lundi 19 février 2018

Au milieu du basalte, l’incroyable granite de Kerguelen

Les deux frères, rallier du Baty
Programme IPEV – 1077 TALISKER
Damien Guillaume (Université Jean Monnet, Saint-Etienne), Émilie Jarde (CNRS, Rennes) Guillaume Delpech (Université Orsay-Paris Sud), et Marc le Romancer (Université de Bretagne Occidentale, Brest).

Equipe de Talisker 2017/2018
La spécificité de Kerguelen
Kerguelen est un archipel au milieu de l'Océan Austral. Géologiquement, Kerguelen est un vaste plateau océanique anormalement épais au milieu d'une lithosphère océanique.

Une spécificité de la lithosphère est que l'on n'y observe pas de roches granitiques qui sont spécifiques aux lithosphères continentales.
Or, sur la Péninsule Rallier du Baty, on trouve des roches claires, cristallisées, semblables aux granites...
Pourquoi ? …

La structure interne et la composition de la terre
La Terre est constituée de plusieurs "couches" de compositions différentes depuis le centre vers la surface: le noyau, composé de fer essentiellement et d’un peu de nickel; le manteau, dont les deux principaux constituants (hors oxygène) sont le silicium et le magnésium, puis vient le fer; la lithosphère (dont la partie supérieure est la croûte) dont la composition diffère selon qu'elle est océanique (dans l'ordre d'abondance : silicium, aluminium, fer, magnésium) ou continentale (encore plus riche en silicium que la lithosphère océanique, aluminium, puis sodium, potassium).  Cette variation de composition correspond à une répartition des éléments chimiques à l'intérieur de la Terre, avec les éléments les plus lourds au centre et les plus légers vers la surface.

Les minéraux étant constitués d'éléments chimiques, on n'observe pas les mêmes minéraux selon la localisation sur (et dans) la Terre. En particulier, la différence de composition chimique entre les lithosphères océanique et continentale fait que certains minéraux sont plus fréquents dans l'un ou l'autre. Certaines roches, qui sont des assemblages de minéraux, sont donc spécifiques et diffèrent par leur composition selon que l'on se trouve sur un océan (ou un plateau océanique comme à Kerguelen) ou sur un continent.
En simplifiant extrêmement, le basalte est caractéristique des lithosphères océaniques et le granite des lithosphères continentales.

La carte géologique et les principales particularités géologiques de Kerguelen
Elle a été réalisée par le programme Cartoker qui a duré une quizaine d’années en permettant à plusieurs jeunes géologues de parcourir l'archipel durant leurs hivernages pour identifier les roches et les structures géologiques. Le résultat a été synthétisé sous forme d'une carte géologique qui n’a pas encore été publiée. Les travaux menés en parallèle et après le programme Cartoker a permis aussi d'étudier les processus géologiques à l'origine de la formation de Kerguelen et de progresser dans la compréhension de ce "système" particulier.

Presqu’île Joffre
La carte géologique montre la présence de basaltes sur la grande majorité de Kerguelen (80% environ des roches en place). Les basaltes présents à l'affleurement sur Kerguelen se sont mis en place entre 40 et 20 millions d'années, sous forme de coulées de laves empilées les une sur les autres en surface. Formés à partir de la fusion partielle du manteau sous-jacent, ce sont des magmas très chauds (850 à 1000°C lors de leur mise en place) et très liquides qui refroidissent vite au contact de l'air. Ces basaltes sont caractéristiques de la croûte océanique. A Kerguelen, ils forment des "couches" quasi horizontales de quelques mètres d'épaisseur et bien visibles sur les flancs des vallées. Les plateaux correspondent le plus souvent aux surfaces de coulées de basaltes. Entre ces coulées de basalte on observe parfois des niveaux centimétriques à pluri-décimétriques charbonneux avec parfois visibles des empreintes de fougères, de bois, de restes d'animaux (dents de rongeurs), et témoignant de l’existence de forêts sub-tropicales piégées et fossilisées par coulées basaltiques.

La carte géologique montre aussi des formations sédimentaires (la majorité de la moitié Est de Courbet et les fonds de vallées) qui correspondent à l'accumulation des fragments érodés et transportés par les glaciers et les rivières.


Une première particularité de Kerguelen est la présence sur certains sites volcaniques particuliers d'enclaves de manteau. Ce sont des fragments solides du manteau qui ont été arrachés par les laves lors de leur ascension vers la surface. Le plus souvent, ce sont des fragments de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres constitués de cristaux de plusieurs millimètres verts et translucides comme des tessons de bouteille, accompagnés parfois de cristaux noirs. les sites caractéristiques les plus accessibles sont Pointe Suzanne (en contrebas de la cabane ou sur les différents pointements sur le chemin vers Pointe Suzanne) et le Trièdre (sur le site du relais VHF) mais il est possible d'en trouver un peu partout en regardant vers le sol pendant les trajets...

La deuxième particularité géologique de Kerguelen qui a motivé en partie les études des dernières années, ce sont des formations géologiques granitiques abondantes sur la Péninsule Rallier du Baty. C'est atypique dans le contexte océanique de Kerguelen puisque ces roches sont caractéristiques de la croûte continentale. Associées à ces formations, au moins géographiquement, on observe également des sources chaudes et des fumerolles comparables aux systèmes géothermiques des dorsales océaniques.

Les particularités de la lithosphère de Kerguelen
La croûte océanique qui normalement mesure de 10 à 15 km d’épaisseur, y-compris dans le reste de l’Océan Indien et de l'Océan Austral, est anormalement épaisse sur le Plateau de Kerguelen et atteint une épaisseur de 50 à 70km. Ceci est dû à une activité magmatique très importante et "anormale" dans le manteau sous-jacent pendant une centaine de millions d'années, qui a permis la formation et la mise en place d'une épaisseur considérable de coulées de basaltes, aboutissant à un plateau très épais.

Kerguelen, modèle de formation de lithosphère continentale à partir d’une lithosphère océanique?

C'est ce que l'on pense observer à Kerguelen, en particulier grâce aux complexes magmatiques "granitiques" de la Péninsule Rallier du Baty. Avec une lithosphère très épaisse comme à Kerguelen, le gradient thermique est anormal. Ainsi les roches des parties inférieures de cette lithosphère sont soumises à des conditions de température anormalement élevées pouvant provoquer la fusion partielle à l'origine de magmas particuliers.
Ces magmas ont une composition particulière (plus riche en silicium, très abondant dans les roches de la croûte continentale) et une viscosité supérieure à celle des magmas basaltiques qui sont eux très fluides. Ces magmas n'arrivent donc pas jusqu'à la surface. Ils restent en profondeur, quelques kilomètres sous la surface, ce qui leur permet de cristalliser lentement pour former une variété de roches que l'on connait ailleurs sur Terre dans la lithosphère continentale. 
D'après les travaux menés sur ces formations de Rallier du Baty, ces roches se sont formées entre 13 à 7 millions d'années. C'est l'érosion, en particulier l'érosion glaciaire, qui a permis de mettre à l'affleurement ces roches, en érodant progressivement plusieurs kilomètres de la croûte basaltique de Kerguelen.
« Programme Talisker – IPEV 1077
Talisker s’attache à caractériser les circulations de fluides affectant la lithosphère de Kerguelen à différents niveaux structuraux, depuis le manteau supérieur jusqu’à la surface et à leur migration vers l’océan austral Trois axes seront suivis : caractérisation des paléo fluides ayant circulé dans les roches du manteau ou associés aux mises en places de roches plutoniques, caractérisation des systèmes hydrothermaux actifs et des interactions roches-fluides-biosphère et quantification des flux d’éléments chimiques du contient vers l’océan côtier ».

 Article écrit avec Damien Guillaume.
Photos de Armand Patoir.

mercredi 14 février 2018

Le départ de la Curieuse

A l’issu d’une excellente campagne d’été 2017/2018, la Curieuse et son équipage ont quitté Kerguelen le 14 Février 2018. 




















Le bilan de la campagne est très positif avec 69 jours de campagne et quasi la totalité du programme réalisé.





A l’automne prochain !





mardi 13 février 2018

Les microorganismes qui vivent au chaud – Interview du microbiologiste Marc Le Romancer



Programme IPEV – 1077 TALISKER
Guillaume Damien (Université Jean Monnet Saint-Etienne), Guillaume Delpech (Université Orsay-Paris Sud), Emilie Jarde (CNRS) et Marc le Romancer (Université de Bretagne Occidentale - Brest).

Quel est votre parcours ?
J’ai fait des études de biologie orientées agro-alimentaire, puis je me suis spécialisé en pathologie végétale avec un doctorat de virologie. Tout cela m’a amené un jour à postuler à l’université pour prendre un poste d’enseignant-chercheur en microbiologie et biologie moléculaire.
Je travaille aujourd’hui à l’Université de Brest dans le domaine de la microbiologie.
Qu’est-ce qui vous a amené à Kerguelen ?
Il y a 37 ans, au début de mes études, j’ai lu une petite annonce dans un couloir à l’université sur laquelle il était indiqué que des postes de volontaires à l’aide technique étaient disponibles pour un laboratoire d’algologie de l’université de Paris VI sur Kerguelen. C’était pour travailler sur le programme de René Delépine, dont l’épouse a écrit un certain nombre d’ouvrages de référence sur Kerguelen, comme la toponymie.
Cela a déclenché mon premier séjour, dans le cadre du service national, un hivernage de 14 mois de décembre 1981 à février 1983, la 32ème mission.
Qu’est-ce que vous étudiiez ?
Les grandes algues brunes : Macrocystis pyrifera et Durvillea Antarctica, principalement.
L’idée, à cette époque, était de voir s’il serait possible de valoriser cette biomasse végétale par son exploitation, comme cela est fait traditionnellement en Bretagne nord pour en extraire des carrhaguénanes (composés polysaccharidiques qui servent d’épaississants dans l’industrie agro-alimentaire et cosmétique).
Nous faisions de la récolte d’algues en plongée sous-marine sur plusieurs sites du golfe pour en estimer la biomasse et nous mesurions leur vitesse de croissance et de recolonisation. En campagne d’été, nous avons également estimé par cartographie aérienne, grâce à la présence de 2 hélicoptères alouette, l’étendue des herbiers le long des côtes du golfe du Morbihan. Ces algues ont une croissance assez phénoménale (jusqu’à 10cm/jour) d’où l’idée de valoriser cette biomasse. Toutefois, mettre en place une unité locale de séchage, ou d’extraction, puis la logistique du transport etc… ont dû probablement apparaître comme insuffisamment rentable pour que cette valorisation ne soit jamais mise en application. C’était un des aspects de la recherche, les autres étaient plus fondamentaux, nous nous intéressions aussi aux cycles de reproduction de différentes petites algues rouges, cycles qui n’étaient alors pas totalement connus.
C’est tout l’intérêt d’une mission longue durée qui permet de suivre dans un contexte naturel des organismes végétaux ou animaux dont l’écophysiologie varie selon la saison sur un cycle annuel.
Pouvez-vous me parler un peu de votre hivernage dans les années 80 ?
A l’époque, l’une des différences à priori marquante pendant l’hivernage, c’était l’absence de femmes ; c’était un univers presque exclusivement masculin, au moins en hivernage. Avec le recul, j’ai l’impression que cela n’avait pas vraiment d’incidence sur le déroulement de la mission ou, plus spécifiquement, sur le comportement social en groupe. Mais, il est vrai que lorsque je suis revenu en campagne d’été bien des années après, et que j’ai vu des jeunes femmes sur base pour l’hivernage, je me suis effectivement posé la question « mais comment ça marche ? ». Après plusieurs campagnes d’été, je me rends compte que cette mixité est tout à fait naturelle et c’est bien la marque positive de l’évolution de notre société.  
Dans les années 80, les hivernants scientifiques logeaient de l’autre côté de la base, dans les « Fillods » et j’habitais à B7. Le point de vue que l’on a de la base à partir de B7 est très différent, puisque qu’aujourd’hui le personnel est logé au centre de Port aux Français. Mais c’était aussi peut être source de différence.  B7 était un bâtiment déjà un peu vétuste mais chaud et plutôt « cosy », avec une pièce de vie toute en bois verni.
A cette époque aussi, nous avions reçus deux jeunes chiots donnés par les bateaux russes qui étaient très nombreux à la pêche : un pour la flottille et un pour les scientifiques de B7. Le nôtre s’appelait « Liman » du nom du chalutier Russe qui nous l’avait donné. Un temps révolu.
Est-ce votre hivernage qui vous a fait revenir à Kerguelen ?
Approcher les terres australes est une expérience, surtout intérieure, qui laisse une empreinte si forte qu’elle ne s’estompe sans doute jamais tout à fait.
Comme l’écrit très justement Raymond Rallier du Baty : « la beauté particulière de Kerguelen s’insinue dans les cœurs et vous prend sous son charme, avant de hanter les mémoires des marins qui s’y sont aventurés »
Comme j’étais en mesure de proposer un programme de recherche à l’IPEV dont les locaux se situent juste à côté de mon laboratoire à Brest, c’est ce que j’ai fait au début des années 2000. J’ai eu la surprise d’y retrouver un ancien de Crozet, qui avait hiverné la même année que moi, Yves Frenot, le directeur de l’institut, dont je salue, au passage, l’action majeure et le dévouement constant et sans faille pour les missions scientifiques polaires.
Sur quoi travaillez-vous ?
J’ai depuis longtemps abandonné l’algologie pour travailler aujourd’hui dans un tout autre domaine, la microbiologie des environnements extrêmes. Définir ce que peuvent être les conditions limites dans lesquelles la vie cellulaire peut s’épanouir, ce qui nous permettrait, par exemple, de mieux orienter notre quête d’une vie extra-terrestre, si elle existe. Quelles températures maximales, quelles conditions de pH, de pression les cellules vivantes sont-elles capables de supporter ?
Nous travaillons essentiellement vers le pole chaud : autour des 80-100°C et au-delà de 100°C, là où les fortes pressions hydrostatiques augmentent le point d’ébullition de l’eau et en absence de lumière ou d’oxygène, c’est à dire les conditions originelles dans lesquelles la vie est apparue sur notre planète il y a un peu plus de 3 milliards d’années. Nous trouvons toutes ces conditions réunies au niveau des sources hydrothermales, plus particulièrement sur les dorsales océaniques. Et là, la vie n’a pas besoin de lumière pour se développer car nous sommes dans un écosystème basé sur la chimiosynthèse, où le carbone minéral est transformé en carbone cellulaire par la synthèse purement chimique et le processus d’oxydo-réduction.
Quelles sont les températures, profondeurs extrêmes auxquels peuvent vivre des bactéries de l’extrême ?
Les limites sont aux alentours de 110°C environ, et à des pressions pouvant atteindre 1300 bars (soit sous l’équivalent d’une colonne d’eau de 13 km de profondeur), parfois à un pH d’une acidité extrême voisin de 0. La plupart de ces microorganismes vivent sans oxygène (ce composé est même toxique pour eux).
Comme il est compliqué de travailler à ces grandes profondeurs, nous travaillons aussi sur les environnements côtiers car les sources côtières peuvent être des « fenêtres » en lien physique plus ou moins direct avec les sources hydrothermales profondes, comme sur l’île Saint Paul. A Kerguelen, nous travaillons sur les sources chaudes et les fumerolles, qui remontent superficiellement sur la Péninsule Rallier du Baty, la fameuse « plage du Feu de Joie » des phoquiers, ou encore à Val Travers, sur le plateau central.
Quel est l’intérêt d’étudier ces milieux à Kerguelen ?
C’est une ile totalement isolée au milieu de l’océan et qui n’a aucun contact géologique depuis des dizaines de million d’années avec d’autres terres émergées de l’hémisphère sud. Un écosystème tout à fait propice au développement d’une diversité microbienne unique en son genre, ce qui serait un peu le cas d’après nos analyses moléculaires.
Depuis quand ont commencé vos programmes à Kerguelen ?
Nous avons commencé une étude de faisabilité en 2003. Le premier programme s’appelait : HOTVIR, programme IPEV dont l’objectif était d’étudier les virus et microorganismes hyper thermophiles (qui vivent à très haute température).
Et puis la rencontre sur le terrain des géologues, dont l’intérêt se portait sur le même environnement mais pour d’autres raisons scientifiques, nous a ensuite conduit à mutualiser nos efforts de recherche pour donner naissance au programme que nous menons aujourd’hui : le programme TALISKER qui est l’acronyme de « chemical Transferts Across the LIthoSphere of KERguelen ».
Quelles ont été les conclusions du programme HOTVIR ?
Il existe bel et bien dans les communautés microbiennes de ces sources des lignées de microorganismes totalement inconnues. Ces dernières n’auraient été détectées pour l’instant qu’à Kerguelen, tout comme dans les sources marines du cratère de Saint Paul : ce sont donc aussi des « hot spots » de biodiversité microbienne.
Les analyses se font essentiellement par approche moléculaire sur leur génome, leur ADN. Il n’est pour l’instant pas possible, ou à de rares exceptions, d’étudier ces microorganismes de l’extrême sous forme vivante pour comprendre quel rôle précis ils ont dans ce type d’écosystème. Mais la vie à haute température, sous une forme simplifiée, existe bel et bien.
Et, plus surprenant, ces microorganismes sont accompagnés de virus en grande majorité totalement inconnus et donc nouveaux.
Quel est votre programme actuel ?
Comme dit précédemment, je ne suis plus en charge de mon propre programme. Je me suis associé avec les géologues de Saint Etienne afin d’étudier le lien terre-mer et la nature des fluides géothermiques qui conditionnent l’habitabilité de mes microbes. Cela permet d’avoir des informations sur la composition géochimique des eaux. On a donc fusionné nos deux objectifs scientifiques. Ainsi, nous travaillons de concert sur les mêmes sites et chacun apporte son expertise. 
En ce qui me concerne, lors de cette campagne qui était la dernière du programme, j’ai prélevé de l’eau de sources chaudes dans la vallée Fallot (photo). Nous allons pouvoir explorer la diversité microbienne de celle-ci et voir s’il existe un lien biologique avec les communautés microbiennes des sources qui sont situées sur la façade ouest de Rallier du Baty, le plateau des Fumerolles, de l’autre côté du massif montagneux qui les sépare.
Que dire du cadre de travail de Kerguelen ?
C’est un cadre exceptionnel au niveau géographique. Bien que les moyens techniques soient parfois limités du point de vue conditions de manipulation (en microbiologie, on aime particulièrement travailler dans des conditions d’asepsie ou de stérilité qu’il est très difficile d’obtenir sur le terrain), on a cependant des installations provisoires propices au travail grâce notamment à la logistique efficace de l’IPEV sur le terrain mais également sur base grâce au laboratoire Biomar.
Du point de vue humain, on côtoie aussi des communautés de personnes et des corps de métier très différents, que l’on ne rencontrerait pas ailleurs dans un contexte non contraint (par notre vie en métropole). Aussi, on peut aller facilement discuter et créer des liens avec toutes ces personnes pour un temps plus ou moins long. Parce qu’en en revenant régulièrement en mission, je maperçoit que beaucoup déjà croisé sont également là, présents et fidèles aux Terres Australes : c’est le signe qu’il existe bien une véritable communauté « taafienne ». 
Combien de fois êtes-vous venu ici ?
Depuis le début des années 2000, je suis venu souvent à Kerguelen, peut être 8 ou 9 fois ; je n’ai pas compté !
Pouvez-vous me raconter un bon souvenir de Kerguelen ?
Un souvenir important : La première fois où je suis revenu, 22 ans après mon hivernage, j’ai eu tout un flot d’images qui me sont revenues en mémoire, et cela m’a comme projeté en arrière dans le temps car ici, le décor n’a pas changé. C’est un sentiment très fort, émotionnellement parlant.
Un autre souvenir plutôt surprenant : je me rappelle que pendant la période hivernale, on ne voit pas ou rarement le soleil ; et puis un jour, vers octobre ou novembre, les journées ensoleillées reviennent et avec elles, lorsque l’on marche, on redécouvre que l’on a une ombre qui nous suit, ombre qui avait disparu pendant l’hiver !
Une anecdote ?
Un jour, lors de l’hivernage, j’ai accompagné le géologue de l’époque sur le terrain. On devait aller échantillonner dans le Val Gabbro. Nous marchions, attentif au vent qui arrivait dans une certaine direction sur notre visage. Puis le brouillard est tombé ; nous poursuivions notre marche avec le vent que nous sentions sur nous dans cette même direction. Mais au bout d’une heure, nous nous sommes rendu compte que nous avions avait fait demi-tour et que nous étions presque revenus à notre point de départ, car le vent avait tourné !
Une chose très similaire s’est produite à l’occasion d’une sortie en chaland tôt le matin, un jour de brume. A cause des modifications du champ magnétique, le bosco, qui suivait sa route en se fiant à son compas, a suivi un mauvais cap. Nous nous en sommes rendus compte lorsque le soleil est apparu face à nous alors que nous étions partis le soleil dans le dos : nous avions une fois encore fait demi-tour sans nous en apercevoir !