La Nasa explore les profondeurs des océans de la Terre, voici pourquoi

Nos océans couvrent plus de 70% de la surface de la Terre, mais plus de 80% d'entre eux restent inexplorés. En fait, on prétend souvent que nous en savons plus sur la surface de Mars et de la Lune que sur les fonds marins de notre propre planète.

La Nasa est en mission pour changer cela. L'agence spatiale américaine explore les profondeurs de l'océan à la recherche d'indices sur ce à quoi pourraient ressembler les océans d'autres planètes, et repousse les limites de la science et de la technologie dans l'un des environnements les plus extrêmes de notre planète. C'est une mission pleine de surprises, de dangers et d'un risque non négligeable d'implosion.

L'espoir est que les découvertes sous-marines permettront de percer certains des mystères de l'espace et de tester certains des équipements et des expériences nécessaires à des missions ailleurs dans le système solaire.

Les profondeurs océaniques de la Terre sont étonnamment similaires à certaines des conditions que la Nasa s'attend à trouver sur d'autres mondes de notre système solaire. Elles pourraient même fournir des indices sur les endroits où les scientifiques devraient chercher de la vie extraterrestre.

Les parties les plus profondes des océans de la Terre sont connues sous le nom de zone hadale. Nommée d'après Hadès, le dieu grec des enfers, c'est un lieu interdit digne de son nom. Constituée de fosses et de cuvettes profondes, elle s'étend sur 11 km (6,8 miles) sous la surface des océans du monde. Ensemble, ils représentent une superficie de fonds marins équivalente à celle de l'Australie. Pourtant, peu de véhicules peuvent survivre à un plongeon dans ce sombre abîme.

C'est là que les scientifiques de la Nasa, en partenariat avec la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) du Massachusetts, tentent d'explorer et de sonder les limites de la vie sur Terre. Au cours des dernières années, les biologistes marins ont envoyé de nombreux "atterrisseurs" équipés de capteurs et de caméras qui se sont écrasés sur le sol de la zone hadale, où ils ont pris des mesures.

Mais les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa, en Californie du Sud, sont en train de construire un nouveau véhicule sous-marin autonome baptisé Orphée, du nom du héros de la Grèce antique qui a fait l'aller-retour entre les enfers, pour cartographier les profondeurs les plus inaccessibles.

Utilisant une technologie de navigation visuelle similaire à celle du rover martien Persévérance de la Nasa, Orpheus utilise des caméras très sensibles pour identifier les formations rocheuses, les coquillages et d'autres caractéristiques du fond de l'océan afin d'établir des cartes tridimensionnelles parsemées de points de repère (ou peut-être de repères sous-marins).

Cela permet au robot de s'orienter et de reconnaître les endroits où il est déjà allé, mais devrait également l'aider à jeter un nouvel éclairage sur la biodiversité de cet environnement hostile. "Orpheus est un véhicule d'accès", explique Tim Shank, un biologiste des grands fonds qui dirige le programme d'exploration hadale du WHOI.

"Si cela fonctionne, il n'y a aucun endroit de l'océan où l'on ne puisse aller".Ce n'est pas la première fois que Shank tente d'atteindre les profondeurs sombres de la zone hadale. En 2014, le prédécesseur d'Orpheus, Nereus, a été envoyé dans la fosse de Kermadec, qui se trouve au nord-est de la Nouvelle-Zélande. Le véhicule sous-marin a implosé à quelque 10 km de profondeur, très probablement en raison de l'immense pression.

"Au bout de 12 heures, nous l'avons vu remonter en petits morceaux", a déclaré Shank, ajoutant que la perte de Nereus les avait amenés à repenser leur méthode d'exploration des grands fonds. De la taille d'un quad et pesant environ 250 kg, Orpheus est conçu pour être beaucoup plus léger, plus petit et moins cher que les véhicules sous-marins précédents. Il devrait également être plus agile, ce qui lui permettra de pénétrer dans des tranchées et des évents au fond de la mer qui n'ont jamais été explorés auparavant.

Pendant longtemps, les biologistes marins ont pensé que la vie dans la zone hadale était impossible, mais lorsque les submersibles de haute mer ont commencé à s'aventurer dans la région dans la première moitié du 20e siècle, il est devenu évident que la vie pouvait y prospérer. Mais on croyait encore que tous les organismes vivants étaient soutenus par une chaîne alimentaire alimentée en dernier ressort par la photosynthèse.

Les plantes, les algues et certaines bactéries marines des eaux de surface convertissent l'énergie du soleil en sucres qu'elles stockent dans leur matière organique. Celle-ci est ensuite consommée par des herbivores, qui sont à leur tour mangés par des animaux carnivores. Les scientifiques étaient convaincus que les organismes du fond de l'océan survivaient grâce à la matière organique morte - les carcasses d'animaux, les fèces et la chute régulière d'autres détritus organiques ou "neige marine" qui dérivent du ciel. Mais on pensait qu'il n'y avait pas assez de nourriture pour faire vivre les créatures marines et que les zones les plus profondes étaient encore trop sombres et froides pour la vie.

Mais cette perception des profondeurs océaniques a changé en 1977, lorsqu'une équipe de recherche américaine a largué un véhicule télécommandé à 2 440 m dans l'océan Pacifique. Le véhicule a été envoyé pour prendre des images des cheminées hydrothermales, où la chaleur de l'activité volcanique s'infiltre depuis le fond de l'océan.

À leur grande surprise, les scientifiques ont découvert des écosystèmes dynamiques autour des cheminées, regorgeant d'organismes marins tels que des escargots translucides et des amphipodes, de minuscules crustacés ressemblant à des puces, qui n'avaient jamais été vus auparavant.

"Avec cette découverte, nous nous sommes retrouvés face à une toute nouvelle façon de vivre sur Terre", déclare Shank. "Ce sont des animaux qui n'ont pas besoin de la lumière directe du soleil… ils vivent de produits chimiques provenant du fond de la mer".

Les scientifiques sont restés perplexes : comment les espèces de la zone hadale pouvaient-elles survivre à une pression aussi écrasante ?

"La pression est de 25 000 kg par pouce carré", explique Shank. "C'est tellement intense que les cellules individuelles d'un animal seraient écrasées".

Depuis cette première observation en 1977, les scientifiques ont découvert que les organismes vivant à de telles profondeurs se sont adaptés au niveau cellulaire pour survivre là bas, dit Shank.

Les créatures de la zone hadale, comme les crustacés amphipodes géants et les poissons-escargots, possèdent des enzymes appelées piézolytes (du grec "piezin" qui signifie pression), qui empêchent leurs membranes cellulaires et leurs protéines d'être écrasées par une pression extrêmement élevée. Les piézolytes contrecarrent la pression en augmentant l'espace que les protéines occupent à l'intérieur des cellules de l'organisme pour contrebalancer le poids de l'eau qui l'entoure. "C'est comme si l'on plantait les piquets d'une tente", explique Shank.

La découverte d'organismes capables non seulement de survivre, mais aussi de prospérer dans un environnement aussi oppressant, soulève des questions importantes pour les biologistes qui regardent au-delà des limites de notre propre planète : pourrait-on trouver ces organismes dans d'autres mondes océaniques ?

Sous la surface glacée d'Europe, lune de Jupiter, se trouve un océan d'eau salée dont la profondeur est estimée entre 60 et 150 km et qui contient deux fois plus d'eau que tous les océans de la Terre réunis. La lumière du soleil ne pénètre pas sous l'épaisse couche de glace d'Europe, qui est sillonnée de fissures et de fractures. Sous la croûte glacée, la pression est comparable à celle de la zone hadale.

"Ici, nous avons Europa sur Terre", déclare Shank. "Je ne vois pas comment nous pourrions faire de l'exploration sur Europa, tant que nous ne l'avons pas fait sur Terre".

Un robot capable d'explorer la zone hadale de la Terre pourrait faire de même sur une lune gelée située à 628,3 millions de km (390,4 millions de miles).

"Le plancher océanique est un excellent banc d'essai pour nous permettre de développer la technologie dont nous avons besoin pour réussir une mission vers l'un de ces mondes océaniques", explique Russell Smith, ingénieur au Jet Propulsion Laboratory de la Nasa, qui fait partie de l'équipe chargée de construire Orpheus.

Un robot opérant dans l'espace ou dans les profondeurs de l'océan doit cependant être totalement autonome. "Le robot doit être capable de prendre des décisions", explique M. Smith, soulignant que l'objectif est qu'Orpheus puisse détecter et classer l'ADN environnemental et les produits chimiques présents dans l'eau, ainsi que ramener des échantillons du fond de l'océan.

Construire un robot pour la zone hadale est un véritable défi, dit-il.

Orpheus doit résister à une pression intense et à des températures extrêmes - l'eau de la zone hadale est juste au-dessus du point de congélation, mais dans les cheminées hydrothermales, les températures peuvent atteindre 370 °C.

"Développer un véhicule qui va survivre est vraiment difficile", dit Smith. "Il faut des parois très épaisses pour éviter que l'électronique ne soit écrasée ou mouillée". Orpheus est en partie construit en mousse syntactique, un matériau flottant composé de sphères de verre microscopiques serties dans une résine époxy. La mousse utilisée dans Orpheus provient de restes de matériaux produits pour le Deepsea Challenger du réalisateur James Cameron, qui est descendu au fond de la fosse des Mariannes, dans le Pacifique occidental, en 2012.

Comme il fait nuit noire dans les profondeurs de l'océan, Orpheus est équipé d'une énorme lampe de poche. Si la lumière reste allumée tout le temps, la batterie du robot se vide rapidement, ce qui le laisse en rade dans les profondeurs écrasantes. Pour économiser l'énergie, Orpheus passera en mode basse consommation lorsqu'il ne prendra pas d'images ou d'échantillons, explique M. Smith.

Mission sur la Lune

En 2017, la Nasa a lancé l'analogue Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration, également connu sous le nom de Subsea, afin de réunir les domaines de l'exploration spatiale et océanique. À ce jour, ils ont effectué deux missions avec des véhicules télécommandés vers des cheminées hydrothermales dans l'océan Pacifique.

L'activité volcanique autour du mont sous-marin Lō`ihi, à environ 30 km de la côte d'Hawaï, et de Gorda Ridge, à 120 km de la côte américaine où se rejoignent la Californie et l'Oregon, serait similaire à ce que l'on peut trouver dans les mondes océaniques d'Europe et d'Encelade, la lune de Saturne.

En 2023, la Nasa enverra un rover robotisé à la recherche de glace d'eau au pôle sud de notre Lune.

"L'ensemble du projet reposait sur la recherche de zones dans notre océan profond qui présentaient une très bonne analogie avec ce que l'on prédit être actif dans des endroits comme Encelade", explique Darlene Lim, géobiologiste à la Nasa, qui dirige le programme Subsea et prépare les astronautes à l'exploration de la Lune et de l'espace profond.

Les scientifiques ont utilisé les deux missions Subsea pour mieux comprendre la géologie et la chimie de ces cheminées et la vie qui s'y trouve.

"Ces évents sont très inoffensifs", déclare Lim. "Il faut regarder de très près le changement de température de l'eau qui remonte du sol et interagit avec l'eau de mer très froide. Rien que cet acte est très précieux pour savoir comment nous pourrions anticiper l'exploration de certains de ces mondes océaniques dans notre système solaire."

Bien qu'il faille encore attendre des décennies avant d'envoyer des robots sur Europe et Encelade, les scientifiques de la Nasa appliquent déjà ce qu'ils ont appris de l'exploration des grands fonds marins aux missions spatiales.

En 2023, la Nasa enverra un rover robotisé à la recherche de glace d'eau au pôle sud de notre Lune. La mission, connue sous le nom de Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, ou Viper, étudiera la glace près du cratère lunaire Nobile dans l'espoir qu'elle puisse être exploitée comme ressource pour le carburant des fusées ou l'eau potable. Bien qu'il ne fonctionne pas sous l'eau, un rover se déplaçant sur la Lune sera confronté à bon nombre des mêmes défis techniques.

"Nous tirons tous les enseignements de Subsea et les appliquons à Viper", explique M. Lim, qui est également le responsable scientifique adjoint du projet Viper.

L'objectif du programme Subsea était de faire en sorte que les scientifiques atteignent leurs objectifs de recherche dans des conditions extrêmement difficiles, tant du point de vue des communications que de la technologie.

"L'étrange objet découvert dans notre galaxie"

Du point de vue des opérations, l'exploration des océans et de l'espace a également beaucoup en commun. Dans les deux domaines, des robots sont envoyés pour explorer des environnements périlleux que les humains ne peuvent pas atteindre, avec le soutien d'équipes de scientifiques à distance. Mais ce projet pourrait également aider à préparer les astronautes à contrôler des équipements robotiques depuis une base lunaire à l'avenir.

Moins de 10 scientifiques sont partis en mer pour la mission Subsea et ont travaillé avec un groupe plus important de collègues à terre. Pour la mission Viper, une équipe fera fonctionner le rover sur Terre en temps quasi réel et devra analyser les données et prendre des décisions très rapidement.

Une communication efficace est essentielle au cours de ces missions, explique Zara Mirmalek, spécialiste des sciences sociales à la Nasa, qui aide les scientifiques à se préparer à l'exploration d'environnements extrêmes et a travaillé sur les programmes Subsea et Viper.

Pour l'exploration en eaux profondes, les scientifiques doivent changer de décision en permanence, en fonction des conditions océaniques, de la météo et de la salinité. "Vous savez que vous allez avoir moins de temps que ce que vous aviez prévu", explique Mirmalek. "Il est beaucoup plus difficile de travailler dans les profondeurs de l'océan car les conditions sont très difficiles pour la technologie."

Lors des missions spatiales, la communication est extrêmement limitée, explique Mirmalek. Pour se préparer aux conditions de l'espace, Mirmalek a limité les scientifiques de Subsea à communiquer entre eux une seule fois par jour. "Il n'y a pas eu d'échec - ils ont atteint tous leurs objectifs de recherche", dit-elle.

"Tout ce que nous avons appris en travaillant avec la communauté océanographique a été inestimable, vraiment inestimable, pour nous aider à avoir confiance dans le processus que nous utilisons pour concevoir nos opérations scientifiques pour Viper", déclare Lim.

Mais tout comme les missions hors de notre planète, celles qui se déroulent au fond des océans permettent à l'humanité de regarder la Terre d'une manière nouvelle. Si la Nasa affirme que ses explorations océanographiques ont donné lieu à des "milliers" de découvertes scientifiques, elles fournissent également des informations qui pourraient s'avérer vitales si nous espérons continuer à vivre dans un monde aux océans sains. Nous devons comprendre nos environnements océaniques si nous voulons les sauver, déclare Laura Lorenzoni, scientifique du programme de biologie et de biogéochimie océaniques à la direction des missions scientifiques de la Nasa.

"C'est essentiel pour la vie sur Terre, et les mesures soutenues que la Nasa a effectuées, et continue d'effectuer, sont fondamentales pour garantir une utilisation durable de nos ressources océaniques", ajoute-t-elle.

Cela signifie qu'à chaque étape de l'exploration d'autres mondes, nous en apprenons un peu plus sur certaines des parties les plus inexplorées de notre propre planète bleue.