Un voyage au large, soutenu à la fois par la NASA et la National Science Foundation, appareiller dans l'Atlantique nord début mai, suite d'une expédition complémentaire, cofinancé par la NSF, qui a eu lieu dans le Pacifique Nord en 2018.

Le déploiement en 2021 de la campagne de terrain océanographique de la NASA, appelé processus d'exportation dans l'océan à partir de la télédétection (EXPORTS), se compose de 150 scientifiques et membres d'équipage de plus de 30 gouvernements, universités et institutions privées non gouvernementales. L'équipe est répartie sur trois navires de recherche océanographique, qui se rencontreront dans les eaux internationales à l'ouest de l'Irlande au-dessus de la plaine abyssale sous-marine de Porcupine. Tout au long de la campagne sur le terrain, les scientifiques déploieront une variété d'instruments à bord des trois navires :le RRS James Cook et le RRS Discovery, exploité par le National Oceanography Center de Southampton, ROYAUME-UNI, plus un troisième navire affrété par le projet Ocean Twilight Zone de la Woods Hole Oceanographic Institution et exploité par la Marine Technology Unit à Vigo, Espagne. Un total de 52 plateformes high-tech, dont plusieurs véhicules autonomes, prendra des mesures et collectera des données en continu.

Une grande partie de la science se concentre sur le rôle de l'océan dans le cycle mondial du carbone. Par des processus chimiques et biologiques, l'océan retire autant de carbone de l'atmosphère que toute la vie végétale sur terre. Les scientifiques espèrent explorer davantage les mécanismes de la pompe biologique de l'océan, le processus par lequel le carbone de l'atmosphère et de la surface de l'océan est séquestré à long terme dans l'océan profond. Ce processus implique des organismes microscopiques ressemblant à des plantes appelés phytoplancton, qui subissent la photosynthèse tout comme les plantes terrestres et peuvent être vues depuis l'espace en observant les changements de couleur de l'océan. Leur productivité a un impact significatif sur le cycle du carbone de la Terre, qui à son tour affecte le climat de la Terre.

"Il s'agit de la première étude complète de la pompe à carbone biologique de l'océan depuis l'étude conjointe Global Ocean Flux dans les années 1980 et 1990, " a déclaré le responsable scientifique d'EXPORTATIONS, David Siegel de l'Université de Californie, Santa Barbara. "Dans l'intervalle, nous avons obtenu des outils d'imagerie microscopique avancés, génomique, des capteurs chimiques et optiques robustes et des robots autonomes - un tas de choses que nous n'avions pas à l'époque, afin que nous puissions poser des questions beaucoup plus difficiles et beaucoup plus importantes. » Ces questions incluent la quantité de carbone organique qui quitte la surface de l'océan, et quel chemin prend-il alors qu'il se dirige vers les profondeurs où il peut être séquestré pendant de longues périodes, de décennies à des milliers d'années.

Les scientifiques connaissent trois voies principales qui transportent le carbone de l'atmosphère et de la partie supérieure de l'océan vers la "zone crépusculaire" sombre qui se trouve à 1, 640 pieds (500 m) ou plus sous la surface :1) le mélange et la circulation physiques de l'océan peuvent transporter la matière organique en suspension profondément dans l'intérieur de l'océan, 2) les particules peuvent couler en raison de la gravité, souvent après avoir traversé les entrailles des organismes, et 3) les migrations verticales quotidiennes d'animaux qui font la navette entre les niveaux océaniques supérieurs et inférieurs apportent du carbone pour le trajet.

EXPORTS vise à déterminer la quantité de carbone transportée par chacune de ces voies en observant la pompe à carbone dans deux écosystèmes océaniques très différents avec des conditions variables. Les chercheurs ont choisi le Pacifique Nord et l'Atlantique Nord car ils se situent aux extrémités opposées du spectre de productivité (c'est-à-dire les taux de photosynthèse) et subissent deux extrêmes opposés de processus physiques tels que les tourbillons et les courants. L'étude d'environnements contrastés fournira le maximum d'informations pour modéliser les futurs scénarios climatiques.

Selon Ivona Cetinić, scientifique du projet et océanographe au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, le Pacifique Nord s'apparente à un désert ou à une "simple prairie" terrestre. Il est pauvre en nutriments, dans ce cas le fer nécessaire à la photosynthèse, et des expériences parmi les moins de courants de Foucault trouvés dans les océans mondiaux. Par conséquent, le transport du carbone dans l'océan profond est principalement conduit par de minuscules animaux, appelé zooplancton, consommer du phytoplancton microscopique semblable à une plante, puis excréter le carbone digéré dans les profondeurs inférieures.

dérive du phytoplancton dans la partie supérieure, couche ensoleillée de l'océan où ils peuvent convertir le dioxyde de carbone provenant de l'atmosphère en carbone organique. Lorsque les conditions sont réunies, comme c'est souvent le cas dans la région de l'Atlantique Nord à cette période de l'année, les populations de phytoplancton croissent ou « fleurissent » si rapidement qu'elles peuvent être vues de l'espace.

L'Atlantique Nord présente également des courants forts qui contrastent avec les eaux plus lentes du Pacifique Nord. A côté de ceux-là, Siegel dit qu'ils prévoient au moins quatre jours de mauvais temps au cours de l'expédition d'un mois.

Mais les données EXPORTS ne s'appliquent pas seulement à la mer, elles seront également utilisées pour améliorer la technologie des satellites. Cetinić travaille avec plusieurs mesures optiques provenant de satellites couleur océan, qui mesurent la lumière réfléchie par la surface de l'océan dans certaines parties du spectre visible, ce que nous appelons les couleurs de l'arc-en-ciel. Ceux-ci fournissent des informations telles que les mesures de la température de l'océan, salinité, carbone et les concentrations d'un pigment vert appelé chlorophylle. Cependant, les différentes espèces de phytoplancton occupant différentes parties de l'écosystème et du cycle du carbone produisent différentes quantités et nuances de chlorophylle verte, créant une nuance dans la couleur de l'océan que les satellites actuels de couleur de l'océan ne peuvent pas "voir".

Parmi les instrumentations déployées lors des EXPORTATIONS sont très raffinées, et dans certains cas expérimental, instruments optiques pour mesurer la couleur de l'océan qui s'apparentent aux instruments qui seront à bord des futurs satellites de la NASA. Les chercheurs combineront ces mesures simulées par satellite avec les observations détaillées de la communauté phytoplanctonique de surface - grâce à la génomique, l'analyse d'images ou la composition pigmentaire – ainsi que la connaissance de leur physiologie pour permettre aux satellites de détecter la diversité océanique et in fine leur rôle dans le cycle du carbone océanique.

La prochaine génération de ces satellites, Plancton de la NASA, Aérosol, Nuage, mission Ecosystème océanique (PACE), sera hyperspectrale, ce qui signifie qu'il sera capable de collecter des données sur l'ensemble du spectre visible, et capturer des informations au-delà de la partie visible, y compris l'ultraviolet et l'infrarouge à ondes courtes.

"Ce que nous voyons pendant que nous sommes sur le terrain nous permet de comprendre le type d'informations que nous aurons besoin de voir depuis l'espace afin de capturer les processus critiques que nous voulons mieux comprendre, " Cetinić a déclaré. "Cela stimule le développement de la technologie spatiale. En retour, les données provenant des nouveaux satellites d'observation de la Terre permettent aux scientifiques, tels que ceux qui participent aux EXPORTATIONS, aller chercher d'autres informations cruciales ou développer de nouvelles techniques pour compléter le courant, ou même inspirer un nouveau, Satellite d'observation de la Terre. Ce jeu perpétuel de technologie et de science, profite finalement à l'ensemble de l'humanité."

Suite à la campagne de terrain, une phase supplémentaire d'EXPORTS se concentrera sur l'utilisation des données collectées dans l'Atlantique et le Pacifique pour prédire à quoi pourraient ressembler les voies de transport du carbone dans les futurs océans.

"Ce que nous savons actuellement se limite à ce qui se passe dans les océans aujourd'hui, " a déclaré Siegel. " Avec les changements climatiques en cours, vu non seulement dans l'océan mais à travers les systèmes terrestres, nous devons être en mesure de prédire ce qui va se passer en 2075, et nous n'avons pas encore cette compréhension prédictive."

Parce que tant de caractéristiques d'une même tranche d'océan vont être mesurées en même temps, les modèles informatiques existants disposeront d'un ensemble de données riche et plus complet décrivant la pompe à carbone sur laquelle baser les projections de ce qui pourrait se produire dans un avenir proche plus profondément dans l'océan et quels pourraient être les impacts sur le cycle du carbone.

"C'est un si bon ensemble de données qu'il va alimenter la recherche pour les décennies à venir, " dit Cetinić.

PACE et EXPORTS ont subi des retards en raison de la pandémie de COVID-19. Maintenant, assurer la sûreté et la sécurité de chaque personne impliquée, une quarantaine de deux semaines a été nécessaire avant que des protocoles de navigation et de distanciation sociale ne soient promulgués pour la première semaine à bord des navires. Siegel dit que la diversité et le dévouement des membres de l'équipe, le soutien sans précédent du National Oceanography Center du Royaume-Uni pour s'assurer que les navires et l'équipage sont prêts et en sécurité pour la navigation, l'engagement soutenu du siège de la NASA, et beaucoup de chance est la raison pour laquelle la campagne peut encore se dérouler cette année.