Des recherches inédites dans l’océan Austral grâce au Polar Pod

Océan Atmosphère

Ce projet peut sembler un peu fou ! Le projet Polar Pod prévoit la construction d'une sorte de navire vertical qui effectuera dès fin 2023 deux tours du monde dans les eaux du Courant Circumpolaire Antarctique, le courant le plus puissant de l'océan mondial. Portée par les courants, sans coque, mais plantée dans les masses d’eau profondes grâce à un lest, cette structure innovante est conçue pour être stable même par forte houle, sans moteur et peu perturbant pour le milieu. Parce qu’il permet de rester sur zone toute l’année, cet outil ouvre la voie à des recherches inédites !

Après des années de préparation, ce projet hors normes, qui a mobilisé des équipes scientifiques aux côtés d’architectes et d’ingénieurs navals, est entré dans une étape opérationnelle avec le lancement de l'appel d'offre pour la construction du navire. Une conférence de presse, organisée ce mardi 16 mars, a permis de rassembler les partenaires privés engagés sur le financement des années de dérive à venir et d'annoncer le calendrier. Cette étape clé lance le passage en phase opérationnelle du programme scientifique et de médiation associé. L’expédition est portée par le Dr. Jean-Louis Etienne ainsi qu’un groupe de scientifiques, sous la coordination d’un comité directeur associant le CNRS, le CNES et l’Ifremer.

L’océan Austral présente de nombreuses particularités qui en font un terrain d’étude et de recherche d’intérêt majeur. C’est en effet le seul océan dont les eaux effectuent le tour du globe sans rencontrer de masse continentale. Il est le siège d'intenses échanges avec l'atmosphère qui engendrent des phénomènes physiques, chimiques et biologiques spécifiques, à différentes échelles spatiales et temporelles. Région clé pour le stockage océanique de l'excédent de chaleur, à la fois puits et source de CO2, l'océan Austral joue un rôle essentiel dans la régulation du climat. Par sa capacité à exporter massivement des matières nutritives vers d'autres latitudes, il impacte les écosystèmes de l'océan mondial. Enfin, il représente un réservoir de biodiversité marine encore très largement méconnu. C’est pour cet ensemble de raisons que la perspective du projet Polar Pod mobilise fortement la communauté scientifique internationale.

Bien sûr, plusieurs outils sont déjà à la disposition des scientifiques pour mener à bien des recherches dans l'océan Austral. Flotteurs-profileurs dérivant librement et animaux marins équipés de capteurs délivrent des données qui ont déjà permis des découvertes essentielles. Des missions océanographiques pluridisciplinaires de grande ampleur y sont également menées régulièrement depuis de nombreuses années (telle la mission SWINGS qui vient de rentrer), mais elles se font sur des zones et lors de périodes ciblées pour leurs intérêts spécifiques (en particulier, lors de l’été austral). Enfin, des capteurs embarqués à bord de satellites permettent le suivi de certaines caractéristiques de la surface de l'océan. Cependant, l'acquisition de données est limitée notamment en raison de l'importance de la couverture nuageuse qui engendre de nombreux biais et limite les mesures de calibration.

Dans ce contexte, la station à vocation océanographique Polar POD constitue un outil exceptionnel au service de la recherche. L’outil a en effet été conçu pour répondre aux attentes des scientifiques de plusieurs disciplines. Porté par les courants, sans coque qui interagirait avec la surface (ce qui limite la précision de certaines mesures, surtout en conditions de mer fortes), il est conçu pour être stable par forte houle, sans moteur et peu perturbant pour le milieu. Le concept se base sur l’expérience du FLIP, navire vertical de la SCRIPP (US), qui a montré le potentiel d’une telle structure. De plus, Polar POD est proche du « zéro émission », ce qui en fait un prototype dont les enseignements seront utiles pour une adaptation des navires du futur aux contraintes environnementales. Enfin, son autonomie énergétique va faciliter la programmation de missions longues lors de périodes peu ou pas accessibles jusqu'ici comme l’hiver austral.

Son dimensionnement (place, énergie…) a été pensé en fonction des besoins de l’équipe scientifique. L’outil dispose donc d'une grande capacité d'accueil de capteurs océanographiques et atmosphériques performants. Ces derniers (une quarantaine sont prévus à ce jour) ont été choisis pour fonctionner sur de longues périodes avec peu de personnels embarqués : 7 personnes, 3 marins et 4 opérateurs scientifiques qui pourront toutefois intervenir en temps réel. L’équipe à bord sera accompagnée à tout moment par une cellule à Terre, constituée de spécialistes des différents sujets, qui se relaieront. Alimenté par plusieurs éoliennes et batteries litium-ion, les instruments fourniront des observations qu’il sera possible de partager en temps quasi réel avec l’équipe à Terre. Les relèves d’équipage, opérées tous les 2 mois environ, seront également l’occasion de rapporter sur les continents les échantillons qui seront prélevés.

En raison des avantages offerts par le Polar Pod, la communauté scientifique internationale a manifesté un intérêt fort, ce qui a permis de proposer un programme scientifique organisé en 5 axes :

Échanges atmosphère-océan

L’océan Austral et un acteur essentiel du système climatique en raison de l’importance des échanges entre l’océan et l’atmosphère qui y ont lieu (énergie, flux de CO2…). Ces processus sont contrôlés par différents phénomènes comme les conditions météorologiques, la dynamique océanique à différentes échelles, les vagues, les bulles et les aérosols. Cependant, il existe encore de nombreux challenges à franchir pour être en mesure de simuler avec précision ces échanges entre l’océan et l’atmosphère. Ce sera l’objectif premier de cet axe : étudier l’amplitude et la variabilité spatiale et temporelle de ces échanges pour mieux comprendre les phénomènes et les représenter dans les modèles du futur.

Développement du potentiel des observations à distance (satellite, acoustique)

La diversité des observations viendra considérablement enrichir les bases de données utilisées dans le monde pour la calibration et la validation des observations spatiales dans cet océan (situations de vents et vagues fortes, qualité du phytoplancton, salinité…).

Par ailleurs, des hydrophones fonctionneront en continu, à plus de 75 mètres de profondeur, avec l’objectif de réaliser un inventaire sonore sous-marin et de développer des outils de détection des situations environnantes : impact sonore de la météo de surface, des tremblements de terre, craquements d’icebergs…

Recensement de la biodiversité

Virus, bactéries, phyto et zooplancton jusqu’aux prédateurs supérieurs :  la diversité des écosystèmes marins pourra être documentée pour la première fois à cette échelle et en toutes saisons. Siège d’adaptations spécifique à des conditions extrêmes, cette région représente une occasion inédite de mieux comprendre l’évolution de la diversité marine en fonction des conditions environnementales et donc en réponse aux changements climatiques. Le Polar Pod va permettre d’étendre considérablement les capacités d’échantillonnage en dérivant dans le courant qui circule autour de l’antarctique d’ouest en est sans rencontrer de continent, isolant ainsi les écosystèmes marins de l’océan subtropical. A proximité des îles, il sera également possible d’étudier l’impact des nutriments arrachés à la terre, qui fertilisent l’océan. Le Polar POD dérivera avec le courant dans un mouvement quasi lagrangien et sera équipé des tout derniers équipements automatisés imageurs du plancton, ce qui permettra de suivre en temps réel les communautés observées. Les capteurs acoustiques, radars et caméras permettront d’étudier les prédateurs tels que les cétacés et les oiseaux marins. L’ensemble de ces données sera intégré dans un modèle reliant la structure des écosystèmes, les cycles biogéochimiques et les conditions environnementales afin de mieux comprendre le présent et l’avenir de l’océan Austral et de ses ressources marine.

Impacts anthropiques

Si loin de la civilisation, les eaux du grand Sud sont-elles contaminées par les activités humaines ? Quelle est l’ampleur de la pollution chimique, plastique ou encore sonore ?

Le Polar Pod devrait nous en dire plus sur ces différentes pollutions de l’eau et de l’air (chimique, plastiques, aérosols…) sur l’ensemble du courant circumpolaire Antarctique et en toutes saisons. Cette base de données constituera une référence pour les études à venir.

Médiation

Aventure humaine et scientifique, cette exploration constitue un formidable vecteur de partage des sciences. Un programme de médiation de grande ampleur et un programme pédagogique sont prévus pour aller à la rencontre du plus grand nombre. Des films et des expositions immersives, accompagnés dès 2022 d’évènements particuliers (minibus aménagés, concours de mini Polar Pod, Arts et Sciences…) permettront une diffusion large des enjeux de la recherche océanographique et environnementales dans leur ensemble.

Ainsi, cette aventure scientifique sera tout à la fois un bel exemple de coopération de la recherche internationale, et un vecteur de découvertes, d’innovation et de partage des sciences.

En savoir plus

  • Contacts CNRS
    • Coordinteur scientifique : David Antoine, Directeur de recherche CNRS à l’Observatoire océanologique de Villefranche-sur-Mer
      et professeur à Curtin University (Australie)
    • Directrice du programme de médiation et valorisation sociétale du Polar Pod : Séverine Alvain, chercheuse CNRS, chargée de médiation scientifique pour le CNRS
  • Le site du projet Polar Pod