MOMARSAT2020

Type Campagne océanographique
Série Cette campagne fait partie de la série de campagnes MOMARSAT : MONITORING THE MID ATLANTIC RIDGE
Navire Pourquoi pas ?
Propriétaire navire Ifremer
Dates 04/09/2020 - 04/10/2020
Chef(s) de mission SARRADIN Pierre-Marie ORCID, LEGRAND Julien ORCID

ETUDES DES ECOSYSTEMES PROFONDS

IFREMER Centre de Bretagne

ZI Pointe du diable

CS 10070

29280 PLOUZANE

+33 (0)2 98.22.43.67

DOI 10.17600/18000684
Objectif

La série de campagnes MoMARSAT (https://doi.org/10.18142/130) assure la maintenance annuelle de l'observatoire EMSO-Açores sur le champ hydrothermal Lucky Strike. Cet observatoire fond de mer est opéré depuis 2010 et vise à acquérir des séries temporelles ¿10 ans sur les processus hydrothermaux, tectoniques, volcaniques et les écosystèmes d'un site hydrothermal actif de la dorsale médio-Atlantique. Il fait partie du réseau européen EMSO ERIC (European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory - http://emso.eu/), soutenu en France par l'Infrastructure de Recherche (MESR) EMSO-FR dont le pilotage est assuré par une collaboration Ifremer/CNRS.

La zone d'étude fait partie de la ZEE du Portugal et d'une « Zone Marine Protégée » (OSPAR).

La campagne LuckyDivMic est cette année intégrée à la campagne MoMARSAT.

 

Procédure COVID : à cause de la pandémie, une procédure spécifique a été mise en place pour la totalité des embarquants. Les équipes ont été confinées dans un hôtel durant une semaine à Digne, avec deux tests PCR. L'embarquement a eu lieu à Toulon. Durant une semaine, les gestes barrières ont été appliqués (aucun positif). Un médecin était embarqué exceptionnellement. Le débarquement a eu également lieu à Toulon.

 

La campagne LuckyDivMic (PI Anne Godfroy, https://doi.org/10.17600/18001345)

Les édifices hydrothermaux actifs sont des structures minérales poreuses soumises à un gradient physico-chimique abrupt qui résulte du mélange entre le fluide hydrothermal chaud et réduit (300°C et plus) et l'eau de mer froide et oxygénée (3-4°C). La diminution de la température est associée au passage anaérobiose/aérobiose. Les communautés microbiennes qu'ils hébergent sont soumises à ces changements de conditions d'oxygénation, de température et aux variations de la nature des donneurs et des accepteurs d'électrons, changements qui vont conditionner la nature des organismes et métabolismes mis en ?uvre. Si la diversité des communautés microbiennes des cheminées hydrothermales est bien documentée et bien qu'il existe quelques études sur les processus de colonisation des édifices hydrothermaux, de nombreuses questions demeurent : 1) Quels sont les premiers colonisateurs des cheminées hydrothermales, 2) comment les populations microbiennes se succèdent elles au fur et à mesure de la croissance de l'édifice et 3) les modifications de la structure de ces communautés sont-elles directement liées à la composition minérale de l'édifice et du fluide hydrothermal ?

L'objectif du projet LuckyDivMic (1 jour en 2018 et 2 jours en 2019) est  de réaliser un échantillonnage plus exhaustif de cheminées actives du champ hydrothermal de Lucky Strike systématiquement associé aux prélèvements de fluides hydrothermaux afin d'établir et de contraindre les liens entre diversité microbienne, phases minérales et apports du fluide hydrothermal. Le décalage de la deuxième partie de la campagne LuckyDivMIC en 2020 nous a conduit à compléter l'échantillonnage des édifices hydrothermaux réalisé en 2018 et lors de MoMARSAT 2019 par des mesures d'activité métaboliques microbiennes utilisant des radio-traceurs 14C et l'étude du fractionnement isotopique 13C à partir de prélèvements et d'incubations isobares réalisées grâce au préleveur IBIS afin de  comprendre l'importance des processus chimiolithotrophes qui demeurent très peu explorés dans les écosystèmes hydrothermaux. Ces processus à l'interface biosphère ¿géosphère ont un rôle crucial dans le fonctionnement des écosystèmes hydrothermaux en permettant le transfert de carbone organique vers les échelons trophiques supérieurs. 

 

La campagne MoMARSAT

Le dispositif EMSO-Açores comporte une infrastructure d'observatoire au sens strict : une bouée (BOREL) assurant le transfert des données vers un serveur à terre ainsi que la communication avec les instruments connectés, et deux stations d'observation (SEAMON) au fond, qui communiquent par acoustique avec la bouée de surface et sur lesquelles sont connectés les instruments. La bouée BOREL est également instrumentée avec une station météorologique, un GPS géodésique, un capteur OTN (2019), et, à 25 m de profondeur, un capteur de pH/CTD en phase de test (2019). Suite à une rupture de sa ligne de mouillage en février 2020, la bouée BOREL a été récupérée par le navire portugais Archipelago et stockée à Horta de février à Septembre. Le navire s'est dérouté durant le transit entre Toulon et Lucky Strike pour aller chercher la bouée.

La première station d'observation (SEAMON Ouest) est déployée au centre du lac de lave fossile caractéristique du champ hydrothermal Lucky Strike est dédiée à des études de géophysique. Un OBS (Ocean Bottom Seismometer) et une jauge de pression permanente (JPP) sont connectés à cette station. La seconde station (SEAMON EST) est déployée à la base de l'édifice actif Tour Eiffel et nous permet d'étudier les interactions entre la circulation hydrothermale, les facteurs physico-chimiques, la dynamique de la faune à l'échelle d'un édifice. Sur cette station sont connectés un module d'observation biologique (TEMPO- avec une caméra HDTV et 4 projecteurs, capteurs de température, oxygène, fer dissous), un préleveur de fluides hydrothermaux équipé d'un module colonisateur microbien (CISICS- non redéployé en 2020), un capteur de chlorinité / température (BARS - non redéployé en 2020), un turbidimètre et un capteur d'oxygène dissous et température. Une nouvelle chaîne de thermistances (70m, 100 capteurs de température) a été déployée pour caractériser l'habitat de Tour Eiffel sur un an.

Les données scientifiques et techniques acquises par l'infrastructure sont transmises 4 fois par jour au centre Ifremer de Brest (Data Centre) et sont disponibles en ligne (http://www.emso-fr.org/fr/EMSO-Azores).

Le dispositif d'observation comprend en outre des instruments autonomes, qui stockent les données en interne : un préleveur séquentiel de fluides hydrothermaux autonome (DEAFS), un réseau de 4 hydrophones (HYDROCTOPUS) et de 4 OBS, 2 jauges de pression permanente (JPP), 36 sondes autonomes de température des fluides hydrothermaux et des zones de mélanges, 7 courantomètres autonomes disposés sur le fond, 6 colonisateurs biologiques et microbiologiques, et un mouillage océanographique.

Les opérations de maintenance comportent la relève de l'infrastructure BOREL-SEAMON et des instruments connectés, leur reconditionnement à bord, puis leur redéploiement. La relève et le redéploiement des instruments autonomes sont assurés soit au cours des interplongées du sous-marin pour le mouillage océanographique, soit par des plongées du sous-marin dédiées pour les autres capteurs et les prélèvements.

Les colonisateurs géomicrobiologiques déployés en 2018 sur les sites Aisics et Capelinhos ont été récupérés et remplacés. Le colonisateur Biolucky associé à DEAFS, déployé sur le site de Montségur, a également été récupéré. Des tapis riches en oxydes de fer ont été prélevés sur les sites de Nord Tour Eiffel, Capelinhos pour compléter la série temporelle initiée en 2016, et de nouveaux tapis  riches en fer ont été prélevés sur les sites de Sud-Isabel, Lac de Lave, Y3 et Ouest Sintra pour initier des comparaisons inter-sites. Ces échantillons ont été conditionnés à bord pour réaliser du criblage des ARNr 16S, de la metagénomique et métatranscriptomique, de l'identification des protéines responsables de la fer-oxydation, de l'imagerie en FISH.

Dans le cadre de l'étude de l'arrangement spatial des assemblages fauniques, trois reconstructions 3D d'édifices actifs (Tour Eiffel, Capelinhos et Sintra) et diverses mosaïques OTUS ont été réalisées. Parallèlement, 4 courantomètres et une chaîne de thermistances ont été déployés pour caractériser l'habitat de Tour Eiffel sur un an. Le déploiement de chaînes de température et du module caméra Tempo permettront de surveiller un an de plus les variations de ce microenvironnement à l'échelle infra-annuelle. Les nombreuses mesures Chemini ont permis de caractériser l'habitat filmé par Tempo, de lier les valeurs de température mesurées par la chaîne de thermistance avec des valeurs de concentrations en soufre et fer ainsi que de surveiller l'évolution des quadrats mis en place pour le projet MERCES. Un essai du prototype ELFES (aspirateur de faune) a été réalisé et différents échantillons biologiques ont été prélevé (Peltospira smaragdina, petites modioles Bathymodiolus azoricus).

 

Projets associés

En 2019, un programme d'acquisition spécifique (TUSIG, Financement ISBLUE, B. Ferron et al.) a été initié afin de caractériser la turbulence petite échelle, de cartographier la marée interne et de débuter la cartographie géochimique du panache hydrothermal. Ce programme a continué en 2020 avec le premier déploiement de la nouvelle plateforme d'observations de la turbulence 3D MicroRiYo@Sea. Le mouillage 'MicroRiYo' doit permettre à terme d'obtenir 200 à 300 profils verticaux de l'intensité de la turbulence océanique et du mélange des masses d'eau. Le mouillage a été mis à l'eau pour la première fois sur la campagne Momarsat. Des profils complémentaires de CTD/LADCP ont été réalisés à proximité afin de mieux cerner l'influence des courants sur le mouillage.

Les missions MoMARSAT contribuent aux WP1, WP2, WP3 et WP4 du projet européen iAtlantic. L'échantillonnage de crevettes et gastéropodes hydrothermaux vont contribuer à caractériser le flux de gènes contemporain le long de la dorsale médio-Atlantique (WP1). Les visites répétées au niveau du champ permettent l'acquisition d'un grand jeu de données d'images sous-marines et de mesures environnementales utilisées pour la cartographie spatio-temporelle des habitats et des communautés à l'échelle des édifices et du champ (WP2, WP3). Les données acquises par l'observatoire contribueront à identifier les facteurs environnementaux structurant la biodiversité hydrothermale, mais aussi pour calibrer des modèles hydrodynamiques hautes résolutions.

Le projet FORAVENT (financement ISBLUE, P.A. Dessandier) a pour objectifs de caractériser le microhabitat des faunes de foraminifères benthiques via l'analyse de la géochimie des sédiments (carbone organique, azote, isotopes stables de la matière organique) et de l'eau interstitielle (sulfates, sulfures, métaux) et d'analyser la distribution (densité et diversité) des faunes vivantes (colorées à la phloxine) et mortes de surface de manière à déterminer l'écologie des espèces en zones actives, périphériques et référence. En dernier lieu, la mesure des isotopes stables et éléments traces sur les coquilles de foraminifères benthiques vivants permettra la calibration du potentiel bio-indicateur des émissions de fluides, potentiellement applicable aux enregistrements paléo-environnementaux. 15 carottes lames ont été prélevées sur 7 stations à l'Est et à l'Ouest de Tour Eiffel, au Nord, au Sud et en périphérie de Montségur, à proximité de Capelinhos et South Crystal.

Une partie du programme de prélèvement et d'expérimentation s'intègre dans les projets MERCES (WP4 leaded by Telmo Morato ¿IMAR- Pt and Andrew Sweetman ¿HWU-UK) et ECOREF project (PI M. Matabos, Funding by Equinor) avec pour objectif spécifique d'évaluer la résilience d'un assemblage de modioles et de comprendre les processus de recolonisation.

Le développement d'un nouvel observatoire pour l'observation d'un écosystème de coraux froids dans le Golfe de Gascogne a débuté dans le cadre du projet MarHa (LIFE16 IPE FR001). Deux essais de déploiement de cette nouvelle structure n'utilisant pas de lest perdu ont été effectués durant la campagne.

Des prélèvements du crabe Segonzacia mesatlantica et de la crevette Mirocaris fortunata sont effectués chaque année et fournis à Océanopolis (Brest) dans le cadre de l'exposition permanente « Abyssbox ».

 

La campagne MoMARSAT et l'observatoire EMSO-Azores s'intègrent donc dans les projets suivants : 

  • EMSO ERIC (European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory, www.emso-eu.org/, DG J. Danobeitia) and EMSO link (PI P. Favalli, H2020 Grant agreement No. 731036).
  • MERCES (Marine Ecosystem Restoration in Changing European Seas, www.merces-project.eu/, Coordinator Roberto Danovaro Università Politecnica delle Marche, Italy, H2020 grant agreement No 689518)
  • ECOREF (Ecological COnnectivity between active and inactive sites: REcolonization dynamics and Functional links. PI M. Matabos, Funding from EQUINOR).
  • iAtlantic (Integrated assessment of the Atlantic Marine Ecosystems in space and time, http://www.iatlantic.eu/, coordinator M. Roberts University of Edinburgh, grant agreement No 818123).
  • Abyssbox : Aquarium pressurisé présentant au grand public depuis 2012 des crabes et crevettes prélevés sur le champ hydrothermal Lucky Strike, à Océanopolis Brest. PI D. Barthélémy.
  • ISBLUE Interdisciplinary graduate school for the blue planet  (ANR-17-EURE-0015). PI A.M. Tréguier https://www.isblue.fr/
  • MarHa - Marine Habitat project - PI J. Delavenne OFB, LIFE16 IPE FR001. PI Julie Tourolle pour la contribution Ifremer.

 

Les données acquises durant la campagne sont disponibles en ligne :

  • les données acquises par l'infrastructure via le portail - http://www.emso-fr.org/fr/EMSO-Azores.
  • les données vidéo acquises par le ROV Victor sur le portail Vidéo Sciences Marines - http://video.ifremer.fr/.
  • les rapports de campagnes et de plongées sur le portail du catalogue des campagnes https://www.flotteoceanographique.fr

Données publiées

Gautier Laurent, Chauvet Adrien, Matabos Marjolaine, Sarradin Pierre-Marie (2023). COSTOF2, technical data from BOREL, node of the BOREL buoy, 2020-2021. https://doi.org/10.17882/95043


Gautier Laurent, Chauvet Adrien, Matabos Marjolaine, Sarradin Pierre-Marie (2023). COSTOF2, technical data from SeaMoN East, node of the EMSO-Azores observatory, 2020-2021. https://doi.org/10.17882/95035


Données archivées au Sismer

Opérations de Prélèvements

Plongées

Mouillages

Bibliographie

Publications

Van Audenhaege LoicORCID, Sarrazin JozeeORCID, Legendre Pierre, Perrois Garance, Cannat Mathilde, Arnaubec Aurelien, Matabos MarjolaineORCID (2024). Monitoring ecological dynamics on complex hydrothermal structures: A novel photogrammetry approach reveals fine‐scale variability of vent assemblages. Limnology And Oceanography, 69(2), 325-338. Publisher's official version : https://doi.org/10.1002/lno.12486 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00869/98127/


Astorch-Cardona Aina, Odin Giliane P., Chavagnac Valérie, Dolla Alain, Gaussier Hélène, Rommevaux Céline (2024). Linking Zetaproteobacterial diversity and substratum type in iron-rich microbial mats from the Lucky Strike hydrothermal field (EMSO-Azores observatory). Applied And Environmental Microbiology, 90(2), e02041-23 (20p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.1128/aem.02041-23 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00871/98287/


Van Audenhaege LoicORCID, Mahamadaly Vincent, Price David, Sneessens Alexandre, Cawthra Hayley, Delamare Clément, Danet Valentin, Delsol Simon, Devillers Rodolphe, Gazis Iason-Zois, Urbina-Barreto Isabel (2023). Workshop on 3D mapping of habitats and biological communities with underwater photogrammetry. Research Ideas and Outcomes, 9, e115796 (22p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.3897/rio.9.e115796 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00864/97597/


Astorch-Cardona Aina, Guerre Mathilde, Dolla Alain, Chavagnac Valérie, Rommevaux Céline (2023). Spatial comparison and temporal evolution of two marine iron-rich microbial mats from the Lucky Strike Hydrothermal Field, related to environmental variations. Frontiers In Marine Science, 10, 1038192 (15p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1038192 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00819/93134/