiques dans la colonne d`eau

Traceursgéochimiquesetphysiquesdanslacolonned'eau,indicateursdel'activitéhydrothermale
Jean-Luc Charlou, Jean-Pierre Donval, Dominique Birot, Sergey Sudarikov
Miseàl'eaud'unebathysonderosette
©Ifremer / Serpentine 2007 / Jean-Luc Charlou
Qu'est-ce qu'un panache hydrothermal ?
Lespanacheshydrothermauxsontlerésultatdumélangeavecl'eaudemerdefluideshydrothermauxgénéréslorsdelacirculationdel'eaudemerdanslacroûte
océanique.Lasourcedechaleurprofondeassociéeàlastructureperméabledelacroûteocéaniquecontrôlecettecirculationquisemanifeste,surleplancherocéanique,
parlagenèsedemontsetcheminéesissusdelaprécipitationdecertainsminérauxcomposésdesulfates(anhydrite,barytine)etdesulfures(mineraisrichesenmétaux),et
par la formation dans la colonne d'eau de panaches hydrothermaux enrichis en He, CH4, Mn et H2S.
Cespanachesdépendentétroitementdelanaturedesfluidesrejetés,sontsouvent"noirs"ou"blancs"dufaitdelaprésencedeparticulesminéralesquiprécipitent
rapidementlorsquelesfluidesdehautetempérature(350°C)semélangentavecl'eaudemerfroide(autourde2°C).Certainsfluidespeuventêtredebassetempératureet
pratiquementabsentsdeparticules,maislespanachesnoirsgénéralementtrouvésontàleuroriginedesfluideschargésenmétauxappeléscouramment"fumeursnoirs".
Commentlesdétecte-t-on ?
Lespanacheshydrothermauxpeuventêtredétectésdanslacolonned'eauau-dessusdeschampshydrothermauxactifsetbienaudelà(de10à100kilomètres)lelong,sur
lesflancsetmursdeladorsale,dufaitqu'ilsprésententdescaractéristiquesphysiquesetgéochimiquestrèsdifférentesdecellesdel'eaudemer.
Denombreuxtraceursphysiquesetgéochimiquessontapplicablesdansl'explorationetdenombreusesméthodesetstratégiesontétémisesaupointpourcartographierles
panacheshydrothermauxtoutesbaséessurladétectiond'anomaliesphysiques(température,néphélométrie)etgéochimiques(Mn,CH4, H2S,hélium,radon...).
Cesparamètressontdoncd'excellentstraceursdelaprésenceounond'uneactivitéhydrothermale.
Quellestratégieutiliserdansl'explorationdel'activitéhydrothermale?
Lesprogrammesderecherchesliéesàlacirculationhydrothermalelelongdesdorsalesmédio-océaniques,quisesontdéveloppésdepuisunevingtained'années,ont
plusieurs objectifs :
- ledéveloppementdeméthodesd'explorationafindelocaliser,cartographieretconnaîtreladistributiondespanacheshydrothermauxassociésauxchamps
hydrothermaux actifs ;
- l'enregistrementetlesuividesvariationstemporellesetl'évolutiondessystèmeshydrothermaux,enparticulierleurcomportementaprèsdesévènementstectoniqueset
volcaniques ;
- laconnaissancedesliensentreprocessushydrothermaux,magmatiquesettectoniqueslelongdusystème"dorsalesmédio-océaniques"ausenslarge(cyclemagmato-
tectonique) ;
- l'étudedesprocessusphysiques,géochimiques,thermodynamiquescontrôlantlacirculationhydrothermale.
Larecherchedeszonesactivesutilisantlestraceursphysiquesetchimiquessefaitentroisétapes.Uneexplorationrégionaleàl'échellede1000kilomètresdedorsale
permetdedétecterlesanomaliesgéochimiquesmajeures.Uneétudeplusfineàl'échelled'unsegmentdedorsale(10à100kilomètres)permetd'étudierlavariabilitéde
l'activitéhydrothermaleetdelocaliserplusprécisémentleszonesactives.
Cesdeuxpremièresétapessontréaliséeslorsdecampagnesocéanographiquesdesurface.Latroisième,probablementlaplusdélicate,consisteenladécouverteet
l'étudededétaildusitehydrothermalàl'aidedesubmersiblesetenginstélé-opérés(ROV)lorsdecampagnesdeplongées.
Cette exploration sous-marineseréalisealorsengénéralàl'échellede"boîtes"de10kilomètressur10.Cettestratégied'approchescientifique,impliquantlestraceurs,a
montrésonefficacitéetpermisdedécouvrirrécemmentdenombreuxsitesactifstelsqueMenezGwen,BrokenSpur,Rainbow,Ashazesurladorsalemédio-Atlantique.
Présenced'anomaliesdetempérature,deconductivité,denéphélométrie,toutesdeforteintensitéidentifiéessurlessitesAshaze(13°N)(àgauche)etLogachev(14°
45'N)(àdroite)aucoursdelacampagneSerpentine(mars2007)
Quelle instrumentation utiliser ?
Aprèsétablissementd'unecartebathymétriquelaplusprécisepossible,letravailconsisteàrechercherlesdiversesanomaliesphysiquesetgéochimiques(traceurs)créées
danslacolonned'eauparlesapportshydrothermaux.Laprésencedecesanomalies,formantdespanacheshydrothermaux,estsynonymed'activitéhydrothermale.
Lesmesuresphysiques(température,présencedeparticules)etprélèvementsd'eauxsefontàl'aided'unebathysonde-rosette(photodeprésentation)associantdivers
capteurs(température,conductivité,néphélométrie,analyseurchimiquein situ)etdesprélèvementsd'eauxquisontanalysésàbord(méthane,manganèse).
Ceséquipementsanalytiquessontinstallésdansuncontainerlaboratoireembarquéfacilementàborddesnaviresocéanographiquesfrançaisouétrangers.Letraitement
desdonnéesphysiquesetl'analyseàbordpermetdedétecterentempsréellesanomaliesphysiques(ex:température,conductivité,densité)danslacolonned'eau,de
détecterentempsréellespanachesdeparticules(ex:mesuresdetransmissométrie,néphélométrie...),etdétecterlesanomaliesgéochimiques(ex:méthane,manganèse).
Cesinformationsobtenuesàbordpermettentdeguiderlacampagneocéanographique,derepérerleszonesactives,delesdélimiteretpréparerainsilescampagnesde
plongéeensubmersibleàveniretgénéralementprogramméeslesannéessuivantessurleschantiersdécouverts.
Pourquoiétudierlespanacheshydrothermaux?
Audessusdeszonesactives,lespanacheshydrothermauxs'élèventdanslacolonned'eautantqueladensitédesfluidesestmoinsdensequecelledel'eaudemer.Après
leuréjection,mélangeavecl'eaudemerambiante,transportparadvectionàpartirdelasource,lesfluidessedispersentlatéralementaugrédescourantsocéaniqueset
atteindrentunétatd'équilibre.
Ainsi,outreladétectiondessitesactifslelongdesdorsalesmédio-océaniques,lespanacheshydrothermauxpermettentdesuivreladispersion,lemélange,l'évolutiondes
fluidesetdesparticulesassociéedansletempsetàdifférentesdistancesdessources,etcontribuentainsiàétudieretmieuxcomprendrelecomportementgéochimiqueet
lecycledesélémentsdansl'eaudemer.

Traceursgéochimiquesetphysiquesdanslacolonned'eau,indicateursdel'activitéhydrothermale
Jean-Luc Charlou, Jean-Pierre Donval, Dominique Birot, Sergey Sudarikov
Miseàl'eaud'unebathysonderosette
©Ifremer / Serpentine 2007 / Jean-Luc Charlou
Qu'est-ce qu'un panache hydrothermal ?
Lespanacheshydrothermauxsontlerésultatdumélangeavecl'eaudemerdefluideshydrothermauxgénéréslorsdelacirculationdel'eaudemerdanslacroûte
océanique.Lasourcedechaleurprofondeassociéeàlastructureperméabledelacroûteocéaniquecontrôlecettecirculationquisemanifeste,surleplancherocéanique,
parlagenèsedemontsetcheminéesissusdelaprécipitationdecertainsminérauxcomposésdesulfates(anhydrite,barytine)etdesulfures(mineraisrichesenmétaux),et
par la formation dans la colonne d'eau de panaches hydrothermaux enrichis en He, CH4, Mn et H2S.
Cespanachesdépendentétroitementdelanaturedesfluidesrejetés,sontsouvent"noirs"ou"blancs"dufaitdelaprésencedeparticulesminéralesquiprécipitent
rapidementlorsquelesfluidesdehautetempérature(350°C)semélangentavecl'eaudemerfroide(autourde2°C).Certainsfluidespeuventêtredebassetempératureet
pratiquementabsentsdeparticules,maislespanachesnoirsgénéralementtrouvésontàleuroriginedesfluideschargésenmétauxappeléscouramment"fumeursnoirs".
Commentlesdétecte-t-on ?
Lespanacheshydrothermauxpeuventêtredétectésdanslacolonned'eauau-dessusdeschampshydrothermauxactifsetbienaudelà(de10à100kilomètres)lelong,sur
lesflancsetmursdeladorsale,dufaitqu'ilsprésententdescaractéristiquesphysiquesetgéochimiquestrèsdifférentesdecellesdel'eaudemer.
Denombreuxtraceursphysiquesetgéochimiquessontapplicablesdansl'explorationetdenombreusesméthodesetstratégiesontétémisesaupointpourcartographierles
panacheshydrothermauxtoutesbaséessurladétectiond'anomaliesphysiques(température,néphélométrie)etgéochimiques(Mn,CH4, H2S,hélium,radon...).
Cesparamètressontdoncd'excellentstraceursdelaprésenceounond'uneactivitéhydrothermale.
Quellestratégieutiliserdansl'explorationdel'activitéhydrothermale?
Lesprogrammesderecherchesliéesàlacirculationhydrothermalelelongdesdorsalesmédio-océaniques,quisesontdéveloppésdepuisunevingtained'années,ont
plusieurs objectifs :
- ledéveloppementdeméthodesd'explorationafindelocaliser,cartographieretconnaîtreladistributiondespanacheshydrothermauxassociésauxchamps
hydrothermaux actifs ;
- l'enregistrementetlesuividesvariationstemporellesetl'évolutiondessystèmeshydrothermaux,enparticulierleurcomportementaprèsdesévènementstectoniqueset
volcaniques ;
- laconnaissancedesliensentreprocessushydrothermaux,magmatiquesettectoniqueslelongdusystème"dorsalesmédio-océaniques"ausenslarge(cyclemagmato-
tectonique) ;
- l'étudedesprocessusphysiques,géochimiques,thermodynamiquescontrôlantlacirculationhydrothermale.
Larecherchedeszonesactivesutilisantlestraceursphysiquesetchimiquessefaitentroisétapes.Uneexplorationrégionaleàl'échellede1000kilomètresdedorsale
permetdedétecterlesanomaliesgéochimiquesmajeures.Uneétudeplusfineàl'échelled'unsegmentdedorsale(10à100kilomètres)permetd'étudierlavariabilitéde
l'activitéhydrothermaleetdelocaliserplusprécisémentleszonesactives.
Cesdeuxpremièresétapessontréaliséeslorsdecampagnesocéanographiquesdesurface.Latroisième,probablementlaplusdélicate,consisteenladécouverteet
l'étudededétaildusitehydrothermalàl'aidedesubmersiblesetenginstélé-opérés(ROV)lorsdecampagnesdeplongées.
Cette exploration sous-marineseréalisealorsengénéralàl'échellede"boîtes"de10kilomètressur10.Cettestratégied'approchescientifique,impliquantlestraceurs,a
montrésonefficacitéetpermisdedécouvrirrécemmentdenombreuxsitesactifstelsqueMenezGwen,BrokenSpur,Rainbow,Ashazesurladorsalemédio-Atlantique.
Présenced'anomaliesdetempérature,deconductivité,denéphélométrie,toutesdeforteintensitéidentifiéessurlessitesAshaze(13°N)(àgauche)etLogachev(14°
45'N)(àdroite)aucoursdelacampagneSerpentine(mars2007)
Quelle instrumentation utiliser ?
Aprèsétablissementd'unecartebathymétriquelaplusprécisepossible,letravailconsisteàrechercherlesdiversesanomaliesphysiquesetgéochimiques(traceurs)créées
danslacolonned'eauparlesapportshydrothermaux.Laprésencedecesanomalies,formantdespanacheshydrothermaux,estsynonymed'activitéhydrothermale.
Lesmesuresphysiques(température,présencedeparticules)etprélèvementsd'eauxsefontàl'aided'unebathysonde-rosette(photodeprésentation)associantdivers
capteurs(température,conductivité,néphélométrie,analyseurchimiquein situ)etdesprélèvementsd'eauxquisontanalysésàbord(méthane,manganèse).
Ceséquipementsanalytiquessontinstallésdansuncontainerlaboratoireembarquéfacilementàborddesnaviresocéanographiquesfrançaisouétrangers.Letraitement
desdonnéesphysiquesetl'analyseàbordpermetdedétecterentempsréellesanomaliesphysiques(ex:température,conductivité,densité)danslacolonned'eau,de
détecterentempsréellespanachesdeparticules(ex:mesuresdetransmissométrie,néphélométrie...),etdétecterlesanomaliesgéochimiques(ex:méthane,manganèse).
Cesinformationsobtenuesàbordpermettentdeguiderlacampagneocéanographique,derepérerleszonesactives,delesdélimiteretpréparerainsilescampagnesde
plongéeensubmersibleàveniretgénéralementprogramméeslesannéessuivantessurleschantiersdécouverts.
Pourquoiétudierlespanacheshydrothermaux?
Audessusdeszonesactives,lespanacheshydrothermauxs'élèventdanslacolonned'eautantqueladensitédesfluidesestmoinsdensequecelledel'eaudemer.Après
leuréjection,mélangeavecl'eaudemerambiante,transportparadvectionàpartirdelasource,lesfluidessedispersentlatéralementaugrédescourantsocéaniqueset
atteindrentunétatd'équilibre.
Ainsi,outreladétectiondessitesactifslelongdesdorsalesmédio-océaniques,lespanacheshydrothermauxpermettentdesuivreladispersion,lemélange,l'évolutiondes
fluidesetdesparticulesassociéedansletempsetàdifférentesdistancesdessources,etcontribuentainsiàétudieretmieuxcomprendrelecomportementgéochimiqueet
lecycledesélémentsdansl'eaudemer.