Lorsqu'un médecin examine un patient, ils pourraient écouter la respiration du patient, prendre leur température, et discuter de la nutrition. Lors de la vérification sur l'océan, les scientifiques prennent aussi de l'oxygène, Température, et les lectures de nutriments. Mais en raison de sa taille et de sa variabilité, lire les signes vitaux de l'océan est beaucoup plus difficile que de disputer le patient moyen.

Bien que les amarres et les robots sous-marins autonomes puissent aider à surveiller la santé des océans, Les ingénieurs et scientifiques de MBARI ont travaillé sur un nouvel outil de diagnostic, un flotteur de profilage côtier, qui peut rester en mer plus longtemps sans avoir besoin d'une ancre sur le fond marin.

Pendant deux décennies, les flotteurs de profilage en haute mer ont suivi avec succès la température et la salinité. Le réseau Argo en compte environ 3, 800 flotteurs dérivants dans le monde, et le projet d'observation et de modélisation du carbone et du climat de l'océan Austral (SOCCOM) compte environ 200 flotteurs dans l'océan Austral. Tous ces flotteurs collectent des données et les renvoient à terre en quelques heures.

Contrairement à ce que le nom pourrait suggérer, les flotteurs de profilage ne flottent pas seulement passivement dans l'océan, ils se déplacent de haut en bas. Les flotteurs de haute mer passent la plupart de leur temps à 1, 000 à 2, 000 mètres (3, 280 à 6, 560 pieds) de profondeurs, remonter à la surface tous les 10 jours grâce à une vessie natatoire conçue.

"La vessie externe est extensible, et tout ce que nous faisons, c'est déplacer le pétrole de l'intérieur vers l'extérieur, " dit Gène Massion, L'ingénieur principal de MBARI sur le projet. Le déplacement de l'huile à l'extérieur du flotteur et dans la vessie externe augmente son volume sans modifier la masse du flotteur, la faisant monter à travers l'eau. Le retour de l'huile à l'intérieur du flotteur diminue le volume, et donc la flottabilité, permettant au flotteur de couler.

"Ces flotteurs sont un système qui fonctionne, " a déclaré Ken Johnson, un scientifique principal à MBARI. "Ils sont aussi beaucoup moins chers que les navires de recherche, et n'ont pas besoin d'autant de personnel pour fonctionner ou entretenir.

Mais il y a une partie vitale de l'océan où ces flotteurs sont moins efficaces :les zones côtières. Comme un brin de varech à la dérive, les flotteurs sont à la merci des courants. En pleine mer, un petit mouvement de va-et-vient n'est pas inquiétant. Mais le long de la côte, les flotteurs peuvent facilement s'échouer sur la plage, les rendant inutiles. Par conséquent, les scientifiques manquent de données flottantes des régions côtières, les parties les plus productives de l'océan.

"Pour comprendre la santé de l'océan, vous devez travailler dans les zones côtières, où vivent le phytoplancton microscopique et les algues à la base de la chaîne alimentaire, " explique Massion. Après avoir travaillé à la fois sur les baies SOCCOM et Argo, Johnson et son équipe développent actuellement un nouveau flotteur conçu pour la côte.

Un flotteur qui se gare sur le fond marin

Les chercheurs de MBARI ont conçu le flotteur de profilage côtier spécifiquement pour surmonter les défis du travail dans l'environnement côtier. Leur astuce principale est d'avoir le parc à flotteurs sur le fond marin entre les périodes de collecte de données. Le flotteur passe alors moins de temps à être poussé dans la colonne d'eau et potentiellement vers le rivage.

Un plus grand, la vessie modifiée donne au flotteur de profilage côtier une plus grande plage de flottabilité. Une plus grande flottabilité négative permet au flotteur de se garer en toute sécurité sur le fond boueux. Une plus grande flottabilité positive permet au flotteur de sortir de la boue collante du fond marin.

Au lieu de prendre une mesure tous les 10 jours, comme les flotteurs Argo, les flotteurs de profilage côtier peuvent monter et descendre dans la colonne d'eau quatre fois par jour ou plus. En raison de la variation rapide de l'environnement côtier, les mesures doivent être prises plus fréquemment près de la côte qu'en haute mer.

Jusque là, Les chercheurs de MBARI ont construit deux modèles différents de flotteurs côtiers avec les mêmes composants de base. Les ingénieurs ont construit le premier prototype avec une vessie de flottaison au fond du cylindre, un peu comme les modèles de flotteurs Argo existants. Leur deuxième conception a des vessies sur les côtés de son corps pour réduire les risques de rester coincé dans la boue du fond marin. "Ce sont des petits problèmes agaçants quand on travaille dans le vrai océan qu'il faut gérer en tant qu'ingénieur, " dit Massion, "mais les deux approches sont très viables."

A terme, les ingénieurs espèrent que les flotteurs seront capables de combattre le courant avec le courant. Si un courant à une profondeur, ou en surface, pousse dangereusement le flotteur près de la plage, il y a souvent un courant à une autre profondeur qui coule au large. En théorie, le flotteur n'a qu'à trouver la profondeur à laquelle s'écoule le courant au large. Trouver ce courant est un grand défi, un défi auquel Massion et son équipe s'attaquent toujours.

Massion teste également des centrales inertielles (IMU), comme ceux utilisés dans certains robots de MBARI, pour déterminer dans quelle direction le flotteur se déplace. Cette technologie est très chère, mais elle est de moins en moins chère et de meilleure qualité.

Tester dans l'eau

Au cours des deux dernières années, Massion et ses collègues ingénieurs ont résolu la plupart des bugs et testé les aspects mécaniques du flotteur. « La chose a très bien fonctionné ; elle montait et descendait ; nous contrôlions la vitesse, nous avons tenu la profondeur; C'était génial, " a déclaré Massion. Maintenant, les scientifiques de l'équipe veulent démontrer sa fonctionnalité en exécutant des missions scientifiques. Dans les applications scientifiques, les données font tout le discours.

Un groupe de chercheurs du MBARI a déjà mené des expériences préliminaires à l'aide d'un flotteur de profilage côtier dans la baie de Monterey. Le prototype de flotteur, équipé d'un piège à sédiments pour collecter les particules de matière organique en train de couler (nourriture pour animaux des grands fonds), a passé une journée à planer à environ 130 mètres (426 pieds) sous la surface, prélèvement à intervalles de six heures. Les scientifiques de MBARI analysent toujours les données de cette expérience.

Plus tard cette année, l'équipe prévoit de placer trois prototypes de flotteurs de profilage côtier dans un réseau triangulaire dans la baie de Monterey. Chaque printemps et été, de grandes proliférations d'algues apparaissent au large de la côte nord de la baie. Les chercheurs s'attendent à ce que ces flotteurs aident à identifier la source des nutriments qui alimentent ces proliférations. Ces flotteurs seront déployés pendant un mois ou plus. Si besoin, les scientifiques peuvent les collecter, recharger leurs batteries, et les renvoyer.

Les chercheurs espèrent que les flotteurs de profilage côtier pourront également être utilisés pour étudier les « zones mortes » à faible teneur en oxygène – des zones de l'océan où la plupart des espèces marines meurent ou partent en raison des faibles niveaux d'oxygène. En dehors des régions côtières, le flotteur pourrait s'avérer utile pour étudier les systèmes arctiques et d'eau douce. La grande vessie fonctionnera bien dans de telles zones, où la fonte des glaces ou les émissaires des rivières côtières entraînent une eau douce de faible densité à la surface et une densité croissante avec la profondeur.

Les flotteurs transportent actuellement des instruments qui mesurent l'oxygène, nitrate, pH, Température, salinité, particules, lumière du soleil, et la chlorophylle (un indicateur d'algues). Les capteurs peuvent être remplacés ou ajoutés selon les besoins des scientifiques. "À l'heure actuelle, le flotteur ressemble plus à une camionnette qu'à, Disons, une Ferrari, " a déclaré Johnson. Alors que les chercheurs continuent d'affiner la conception du flotteur, il prévoit que les flotteurs et les instruments deviendront plus profilés et plus compacts.

"Avec ces instruments, nous pouvons mesurer le pouls de base de l'océan, " dit Johnson, « S'il y a des problèmes dans une région, nous pouvons alors diriger les navires pour mener des études plus détaillées. » Pour l'instant, ces flotteurs fourniront aux scientifiques suffisamment de données pour avoir une idée de la santé du patient.