Géosciences : Une nouvelle ère de forages océaniques

CNRS/IODP

© D. McInroy, ECORD/IODP.

Au cours des dernières décennies, les avancées scientifiques obtenues grâce aux campagnes de forages océaniques ont fondamentalement changé le regard que nous portons sur notre planète. Les scientifiques comprennent désormais beaucoup mieux comment se développent des processus tels que les tremblements de terre et les tsunamis. Ils ont récolté des informations capitales sur le changement climatique et les limites de la vie en profondeur sous le plancher océanique. Grâce aux forages océaniques, la théorie de la tectonique des plaques a été prouvée.

Cependant, beaucoup de questions demeurent. C’est pourquoi le 1er octobre une nouvelle ère de forages océaniques scientifiques a commencé notamment avec le lancement du programme international IODP (International Ocean Discovery Program), dédié à la découverte des océans. Au cours de la prochaine décennie, IODP mettra l’accent sur les défis scientifiques qui ont un intérêt immédiat pour la société.

Le nouveau programme IODP 2013-2023 a été présenté ce jour lors d’une conférence de presse internationale qui s’est tenue au CNRS à Paris. «L’International Ocean Discovery Program est un important programme de recherche en géosciences consacré à l’exploration de la Terre sous les océans qui recouvrent plus des deux tiers de notre planète », explique Keir Becker, un géologue marin de l’Université de Miami (États-Unis),président du Forum IODP. «Avec des navires foreurs modernes, équipés de technologies de recherche de pointe, nous allons mettre l’accent sur quatre thèmes de recherche : les changements climatiques et océaniques, les limites de la vie sous le plancher océanique, les processus profonds de l’intérieur de la Terre et leurs impacts à la surface de la Terre ainsi que les processus à l‘origine de risques majeurs aux échelles de temps humain. »

IODP s’appuiera sur l’expérience acquise lors des programmes précédents, tels que le Programme intégré de forages océaniques (2003-2013). Comme précédemment, le nouvel IODP réunit des scientifiques des États-Unis, du Japon, de l’Europe et du Canada, ainsi que des membres associés (Chine, Corée du Sud, Australie, Inde et Brésil). Il s’agit d’un programme mondial véritablement international et interdisciplinaire.

«L’Europe joue un rôle important et très particulier au sein d’IODP », souligne Gilbert Camoin, géologue, directeur de recherche au CNRS (France, basé au CEREGE) et directeur de l’agence de gestion d‘ECORD. Le CNRS joue en effet un rôle de premier plan : c’est lui qui, dans le cadre de cette agence gère la participation européenne à ECORD, et est le partenaire de la NSF aux États-Unis et du MEXT au Japon, au nom de tous les participants européens. Actuellement, 17 pays européens et le Canada sont réunis sous l’égide du Consortium européen ECORD (European Consortium for Ocean Research Drilling).

«ECORD vise à organiser une expédition chaque année », ajoute Gilbert Camoin. « Ces expéditions seront spécifiques, en ce sens que nous allons explorer des régions océaniques où les navires foreurs américain et japonais, JOIDES Resolution et Chikyu, ne peuvent pas fonctionner, comme par exemple dans l’Arctique englacé et dans les eaux antarctiques. Ces régions jouent un rôle majeur dans le changement climatique mondial. Cependant, nous manquons de données du fait que jusqu’à présent seules quelques expéditions de forage ont pu être effectuées dans ces régions hostiles. »

« Les propositions de forages émanant de la communauté scientifique sont l’essence même d’IODP », explique Carlota Escutia, chercheur au Research Council of Spain (CSIC) et présidente du Comité scientifique d‘ECORD. «Outre les défis scientifiques, la nouvelle ère de forages océaniques dédiés à la recherche offre de grandes opportunités à la fois pour les scientifiques expérimentés et les jeunes chercheurs. Les scientifiques européens et canadiens ont le droit de travailler sur les navires de forage japonais et américains, de même que les chercheurs américains et japonais pourront prendre part aux expéditions dirigées par ECORD. En particulier, les plus jeunes scientifiques pourront se former avec des collègues d’autres disciplines, d’autres pays et d’autres cultures à un stade très précoce de leur carrière. »

Pour en savoir plus sur IODP et ECORD :

http://www.iodp.org

Home

http://www.ecord.org/p/IODP-press_conference.html

Histoire des forages océaniques

L’histoire du forage océanique scientifique commence avec le projet « Mohole ». Initié aux Etats-Unis à la fin des années 1950 par le groupe AMSOC (comprenant entre autre Walter Munk et Roger Revelle), ce projet avait l’ambition de forer l’ensemble de la croûte océanique, jusqu’au manteau en traversant le Moho. En mars-avril 1961, à proximité de l’île Guadalupe, au large de la Baja California, le navire CUSS1expérimente avec succès le positionnement dynamique et fore cinq puits dans le plancher océanique, sous plus de 3500 mètres d’eau (exploit pour l’époque) et récupère quelques centaines de mètres de sédiments miocènes et 13,5 mètres de basaltes ! Malheureusement, ce premier succès n’aura pas de suite et il faudra attendre le démarrage de DSDP pour que l’aventure du forage océanique continue.

En 1968, la première mission DSDP menait les géologues de Hawaii à Tahiti. Depuis, les programmes DSDP et ODP (Ocean Driling Program) ont permis d’explorer tous les océans avec 206 campagnes de deux mois, avec deux navires foreurs, le Glomar Challenger, puis le Joides Resolution.

Le programme intégré de forage océanique IODP a démarré le 1er octobre 2003. IODP est un partenariat international regroupant des organismes de recherche et des scientifiques spécialistes des sciences de la Terre et du vivant. IODP s’est construit sur le succès des programmes DSDP et ODP, dont il est le successeur. Il a pour vocation l’étude de la structure et de l’évolution de la Terre. Plusieurs plateformes de forage permettent aux chercheurs du monde entier d’accéder à une vaste carothèque riche de données géologiques, biologiques et environnementales prélevées dans le plancher océanique.

Carte signalant les forages effectués depuis 1968

Au sein d’IODP

IODP regroupe aujourd’hui 7 partenaires représentant 26 pays :

-les Etats-Unis,

-le Japon,

-le consortium européen ECORD (European Consortium for Ocean Research Drilling), auquel la France participe,

-la Chine,

-la Corée,

-le consortium Australie-Nouvelle Zélande,

-le Brésil,

-et l’Inde.

IODP change de nom en 2013

IODP, qui a signifie durant la dernière décennie « Integrated Ocean Drilling Program » restera l’acronyme de la prochaine phase du programme (2013 -2023), mais le « I » signifiera, cette fois, « International », le « D » du nouvel acronyme ne voudra plus dire « Drilling » mais « Discovery », les rédacteurs du New Science Plan ayant préféré insister sur l’objectif plutôt que sur l’outil.

IODP devient donc : « International Ocean Discovery Program ».

Les moyens de forages d’IODP/ECORD

Les Etats-Unis mettent en oeuvre un navire de forage conventionnel (non riser), qui est le Joides Resolution (rénové en 2007-2008). Ce dernier ne peut pas forer des fonds marins situés à très faibles profondeurs (inférieures à la centaine de mètres) mais il n’existe théoriquement aucune limite d’opération vers les plus grands fonds. Il embarque dans ses soutes une dizaine de km de train de tige et a foré avec succès par des fonds atteignant 6000 mètres.

Le Japon a apporté à la communauté en 2007 un navire de forage « riser », le Chikyu, qui permet d’envisager le forage de puits quidevraient pouvoir atteindre des profondeurs de 6 à 7 km sous le plancher océanique.

Enfin, l’Europe via ECORD fournit au programme des plateformes dites spécifiques ou MSP (brises-glace, « drilling barges », « jack-up rigs », « seafloor drilling systems », …), Ce sont des platesformes de forage commerciales peuvant opérer dans des zones inaccessibles aux deux autres navires : les zones englacées (où la banquise dérivante nécessite la mise en oeuvre d’un navire brise-glace) et les zones à faible profondeur d’eau (<100 m). La communauté française est fortement impliquée dans ces expéditions puisque qu’elles ont drainé 24% des « embarquants » français.

La France dans ECORD

Le projet DSDP s’est internationalisé en 1975 avec la participation explicite de la France, de l’Allemagne, de la Grande-Bretagne, du Japon et de l’URSS. Durant la phase suivante, chaque « grand » pays participait individuellement au programme. Un ensemble de plus petits partenaires ont rejoint ODP sous forme d’un consortium constitué sous l’égide de l’ESF (European Science Foundation). Avant la fin de la phase ODP (1985-2003), il est apparu clairement à tous les partenaires européens d’ODP que créer un consortium unique leur permettrait d’accroître leur visibilité et de jouer un rôle plus important.

A l’initiative de la France, le projet JEODI (pour Joint European Ocean Drilling Initiative) a été financé de 2001 à 2003 par la Commission européenne pour initier les discussions entre les partenaires potentiels de ce consortium. ECORD (pour European Consortium for Ocean Research Drilling) a été créé en 2003. Le consortium comprenait 12 pays membres : France, Allemagne, Danemark, Finlande, Royaume-Uni, Islande, Italie, Norvège, Pays-Bas, Portugal, Suède et Suisse. Depuis, l’Espagne, le Canada, la Belgique, l’Autriche, l’Irlande, la Pologne ont rejoint ECORD qui compte à ce jour 18 partenaires. C’est grâce à ECORD que l’Europe a pu jouer un rôle fondamental dans IODP en devenant l’un des trois opérateurs de platesformes.

Le concept de MSP a, en effet, été créé par ECORD.

Les partenaires d’ECORD ont choisi le CNRS, à travers son Institut des sciences de l’Univers (INSU), pour en assurer le management et l’administration. La mise en place du consortium a été soutenue par la commission européenne sous la forme d’un ERA-Net, ECORD-Net (2003-2008), projet soumis puis coordonné par le CNRS.

En 2012, le budget total d’ECORD a atteint 21.4 M$ (~16,2 M€). Les contributions sont très inégales, de 5.6 M$ (~4,2 M€) pour les trois plus gros contributeurs (France, Allemagne et Royaume-Uni) à 30,000 $ (~23 k€) pour les trois plus petits (Belgique, Islande et Pologne). Au sein d’ECORD, les « droits » des différents pays sont proportionnels à leur contribution financière. La France peut embarquer en moyenne deux scientifiques sur chaque campagne et, sur les quatre représentants d’ECORD dans chaque panel de la Science Advisory Structure d’IODP, un est français. De ce fait, la France participe activement aux décisions stratégiques du programme.

Un cas concret :

Expéditions IODP 304-305 : forage d’un « core complex » océanique dans l’atlantique

par Catherine Thoraval

L’objectif des expéditions IODP 304 et 305 (dorsale atlantique, 30°N) était notamment le forage profond au cœur du massif Atlantis, exemple déjà bien documenté de « core complex » océanique, avec pour cible principale les péridotites fraîches du manteau supérieur dont la présence à relativement faible profondeur était supposée sur la base de données géologiques, sismiques et gravimétriques. Nous avons finalement foré, jusqu’à 1415 mètre de profondeur (75% de récupération), une section crustale essentiellement gabbroïque.

localisation du puits IODP U1309D, morphologie du massif Atlantis, et résumé des lithologies forées

Cette section crustale, remarquable en bien des points, est la plus primitive échantillonnée à ce jour. Elle nous a par ailleurs amené à proposer un modèle révisé de la structure et de la formation des « core complexes » océaniques, où une activité magmatique importante se manifeste épisodiquement aux extrémités de segments. La mise à l’affleurement des corps gabbroïques systématiquement échantillonnés par forage dans ce contexte est accommodée par une déformation très localisée, essentiellement dans les serpentinites autour des plutons de gabbros. Les core complexes océaniques sont alors au premier ordre l’expression tectonique et morphologique de la présence épisodique de corps gabbroïques plus volumineux dans une lithosphère composite. Nous nous sommes tout particulièrement intéressés, en intégrant les approches géochimique et pétrophysique, aux troctolites riches en olivine (>70%), localement très fraîche et uniques dans les archives du forage océanique. Cette étude démontre que ces troctolites ne sont pas de simples cumulats, et permet de proposer qu’elles soient issues de roches mantelliques dont la composition est fortement modifiée par interaction avec de larges volumes de liquide basaltique.

POUR EN SAVOIR PLUS