Des prélèvements d’eau pour l’étude de minuscules particules précieuses

L’un des objectifs scientifiques de la campagne SWINGS était de comprendre l’évolution et le développement du phytoplancton dans l’océan Austral.

Le phytoplancton désigne l’ensemble des organismes unicellulaires qui se trouvent dans l’eau. La plus grande partie de ces organismes est composée de plantes ayant un mode de développement comparable à celui de la végétation terrestre. Elles fabriquent leur propre matière organique par le biais de la photosynthèse en utilisant de la lumière, du CO2 et des éléments nutritifs présents dans l’eau.

Mais dans l’océan, les éléments nutritifs diffèrent d’une région à une autre. L’océan Austral est par exemple riche en nitrate, phosphate, silicate mais dépourvu de fer. Ces éléments présents dans l’eau ont plusieurs sources : les sources hydrothermales abyssales, les fonds marins ou le ciel par l’intermédiaire des poussières atmosphériques.

Les scientifiques sont donc toujours en quête d’analyser ces flux de matières, opération relativement compliquée puisque la matière peut se disperser et se dissoudre à des vitesses différentes dans l’eau. C’est là que les traceurs – appelés aussi ‘éléments traces’ – entrent en jeu pour aider à l’analyse des éléments nutritifs de l’eau. C’est notamment le cas du Beryllium 7 que les scientifiques de la mission SWINGS ont mesuré massivement pour pouvoir en déduire les quantités de fer, zinc, nickel et cuivre « tombées du ciel » et contenues dans l’océan.

Le Bellyrium 7 : un traceur radioactif rare et précieux pour estimer la quantité de fer dans l’eau de mer

Le Beryllium 7 est un traceur radioactif qui est produit dans l’atmosphère lorsque des particules de rayonnement cosmique interagissent avec des atomes d’oxygène et d’azote. Ce traceur se dépose à la surface des océans, comme les poussières atmosphériques, puis finit par y pénétrer.

Le Beryllium 7 est précieux pour la science puisque sa radioactivité de courte durée assure sa provenance. Observé à la surface de l’eau, on peut être sûr que le Beryllium 7 ne peut pas avoir été transporté par les courants marins et qu’il provient nécessairement de l’atmosphère.

Dans l’atmosphère justement, les scientifiques connaissent bien la proportion de fer présent dans les poussières atmosphériques par rapport à la quantité de Beryllium 7. En mesurant la quantité de Beryllium 7 dans l’eau de mer, les scientifiques peuvent donc par une simple règle de trois, déduire les quantités de fer, mais aussi de zinc, de nickel et de cuivre « tombées du ciel » dans l’océan.

Mais si le Beryllium 7 est précieux, il est aussi rare et sa collecte demande le déploiement d’instruments de grande envergure. Pendant la campagne SWINGS, deux chercheurs américains des universités de l’Etat de Floride (FSU) et de Floride Internationale (FIU) – William Landing et Christopher Lopes – se sont chargés spécifiquement de la collecte des échantillons de Beryllium 7 pour les analyses. A bord du navire océanographique le Marion Dufresne, une pompe accrochée à un tuyau submersible a permis le prélèvement de 600 litres d’eau à différentes profondeurs jusqu’à maximum 200 mètres. Réalisée 5 à 6 fois, cette manipulation a permis de rassembler le maximum d’eau et de Beryllium 7 qui, au fur et à mesure qu’il s’éloigne de la surface, peut rapidement disparaitre par décroissance radioactive.

L’étude des particules : un protocole complexe et méticuleux

L’eau récoltée grâce à la pompe est ensuite stockée dans de grands réservoirs de 700 litres. Elle s’écoule ensuite doucement depuis leur base et passe par des cartouches faites de laine de verre et imprégnées d’oxyde de fer qui viennent ainsi absorber le Beryllium 7. Ce dernier est conservé à bord, dans des réfrigérateurs et congélateurs.

L’analyse des échantillons n’est réalisée qu’une fois de retour à terre puisque les instruments (comme le spectromètre gamma) nécessaires à ces analyses sont à la fois très fragiles et trop onéreux pour être embarqués pendant la campagne.

Étudier le développement du plancton demande donc tout un processus en amont qui requiert beaucoup de technicité et de patience, pour mieux comprendre la composition de l’océan et ainsi faire avancer la science.

En savoir plus

Rendez-vous sur le site : https://swings.geotraces.org/

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