Des instruments tels que ce détecteur d'événements benthiques ont aidé les scientifiques à découvrir comment le fond marin se déplace pendant les événements de turbidité dans les canyons sous-marins. Crédit : 2016 MBARI
Les courants de turbidité ont historiquement été décrits comme des courants rapides qui balayent les canyons sous-marins, transportant du sable et de la boue dans la mer profonde. Mais un nouveau papier dans Communication Nature montre que, plutôt que simplement constitué d'eau de mer chargée de sédiments s'écoulant sur le fond marin, les courants de turbidité impliquent également des mouvements à grande échelle du fond marin lui-même. Cette découverte dramatique, le résultat d'une longue période de 18 mois, étude multi-institutionnelle de Monterey Canyon, pourrait aider les ingénieurs océaniques à éviter d'endommager les pipelines, câbles de communication, et d'autres structures du fond marin.
Les géologues connaissent les courants de turbidité depuis au moins 1929, lorsqu'un grand tremblement de terre a déclenché un violent courant qui a parcouru plusieurs centaines de kilomètres et endommagé 12 câbles de communication transatlantiques. Les courants de turbidité sont toujours une menace aujourd'hui, à mesure que les gens placent de plus en plus de câbles, canalisations, et d'autres structures sur le fond marin. Les courants de turbidité sont également importants pour les géologues pétroliers car ils laissent derrière eux des couches de sédiments qui constituent certaines des plus grandes réserves de pétrole au monde.
Malgré près d'un siècle de recherches, les géologues ont eu du mal à trouver un modèle conceptuel qui décrit en détail comment les courants de turbidité se forment et évoluent. L'expérience coordonnée du canyon a été conçue, en partie, pour résoudre ce débat. Au cours de cette étude de 18 mois, des chercheurs du Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), le US Geological Survey, l'Université de Hull, le Centre national d'océanographie, l'Université de Southampton, l'Université de Durham, et l'Université océanique de Chine ont combiné leur expertise et leur équipement pour surveiller un tronçon de 50 kilomètres de long (31 miles) du canyon de Monterey avec des détails sans précédent.
Au cours de l'expérimentation, les chercheurs ont placé plus de 50 instruments différents à sept endroits différents dans le canyon et ont effectué des mesures détaillées au cours de 15 flux de turbidité différents. Presque tous les écoulements ont commencé près de la tête du canyon dans des eaux inférieures à environ 300 mètres (1, 000 pieds) de profondeur. Une fois initié, les flux ont parcouru au moins plusieurs kilomètres dans le canyon. Les trois plus gros flux ont parcouru plus de 50 kilomètres, en passant devant la station de surveillance la plus profonde du canyon à une profondeur de 1, 850 mètres (6, 000 pieds).
Ce vaste programme de recherche a montré que les courants de turbidité dans le canyon de Monterey impliquent à la fois des mouvements de sédiments saturés d'eau et d'eau chargée de sédiments. Comme décrit dans le récent Communication Nature papier, la partie la plus importante du processus est une couche dense de sédiments saturés d'eau qui se déplace rapidement sur le fond et remobilise les quelques mètres supérieurs du fond marin préexistant.
Ceci est très différent des modèles conceptuels précédents des courants de turbidité, qui s'est concentré sur les flux de turbidité, eau chargée de sédiments circulant au-dessus du fond marin. Les auteurs de l'article récent ont observé des panaches d'eau chargée de sédiments lors d'événements de turbidité, mais ils suggèrent qu'il s'agit de caractéristiques secondaires qui se forment lorsque le pouls de sédiments saturés se mélange à l'eau de mer sus-jacente.
"Toute cette expérience était une tentative d'apprendre ce qui se passait au fond du canyon, " a déclaré Charlie Paull, MBARI géologue marin et premier auteur du récent article. "Pendant des années, nous avons vu des instruments en bas se déplacer de manière inattendue, et nous soupçonnions que le fond marin pouvait bouger. Maintenant, nous avons des données réelles qui montrent quand, où, et comment cela se produit. "Parmi les instruments utilisés dans l'expérience, il y avait des courantomètres montés sur sept amarres réparties le long du fond du canyon. En analysant les données de ces instruments et en mesurant le temps nécessaire aux flux pour se déplacer entre les amarres, les chercheurs ont été surpris de constater que les flux semblaient descendre le canyon à des vitesses supérieures aux courants d'eau réels mesurés.
Cette carte montre les emplacements généraux de sept stations de surveillance (pas à l'échelle) qui ont été déployées à Monterey Canyon pendant le multi-institution, Expérience de canyon coordonnée de 18 mois. Crédit :David Fierstein.
Bien que l'inclinaison et d'autres mouvements des courantomètres puissent expliquer certaines de ces observations, les scientifiques ont finalement conclu que leurs instruments n'étaient pas simplement déplacés par des courants d'eau trouble s'écoulant au-dessus du fond marin.
Les chercheurs ont également placé des capteurs de la taille d'un ballon de plage appelés détecteurs d'événements benthiques (BED) dans le fond marin. Les BED ont été conçus pour être transportés par les flux de turbidité tout en emportant des instruments qui ont enregistré leur profondeur, mouvement horizontal et vertical, et rotation. D'autres détecteurs de mouvement ont été montés sur de grands, cadres en acier pesant jusqu'à 800 kilogrammes (1, 760 livres). Celles-ci ont été conçues pour rester stationnaires pendant que les flux passaient autour d'elles.
Cependant, les BEDs et les cadres lourds ont été transportés loin dans le canyon lors d'événements de forte turbidité. En réalité, le lourd, les cadres d'instruments de forme maladroite voyageaient souvent aussi vite que les relativement légers, lits profilés.
Les chercheurs ont également remarqué de grandes vagues de sable, jusqu'à deux mètres (6,5 pieds) de hauteur, au fond du canyon. Des relevés répétés du fond ont montré que ces vagues de sable se déplaçaient considérablement pendant les événements de turbidité, remodelage des deux à trois mètres supérieurs du fond marin. Mais les chercheurs ne savaient toujours pas exactement comment ce remaniement s'était produit.
Les données des BED ont fourni un indice important. Lors de nombreux événements, les BED ne se sont pas contentés de descendre le canyon dans des eaux plus profondes, mais a voyagé aussi vite ou plus vite que l'eau sus-jacente. Ils se sont également déplacés de haut en bas dans le flux jusqu'à trois mètres à intervalles réguliers.
Les chercheurs ont conclu que, plutôt que d'être "trainé" le long du fond par un fort courant, leurs instruments étaient "rafted" par un dense, couche de sédiments saturés d'eau recouvrant le fond. Ils ont émis l'hypothèse que les mouvements de haut en bas des BED se produisaient lorsque les instruments se déplaçaient sur des vagues de sable individuelles. Comme Paull l'a noté, "Les BEDs ont fourni un noyau essentiel de nouvelles données qui nous ont permis de comprendre le mouvement du fond marin pour la première fois."
"Les manuels et les efforts de modélisation se sont traditionnellement concentrés sur les flux dilués d'eau chargée de sédiments sur le fond, " a ajouté Paull. " Mais nous savons maintenant que les flux dilués ne sont qu'une partie de l'équation. Il s'avère qu'ils sont la fin du processus, qui commence vraiment au fond de la mer. "
