La course aux abysses. Quand ? Comment ? Pourquoi ?

Moins connue que la course à la Lune, la course aux abysses présente pourtant de nombreuses similitudes avec l’exploration spatiale moderne. Cet article se concentre sur l’histoire moderne de l’exploration sous-marine des abysses qui a démarré au début du XXème siècle et se poursuit encore aujourd’hui avec la récente performance des chinois dans le Pacifique. Bienvenue dans le bathyscaphe de Sea(e)scape qui descend dans le temps et dans les profondeurs des océans pour vous faire découvrir cette aventure humaine hors norme, qui n’a rien à envier à l’exploration spatiale. Vous allez vous rendre compte que, comme une grande partie de l’exploration humaine, celle-ci est principalement motivée par des raisons politiques et économiques.

C’est profond comment l’océan ?

Avant de vous conter l’épopée des explorateurs des profondeurs océaniques, penchons-nous quelques instants sur la morphologie des fonds marins. Tout d’abord, la profondeur moyenne de l’océan (oui, fonctionnellement parlant il n’ y a qu’un unique océan sur notre petite planète) est d’environ 3 700 mètres. Finalement, la maigre portion d’océan que nous voyons depuis le littoral n’est comparativement qu’un pédiluve. Ce chiffre peu cependant être trompeur et laisser penser que fond marin est plat et uniforme. Il n’en est absolument rien.

La carte du relief des fonds marins. Les dorsales océaniques sont bien visibles ainsi que les fosses à l’ouest de l’océan Pacifique. Illustration (Creative Commons) : Berann, Heinrich C., Heezen, Bruce C., Tharp, Marie.

Tout comme les terres émergées, le plancher océanique présente un relief très marqué avec des montagnes, des plaines et des falaises (ou tombants). Les montagnes sous-marines forment les fameuses dorsales, lieu de divergence des plaques tectoniques1 et de formation de la croûte océanique. Les dorsales se situent en moyenne à 2 500 m de profondeur. Voilà pour les bosses de l’océan mais qu’en est-il des creux ? Les dépressions du plancher océanique sont appelées des « fosses sous-marines ». Elles se situent en marge des dorsales du fait de la divergence des plaques océanique ou bien dans les zones de convergence entre une plaque continentale et une plaque océanique. La fosse la plus profonde, et également la plus connue, est la fosse des Mariannes dans l’ouest de l’océan Pacifique qui atteint la profondeur de 10 984 mètres. Le relief très marqué de l’océan est entrecoupé par des aires relativement planes qui s’étendent sur de grandes surfaces : les plaines abyssales. Elles se situent principalement entre 4 000 et 6 000 mètres de profondeur.

Les différents types de reliefs océaniques. Illustration : Arnaud Abadie.

Maintenant que vous êtes plus familier avec la morphologie des fonds océaniques, intéressons nous au principal lorsqu’il s’agit d’exploration sous-marine. Je veux bien évidemment parler de la couche d’eau qui recouvre les plaines abyssales, les fosses marines et les dorsales océaniques. Différents étages océaniques sont définis en fonction de la profondeur et des organismes qui y vivent. Nous parlons ici d’étages pélagiques, c’est à dire qui se situent dans la colonne d’eau ; par opposition aux étages benthiques qui se trouvent sur le fond. La distribution et la composition des espèces qui vivent dans le premier étage appelé « épipélagique » est fortement dépendante de la quantité de lumière disponible. Au delà de 200 m de profondeur, c’est l’obscurité la plus totale, plus aucune énergie lumineuse n’est présente. Ce sont ensuite la température et la profondeur (et par extension la pression) qui définissent les étages suivants. Les abysses (ábyssos en grec) signifient « sans fond » et se situent au-delà de 4 000 m de profondeur. L’étage le plus profond est l’étage hadale (qui débute à 6 000 mètres de profondeur) et correspond aux fosses marines. La pression y est 1 100 fois supérieure à la pression atmosphérique au niveau de la mer (3 150 kg/cm2), tandis que la température y est d’environ 3° C.

Les différents étages océaniques correspondant aux zones de vie des organismes benthiques et pélagiques. Illustration (Creative Commons) : SuperManu.

C’est bien évidemment les fosses océaniques qui ont attirés les océanographes, dans un premier temps, puis les explorateurs, et tout particulièrement la fosse des Mariannes mentionnées plus tôt qui, dés sa découverte « accidentelle » en 1875 par le navire britannique Challenger, est le but ultime guidant l’ensemble des développement technologiques du siècle suivant qui permettront à l’être humain d’atteindre de telles profondeurs. Bienvenue dans la course à la profondeur, bienvenue dans les abysses !

William Beebe et Otis Barton : les précurseurs de l’exploration profonde

Toute course à un début et une fin dans l’espace et dans le temps. En ce qui concerne l’espace ce n’est pas compliqué : la surface est le départ et la fin le fond de la fosse de Marianne, le point le plus profond de la Terre. S’il fallait situer le début de cette course dans le temps, ce serait les premières explorations profondes en bathyscaphe. Avant cela, les plongées « profondes » se limitaient à quelques dizaines de mètres de profondeur en utilisant principalement des cloches à plongeurs, les premier prototypes remontant au XVIème siècle.

Gravure de la cloche de Halley créé en 1690. Illustration de Louis Figuier publiée dans Les Merveilles de la science, 1867 – 1891, Tome 4.

Les prémices de l’exploration profonde débutent avec la bathysphère créé en 1928 par Otis Barton, un plongeur et inventeur américain, et financé par William Beebe, un naturaliste et explorateur également américain. La bathysphère, dans sa version finale, était une sphère en fonte de 1,4 mètres de diamètre avec une paroi en acier épaisse de 40 centimètres. Son poids était d’environ 1800 kilos. Elle comportait un hublot circulaire de 38 centimètres de diamètre. Le câble en acier reliant la bathysphère au navire de surface, long de 1 000 mètres, comprenait également une ligne téléphonique permettant aux occupants de la bathysphère de communiquer leur observations à la surface.

Le 6 mai 1932, Beebe et Barton embarquent dans la bathysphère pour sa première descente habitée (après plusieurs essais réussis à vide) aux large des Bermudes. Malgré des entrées d’eau dès 90 mètres de profondeur et un court-circuit électrique, les deux explorateurs atteignent la profondeur de 243 mètres (800 pieds) et établissent ainsi le record mondial de profondeur pour des êtres humains. Deux ans plus tard, le 15 août 1934, après de nombreuses descentes et repoussant sans cesse leur propre record de profondeur, ils atteignent la profondeur de 922 mètres (3 028 pieds). Il garderont ce record mondial pendant 15 ans.

William Beebe (à gauche) et Otis Barton (à droite) posant à côté de la bathysphère (au centre). Photo : U.S Federal Government, Domaine public.

En 1960 on touche le fond

Tout comme la course à la Lune, la suite de l’histoire est une course à la profondeur entre la France/Belgique et les États-Unis. A la grande différence de la bathysphère, les nouveaux véhicules d’exploration des profondeurs sont autonomes et ne sont donc plus physiquement reliés à un navire en surface. Dans un premier temps, c’est le FNRS (fonds de recherche scientifique), un organisme public belge de recherche, qui démarre cette course en finalisant en 1948 la construction du bathyscaphe FNRS II (sa construction ayant débuté en 1937 et mise en pause durant la Seconde guerre mondiale). Après un premier essai infructueux endommageant l’engin en 1948, le FNRS II a été vendu à la marine nationale française qui l’améliora et lui donna le nom de FNRS III. Dans sa version finale ce bathyscaphe de 16 mètres de long pour un poids de 11 tonnes est équipé d’une sphère en acier avec des parois de 15 centimètres d’épaisseur capable d’accueillir deux personnes.

Le 15 février 1954, le FNRS III atteint la profondeur de 4 050 mètres au large de Dakar avec pour équipage les deux français Pierre Willm et Georges Houot. Un nouveau record du monde est ainsi établit, cependant ce dernier ne va tenir que 6 ans.

Le bathyscaphe FNRS III exposé à Toulon près du port du Mourillon. Photo (Creative commons) : Yves Tennevin.

En 1958, la marine américaine rachète à l’explorateur suisse Auguste Picard son bathyscaphe le Trieste. Ce dernier a été construit en 1953 en Italie avec des capitaux suisses et italiens. Le 23 janvier 1960, après une descente de 4 heures et 47 minutes, le Trieste atteint la profondeur de 11 521 mètres (plus tard révisée à 10 916 mètres) dans la fosse des Mariannes avec à son bord le suisse Auguste Picard et l’américain Don Walsh. Malgré d’autres descentes profondes de la marine nationale française, avec notamment une plongée à 9 545 mètres de profondeur en 1962 avec le bathyscaphe Archimède, la prouesse du Trieste restera inégalée pendant des décennies.

Le bathyscaphe le Trieste lors de sa mise à l’eau pour des essais. Source : Art collection, U.S. Naval History and Heritage Command website.

La course vers le point le plus profond de l’océan est terminée et les américains en sont les vainqueurs. Le Trieste et l’Archimède réaliseront avec succès des dizaines de plongées d’exploration au cours des années qui suivirent, remontant à la surface des connaissances inestimables au vu de notre ignorance en qui concerne l’océan profond.

Entre exploration et exploitation

Le succès des bathyscaphes et la validation de leur fiabilité avec des plongées répétées à plusieurs milliers de mètres de profondeur ouvre la voie à l’exploration scientifique des abysses. Un nouvelle version du Trieste voit le jour en 1964 et enchaîne des centaines de plongées scientifiques jusqu’à sa démobilisation en 1983. De son côté l’Archimède fait de même avec 226 plongées entre 1961 et 1974. Dès le milieu des années 1960, ce sont des véhicules entièrement autonomes qui sont employés et non des bathyscaphes capables de seuls mouvement verticaux. C’est le règne des sous-marins.

Le submersible Alvin dans l’océan Atlantique en 1978. Photo (domaine public) : NOAA.

L’un des plus connus de ces sous-marins (dit de poche par opposition aux sous-marins de guerre beaucoup plus grands) est l’Alvin de la marine américaine, mis en service en 1964. Ce submersible, toujours en servie, peut embarquer deux scientifiques et un pilote pour des plongées de 9 heures jusqu’à 4 500 m de profondeur. C’est une véritable légende de l’exploration des abysses avec plus de 4 000 plongées à son actif. Parmi les nombreuses mission réalisées avec l’Alvin, l’une des plus remarquables est la découverte des « fumeurs noirs », des sources hydrothermales sous-marines, sur la dorsale médio-atlantique en 1979. Cette découverte bouleverse les connaissances en géologie et en biologie marine avec notamment l’étude des vers tubicoles colonisant les parois des fumeurs noirs et vivant dans un environnement sursaturé en dioxyde de soufre, un composé hautement toxique pour les autres formes de vies. Au final, c’est un écosystème entier qui se révèle sous les yeux des scientifiques de l’époque et qui continue à fournir son lot régulier de découvertes.

La cheminée d’un fumeur noir à 3 300 mètres de profondeur dans le champ hydrothermal de Logatchev sur la dorsale médio-atlantique. Photo (Creative Commons) : MARUM − Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen.
Une colonie de vers tubicoles sur la cheminées d’un source hydrothermale. Photo (domaine public) : NOAA.

La seconde exploration, beaucoup plus connue du grand public, est celle en 1986 de l’épave du Titanic reposant par 3 821 mètres de profondeur. Cette mission, dirigée par l’océanographe américain Robert Ballard a notamment permis de remonter des vidéos sous-marines de l’épave. L’exploration de l’épave du Titanic nous amène à parler d’un second submersible très connu : le Nautile de l’IFREMER.

La proue de l’épave du Titanic photographiée en 2004 par le ROV Hercules. Photo (domaine public) : NOAA.

Le Nautile est un sous-marin de 8 mètres de long mis au point par l’IFREMER (l’Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer) et assemblé à Toulon. Il est capable d’intervenir jusqu’à 6 000 mètres de profondeur et embarque trois personnes. Mis en service en 1984, il réalise trois ans en plus tard (en 1987) une mission sur l’épave du Titanic et participe à la récupération de plus de 1 800 objets au cours de 32 plongées. Le Nautile participe également en 2002 à l’inspection de l’épave du pétrolier Prestige coulé au large de la Galice. En 2010, il est déployé lors de la découverte d’une nouvelle dorsale active dans l’océan Pacifique au large de Wallis et Futuna.

La maquette taille réelle du sous-marin Nautile exposée à la cité des Sciences et de l’Industrie de la Vilette à Paris.

Parallèlement aux missions d’exploration décrites précédemment, qui sont dédiées à la science, à la sécurité ou à l’archéologie, l’exploration des abysses trouve une motivation économique avec la possibilité d’exploitation minière sur le plancher océanique. Il est ici question de nodules polymétalliques, des concrétions principalement constituées de fer et de manganèse ainsi que d’autres métaux tels que du cuivre, du nickel, du cobalt. A ce cocktail de métaux déjà riche s’ajoutent des éléments rares dans une moindre proportion (baryum, titane). Ces nodules sont le fruit de phénomènes géologiques menant à une croissance lente de la concrétion de l’ordre du centimètre tous les quelques millions d’années.

Champs de nodules polymétalliques dans le Pacifique équatorial photographié par le Nautile en 2004. Photo (Creative Commons) : Philweb.

Vous vous doutez bien qu’une telle manne financière n’allait pas rester inexploitée. La découverte des nodules polymétalliques date de la fin XIXème siècle (entre 1873 et 1876) lors des missions océanographiques de la frégate Challenger de la Royal Navy (c’est également avec cette frégate que fut découvert la fosse marine du même nom). Au milieu du XXème, le succès des explorations profondes des premiers submersibles met notamment en lumière l’intérêt de l’exploitation industrielle des nodule polymétalliques. Les premiers consortiums miniers ayant pour but l’exploration des gisements virent le jour au États-Unis en 1962 et en 1974. Les années suivantes des consortium nationaux et internationaux se lancèrent également dans la détection des gisements des précieux nodules. Actuellement, 18 sociétés privées disposent d’autorisations pour explorer les fonds marins dans le Pacifique en vue de l’exploitation des nodules polymétalliques dont l’IFREMER pour la France.

Carte des aires d’exploration et de protection des fonds marins pour l’étude des nodules polymétalliques dans le Pacifique dans la zone de Clarion Clipperton. Source : International Seabed Authority (https://www.isa.org.jm/index.php/map/clarion-clipperton-fracture-zone).

De nos jours, l’exploitation n’a pas encore débuté mais plusieurs méthodes d’extraction sont en cours de test : en utilisant des bennes, par succion ou encore à l’aide véhicules autonomes de prélèvement. Quelque soit la méthode employée, il est certain que chacune aura des effets terribles sur la biodiversité des plaines abyssales. Au passage, une biodiversité et des écosystèmes dont nous ignorons presque tout.

2020 : la Chine contre-attaque

Mise en pause durant les explorations en submersible des chaînes hydrothermales abyssales et des gisements de nodules, l’appel des profondeurs de la fosse Challenger refait surface (si vous me permettez l’expression) en 2012. Le 26 mars de cette année, le réalisateur et explorateur américain James Cameron atteint la profondeur de 10 898 mètres dans la fosse des Mariannes. Il réalise cette descente en solitaire à bord du Deepsea Challenger et passe trois heures au fond de la fosse, un record. Grâce aux observations et aux échantillons prélevés avec le submersible, 68 nouvelles espèces marines ont été identifiées. Un système d’imagerie 3D a également permis de remonter des images permettant l’étude à posteriori des espèces et des formations géologiques rencontrées durant la plongée. 52 années se sont ainsi écoulées entre la première descente du Trieste en 1960 et celle du Deepsea Challenger.

Schéma du Deepsea Challenger. Illsutration (Creative Commons) : Zuckerberg.

Il ne faudra pas attendre autant d’années pour que d’autres submersibles redescendent au fond de la fosse Challenger. En 2019 et en 2020 les expéditions internationales Five Deeps et Ring of Fire, dirigées par l’explorateur Victor Vescovo, réalisent plusieurs plongées avec le sous-marin DSV Limiting Factor. Des prélèvements d’eau ont notamment été réalisés durant ces plongées ainsi que des cartographies du fond. Ces expéditions détiennent le record de profondeur de plongée en submersible habité : 10 927 mètres.

Nous arrivons enfin à la dernière plongée en date réalisée par un submersible habité dans la fosse des Mariannes (du moins à la date de rédaction de cette article). Le 20 novembre 2020 le submersible chinois Fendouzhe plonge à 10 909 mètres dans la fosse Challenger. Cette descente historique amorce un tournant dans l’exploration des abysses, mettant ainsi fin à l’exclusivité américaine des descentes à ces profondeurs. Si quelques vidéos de cette descente sont disponibles en ligne, peu d’informations précises ont filtré quant aux observations réalisées et aux données recueillies. La télé chinoise parle d’observations d’espèces et de leur répartition mais aussi de l’étude des matériaux présents au fond. A comprendre des minerais dont l’exploitation serait rentable…

Le sous-marin chinois Fendouzhe. Photo : IACAS.

Le mot de la fin

L’espace ou l’océan, même combat ! Pourquoi les grandes puissances économiques souhaitent-elles retourner sur la Lune ? Pour servir de base de lancement vers Mars ? Pour l’exploration scientifique ? Pour l’exploit technologique ? Oui, c’est certain. Mais aussi à terme pour exploiter le sol lunaire et en extraire les ressources minières.

Pourquoi depuis quelques années les États-Unis et la Chine réalisent des plongées dans la fosse des Mariannes ? Pour les mêmes raisons qu’il programment des missions lunaires. La conquête des abysses se poursuit donc avec son lot d’aventures humaines, de progrès techniques, de découvertes scientifiques qui sont autant de richesse pour notre espèce à la curiosité insatiable. Malheureusement, notre soif de matières premières est également perpétuelle et sera certainement à l’origine de la destruction d’écosystèmes abyssaux dont nous ne connaissons (et ne nous ne connaîtrons) rien.

Comme dans l’espace, nos déchets nous précèdent dans les abysses. Lors de ses plongées en 2019, Victor Vescovo a observé des déchets plastique dans la fosse Challenger à 10 928 mètres de profondeur. Rien à ajouter. Cette « découverte » parle d’elle même.

Glossaire

1Plaque tectonique : fragment de la croûte terrestre délimitée par des failles, des rifts et des dorsales. Les plaques entre en collision entre elles ou bien l’une passe par-dessus l’autre (subduction).

Pour en savoir (beaucoup) plus

https://wwz.ifremer.fr/grands_fonds/Les-moyens/Les-engins/Les-bathyscaphes

https://fr.wikisource.org/wiki/Les_Merveilles_de_la_science/La_Cloche%C3%A0_plongeur_et_le_Scaphandre

https://www.geo.fr/aventure/de-1872-a-aujourdhui-histoire-de-lexploration-des-abysses-197605

https://www.nationalgeographic.fr/environnement/un-sac-plastique-retrouve-dans-la-fosse-oceanique-la-plus-profonde-du-monde

L’auteur

Arnaud Abadie est un biologiste marin et photographe subaquatique spécialisé dans les écosystèmes de Méditerranée. Il est ingénieur de recherche dans le bureau d’étude Seaviews spécialisé dans la cartographie sous-marine et les études environnementales. Arnaud est le fondateur de Sea(e)scape et l’un de ses contributeurs régulier.

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