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La semaine prochaine, un petit bateau rayé jaune et blanc quittera le port de Kalamata, en Grèce, et s’éloignera de la côte. Ce navire ne transportera pas un capitaine ou un équipage, mais seulement un ensemble de dispositifs électroniques qui lui indiqueront où aller et à quel moment larguer la capsule en forme de torpille logée dans sa poupe.

Cartographier le plancher océanique

Une fois libéré, le véhicule équipé d’un sonar descendra plusieurs kilomètres dans le gouffre glacial de la fosse hellénique, la partie la plus profonde de la mer Méditerranée, et cartographiera le fond marin avec des pulsations sonores. L’équipe à l’origine de ce projet est la première des huit participer au concours de la finale de Shell Ocean Discovery XPRIZE, d’une valeur de 7 millions de dollars. «Je ne sais pas si nous sommes fous ou pas, mais nous avons décidé de commencer», déclare Rochelle Wigley, géologue de la marine à l’Université du New Hampshire à Durham, qui dirige l’équipe XPRIZE de la Japanese Nippon Foundation et la General Carte bathymétrique des océans (GEBCO); une organisation internationale.

XPRIZE, une organisation à but non lucratif basée à Culver City, en Californie, qui organise des concours afin de stimuler l’innovation. En 2015, elle s’est intéressée au problème de la cartographie du plancher océanique, explique la directrice du concours, Jyotika Virmani. Le catalyseur a été la disparition du vol 370 de la Malaysia Airlines quelque part au-dessus de l’océan Indien et la prise de conscience flagrante du fait que les équipes de secours n’avaient aucune idée de ce qui se trouvait sous la surface de la zone de recherche. «Malheureusement, au lieu de découvrir l’avion, ils ont trouvé deux nouveaux volcans, dont l’un est plus grand que le mont Vésuve», explique-t-elle.

Des cartes qui s’étendent seulement sur 65 000 kilomètres

Des images plus nettes du plancher océanique pourraient aider les entreprises à rechercher des ressources telles que le pétrole. (L’entreprise Shell est le sponsor du prix.) Mais les chercheurs veulent aussi un aperçue plus clair. Par exemple, Dave Clague, géologue à l’institut de recherche sur l’aquarium de la baie de Monterey à Moss Landing, en Californie, étudie l’activité volcanique le long des crêtes médio-océaniques – des chaînes de montagnes sous-marines générant une nouvelle croûte océanique. Mais les scientifiques disposent de cartes à échelle précise pour seulement une petite fraction du système, qui s’étend sur 65 000 kilomètres, limitant leur compréhension de la formation de la nouvelle croûte et de son devenir lorsque celui-ci s’éloigne de la crête.

Les biologistes ont également besoin de meilleures cartes pour gérer les pêcheries et identifier les habitats profonds. Ils ont déjà découvert de nouvelles colonies de coraux d’eau froide simplement en recherchant des structures émergeant du fond de la mer, explique Craig Brown, expert en cartographie au Nova Scotia Community College d’Halifax, au Canada. «Ils ont généralement une topographie assez spectaculaire», explique-t-il.

Seulement 18% du fond océanique mondial a été étudié

Jusqu’à présent, seuls 9% du fond marin ont été cartographiés en détail avec la technologie des sonars modernes, explique Wigley, et seulement 18% du fond océanique mondial a été étudié, souvent à une résolution si grossière que des jets géants et des volcans n’a pas de difficulté à se cacher. Le reste, les quatre cinquièmes des deux tiers de la planète recouverte d’eau, est pratiquement inconnu. Comme d’habitude, les limites sont l’argent et le temps. Les navires de recherche qui effectuent la cartographie haute résolution coûtent jusqu’à 100 000 dollars par jour, et ils bougent si lentement qu’il leur faudrait des siècles pour cartographier tous les océans du monde, explique Virmani.

Les équipes qui participent au concours XPRIZE

Nom de l’équipe Pays Surface OpsNombre d’AUV
Les Arggonauts Allemagne Cinq navires Cinq
Blue Devil Ocean Engineering USA Deux drones
Deux
CFIS Suisse

Aucun
Vingt
GEBCO-Nippon Foundation alumni Internationnal Un navire
Un
Kuroshio Japon Un navire
Deux
PISCES Portugal Deux navires acoustiques Un
Team Tao Royaume-Uni Un navire
Cinq
Texas A&M USA
Un navire
Un
Les AUV sont plus efficaces

Les satellites peuvent également cartographier le fond marin en mesurant les légères variations de la surface de l’océan causées par l’attraction gravitationnelle d’éléments massifs du fond marin. Mais la résolution est moins précise. Ces dernières années, les chercheurs se sont intéressés aux véhicules sous-marins autonomes (AUV). Ils suivent des trajectoires préprogrammées à l’aide de systèmes de navigation par inertie qui suivent avec précision leur vitesse et leur direction et transportent des sonars multifaisceaux miniatures.

En naviguant près du fond des océans, ils peuvent détecter des contours des fonds marins à un centimètre près, une amélioration considérable par rapport à la résolution de 50 mètres d’un système basé sur un navire fonctionnant dans les profondeurs de l’océan, déclare Clague, qui ne participe pas au concours XPRIZE. Mais les AUV sont encore lents. « Vous couvrez un domaine de la taille d’un terrain de football dans une enquête de 12 heures », explique-t-il. Les efforts visant à ajouter des batteries et à prolonger le temps de plongée ne font qu’encombrer l’AUV, ce qui oblige les plus gros navires à les lancer, « ce qui va à l’encontre de l’objectif », explique Clague.

XPRIZE espère que ses concurrents créeront des systèmes autonomes plus rapides et moins chers. À partir de la côte, les huit finalistes doivent cartographier entre 250 et 500 kilomètres carrés en 24 heures, à des profondeurs allant jusqu’à 4 000 mètres et une résolution de 5 mètres ou plus. Ils doivent également porter des instruments pour recueillir des images de 10 caractéristiques intéressantes et trouver un trophée caché sur le fond de la mer.

Les défis techniques consistent notamment à concevoir des instruments capables de résister à une énorme pression, à équilibrer la durée de vie de la batterie et à rendre les robots suffisamment intelligents pour mener à bien toute l’opération sans intervention humaine. «Tout est difficile», déclare Martin Brooke, ingénieur à la Duke University de Durham, en Caroline du Nord, et chef de son équipe XPRIZE.

Le groupe de Brooke, composé principalement d’ingénieurs, tentera de gagner du temps en utilisant des drones aériens pour transporter des bouées qui abaisseront des nacelles pour cartographier l’océan. La plupart des équipes utilisent un navire de surface autonome pour économiser la précieuse puissance de leur AUV et pour servir de centre de communications. L’équipe CFIS de Suisse, dirigée par Toby Jackson, un trader financier devenu inventeur, enverra 20 AUV légers imprimés en 3D directement de la côte. Au lieu du sonar, ils utiliseront des lasers, qui pourront faire rebondir la lumière sur le fond de la mer.

L’équipe Tao utilisera également une approche par essaim, lançant cinq AUV construits sur mesure à partir d’un catamaran autonome appelé «distributeur automatique». À terme, le système embarquera une douzaine de drones sous-marins, déclare le chef d’équipe, Hua Khee Chan, ingénieur à la Newcastle University au Royaume-Uni, permettant à la moitié de travailler pendant que les autres seront ravitaillés en énergie.

Chaque AUV suivra un chemin vertical lui permettant d’échantillonner la température et la salinité d’une colonne d’eau au fur et à mesure de sa descente. Selon Chan, ce sont «des données supplémentaires que nous obtenons gratuitement lorsque nous voyageons». Chan et Jackson ont tous deux pour objectif de produire leurs AUV à moins de 25 000 $, une aubaine par rapport aux modèles sophistiqués utilisés aujourd’hui, qui peuvent coûter 1 million de dollars ou plus.

Des systèmes moins onéreux et plus souples

Des systèmes moins onéreux et plus souples pourraient aider les chercheurs à combler rapidement les lacunes des cartes des fonds marins et permettre aux enquêtes répétées de surveillance des changements au fil du temps. Clague aimerait mesurer la quantité de lave produite lors d’une seule éruption sur une dorsale médio-océanique, ce qui donnerait des indices sur la génération de magma dans le manteau terrestre.

Une cartographie répétée pourrait également suivre le mouvement le long des failles en dehors des côtes générant des tremblements de terre et des sédiments du fond de la mer après des événements météorologiques majeurs.

En tant que sponsor des XPRIZE, Shell se réserve le droit de négocier avec chaque équipe de l’utilisation de sa technologie, qu’elle pourrait utiliser pour l’exploration pétrolière et gazière ou pour la surveillance de puits de production et de pipelines. Les entreprises qui espèrent exploiter les fonds marins pour trouver des minéraux sont également désireuses d’obtenir une meilleure image. Mais Wigley affirme que la cartographie pourrait également contribuer à la protection du milieu marin. « Si nous comprenons mieux les fonds marins, nous pourrons mieux gérer les impacts environnementaux et mieux les comprendre ».

Pour l’instant, tout cela est loin, et la plupart des équipes se bousculent pour se préparer à la compétition en Grèce. Une équipe portugaise n’a toujours pas testé son système de positionnement acoustique, qui repose sur une constellation de balises flottantes, en eau profonde.

«D’après nos calculs, ça devrait fonctionner», déclare le chef d’équipe Nuno Cruz, ingénieur à l’université de Porto au Portugal. « Mais vous allez dans l’océan et les choses ne ressemblent pas aux mathématiques. » Certaines équipes savent déjà qu’elles ne gagneront pas, mais elles s’en tirent bien. La plupart des candidats qui ont participé au défi l’ont fait pas pour le porte-monnaie, et XPRIZE est satisfaite des progrès réalisés, a déclaré Virmani.

Voici un exemple de l’utilisation d’un drone sous-marin

Source : Science