Quel sera l'impact sur l'océan si les humains doivent exploiter les profondeurs marines ? C'est une question qui gagne en urgence à mesure que l'intérêt pour les minéraux marins grandit.

Les fonds marins profonds de l'océan sont parsemés d'anciennes roches de la taille d'une pomme de terre appelées "nodules polymétalliques" qui contiennent du nickel et du cobalt, des minéraux très demandés pour la fabrication de batteries, comme pour alimenter les véhicules électriques et stocker l'énergie renouvelable, et en réponse à des facteurs tels que l'urbanisation croissante. L'océan profond contient de grandes quantités de nodules chargés de minéraux, mais l'impact de l'exploitation minière du fond de l'océan est à la fois inconnu et très contesté.

Aujourd'hui, les océanologues du MIT ont fait la lumière sur le sujet, avec une nouvelle étude sur le nuage de sédiments qu'un véhicule collecteur soulèverait en ramassant des nodules sur le fond marin.

L'étude, publiée dans Science Advances, rapporte les résultats d'une croisière de recherche de 2021 dans une région de l'océan Pacifique connue sous le nom de zone Clarion Clipperton (CCZ), où les nodules polymétalliques abondent. Là, les chercheurs ont équipé un véhicule collecteur pré-prototype d'instruments pour surveiller les perturbations du panache de sédiments pendant que le véhicule manœuvrait sur le fond marin, à 4 500 mètres sous la surface de l'océan. Grâce à une séquence de manœuvres soigneusement conçues. les scientifiques du MIT ont utilisé le véhicule pour surveiller son propre nuage de sédiments et mesurer ses propriétés.

Leurs mesures ont montré que le véhicule a créé un panache dense de sédiments dans son sillage, qui s'est propagé sous son propre poids, dans un phénomène connu en dynamique des fluides sous le nom de "courant de turbidité". Au fur et à mesure qu'il se dispersait, le panache est resté relativement bas, restant à moins de 2 mètres du fond marin, au lieu de monter immédiatement plus haut dans la colonne d'eau comme cela avait été postulé.

"C'est une image assez différente de ce à quoi ressemblent ces panaches, par rapport à certaines conjectures", déclare le co-auteur de l'étude Thomas Peacock, professeur de génie mécanique au MIT. "Les efforts de modélisation des panaches miniers en haute mer devront tenir compte de ces processus que nous avons identifiés, afin d'évaluer leur étendue."

Les co-auteurs de l'étude incluent l'auteur principal Carlos Muñoz-Royo, Raphael Ouillon et Souha El Mousadik du MIT; et Matthew Alford de la Scripps Institution of Oceanography.

Manœuvres en haute mer

Pour collecter les nodules polymétalliques, certaines sociétés minières proposent de déployer des véhicules de la taille d'un tracteur au fond de l'océan. Les véhicules aspireraient les nodules ainsi que des sédiments le long de leur chemin. Les nodules et les sédiments seraient ensuite séparés à l'intérieur du véhicule, les nodules étant envoyés par une colonne montante vers un navire de surface, tandis que la plupart des sédiments seraient déchargés immédiatement derrière le véhicule.

Peacock et son groupe ont déjà étudié la dynamique du panache de sédiments que les navires de surface associés peuvent renvoyer dans l'océan. Dans leur étude actuelle, ils se sont concentrés sur l'extrémité opposée de l'opération, pour mesurer le nuage de sédiments créé par les collecteurs eux-mêmes.

En avril 2021, l'équipe a rejoint une expédition dirigée par Global Sea Mineral Resources NV (GSR), un entrepreneur belge en génie maritime qui explore la CCZ pour trouver des moyens d'extraire des nodules riches en métaux. Une équipe scientifique basée en Europe, Mining Impacts 2, a également mené des études distinctes en parallèle. La campagne était la première en plus de 40 ans à tester un véhicule de collection "pré-prototype" dans la CCZ. La machine, appelée Patania II, mesure environ 3 mètres de haut, s'étend sur 4 mètres de large et fait environ le tiers de la taille d'un véhicule commercial.

Pendant que l'entrepreneur testait les performances de collecte de nodules du véhicule, les scientifiques du MIT surveillaient le nuage de sédiments créé dans le sillage du véhicule. Ils l'ont fait en utilisant deux manœuvres pour lesquelles le véhicule était programmé :un "selfie" et un "drive-by".

Les deux manœuvres débutent de la même manière, le véhicule partant en ligne droite, tous ses systèmes d'aspiration activés. Les chercheurs ont laissé rouler le véhicule sur 100 mètres, collectant les nodules sur son passage. Ensuite, dans la manœuvre "selfie", ils ont ordonné au véhicule d'éteindre ses systèmes d'aspiration et de faire demi-tour pour traverser le nuage de sédiments qu'il venait de créer. Les capteurs installés dans le véhicule ont mesuré la concentration de sédiments au cours de cette manœuvre de "selfie", permettant aux scientifiques de surveiller le nuage quelques minutes après que le véhicule l'ait agité.

Pour la manœuvre "drive-by", les chercheurs ont placé un amarrage chargé de capteurs à 50 à 100 mètres des trajectoires prévues du véhicule. Au fur et à mesure que le véhicule roulait en collectant des nodules, il a créé un panache qui s'est finalement propagé au-delà du mouillage après une heure ou deux. Cette manœuvre "au volant" a permis à l'équipe de surveiller le nuage de sédiments sur une période plus longue de plusieurs heures, en capturant l'évolution du panache.

À bout de souffle

Au cours de plusieurs parcours de véhicules, Peacock et son équipe ont pu mesurer et suivre l'évolution du panache de sédiments créé par le véhicule d'extraction en haute mer.

"Nous avons vu que le véhicule roulerait dans de l'eau claire, en voyant les nodules sur le fond marin", a déclaré Peacock. "Et puis, tout à coup, il y a ce nuage de sédiments très pointu qui passe lorsque le véhicule entre dans le panache."

À partir des vues du selfie, l'équipe a observé un comportement qui avait été prédit par certaines de leurs études de modélisation précédentes :le véhicule a soulevé une grande quantité de sédiments suffisamment denses pour que, même après un certain mélange avec l'eau environnante, il ait généré un panache qui se comportait presque comme un fluide séparé, se répandant sous son propre poids dans ce qu'on appelle un courant de turbidité.

"Le courant de turbidité se propage sous son propre poids pendant un certain temps, des dizaines de minutes, mais ce faisant, il dépose des sédiments sur le fond marin et finit par s'essouffler", explique Peacock. "Après cela, les courants océaniques deviennent plus forts que la propagation naturelle, et les sédiments sont transportés par les courants océaniques."

Au moment où les sédiments ont dérivé au-delà du mouillage, les chercheurs estiment que 92 à 98% des sédiments se sont retombés ou sont restés à moins de 2 mètres du fond marin sous forme de nuage bas. Il n'y a cependant aucune garantie que les sédiments restent toujours là plutôt que de dériver plus haut dans la colonne d'eau. Des études récentes et futures de l'équipe de recherche se penchent sur cette question, dans le but de consolider la compréhension des panaches de sédiments miniers en haute mer.

"Notre étude clarifie la réalité de ce à quoi ressemble la perturbation initiale des sédiments lorsque vous avez un certain type d'exploitation minière de nodules", a déclaré Peacock. "Le gros point à retenir est qu'il existe des processus complexes tels que les courants de turbidité qui se produisent lorsque vous effectuez ce type de collecte. Ainsi, tout effort visant à modéliser l'impact d'une opération minière en haute mer devra capturer ces processus." + Explorer plus loin

Qu'adviendra-t-il des panaches de sédiments associés à l'exploitation minière en haute mer ?