Des prélèvements d’eau pour l’étude de métaux en traces dans l’océan Indien Sud

L’objectif scientifique de SWINGS est de mieux comprendre comment l’océan participe à la régulation du climat, en particulier via la pompe biologique.

A la surface de l’océan, vivent et dérivent des algues microscopiques, connues sous le nom de phytoplancton. Le phytoplancton fabrique de la matière organique par le biais de la photosynthèse en utilisant l’énergie du soleil, le CO2 et des éléments nutritifs présents dans l’eau.La production de cette matière organique est appelée production primaire et est à la base de la chaîne alimentaire. En bas de cette chaîne, une partie de la matière organique produite (pelotes fécales, cellules mortes, détritus) quitte la surface et migre vers le fond. Le CO2 est ainsi transféré de la surface vers les plus grandes profondeurs et stocké dans les sédiments pour des millénaires. Ce phénomène de séquestration du CO2 dans les profondeurs par l’intermédiaire de l’activité photosynthétique est appelé pompe biologique de carbone. Il limite la quantité de CO2 présent dans l’atmosphère et participe à la régulation du climat.

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.

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