Medtrix | Gombessa 5 Expedition ‘Mediterranean Planet’: a scientific mission in the twilight zone (4/5)

EXPÉDITION GOMBESSA 5 PLANÈTE MÉDITERRANÉE : UNE MISSION SCIENTIFIQUE DANS LA ZONE CRÉPUSCULAIRE (4/5)

« Méditerranée. Parce que les hommes y voyagent depuis des millénaires, on la croit sans secrets. Parce qu’ils l’ont conquise et maltraitée, on la croit dévastée. Le berceau de nos civilisations serait devenu la poubelle de nos sociétés. Mais pire encore que la triste réalité, il y a le rêve meurtri : le calme de ses golfes clairs aurait fait taire l’appel du large. Vendue comme lieu de villégiature, elle n’incarnerait plus l’aventure… Et pourtant, si le tourisme peut tuer l’exotisme – et la pollution tout le reste – la Méditerranée est toujours une mer vivante, et elle est encore une mer à explorer. À seulement 100 m sous sa surface et quelques centaines de mètres de la côte, se cachent de vastes territoires sous-marins pratiquement vierges de toute connaissance scientifique. La zone crépusculaire, du fait de son accès difficile au plongeur traditionnel, est méconnue. Pourtant, elle pourrait être essentielle au fonctionnement des écosystèmes méditerranéens et représente un fabuleux potentiel de découvertes naturalistes. Si plonger à de telles profondeurs est toujours un challenge, y séjourner est un fantasme ; une utopie qui est devenue réalité au cours de la mission Gombessa 5. »

Laurent Ballesta – Biologiste et photographe sous-marin – Directeur des expéditions Gombessa – Andromède Océanologie

[ 4 ] DES MYSTERES SCIENTIFIQUES

Le tombant du Cap Taillat, © Laurent Ballesta

Voici déjà plus d’un an que les quatre plongeurs de l’expédition scientifique Gombessa 5 « Planète Méditerranée » sont sortis de leur station bathyale démontrant ainsi la réussite du mariage de la plongée à saturation avec la plongée autonome moderne en recycleur électronique. À partir des prélèvements effectués lors des 31 plongées entre 65 et 142 m de profondeur, cette année a été pleinement exploitée par les 17 partenaires scientifiques de l’expédition pour produire des résultats uniques et originaux. Les différents protocoles scientifiques ont été regroupés en sept catégories illustrées sur la figure suivante : physiologie des plongeurs, température/conductivité, chambres benthiques, biodiversité (Biologie, ADNe, génétique), images d’espèces et paysages, sédiments (chimie et macrofaune), 3D et son, macrodéchets.

Synthèse des protocoles scientifiques réalisés durant la mission Gombessa 5. Les organismes scientifiques partenaires : Alfred Wegener Institute à Bremerhaven (Allemagne), Andromède océanologie à Mauguio, Centro de Ciências do Mar à Faro (Portugal), Chorus à Grenoble, CEFE (UMR CNRS, Université de Montpellier, Montpellier Supagro, EPHE, INRA, IRD) à Montpellier, Centre Scientifique de Monaco (CSM) à Monaco, ECLA (UMR AFB, ONCFS, IRSTEA, USMB), IMBE (UMR Aix Marseille Université, CNRS, IRD, Avignon Université), HE2B, le laboratoire commun InToSea à Montpellier, le laboratoire Arago à Banyuls-sur-mer (Observatoire océanologique de Banyuls-sur-Mer, CNRS, IRD, UPMC), MARBEC à Montpellier (UMR IRD, Université de Montpellier, Ifremer et CNRS), MIO (UMR Université Aix-Marseille, Université de Toulon, CNRS, IRD) à Marseille, REEDS à Montpellier, TETIS (UMR AgroParisTech, CIRAD, IRSTEA, CNRS) à Montpellier, STARESO à Calvi, l’université libre de Bruxelles (Belgique), © Julie Deter – Andromède océanologie.

Que sait-on de l’impact physiologique et psychologique sur les plongeurs

Lors de l’expédition, les plongeurs ont vécu confinés dans un minuscule espace pendant 28 jours tout en respirant un mélange gazeux inhabituel composé majoritairement d’hélium (90 %) et seulement 2 % d’oxygène, à plus de 13 bars de pression. Un suivi quotidien des plongeurs a permis de vérifer que ces conditions « extrêmes » n’altéraient pas leur santé par :
– l’analyse de la variation de composition corporelle par impédancemétrie multifréquencielle
– l’analyse du microbiote
– l’analyse approfondie du sommeil
– l’analyse des effets toxiques de l’oxygène (Pulmonaire et Neurologique)
– l’analyse des performances mentales
– La recherche de bulles de décompression en circulation.

Variation de masse maigre

L’état nutritionnel et l’hydratation étaient bons et stables grâce aux soins réguliers apportés aux plongeurs et ce malgré les fortes chaleurs. L’inactivité du confinement s’est fait le plus sentir chez le plongeur à l’activité sportive la plus régulière avec une perte de masse musculaire de 3 %. Les aspects neuropsychométriques ont déjà démontré une très bonne résilience et adaptation au confinement de cette équipe de vieux copains ! D’après les mesures, ils étaient parfois objectivement fatigués et éprouvés par le froid mais de façon générale toujours alertes et actifs lors des plongées. Concernant les impacts toxiques sur les poumons, ils étaient légers et correspondaient aux effets attendus. Les bulles de gaz en circulation relevées au retour des incursions étaient négligeables (Pr Costantino Ballestra, Université de Bruxelles – Laboratoire Biologie appliquée).

Thibault Rauby, Antonin Guilbert, Yanick Gentil et Laurent Ballesta dans la tourelle ascenceur, © Laurent Ballesta

Quel temps fait-il sous la mer

Pour connaitre les caractéristiques physiques de chaque site exploré, dans un contexte d’été particulièrement chaud, une sonde multi-paramètres a été immergée depuis le Zembra, le catamaran scientifique. Elle a servi à dresser le profil de la colonne d’eau du fond à la surface : température, salinité, turbidité, pH, fuorescence, quantité d’oxygène. Les températures ont varié de 26,7°C en surface à 13,8°C au plus profond de la sonde de mesure (-197 m). Ces températures sont en moyenne de 2°C à 3°C supérieures à la normale. La Méditerranée figure parmi les « hot-spots » du changement climatique, elle se réchauffe 20 % plus vite que le reste du globe. (Régis Hocde, IRD, Université de Montpellier - UMR Marbec ; Julie Deter, Andromède Océanologie / Université de Montpellier - UMR Marbec / Labcom InToSea).

A gauche : Julie Deter, directrice scientifque de Gombessa 5, prépare la sonde CTD avant son immersion pour effectuer le profil de température et conductivité de la colonne d’eau ; A droite : profil ‘CTD’ du site Plaine de la Cassidaigne.

Les données sont publiées et disponibles : Deter et al., 2020. Gombessa 5 cruise: CTD profiles in western Mediterranean, July 2019. SEANOE. https://doi.org/10.17882/71814. Elles seront prochainement intégrées au réseau de surveillance de la température en Méditerranée : CALOR.

Métabolisme de l’écosystème : les récifs coralligènes sont-ils des puits de carbone

On s’intéresse à la capacité de photosynthèse des récifs coralligènes ainsi qu’à leur contribution dans la production et/ou le stockage de gaz. La plongée profonde autonome a permis la pose de chambres benthiques étanches, développées spécifiquement pour l’étude, pour mesurer les flux de gaz (émission et consommation) au niveau du coralligène. De telles mesures n’avaient encore jamais été réalisées in situ du fait des contraintes techniques qu’elles imposent.

Pose de chambres benthiques – Le tombant du Cap Lardier, © Laurent Ballesta

Les scientifiques ont noté la persistance d’une faible activité de photosynthèse malgré la faible lumière ainsi qu’une légère émission de méthane, sur deux massifs coralligènes à - 70 m : le Pain de sucre des Impériaux et le tombant du Cap Lardier. La mission a validé la faisabilité de ces mesures. Ces résultats doivent être confirmés sur d’autres sites (Martin Daufresne et Fanny Baudouin, IRSTEA – UR RECOVER ; Nicolas Mouquet, Université de Montpellier – UMR Marbec / CNRS / IFREMER / IRD ; Julie Deter, Andromède Océanologie / Université de Montpellier – UMR Marbec / Labcom InToSea).

L’ADN environnemental a-t-il permis de détecter la présence d’espèces rares

L’ADN environnemental est une méthode prometteuse qui inventorie les espèces présentes dans un milieu à partir de leurs traces d’ADN. Il suffit donc de récupérer de l’eau pour savoir ce qui y vit et s’y cache ! De l’eau a été prélevée en surface et au fond (jusqu’à -120 m) dans le but d’inventorier les communautés de poissons à partir de l’ADN environnemental sur six sites : le Pain de sucre des Impériaux, les Beachrocks de Cassis, le banc de Magaud, le tombant du Cap Lardier, le tombant des Américains Est et le banc au large du Cap Nègre.

Sur ces profils de profondeur, les variations de composition des communautés de poissons seront étudiées pour éventuellement mettre en évidence des populations particulièrement profondes d’espèces de surface (effet refuge des profondeurs) ou des seuils thermiques en deçà desquels certaines espèces ne sont plus présentes (effet physiologique). La composition des espèces présentes dans les habitats remarquables tels que les champs de laminaires ou les massifs profonds sera examinée afin de déterminer l’importance écologique de ces derniers (Pr David Mouillot, Jean-Baptiste Juhel, Laure Velez, Université de Montpellier – UMR MARBEC ; Emilie Boulanger, Université de Montpellier – UMR CEFE).

© Andromède Océanologie

Pour maximiser l’efficacité de détection de l’ADNe potentiellement rare en mer, il a été conçu pour l’expédition scientifique Gombessa 5, une pompe sous-marine pour l’ADNe. Positionnée sur un scooter ou posée sur le fond, la pompe permet de filtrer 30 L d’eau en étant au plus proche des écosystèmes marins et donc des habitants à inventorier. Cette méthode directe in situ évite également les contaminations liées à l’usage de multiples contenants (sacs ou bouteilles niskin) lors d’une filtration depuis la surface. Ce système de filtration a fait l’objet d’une déclaration d’invention entre l’université de Montpellier et les entreprises Andromède océanologie, Spygen et Subspace.

Un Uranoscope (Uranoscopus scaber) a été échantillonné afin d’en extraire et séquencer son ADN pour compléter la base de référence qui permettra, à terme, d’identifier les 250 espèces de poissons côtiers de Méditerranée nord-occidentale à partir de leur empreinte génétique laissée dans l’eau.

Le suivi des paysages sous-marins par photogrammetrie et la bio-acoustique

La photogrammétrie appliquée dans le cadre de l’expédition Gombessa 5 consiste à reconstruire en 3 dimensions des sites explorés dans un but d’archivage de paysages profonds, d’étude écologique de la biodiversité fixée et de la complexité de l’habitat. Les sites étant de grandes tailles, leur modélisation nécessite la prise de milliers de photos 2D.

Les modèles 3D de quatre massifs coralligènes et d’une épave ont été produits par photogrammétrie sur les sites les Beachrocks de Cassis, la roche des Blauquières 1, le tombant du Cap Taillat, le banc au large du Cap Negre, et l’Epave antique dite « Le Titanic » (Guilhem Marre, Florian Holon, Andromède océanologie ; Julie Deter, Andromède Océanologie / Université de Montpellier – UMR Marbec / Labcom InToSea ; Benoit Ropars, Reed). L’ensemble des modèles 3D des sites sont disponibles sur la plateforme Medtrix dans le projet MODEL dédié à la surveillance des habitats sous-marins par photogrammétrie.

En parallèle de la réalisation du modèle 3D (photogrammétrie), un dispositif d’écoute a été déployé durant trois semaines sur le massif coralligène du site les Beachrocks de Cassis pour une étude Bioacoustique. Tous les animaux sous-marins produisent des sons lorsqu’ils se déplacent, mangent, défendent leur territoire… La Bioacoustique consiste à étudier et estimer la biodiversité d’un site à partir des sons que l’on y enregistre. Le premier objectif de la mission est atteint : la carte sonore du site les Beachrocks de Cassis (origine, intensité et diversité des sons biologiques émis) a été réalisée en couplant les données des hydrophones à celles de la photogrammétrie. Il reste désormais à étudier par des analyses statistiques les liens entre complexité de l’habitat (architecture du récif), l’activité acoustique (d’origine biologique) et la biodiversité présente (identification à partir de quadrats). Les données sont en cours d’analyse (Julie Lossent, Chorus ; Guilhem Marre, Florian Holon, Andromède océanologie ; Julie Deter, Université de Montpellier – UMR MARBEC / Andromède océanologie / Laboratoire commun InToSea ; Benoit Ropars, Reeds)

Couplage des données de photogrammétrie et de sonogrammétrie. Nombre moyen de sons émis par m²/nuit – Les Beachrocks de Cassis (source : Gervaise C., 2020, comm. Pers.)

L’étude des laminaires endémiques de Méditerranée

La laminaire de Méditerranée Laminaria rodriguezii est une espèce distincte de la laminaire d’Atlantique. Elle ne vit que dans les grands fonds, au-delà de 60 m de profondeur, dans des zones de faible éclairement et à courants importants. Peu de données sur la biologie et l’écologie de ces peuplements profonds existent, et seuls quatre sites méditerranéens sont connus pour abriter cette espèce protégée. Les plongeurs profonds de Gombessa 5 ont plongé sur l’un d’eux, le banc de Magaud, pour effectuer des prélèvements et des mesures afin d’analyser cette espèce remarquable (structure de la population (densité, taille), faune et fore associées). Le cycle de vie complet de cette algue brune a été résolu. Il repose sur une alternance de deux générations : un sporophyte macroscopique (les individus que l’on voit) et des gamétophytes microscopiques, les uns mâles, les autres femelles.

Une très forte variabilité dans la taille des individus a été observée, de quelques centimètres à plusieurs mètres : un individu record de 3,5 m de long et âgé de trois ans (la longévité supposée était de deux ans) a été collecté à - 75 m.

L’influence de la température sur le développement des zones de croissance du sporophyte a été testée au laboratoire. Ces dernières ont été mises en culture à différentes températures afin de tester la résistance à l’augmentation des températures de la Méditerranée. Pour rappel, ces laminaires vivent à une telle profondeur que la température est pour l’instant stable (autour de 13°C). Les premiers résultats montrent une température létale à 26°C. Ce qui permet d’espérer une survie de l’espèce aux différentes prédictions d’augmentation de température des eaux de la Méditerranée (Thierry Thibaut, Lauric Reynes, Université d’Aix-Marseille – UMR MOI ; Inka Bartsch, Klaus Valentin, Andreas Wagner, Alfred Wegener Institute de Bremerhaven (Allemagne) ; Neusa Martins, Centro de Ciências do Mar à Faro (Portugal)).

L’étude de cnidaires : les gorgones et le corail noir

Les gorgones forment des structures tri-dimensionnelles dans lesquelles les poissons et autres animaux viennent trouver refuge. Cinq espèces de gorgonaires ont été étudiées : gorgone rouge (Paramuricea clavata), gorgone jaune (Eunicella cavolinii), gorgone blanche (Eunicella singularis), gorgone verruqueuse (Eunicella verrucosa) et corail rouge (Corallium rubrum). Des prélèvements d’espèces ainsi que d’eau et de sédiment du milieu environnant ont été réalisés sur trois sites profonds : le massif du Raventurier, St Martin profond et le tombant des Américains Est (jusque - 120 m). Les scientifiques ont étudié les communautés bactériennes vivant en association avec les gorgones profondes et observé une abondance particulièrement importante d’un type de bactéries pourtant assez rares à l’état libre dans l’eau de mer : les Endozoicomonas. Leur rôle fait l’objet de recherche mais elles pourraient aider les gorgones à se nourrir dans ces grandes profondeurs où les nutriments sont plus rares (Jeroen Van de Water, Christine Ferrier-Pages, Centre scientifique de Monaco).

A gauche : Jeroen, Centre scientifique de Monaco, montre au réalisateur Gil Kebaïli les 5 espèces de gorgonaires échantillonnées par les plongeurs ; A droite : Filtration d’eau de mer prélevée en profondeurpour en étudier les bactéries, © Julie Deter

Un autre cnidaire, le corail noir (Antipathella subpinnata), a été échantillonné pour une étude morphologique et génétique sur le massif de coralligène du site la roche des Blauquières 1. Les premiers résultats montrent que l’incroyable (par sa beauté et sa densité) population de corail noir de ce site se composerait de colonies de sexe mâle et d’autres de sexe femelle, et donc un mélange de reproduction sexuée et asexuée (fragmentation) à la différence d’autres sites profonds connus (en Italie) (Pascal Romans, Université Paris VI – Laboratoire Arago).

L’étude de la qualité chimique du sédiment marin profond et de la macrofaune benthique

La quantification et l’identification des contaminants chimiques et organiques dans le sédiment superficiel ont été étudiées sur six sites localisés entre - 65 et - 100 m : le Pain de sucre des Impériaux, les Beachrocks de Cassis, la plaine de Cassidaigne, le banc de Magaud, l’émissaire de Nice Haliotis, et le banc de Blauquières 3. 16 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), 17 métaux, 41 congénères de Polychlorobiphényles (PCB et PCB totaux) et 18 pesticides ont été recherchés et quantifiés à partir des prélèvements réalisés par les plongeurs. La caractérisation de l’état chimique des sédiments a été effectuée à partir de valeurs seuils de toxicité connues (EAC – Environmental Assessment Criteria et ERL – Effects Range Low).

Les niveaux de contamination métallique et en HAP sont faibles dans les sédiments. Les teneurs les plus élevées, tout en restant inférieures aux valeurs seuils, sont principalement relevées au niveau du site de l’émissaire de Nice Haliotis. Les niveaux de contamination en pesticides sont également faibles dans les sédiments, sauf pour le DDE sur deux sites. Des valeurs supérieures au seuil de toxicité pour les PCB sont observées sur tous les sites (Emmanuel Wafo, Faculté de pharmacie de Marseille ; Annick Donnay, Stareso ; et Gwenaëlle Delaruelle, Andromède Océanologie).

Les analyses de qualité écologique sur la base des espèces animales indicatrices (macrofaune benthique) sont en cours. D’après la composition du peuplement échantillonné et des sensibilités connues des organismes identifiés, il sera possible de définir l’état de santé du milieu (Michèle Leduc et Annick Donnay, Stareso).

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