La serpentinisation des péridotites

Certains des échantillons de péridotites que nous avons récoltés au cours des nombreuses dragues ne sont plus réellement des péridotites, mais ce qu'on appelle des serpentinites. Les serpentinites sont des péridotites qui ont été hydratées par interaction avec l'eau de mer et/ou des fluides qui circulent dans la croûte océanique. Ce processus d'hydratation, appelé serpentinisation, consiste à transformer les minéraux magmatiques ferro-magnésiens de la péridotite, olivine et pyroxène, en un nouveau minéral, la serpentine. La serpentine étant un silicate de magnésium hydraté (Mg₃Si₂O₅(OH)₄), le fer contenu dans l'olivine initiale va être utilisé pour former un oxyde de fer, la magnétite (Fe₃O₄). Les deux minéraux nouvellement formés vont s'agencer en une texture maillée caractéristique des serpentinites (zone verdâtre avec de fines veines noires de magnétite sur la photo), modifiant ainsi la texture primaire de la péridotite.

La serpentinisation est une réaction exothermique : la chaleur ainsi dégagée par la serpentinisation totale de 1 kg de péridotite est de 250 Joules, permettant d'élever la température d'un litre d'eau d'environ 50 degrés dans des conditions de température et de pression ordinaires. Par ailleurs, la serpentinisation est un processus qui, en plus de conduire à une transformation minéralogique de la roche initiale, entraîne une modification des propriétés physiques (densité, vitesse de propagation des ondes sismiques, propriétés magnétiques, rhéologie,...). En effet, lors de la serpentinisation, le volume de la roche augmente de 30%, diminuant par conséquent la densité, de 3300 kg/m³ pour une péridotite fraîche à 2600 kg/m³ pour une serpentinite.

Parallèlement, la vitesse de propagation des ondes sismiques diminue au cours de la serpentinisation : de près de 8 km/s dans les péridotites fraiches, à environ 5.5 km/s dans les serpentinites. La formation de magnétite au cours de la serpentinisation s'accompagne d'une forte augmentation de la susceptibilité magnétique de la roche, c'est à dire de sa capacité à s'aimanter. Enfin, la serpentine est moins résistante à la déformation que l'olivine ou les pyroxènes. En effet, 15-20% de serpentine dans une péridotite suffisent ainsi à diminuer la résistance de la roche à la déformation, et peuvent en particulier faciliter le mouvement des failles.

Enfin, une dernière conséquence de la serpentinisation, liée à la formation de la magnétite, est la production d'hydrogène (H₂). Cet hydrogène, très souvent associé à du méthane (CH₄), est retrouvé en grandes concentrations dans les fluides des systèmes hydrothermaux situés sur des massifs de péridotites serpentinisées le long des dorsales lentes. L'hydrogène et le méthane pourront ensuite être utilisés comme source d'énergie par les microorganismes qui colonisent le système hydrothermal.

Les cuisines du Marion

Soixante quatre personnes à bord, soit 2176 déjeuners, 2176 dîners, et 2176 petits déjeuners à prévoir pour les 34 jours de la campagne! Et encore, c'est un service calme : pendant les rotations des Terres Australes, ce sont chaque fois plus de 150 personnes qui embarquent pour plusieurs semaines. C'est la rude tâche de Loïc (Le Bechec, chef cuisinier, à gauche sur la photo) et de ses assistants Jackson (Andrianiaina, second cuisinier, devant), Roger (Rakotonindri, second cuisinier, second sur la droite), et Tsiry (Rakotoarivo, assistant cuisinier, à droite).

Loïc, le Chef, est un ancien du Marion. Il a été garçon, barman, puis il a passé le diplôme de cuisinier de la marine marchande et le CAP de cuisinier. Depuis il est maitre des papilles du bord, agence les menus et règne sur une réserve de plus de 450 produits d'épicerie, viandes, poissons, légumes frais et surgelés. A bord chaque fois pour 3 mois et demi, entrecoupés de périodes de repos, il voit souvent passer 2 bordées pour l'équipage, et plusieurs groupes de scientifiques ou d'hivernants des Terres Australes. Il a d'ailleurs lui même goûté des plaisirs austères de l'hivernage dans le grand Sud, pendant 13 mois cuisinier de la base antarctique Concordia en 2005-2007. 

Ses principes  pour la cuisine du bord : utiliser souvent des produits locaux embarqués lors des escales réunionnaises, et multiplier les recettes pour que chaque menu soit différent. Par exemple aujourd'hui, nous aurons des christophines, un légume tropical vert (photo) qui a un peu le goût des cardes, cuisinées avec un mirepoix de haricots verts, carottes, gingembre et oignons. Depuis le début de la campagne, il y a 3 semaines, nous les avons déjà dégustées à la créole, puis en gratin avec des épinards.... Humm!

 Avec seulement deux végétariens stricts à bord, ce sont aussi près de 15 kg de poissons ou de viandes qui sont consommés chaque jour, sans compter les gâteaux, glaces, fruits et fromages (coût total par personne: 11 euros/jour). Toutes ces victuailles sont stockées dans 4 chambres froides, derrière la cuisine : une à 12° pour les produits frais (en ce moment les oignons y germent avec entrain), et 3 à -23° pour les poissons, viandes, légumes congelés, et pour le pain que nous dégustons fraîchement cuit chaque jour.

Pour achever de vous rassurer sur le doux traitement réservé à bord à nos petits estomacs, voici le menu du jour, mercredi 20 octobre 2010, à déguster en deux services du déjeuner (11h et 12h15), puis deux services du dîner (19h et 20h15), bien assis à table et habilement servis par Jacques (Scias, le Maître d'Hotel), et Andriambeloson (Hasimanjaka, Garçon).

La drague: comment conclure

Une fois la drague remontée à bord et les roches charriées sur le pont arrière, il faut passer, de jour comme de nuit, au stade du tri et de la reconnaissance des échantillons collectés. Petits et gros morceaux sont passés au crible, seule une coupe à la scie permettant le plus souvent de révéler leur nature exacte. Vient ainsi le temps des pétrologues traquant d'un oeil curieux ces roches fraichement coupées, afin de déceler des minéraux frais, espoirs d'analyses géochimiques ultérieures, ou un plan de cisaillement, révélateur d'une déformation passée.

La première étape consiste à classer les blocs par types, en fonction de leur lithologie, après les avoir sciés. Cette phase importante peut se révéler acrobatique les journées de forte houle (la scie se trouvant sur une coursive extérieure du bateau), mais pour le moment nous sommes restés chanceux, le beau temps étant de la partie. Une fois la nature de chaque bloc déterminée, vient l'étape de description plus détaillée de chaque échantillon. Cette étape nous permet de déterminer, à l'oeil nu, à la loupe ou à la binoculaire (pour un plus fort grossissement), les principaux minéraux présents dans chaque échantillon et si celui-ci a été affecté par des épisodes de déformation. Cette description est transcrite et accompagnée d'une photo de l'échantillon, une fois qu'un numéro lui a été attribué. Cette classification et description détaillée des échantillons permettront ensuite au chercheur de sélectionner les échantillons pour les études et analyses qui seront réalisées une fois de retour à terre.

TOBI à bord du N/O Marion Dufresne (version française)

Le TOBI (Towed Ocean Bottom Instrument) est basé au National Oceanography Centre de Southampton (Royaume Uni). Cet instrument permet d'effectuer des levés cartographiques très détaillés dans des zones très profondes. Il utilise une technologie mixte de sonar latéral et de sondeur bathymétrique afin de produire des images du relief sous marin de haute qualité. Des scientifiques de nombreux pays utilisent le TOBI dans des programmes de recherche pilotés par des organismes gouvernementaux, des instituts de recherche ou des entreprises privées. Le TOBI peut être mis en oeuvre jusqu'à des profondeurs de 6000m et possède un sonar latéral (30kHz) de haute résolution (jusqu'à 3m) qui permet d'imager une bande de 6km de largeur sur le fond avec une possibilité d'obtenir des données bathymétriques. Le TOBI comporte de nombreux instruments comme un sondeur de sédiments (6-10 kHz) qui permet d'imager les sédiments sur une épaisseur allant jusqu'à 70 m avec une résolution métrique. Une sonde CTD (Conductivité, Température, Profondeur), un magnétomètre 3 composantes, un néphélomètre mesurant la turbidité, et quelques autres instruments plus spécifiques pour la biologie et la chimie des eaux complètent le système.

Le poids du TOBI est d'environ 2,5 tonnes à terre mais flotte dans l'eau grâce à des mousses de flottabilité. Sa capacité d'équipement embarqué est de 400 kg et son architecture ouverte permet de rajouter aisément des instruments supplémentaires. Le contrôle de l'alimentation et des signaux collectés se fait par l'intermédiaire d'un câble co-axial unique à l'intérieur d'un câble acier de plus de 10 km de long (le rapport entre la longueur de câble filé et la profondeur du TOBI en opération est de l'ordre de 1.6 pour 1).

Le TOBI est piloté par son équipe technique (de gauche à droite: Duncan, Dave & Andy). Quand le TOBI est à l'eau son pilotage est assuré 24H sur 24 et 7 jours sur 7 avec un travail en quarts (2x4H avec intervalle de 8H). Les tâches des opérateurs est de suivre les paramètres de contrôle du TOBI et de le maintenir à sa profondeur d'utilisation optimale (350 - 600 mètres du fond en fonction de la rugosité du relief sous marin) avec une vitesse du bateau qui ne doit pas dépasser 1.5 à 3.0 noeuds (en fonction de la longueur filée du câble dans l'eau). Le contrôle de la position du TOBI se fait uniquement par l'intermédiaire de la longueur du câble filée et de la vitesse du bateau.

Les données des deux sonars latéraux (à bâbord et tribord) sont corrigées de la distorsion géométrique avant d'être visualisées sur un écran de haute résolution (le 2ème à gauche) et une imprimante thermique (en dessous). Les données du sondeur de sédiments sont visualisées directement sur un écran (1er à gauche) et indique à la fois l'altitude du TOBI au dessus du fond et permet de voir les couches sédimentaires. Les valeurs des données des autres capteurs sont affichées sur deux autres écrans (1er & 2ème à droite) afin de faciliter la navigation du TOBI et de contrôler l'état des instruments.

Toutes les données sont enregistrées sur des disques magnéto-optiques puis sont archivées sur des CD /DVDs. Ces données peuvent être rejouées à bord pour produire des mosaïques d'images géoréférencées de
la zone d'étude. Ces images peuvent ensuite être traitées à terre sur des stations de travail plus puissantes.

Un produit final typique est montré ci-dessous (coulées de débris volcanique venant de l'île de Stromboli, campagne TOBI à bord N/O Urania en 1998). Chaque bande TOBI est large de 6 km. On peut voir ici 2 bandes et demi qui se succèdent d'Est en Ouest pour cartographier l'ensemble des coulées de débris volcaniques (en clair) qui peuvent s'étendre jusqu'à 12 km.

TOBI on R/V Marion Dufresne

TOBI (Towed Ocean Bottom Instrument) is based at the National Oceanography Centre in Southampton. TOBI provides high-resolution deep-sea surveys, using co-registered side-scan and swath bathymetry technology, to provide high quality three-dimensional images of the sea floor. Marine scientists use it worldwide on behalf of government departments and agencies, research institutes and industry. TOBI operates to depths of 6,000 metres and incorporates a 30 kHz, 6 km swath, high resolution side-scan sonar with swath bathymetry capability, and carries a variety of other scientific instruments; Sub-bottom chirp (6-10 kHz) profiler (up to 70 m penetration of sediment layers and sub-metre resolution), CTD (Conductivity, Temperature, Depth), 3-axis fluxgate magnetometer, LSS turbidity sensor, custom self logging devices (biological and chemical sensors)- application specific.

The TOBI vehicle weighs around 2.5 tonnes in air but is neutrally buoyant in water owing to its complement of syntactic foam. It has a total payload capacity of 400 kg and an open frame construction that simplifies the addition of extra instrument packages. Power, data and control signals are multiplexed on to a single coaxial cable contained within the steel torque balanced towing wire of up to 10 km in length (tow cable length to operating water depth is around 1.6:1 ratio).

TOBI is "flown" by its technical staff (left to right; Duncan, Dave & Andy) on a 4 hour on, 8 hour off watch keeper rota 24/7 during the time it is in the water. Duties include monitoring and controlling optimum altitude (350 - 600 metres depending on roughness of seabed terrain) and ship's speed (1.5 - 3.0 knots depending on tow cable length in the water). The only two controls for TOBI's flying altitude are tow cable length and ship's speed.

Data from the two side-scan channels (port & starboard) are corrected for geometric distortion before being displayed on both a high-resolution monitor (2nd left) and thermal paper record (below display). Sub-bottom profiler data are displayed directly to an on-line monitor (1st left) as a measure of vehicle altitude (used for flying), and to reveal sub-bottom reflections. Data from other sensors are displayed in digital form on 2 monitors (1st & 2nd right) to aid flying the vehicle and to observe instrumentation performance.

All data from the vehicle are stored on magneto-optical disks which are archived (burned) to compact disks / DVDs. These can be replayed to produce a corrected and geographically indexed mosaic of the surveyed area. Further image processing can be carried out on more powerful workstations.

A typical end product of image mosaicing is shown below (volcanic debris flow off the island of Stromboli, TOBI on R/V Urania 1998). Each TOBI image swath is 6 km wide and here we can see 2&1/2 swaths, with overlap for continuity, merged with a contour map of the island of Stromboli. The high intensity parts of the image show debris flows of up to 12 km.

Médecin de Bord

Je soussignée Dr JUBERT Isabelle, Médecin de bord, certifie que l'état de santé des scientifiques de la mission Smoothseafloor, ne présente pas ce jour de contre-indication médicale apparente à poursuivre leur mission. Après deux jours un peu houleux et nauséeux, tout le monde mange et s'hydrate sans difficulté... voir même avec grand plaisir.....  La première vague d'atchoum et maux de gorge semble derrière nous. 

Je suis médecin généraliste remplaçante sur l'île de la Réunion, Médecin du sport et Médecin de montagne (saison d'hiver en station en métropole). C'est mon premier embarquement sur le Marion et finalement les risques liés à l'environnement "marin" ressemblent beaucoup à ce que je fais d'habitude... Les activités à bord deviennent vite sportives et parfois glissantes, comme en témoignent certains bleus et petits traumatismes.

L'hôpital du Marion est très bien approvisionné. Une pharmacie, une chambre d'hospitalisation avec vue sur mer et une salle de consultation/intervention équipée notamment d'un vieux stérilisateur dans lequel je fais des gâteaux banane.

Avant le début des sessions de dragues, j'ai organisé pour ceux qui le désiraient des ateliers de formation : 

- Indication et utilisation d'un défibrillateur.

- Présentation d'Anne; notre super mannequin toujours prête pour un petit massage cardiaque et coup de poing sternal.

- Suture sur cuisse de poulet, don de Loïc le cuisto.

- Initiation aux injections sous-cutanées, intramusculaire et pose de perfusion.

Merci à l'équipe pour leur participation active et chaleureuse. Je sais maintenant que je pourrais compter sur de bons assistants. Et surtout merci à l'équipe de me faire partager leurs travaux et connaissances.

Le 8-12

De quart de 8h à midi et 20h à minuit, les membres en sont (de droite a gauche) : Julie, Chris, Vivien, Alain, Andy (en tenue de rouge de TOBI), Bénédicte. Nous bénéficions très souvent du soutien et de la bonne humeur d'Etienne et Duncan et bien sur de Mathilde (photo suivante) et de Dan (photo à venir) , les deux co-chefs de la campagne.

Aujourd'hui, jeudi 14 (jour des croissants), la première phase des  opérations TOBI se termine. Direction le coeur de la dorsale car  dragues et mesures CTD reprennent ce soir.


Les sites des CTD ont été sélectionnés de façon à détecter d'éventuels  panaches de gaz et particules dissous, signe d'une activité  hydrothermale à l'axe. Ceci va permettre à la « TOBI team » (Andy,  Duncan, Dave, soutenus par Chris) de décompresser alors que la « CTD  team » entre en action (Vivien et Dominique). Pour le reste du quart,  retour sur la coursive pour trier, scier et sélectionner les  échantillons les plus représentatifs voire exotiques de chaque drague. Combi de travail et chaussures de chantier de rigueur ! C'est l'occasion pour les moins aguerris dans le domaine de la pétrologie, d'affiner leurs connaissances à un rythme effréné.