fiche 7 - Ifremer
Depuis le Pourquoi pas ?, le 29 mars 2007
Fiche N°7 – En direct de la campagne Serpentine
Traceurs géochimiques et physiques dans la colonne
d’eau : des indicateurs de l'activité hydrothermale
Mise à l’eau de l’équipement d’une bathysonde-rosette
©Ifremer/campagne Serpentine/Mars 2007
Qu’est-ce qu’un panache hydrothermal ?
Les panaches hydrothermaux résultent du mélange entre l’eau de mer et les fluides
hydrothermaux, eux-mêmes générés par la circulation de l’eau de mer dans la croûte
océanique. La chambre magmatique, source de chaleur profonde, associée à la structure
perméable de la croûte océanique, sont deux facteurs qui façonnent cette circulation
« souterraine ». On peut la détecter sur le plancher océanique par la formation de monts
et de cheminées. En effet, ceux-ci proviennent de la précipitation de certains minéraux
composés de sulfates (anhydrite, barytine) et de sulfures (minerais riches en métaux),
ainsi que de la formation dans la colonne d’eau de panaches hydrothermaux enrichis en
He, CH
4
, Mn et H
2
S.
Ces panaches, qui 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). Bien que certains fluides soient de basse température et ne
contiennent pratiquement pas de particules, les panaches noirs bien connus du public
ont, à leur origine, des fluides chargés en métaux appelés couramment « fumeurs
noirs ».
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
1
à partir de
la source, les fluides vont se disperser 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.
Comment détecte-t-on les panaches hydrothermaux ?
Les panaches hydrothermaux sont détectables dans la colonne d’eau au dessus des
champs hydrothermaux actifs et bien au delà (de 10 à 100 kms), le long de la dorsale et
sur ses flancs et ses murs. En effet, ils présentent des caractéristiques physiques et
géochimiques très différentes de celles de l’eau de mer. De nombreux traceurs physiques
et géochimiques sont ainsi applicables à l’exploration de l’activité hydrothermale.
Plusieurs méthodes et stratégies ont été mises au point pour cartographier les panaches
hydrothermaux. Elles sont toutes basées sur la détection d’anomalies physiques
(température, néphélométrie) et géochimiques (Mn, CH
4
, H
2
S, Helium, Radon,….).
Quelle stratégie utiliser dans l’exploration de l’activité hydrothermale ?
Développés depuis une vingtaine d’années, les programmes de recherches liés à la
circulation hydrothermale le long des dorsales médio-océaniques 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 km de dorsale, permet dans un premier
temps de détecter les anomalies géochimiques majeures.
Dans un second temps, une étude plus fine à l’échelle d’un segment de dorsale (10 à 100
km) 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 étape, probablement la plus délicate, consiste en la découverte et l’étude en
détail du site hydrothermal à l’aide de submersibles et engins téléopérés (ROV) lors de
campagnes de plongées. En général, cette exploration sous-marine se réalise à l’échelle
de « boîtes » de 10 km sur 10 km.
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.
1
Déplacement d’une masse d’air dans le sens horizontal.
Graphe montrant la 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)/©Ifremer/campagne Serpentine/Mars 2007.
Quelle instrumentation utiliser ?
Après établissement d’une carte bathymétrique la plus précise possible, les scientifiques
recherchent 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 sont effectuées à l’aide d’une bathysonde-rosette
(voir photo n°1) associant divers capteurs (température, conductivité, néphélométrie
2
,
analyseur chimique in situ). Les équipements analytiques sont installés dans un container
laboratoire embarqué à bord des navires océanographiques.
Le traitement des données physiques et l’analyse à bord permettent de détecter en
temps réel les anomalies physiques dans la colonne d’eau (température, conductivité,
densité), les panaches de particules (ex: mesures de transmissométrie,
néphélométrie,.....), et les anomalies géochimiques (ex: méthane, manganèse). Ces
informations obtenues directement sur le navire 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.
Pour suivre la campagne Serpentine quotidiennement :
http://www.ifremer.fr/serpentine/
Contacts Presse : Contacts scientifiques :
Anne Faye Laboratoire Géochimie et Metallogénie, Ifremer
01 46 48 22 40 Jean-Luc Charlou
Marion Le Foll J. P. Donval
[email protected] Dominique Birot
Technical University and Vnllokeangeologia:
Sergey Sudarikov
sergey.sudarikov@pourquoipas.ifremer.fr
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La néphélométrie est une méthode utilisée pour doser des "particules". Elle consiste à mesurer l'intensité
lumineuse à un certain angle d'un rayon issu de la diffusion d'un rayon initial par la particule.
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