Bassin océanique

Exploration des bassins océaniques

Cartographier les caractéristiques du bassin océanique a été difficile pour plusieurs raisons. Tout d’abord, les océans ne sont pas faciles à parcourir ; ensuite, jusqu’à une époque récente, la navigation était extrêmement rudimentaire, de sorte que les observations individuelles n’étaient que vaguement corrélées les unes aux autres ; enfin, les océans sont opaques à la lumière – c’est-à-dire que les fonds marins profonds ne peuvent être vus depuis la surface de l’océan. La technologie moderne a donné naissance à des navires de recherche personnalisés, à la navigation par satellite et électronique, et à des instruments acoustiques sophistiqués qui atténuent certains de ces problèmes.

L’expédition Challenger, montée par les Britanniques en 1872-76, a fourni la première vue systématique de quelques-unes des principales caractéristiques des fonds marins. Les scientifiques à bord du HMS Challenger ont déterminé les profondeurs de l’océan au moyen de sondages par câble et ont découvert la dorsale médio-atlantique. Des dragues ont ramené des échantillons de roches et de sédiments du plancher océanique. La principale avancée en matière de cartographie n’a toutefois pas eu lieu avant la mise au point du sonar au début du XXe siècle. Ce système de détection de la présence d’objets sous l’eau par écho acoustique a fourni aux chercheurs marins un outil très utile, car le son peut être détecté sur plusieurs milliers de km dans l’océan (la lumière visible, par comparaison, ne peut pénétrer que dans une centaine de mètres d’eau).

Les systèmes sonar modernes comprennent l’échosondeur multifaisceaux Seabeam et le sonar à balayage GLORIA. Ils fonctionnent selon le principe que la profondeur (ou la distance) du fond marin peut être déterminée en multipliant la moitié du temps écoulé entre une impulsion acoustique descendante et son écho par la vitesse du son dans l’eau de mer (environ 1 500 mètres par seconde). Ces systèmes sonar multifréquence permettent d’utiliser différentes fréquences d’impulsion pour répondre à différents objectifs scientifiques. Des impulsions acoustiques de 12 kilohertz (kHz), par exemple, sont normalement utilisées pour mesurer la profondeur des océans, tandis que des fréquences plus basses, de 3,5 kHz à moins de 100 hertz (Hz), sont utilisées pour cartographier l’épaisseur des sédiments dans les bassins océaniques. Les très hautes fréquences de 100 kHz ou plus sont utilisées dans les sonars à balayage latéral pour mesurer la texture du fond marin. Les impulsions acoustiques sont normalement générées par des transducteurs piézoélectriques. Pour déterminer la structure du fond marin, des impulsions acoustiques à basse fréquence sont produites par des explosifs, de l’air comprimé ou une implosion par jet d’eau. Les systèmes de sonar proches du fond, tels que le Deep Tow de la Scripps Institution of Oceanography (à La Jolla, en Californie, aux États-Unis), produisent des images encore plus détaillées du fond marin et de la structure du sous-sol. L’ensemble Deep Tow contient à la fois des échosondeurs et des sonars à balayage latéral, ainsi que des instruments géophysiques associés, et est remorqué derrière un navire à faible vitesse à une hauteur de 10 à 100 mètres (33 à 330 pieds) au-dessus du fond marin. Il permet d’obtenir des mesures très précises d’éléments à une échelle encore plus fine que ce qui peut être résolu avec Seabeam et d’autres systèmes comparables.

Un autre système d’instruments notable est ANGUS, un traîneau à caméra remorqué en profondeur qui peut prendre des milliers de photographies haute résolution du plancher océanique en une seule journée. Il a été utilisé avec succès pour la détection de cheminées hydrothermales dans les centres d’étalement. Le chevauchement des images photographiques permet de construire des bandes de photomosaïques d’environ 10 à 20 mètres (33 à 66 pieds) de large qui révèlent des détails de l’ordre du centimètre.

Trois grands systèmes de navigation sont utilisés dans la géologie marine moderne. Il s’agit de systèmes électromagnétiques tels que le loran et les satellites en orbite autour de la Terre. Les réseaux de transpondeurs acoustiques de deux ou plusieurs stations placées sur le fond marin à quelques kilomètres de distance sont utilisés pour naviguer les instruments remorqués en profondeur, les submersibles et parfois les navires de recherche en surface lorsque la cartographie détaillée est effectuée dans de petites zones. Ces systèmes mesurent la distance entre l’ensemble des instruments et les sites des transpondeurs et, à l’aide d’une géométrie simple, calculent des repères précis à quelques mètres près. Bien que les transpondeurs individuels puissent être utilisés pour déterminer les positions par rapport au réseau avec une grande précision, la précision de la position du réseau lui-même dépend du système employé pour le localiser.

Les satellites en orbite terrestre tels que Seasat et Geosat ont mis au jour certaines caractéristiques topographiques importantes des bassins océaniques. Seasat, lancé en 1978, emportait en orbite un altimètre radar. Cet appareil a été utilisé pour mesurer la distance entre la trajectoire du satellite et les surfaces de l’océan et des continents à 0,1 mètre (0,3 pied) près. Les mesures ont révélé que la forme de la surface de l’océan est déformée par les caractéristiques du plancher océanique : les monts sous-marins massifs font que la surface se bombe au-dessus d’eux en raison de l’attraction gravitationnelle. De même, la surface de l’océan se déforme vers le bas au-dessus des fosses sous-marines profondes. À l’aide de ces mesures satellitaires de la surface de l’océan, William F. Haxby a calculé le champ de gravité à cet endroit. La carte de gravité qui en résulte offre une couverture complète de la surface de l’océan sur une grille de 5′ par 5′ qui représente cinq milles nautiques de chaque côté à l’équateur). Une couverture aussi complète n’est pas disponible à partir des échosondages effectués à partir de navires. Le champ de gravité à la surface de l’océan étant un indicateur très sensible de la topographie marine, cette carte révèle diverses caractéristiques jusqu’alors inexplorées, notamment des monts sous-marins, des dorsales et des zones de fracture, tout en améliorant le détail d’autres caractéristiques connues. En outre, la carte gravimétrique montre un modèle linéaire d’anomalies gravimétriques qui coupe obliquement le grain de la topographie. Ces anomalies sont les plus prononcées dans le bassin du Pacifique ; elles ont apparemment une largeur d’environ 100 km (environ 60 miles) et une longueur d’environ 1 000 km (environ 600 miles). Elles ont une amplitude d’environ 10 milligals (0,001 pour cent de l’attraction gravitationnelle de la Terre) et sont alignées ouest-nord-ouest – très proches de la direction dans laquelle la plaque du Pacifique se déplace sur le manteau en dessous.