Sur plusieurs champs de recherche, la baie de Concarneau par ses caractéristiques géologiques et physiographiques constitue un site privilégié pour l'étude des séries stratigraphiques holocènes encore bien conservées et continues. Sa morphologie actuelle ne montre en surface que la trace ténue de l'ancien réseau fluviatile dont les travaux de Menier et al. (2010) ont montré toute la complexité. Les premières études (e.g. Baltzer et al., 2014) menées dans la région de Concarneau montrent que cet environnement présente toutes les caractéristiques pour mieux comprendre les processus de formation des pockmarks (cratères sur les fonds marins liés à la sortie de fluide). La proximité géographique de ce chantier et la faible profondeur du fond marin offrent également l'opportunité de proposer une approche intégrant des séries temporelles de mesures multidisciplinaires et multi-échelles pour mieux comprendre in situ les processus de formation du gaz dans le sédiment, estimer sa cinétique, identifier les processus géochimiques dans lesquels ils sont impliqués durant leur migration dans la colonne sédimentaire jusqu'à leur devenir dans la colonne d'eau. Les résultats attendus permettraient en effet de comprendre la dynamique de dégazage et de déformation du fond marin. Le caractère expérimental de certaines acquisitions prévues, possible de par l'originalité de ce système, permettra donc de mieux comprendre les processus géologiques que nous étudions sur d'autres chantiers tels que le golfe de Gascogne et la Mer de Marmara.

Pour mieux comprendre la « machine fluide » de la baie de Concarneau, les résultats de la mission SYPOCO concernent plusieurs volets du compartiment géologique (surface et profond) et colonne d'eau :

(1) La cartographie du toit du substratum, du réseau de vallées incisées et de l'épaisseur du remplissage a mis en évidence une dichotomie entre la région au Nord et au Sud de la pointe de Trévignon (Belleney, 2018). La morphologie du réseau de vallées incisées obtenue à partir de la cartographie du substratum est en amont (zone Nord), de forme sinueuse et ramifiée, qui conflue en un seul drain dans la partie avale (zone Sud). La réactivation du jeu de failles (ESA-N120, failles-N60 et Kerforne-N150), en périphérie de la surrection de la partie centrale du Massif Armoricain, pourrait expliquer cette différence de comportement des blocs Nord et Sud de la baie, la compartimentation de la nature du socle géologique se juxtaposant à la forme du réseau hydrographique immergé (figure 1). L'héritage structural paraît jouer un rôle majeur dans le partitionnement de la zone. En effet, la zone de collusion des drains et de remplissage maximum correspond à la présence d'un socle à micaschistes qui fait la transition entre deux compartiments (Nord et Sud) de calcaires plissés et faillés. La différence de remplissage Nord/Sud (maigre/épais) se trouvant aux alentours de l'isobathe - 36 mètres, indiquerait à cette limite un stationnement du niveau marin au début de la transgression marine holocène. Un changement de régime de sédimentation au sein de la paléo-vallée et dans la baie de Concarneau est à envisager avec l'évolution de la vitesse de remontée du niveau de la mer vers 10 000 ans. De plus, l'ouverture de la passe de la Basse Jaune et des Moutons (respectivement à - 30 m et - 15 m) en lien avec la remontée du niveau marin, entrainant un changement du contexte hydrodynamique (houle/marée) pourrait expliquer les changements de remplissage sédimentaires plus récent comme la création de prismes sédimentaires sableux progradants au Nord-Ouest de la zone.

(2) L'analyse des carottes sédimentaires et des données sismique très haute résolution a permis de préciser la nature de la sédimentation holocène en la baie de Concarneau, comblée en partie par  un réseau de paléo-chenaux pléistocène  (Sommer-Delfolie, 2019). L'essentiel de la séquence sédimentaire se compose d'une vase silteuse parfois riche en turritelles. Parmi ces dépôts estuariens, un horizon sédimentaire grossier fortement coquillier, de quelques décimètres à plus d'un mètre d'épaisseur, s'intercale à la base de la dernière unité sédimentaire superficielle. Sa granulométrie et son tri médiocre caractérise des sédiments remaniés par les tempêtes et enregistre probablement une succession de péjorations climatiques entre 5500 et 500 ans cal BP sur les côtes Bretonnes. Les derniers siècles de sédimentation sont représentés par une unité silteuse, à faible taux de sédimentation, et caractérisée en surface au droit de la paléovallée de Kerforne, par un important champ de pockmarks. Ce lit coquillier couplé aux variations d'épaisseur de l'unité sédimentaire la plus récente, joue un rôle majeur dans la répartition et la densité des pockmarks en surface (figure 2).

(3) les caractéristiques géotechniques et sédimentologiques du champ de pockmarks de la Baie de Concarneau ont été étudiées  à partir des données de lithologie, granulométrie, MSCL, obtenues grâce aux ?domètres et aux piézomètres (Sombstay, 2021). Chaque site étudié a fait ressortir des caractéristiques spécifiques différentes selon la profondeur grâce à l'analyse sismique. Aucune « cheminée » d'expulsion de fluides pouvant être le témoin de la migration de gaz des sédiments vers la colonne d'eau n'est identifiée sur les données sismiques. Les résultats n'ont pas trouvé de liens évidents entre le réseau de failles dans le bassin éocène et la distribution des pockmarks (aucun alignement). Deux hypothèses sur le niveau de concentration en gaz sont possibles : Soit le gaz se concentre au toit de l'unité U3 (vases estuariennes) dans l'interface qui correspond à un dépôt grossier discordant (réflecteur de très forte amplitude correspondant à un milieu relativement perméable et peu compressible  cf. Sommer-Delfolie, 2019), soit il est lié à l'unité la plus récente U4 holocène. Toutes les données acquises ont montré que l'unité U4 composée de vases offshores (sédiments fins compressibles), dans lesquelles s'intercalent des niveaux plus sableux ou coquilliers, susceptibles d'emmagasiner les poches de gaz. L'hétérogénéité de cette couche contribue à la fois à la rétention et à la libération du gaz en surface. Comme le suggère les données piézométriques in-situ, la libération des fluides en surface est contrôlée par les changements de pression interstitielle en fonction des  marées. L'unité U4 qui drape le reste de la zone, dépourvue de pockmarks, est de nature différente et plus sableuse.

(4) Plusieurs carottes réalisées par carottier kullenberg et par plongeurs ont fait l'objet d'une investigation plus précise pour déterminer la présence de méthane (Hubert et al, 2018). Les carottes Kullenberg SYP-KS11 et SYP-KS21 ont été récupérées par zodiac immédiatement après leur prélèvement. La première étape a consisté à ouvrir des fenêtres de 10 cm sur 8 cm afin de réaliser les prélèvements pour le méthane, la porosité, et 4 seringues pour la mesure des taux de sulfato-réduction dans le cas de SYP-KS21 uniquement. Dans un second temps, des rhizons ont été placés environ tous les 10 cm pour extraire les eaux porales. Il a été décidé également d'échantillonner un pockmark déjà investigué par Dubois et al (2015) afin d'étudier une potentielle évolution temporelle (figure 3). La mesure de l'alcalinité de l'eau interstitielle est réalisée par titration rapidement après les prélèvements afin d'éviter toute évolution potentielle de la solution. Pour le dosage des sulfures, les échantillons ont été analysés sur place dans la continuité du prélèvement, assurant ainsi des résultats plus fiables. Par contre, l'analyse du méthane est réalisée par chromatographie en phase gazeuse (Perichrom® Pr2100) équipée d'un détecteur FID (Flame Ionisation Detector), couplée à un injecteur « headspace » statique (DANI® HSS 86.50) (Sarradin and Caprais, 1996). Les profils des carottes plongeurs et SYP-KS21 sont caractéristiques d'une séquence de diagénèse précoce classique (Libouban, 2019). La réduction des sulfates est très marquée sur le long de la colonne sédimentaire. Le méthane présent en profondeur est oxydé dans la SMTZ à 0,2 m. L'augmentation de la concentration en CH4 en dessous de la SMTZ témoigne de la dégradation de la matière organique par les bactéries via le processus de méthanogenèse décrite dans Schulz and Zabel (2013). La spéciation du soufre, la spéciation du fer ainsi que les teneurs en carbone, azote et soufre ont été réalisées (Sanlis, 2021). L'ACP montre que la teneur en carbone organique est plus importante dans les sédiments vaseux et que, peut-être, uniquement une petite quantité de méthane remonterait des pockmarks et qui pourrait expliquer le peu de différences observées entre les zones.

Figure 1 : Dichotomie géo-structurale de la baie de Concarneau (Belleney, 2018)

Figure 2 : Interprétation des chemins de migration des fluides qui seraient à l'origine du champ de pockmarks observés sur les fonds marins de la baie de Concarneau (Sommer-Delfolie, 2019)

Figure 3 : Emplacement d'un des sites de mesures géochimiques à partir des données SMF de SYPOCO (Hubert et al, 2018)