Étude du pergélisol au fond de la mer de Beaufort

Qu’ont en commun un brise-glace, un véhicule sous-marin autonome (VSA), le pergélisol et la cartographie des fonds marins? Eh bien, ils font tous partie d’un programme de recherche scientifique qui se déroule actuellement dans la mer de Beaufort. Les scientifiques de la Commission géologique du Canada Michelle Côté, Ned King et Mat Duchesne étudient le pergélisol et les hydrates de gaz dans des zones peu profondes du plateau continental arctique de la mer de Beaufort. Ils tentent de déterminer si la couche de pergélisol sous les fonds marins est touchée par les changements climatiques et publient du 29 août au 13 septembre 2017 un blogue à ce sujet à bord du brise-glace coréen Araon. Faites équipe avec Ressources naturelles Canada, l’Institut de recherche polaire de Corée et l’Institut de recherche de l’aquarium de Monterey Bay tandis qu’ils explorent les fonds marins de la mer de Beaufort.

  1. Rencontrez l’équipe!
  2. Arrivée et préparation des travaux scientifiques
  3. Un siècle de science à l’île Herschel
  4. La prospection sismique multicanaux à bord du navire océanographique (NO) Araon
  5. Utilisation d’outils de haute technologie pour explorer de nouvelles zones le long de la côte ouest de la dépression du Mackenzie
  6. Rapport de l’équipe de la campagne terrestre
  7. Structures « pingomorphes » et volcans de boue dans l’est de la plateforme du Mackenzie le 12 septembre
  8. Qu’est-ce qu’un glacier? Comprendre l’histoire glaciaire de l’Arctique de l’Ouest
  9. La faune de l’Arctique dans la mer de Beaufort

Carte

Rencontrez l’équipe!

Michelle Côté

Michelle Côté

Michelle a commencé sa carrière à la Commission géologique du Canada (CGC) en étudiant le pergélisol et les hydrates de gaz côtiers dans le delta du fleuve Mackenzie. Au cours des dernières années, elle a développé le pied marin et a travaillé à des programmes de recherche dans la mer de Beaufort et au large de la côte ouest du Canada. Michelle a participé aux trois expéditions de l’Araon en mer de Beaufort canadienne. Son rôle consiste en grande partie à obtenir les permis nécessaires et à organiser la logistique de ces programmes de recherche multidisciplinaires.

Ned King

Ned King

Ned est géoscientifique du quaternaire. Il a étudié les environnements marins des plateaux continentaux et de leur pente sur la côte sud-est du Canada, en Norvège et, dernièrement, dans la mer de Beaufort. Il est cartographe de la géologie superficielle (et du sous-sol marin dans les eaux peu profondes) et il s’intéresse aux processus anciens et actuels des fonds marins, notamment le transport des sédiments, les mouvements de masse et la reconstitution des modèles glaciaires. Il utilise surtout des outils de géophysique, le plus souvent des sonars et des instruments de sismique, mais il aime aussi s’aventurer dans la boue pour prélever des carottes de sédiments. Parmi les applications de son travail, notons la caractérisation de l’état des fonds marins en vue du choix de l’emplacement de certaines infrastructures (p. ex., plateformes, pipelines, éoliennes, câbles) et la stabilité des fondations.

Mat Duchesne

Mat Duchesne

Mat est spécialiste de la sismique-réflexion. Plus précisément, il s’intéresse au traitement bidimensionnel et tridimensionnel des données terrestres et marines obtenues par sismique-réflexion et à la détection de la présence d’hydrocarbures à l’aide de méthodes sismiques. Ses travaux les plus récents ont trait à l’analyse de données de sismique-réflexion afin d’évaluer le potentiel en ressources énergétiques du Nord canadien, à la sismique-réflexion des ondes de cisaillement, aux risques environnementaux associés à l’exploitation des énergies non classiques et à l’imagerie sismique dans la mer de Beaufort.

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Arrivée et préparation des travaux scientifiques

L’équipe de scientifiques de l’Institut de recherche polaire de Corée (KOPRI), de l’Institut de recherche de l’aquarium de Monterey Bay (MBARI) et de la Commission géologique du Canada (CGC) s’est donné rendez-vous à Barrow, en Alaska, le 26 août. Nous avons fait un court trajet en hélicoptère pour atteindre le pont du navire de recherche Araon, qui avait jeté l’ancre tout près de la côte. En l’espace de deux heures, tout le monde était à bord. Pendant le chargement des derniers équipements, nous avons savouré notre premier repas sur le navire. Nous avons ensuite défait nos bagages et installé nos affaires. Comme prévu, nous avons levé l’ancre à midi pile le 27 août pour nous diriger vers les eaux canadiennes.

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Photo 1 : Deux hélicoptères travaillent en tandem pour transporter le personnel et l’équipement à bord du navire de recherche Araon.

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Photo 2 : Les membres de l’équipe de terrain de la CGC attendent l’hélicoptère qui les conduira jusqu’au navire.

Pendant la navigation de transit, nous avons fait beaucoup de travaux préparatoires. Nous commençons toujours la journée par une réunion scientifique. Nous y précisons les objectifs scientifiques et les tâches de la journée. Nous avons déballé et installé l’équipement scientifique et les ordinateurs.

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Photo 3 : Le scientifique en chef, YK Jin, du KOPRI, dirige la réunion scientifique quotidienne.

Déplacement de l’équipement sur le pont :

Le mini-véhicule télécommandé (VT) et le véhicule sous-marin autonome (VSA) du MBARI ont été chargés à bord en Corée au début de juillet après avoir servi à faire des levés à Taïwan. Ils ont fait le voyage sans être endommagés, au grand soulagement de tous. On les a assemblés et déplacés sur le pont pour pouvoir les mettre à l’eau et les sortir de l’eau facilement.

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Photo 4 : Déplacement du treuil du VT sur le pont de l’Araon.

Exercice de mise à l’eau et de sortie de l’eau du VSA :

La mise à l’eau et la sortie de l’eau du véhicule sont un des aspects difficiles des levés par VSA. C’est d’ailleurs la première fois que ces tâches sont accomplies à bord de l’Araon. Ce matin, nous avons jeté l’ancre tout près de l’île Herschel en prévision de l’arrivée des observateurs de mammifères marins. Avec des vents légers de 15 nœuds et une mer relativement calme, les conditions étaient excellentes pour s’exercer à mettre à l’eau et à sortir de l’eau le VSA.

À l’aide de la grue, on a déplacé soigneusement le VSA pour le faire passer par-dessus bord sur le côté du navire. Avec des câbles manipulés avec beaucoup d’adresse, l’équipage a guidé la descente du VSA jusque dans l’eau.

Nous avons pu assister à un excellent premier déploiement de ce nouvel équipement par l’équipage du KOPRI. Ce dernier a mis à l’eau son embarcation d’intervention rapide, et l’équipe de récupération du VSA s’est exercée à rapprocher le VSA du navire et à fixer le câble de récupération au sommet du VSA. Ce n’est pas une sinécure, surtout quand il y a 25 personnes sur le pont qui vous regardent faire! L’exercice a permis à l’équipage et aux scientifiques de perfectionner leurs techniques afin que tout se déroule rondement en mer lorsque les conditions seront vraisemblablement moins idéales.

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Photo 5 : Le VSA passe par-dessus bord sur le côté de l’Araon pendant l’exercice de déploiement.

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Photo 6 : L’équipe de récupération du KOPRI/MBARI s’exerce à récupérer le VSA.

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Un siècle de science à l’île Herschel

Écrit par Scott Dallimore et Stephen Wolfe

Comme nous l’avons dit plus tôt, l’exécution du programme scientifique à bord de l’Araon a commencé dès l’arrivée dans les eaux canadiennes avec une cartographie bathymétrique par système sonar multifaisceaux monté en coque et une imagerie de la géologie souterraine par sondeur de sédiments. Après quelque 36 heures de navigation et d’activités scientifiques, le navire s’est arrêté à l’île Herschel pour prendre à son bord trois observateurs des mammifères marins qui joueront un rôle vital dans l’exécution de notre programme de sismique multicanaux. Scott Dallimore et Stephen Wolfe de la CGC ont assuré la coordination logistique pour ce rendez-vous sur l’île Herschel; nous devons l’accès au site aux services de l’entreprise Gwich’in Helicopters fournis dans le cadre du Programme du plateau continental polaire.

Le vol d’Inuvik à l’île, d’une durée d’environ une heure et demie, traverse le delta du Mackenzie (deuxième en superficie dans l’Arctique), puis longe le Versant nord du Yukon. Le paysage est décidemment spectaculaire, tout comme l’est l’histoire de la région. En 1987, conformément à un accord passé avec les Inuvialuit, le gouvernement du Yukon a reconnu le caractère unique de l’île Herschel en en faisant un parc territorial, le Herschel Island-Qikiqtaruk Territorial Park.

Dans son fascinant site Web http://www.env.gov.yk.ca/camping-parks/HerschelIslandQikiqtaruk.php, le gouvernement du Yukon explique que pendant des millénaires l’île Herschel a été pour les Inuvialuit une base de pêche et de chasse, y compris à la baleine. En inuvialuktun, elle est désignée par le mot Qikiqtaruk, qui signifie simplement « l’île ». Après la première visite de Sir John Franklin en 1826, Qikiqtaruk a beaucoup changé. Vers la fin du XIXe siècle, les eaux abritées de la baie Thetis et de l’anse Pauline ont attiré la florissante flotte baleinière, qui, après avoir décimé la population de baleines à fanons dans le Pacifique-Nord, se déployait maintenant dans la mer de Beaufort. Une station baleinière fut installée à l’anse Pauline. Avec des dizaines de navires hivernant à cet endroit, la population pouvait dépasser un millier de personnes. Cette époque tumultueuse a eu des effets environnementaux et sociaux qui sont allés bien au-delà de la décimation des populations de baleines boréales. Plusieurs constructions de l’époque s’y trouvent toujours.

L’île Herschel est aussi un centre d’intérêt scientifique depuis plus d’un siècle. De 1913 à 1916, la première expédition scientifique parrainée par le gouvernement canadien (en clair, la CGC!) – y eut son camp de base, ainsi qu’à la pointe King, tout près. À leur humble façon, Scott et Stephen sont eux-mêmes des vétérans de la recherche scientifique dans la région : en 1986 et 1987, ils ont passé près de 10 semaines à travailler à bord de petits zodiacs pour étudier la géologie de la côte du Yukon, y compris son pergélisol. Le temps fort de leur voyage fut leur arrêt à l’île – où, au milieu des anciennes constructions baleinières, se trouve un sauna! Scott était à l’époque un jeune scientifique à la CGC; Steve était un stagiaire d’été qui, peu après, est entré à l’emploi de la CGC comme scientifique spécialisé dans l’étude du pergélisol.

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Figure 1 : Scott Dallimore (CGC) se régale d’un bon repas de camp durant la campagne de terrain de l’été 1986.

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Figure 2 : Steve Wolfe (CGC) manipule des échantillons recueillis durant la campagne de terrain de l’été 1986.

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Figure 3: Steve, à l’été 1986, examinant des affleurements sédimentaires sur la côte du Yukon.

Trente ans plus tard, les sujets de recherche ne sont toujours pas épuisés! Pour cette campagne sur le terrain, nous voulons réévaluer toute la question glaciologique. Nous nous proposons en particulier d’examiner et de décrire la corrélation entre la géologie sous-marine, qui sera étudiée à partir de l’Araon, et la géologie terrestre. Notre intérêt pour cette question a été piqué lorsque Scott et Charlie Paull, un scientifique de l’Institut de recherche de l’aquarium de Monterey Bay (MBARI), en examinant un affleurement terrestre sur la côte du Yukon en 2013, ont observé un gisement de diamicton sédimentaire avec de très gros blocs délestés. Cette entité ressemblait beaucoup aux dépôts glaciaires que nous trouvons au large lors des plongées de notre véhicule télécommandé et de nos études géophysiques. Scott, Charlie et Michelle Côté, autre scientifique de la CGC, ont campé pendant trois jours à l’île Herschel en 2014 pour en rapporter des échantillons de galets.

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Figure 4 : À l’île Herschel en 2014, l’équipe de terrain formée de Charlie Paull (MBARI), Malcolm Nicol (CGC), Michelle Côté (CGC) et Scott Dallimore. En toile de fond, l’anse Pauline et une partie des anciennes constructions.

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Figure 5 : Michelle et Charlie préparent des échantillons de galets au quai de l’île Herschel en août 2014.

Cet été, Scott et Steve vont examiner de près les sédiments qui constituent l’île Herschel et qui semblent s’être formés sous l’effet de la poussée de la glace glaciaire contre d’anciens sédiments marins. On distingue nettement, en effet, des crêtes glacitectoniques ainsi que des affleurements de glace glaciaire enfouie datant de la glaciation du pléistocène. Ils prélèveront aussi des échantillons de sédiments glaciaires tout le long de la côte du Yukon et jusqu’à la frontière de l’Alaska afin de faire avancer la recherche sur l’origine de ces sédiments.

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La prospection sismique multicanaux à bord du navire océanographique (NO) Araon

L’objectif premier de notre programme de recherche est d’en arriver à mieux connaître la géologie de la sous-surface et la répartition du pergélisol et des hydrates de gaz. Nous espérons pouvoir quantifier la présence en profondeur et la fuite de méthane et autres fluides afin de comprendre l’instabilité sédimentaire, qu’elle tienne aux glissements de terrain ou aux fluides.

Pour répondre à cette question scientifique, la méthode géophysique de choix est la sismique-réflexion marine : une énergie acoustique contrôlée est transmise à travers l’eau dans le plancher océanique, puis l’énergie réfléchie par les différentes couches sous-jacentes à la surface sédimentaire du plancher est enregistrée.

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Figure 1 : Diagramme du NO Araon remorquant le matériel de sismique multicanaux.

L’acquisition de données sismiques est fonction de la production d’ondes de pression sismiques (aussi dites acoustiques). Des appareils appelés canons à air libèrent de l’air comprimé dans l’eau pour produire une onde sismique. Cette onde descend jusqu’au fond et pénètre le sédiment. Une partie de l’énergie sismique est réfléchie de la partie supérieure de l’une ou l’autre des couches sous-jacentes et revient à la surface où elle est enregistrée par des appareils d’écoute appelés hydrophones. Ces hydrophones sont disposés dans une flûte remorquée par le navire. La flûte de l’Araon, d’une longueur de 1,5 kilomètre, est remorquée à 6 mètres sous la surface de l’eau. Pendant les levés, nous nous déplaçons à une vitesse d’environ 8 km/h (5 nœuds).

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Figure 2 : La flûte du système de sismique multicanaux est déployée du pont arrière du Araon.

Durant notre expédition, nous utiliserons une grappe de canons à air comprimé à raison de 420 pouces cubes de volume. Cette grappe convient particulièrement à la production d’une image des différentes couches du plancher océanique, jusqu’à une profondeur d’à peu près 1 000 mètres. Cette configuration sismique diffère de celle des programmes de prospection des gisements d'hydrocarbures de l’industrie du pétrole et du gaz : ces programmes, en effet, utilisent des volumes d’air comprimé (énergie) beaucoup plus élevés et peuvent imager le sous-sol océanique jusqu’à des kilomètres de profondeur.

Nous consacrons cinq jours de notre programme de recherche à des levés sismiques menés le long de lignes de levés d’intérêt spécifique. Bon nombre de ces lignes auront pour cibles des éléments et des zones dont nous connaissons l’existence, mais dont l’interprétation des origines nécessiterait de meilleures données; d’autres lignes combleront quelques lacunes dans un territoire à peu près inexploré. Nous comptons collecter des données sismiques le long de 12 à 14 lignes de levé pour une longueur totale d’environ 1 000 kilomètres. Les images sismiques qui en résulteront serviront à évaluer le milieu géologique du plateau continental de la mer de Beaufort et de sa pente, à retracer l’histoire de la sédimentation dans le bassin de Beaufort, de déterminer la présence d’hydrates de gaz et de pergélisol, de comprendre l’histoire glaciologique de la mer de Beaufort et d’évaluer les géorisques liés à l’instabilité des fonds sous-marins et aux glissements de terrain.

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Figure 3: Les scientifiques du KOPRI et de RNCan surveillent en laboratoire l’acquisition de données du système multicanaux.

Pour mener ces recherches, nous avons mis en place un grand nombre de mesures d’atténuation, élaborées en consultation avec Pêches et Océans Canada, afin d’en réduire le plus possible les effets sur l’environnement et, en particulier, durant les levés acoustiques, sur les mammifères marins. C’est ainsi que nous avons à notre bord des observateurs des mammifères marins, dont la tâche consiste à détecter la présence de mammifères dans un rayon de sécurité de 1 000 mètres autour du navire, avant et pendant les levés. L’acquisition de données sismiques ne peut commencer que si cette zone de sécurité est libre de tout mammifère marin depuis une heure. Si un mammifère est observé durant un levé, nous éteignons immédiatement nos canons à air; il appartient ensuite aux observateurs de déterminer le moment où il sera prudent de reprendre les levés.

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Figure 4 : John Ruben, Dale Ruben et Rhonda Reidy, observateurs des mammifères marins, sur le pont de l’Araon.

La mer s’est calmée et depuis peu le soleil est couché. Après le repas du midi, nous avons pu contempler une vue spectaculaire des montagnes enneigées qui entourent la baie Mackenzie au sud, dans les Territoires du Nord-Ouest.

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Figure 5 : Les montagnes enneigées de la baie Mackenzie.

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Utilisation d’outils de haute technologie pour explorer de nouvelles zones le long de la côte ouest de la dépression du Mackenzie

Étant donné son grand potentiel de gisements de pétrole et de gaz, la géologie de la zone située sous la mer de Beaufort canadienne sur la côte est de la dépression du Mackenzie a été étudiée abondamment au cours des cinq dernières décennies. Il existe donc beaucoup de données sur cette zone, notamment des données sismiques multicanaux qui nous font voir en profondeur la subsurface; de larges fauchées de données multifaisceaux permettant d’établir des cartes détaillées du plancher océanique, très semblables à des cartes topographiques terrestres; une centaine de puits d’exploration de l’industrie pétrolière et gazière, forés à des centaines de mètres dans le plancher océanique; et des centaines de carottes de 5 mètres ou moins prélevées à des fins scientifiques.

En revanche, il existe très peu de données sur la côte ouest de la dépression du Mackenzie, à l’est de la frontière entre les États-Unis et le Canada : quelques cartes bathymétriques de faible résolution, quelques levés multifaisceaux détaillés et profils sismiques de faible qualité, ainsi qu’un puits de l’industrie pétrolière et gazière.

Pour notre étude de cette zone peu explorée, nous chercherons d’abord à en comprendre les processus du plancher océanique et nous comparerons nos observations à celles qui ont été faites sur la côte est. À l’instar des premiers explorateurs qui ont cartographié et décrit de nouveaux territoires, nous explorons nous aussi des régions relativement inconnues, mais munis d’outils de haute technologie plutôt que de compas et de sextants.

Comme nous ne disposons que de 15 jours de temps-navire, nous devons cibler nos études pour réussir à comprendre des zones qui ont la taille d’un timbre-poste sur les cartes de la vaste région du plateau/de la pente du Yukon.

Nous utilisons des outils de plus en plus précis à mesure que nous nous approchons des zones d’intérêt. Nous avons tout d’abord utilisé des cartes du plancher de l’océan Arctique pour définir les zones d’intérêt potentiel. La résolution de ces cartes est mauvaise – c’est comme regarder une image floue. À partir d’estimations éclairées, nous choisissons des cibles et utilisons nos premiers outils, dont il est question dans la publication précédente : le sonar multifaisceaux à bord du navire nous sert à produire une carte plus détaillée du plancher océanique tandis que le sondeur de sédiments est utilisé pour produire des images des couches de sédiments situées sous le plancher océanique.

Ces données sont collectées en continu au fur et à mesure que le navire effectue des va-et-vient le long des lignes, à l’image d’une tondeuse à gazon. Les résultats sont intrigants. À première vue, le fond de la mer ici ressemble à celui de la dépression dans l’est. Il comprend des fissures profondes qui coupent le plateau continental et de larges bandes de plancher océanique ponctuées de monticules, de ravines et de crêtes potentiellement associés au rejet de gaz ou d’eau.

Après des jours de collecte de données par bateau et de nettoyage des données multifaisceaux (toute inexactitude dans les données doit être nettoyée de manière à ce que la carte soit utile pour les géologues), une carte de base est produite et doit permettre de trouver des zones d’intérêt afin que nous puissions déployer des outils d’échantillonnage encore plus précis : le véhicule sous-marin autonome (VSA) de cartographie haute résolution et le mini-véhicule télécommandé (VT).

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Photo 1 : Exemples de données bathymétriques multifaisceaux recueillies par l’Araon (gauche) et de données recueillies par le VSA (droite).

Une fois que les zones d’intérêt sont sélectionnées à partir des cartes à faible résolution réalisées par bateau, une mission est établie et transmise au VSA, qui effectue de façon autonome des levés du plancher océanique pendant des missions de 16 à 20 heures. La résolution des cartes est telle que nous pouvons créer une image des éléments du plancher océanique ayant une taille d’un mètre.

Pendant la longue mission de collecte de données du VSA amorcée l’après-midi et terminée dans la nuit, nous avons commencé à utiliser les données du sondeur de sédiments pour sélectionner des emplacements cibles aux fins de carottage par gravité.

Pour prélever une carotte, un appareil de carottage suspendu à un câble d’acier est enfoncé dans le plancher océanique. L’appareil est formé d’un tuyau d’acier creux et d’une doublure en plastique. Il est surmonté d’un poids en plomb qui dirige le tuyau dans le plancher océanique. Le système de carottage que nous utilisons peut comporter des tuyaux d’acier d’une longueur maximale de 6 m et est surmonté d’un poids de 250 km. Là où le fond est mou, le tuyau et la doublure peuvent se remplir de sédiments sur 6 m; lorsque le plancher océanique est dur, on n’obtient parfois que 1 à 3 m de sédiments, voire moins. Une fois les sédiments collectés, le système de carottage est remonté à la surface.

Une fois à bord de l’Araon, les doublures remplies de sédiments fournissent des échantillons qui nous montrent comment les sédiments varient en fonction de la profondeur. La plupart des échantillons sont scellés sur le navire et envoyés au KOPRI, où ils seront analysés en détail à l’aide de techniques variées pour déterminer diverses propriétés, dont l’âge des sédiments, leur type et leur source, ainsi que les propriétés chimiques de l’eau piégée entre les couches et les grains de sédiments. On cherche notamment à savoir quelles étaient les conditions qui régnaient il y a 10 000 à 12 000 ans.

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Photo 2 – Appareil de carottage par gravité de 6 m de longueur installé sur le pont arrière de l’Araon.

Le dernier outil de notre boîte à outils moderne – et celui de la plus grande précision chirurgicale – est le mini-véhicule télécommandé (VT), doté d’une caméra vidéo haute résolution, d’un bras robotique, d’appareils de carottage sous pression et d’une trousse d’échantillonnage. Nous effectuons des levés du plancher océanique en lui faisant survoler le terrain qui, d’après les cartes bathymétriques multifaisceaux, nous semble le plus prometteur. Ces levés vérifiés sur le terrain à l’aide du VT nous permettent d’examiner, de commenter et d’échantillonner des matériaux tout comme les géologues le font sur la terre ferme.

Heureusement, nous effectuons tout cela en restant au chaud et au sec dans la cabine de commande du VT. Au cours des deux derniers jours de relevé avec le VT, nous avons dirigé quatre plongées et collecté environ 30 roches et huit carottes sous pression. Deux des carottes sous pression ont été collectées dans un tapis de bactéries se développant sur le plancher océanique, d’où quelques bulles se sont échappées, signe de la présence de méthane.

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Photo 3 – Pilotes dans la cabine de commande du VT prélevant des carottes sous pression dans le plancher océanique.

Faisant surface après un déploiement de 18 heures, le VSA a été récupéré à l’aide d’un petit bateau et replacé en toute sécurité sur le pont de l’Araon.

Après trois heures de traitement de données, les premiers résultats ont révélé une impressionnante topographie du plancher océanique, avec des escarpements linéaires, des dépressions allongées et des crêtes qui sont habituellement parallèles au bord du plateau. On observe également des monticules circulaires pouvant atteindre 10 m de hauteur, qui comportent souvent des sommets effondrés. D’après ce que nous savons, le seul endroit où une topographie comparable a été cartographiée se trouve sur le flanc est de la dépression du Mackenzie. Cette observation indique clairement que, quels que soient les processus qui forment cette morphologie inhabituelle, ils se produisent des deux côtés de la dépression du Mackenzie. Les données sismiques multicanaux collectées au début du programme aideront à établir les raisons de ces similitudes.

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Photo 4 — Des scientifiques récupèrent des spécimens collectés par le VT et l’équipage de l’Araon fixe le VT sur le pont.

Une analyse approfondie de toutes ces données doit être faite une fois de retour à nos laboratoires respectifs sur la terre ferme. L’utilisation de ces outils aide les scientifiques à mieux comprendre les processus géologiques qui se sont déroulés et se déroulent encore autour de la région de la dépression du Mackenzie.

En raison des mauvaises conditions météorologiques, dont des vents de 40 nœuds, nous n’avons pas pu déployer le VSA ni le VT ce jour-là. Heureusement, l’Araon est un navire très robuste conçu pour naviguer sur des mers agitées et nous avons traversé la tempête assez confortablement!

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Rapport de l’équipe de la campagne terrestre

par Scott Dallimore et Stephen Wolfe

Comme nous l’indiquions dans notre billet de blogue du 30 août, la campagne de terrain dans l’Arctique de 2017 comprend aussi un volet terrestre, dans le cadre duquel Scott Dallimore et Stephen Wolfe de la CGC étudient la géologie côtière du nord du Yukon. Pour Scott et Steve, ce volet leur rappelle des souvenirs, car ils ont travaillé ensemble dans cette région côtière il y a 30 ans.

En plus d’offrir un soutien logistique pour le programme réalisé à bord de l’Araon, Scott et Steve se sont concentrés cette année sur l’observation de l’évolution du paysage terrestre dans le contexte de la hausse de température d’environ 2 °C enregistrée au fil des 30 dernières années.

Ils cherchent aussi à établir des corrélations entre la géologie marine et terrestre, en particulier les preuves d’une glaciation issue de plateformes de glace extracôtières plutôt que terrestres, et à noter les caractéristiques des sédiments marins d’origine extracôtière qui ont été soulevés par la glace et se trouvent maintenant dans les falaises le long de la côte du Yukon et sur l’île Herschel.

L’Araon revient à l’île Herschel

Le 4 septembre à 18 h, heure locale, l’Araon est arrivé à l’île Herschel pour débarquer les observateurs de mammifères marins (OMM) Rhonda Reidy, et John et Dale Ruben. Le soir nous offrait un paysage majestueux, et l’Araon se profilait superbement devant les montagnes Barnes en toile de fond. Le navire est resté en position à environ 2,4 km de la côte et l’équipage du bateau annexe a habilement conduit les observateurs jusque dans les eaux protégées de l’anse Pauline. Scott était particulièrement heureux de voir arriver l’Araon et l’équipage du bateau, car ne pas faire partie de l’équipe à bord du navire le tourmentait depuis un certain temps. Tous étaient avides de jeter un regard sur l’historique île Herschel et d’entendre raconter que des bœufs musqués se promenaient au bord de la mer quelques heures à peine avant leur arrivée.

Les gens de l’Araon ont été également très heureux d’annoncer que le programme de sismique multicanaux à bord de l’Araon avait connu un grand succès. Grâce aux eaux calmes, à l’excellente qualité du matériel, à la grande compétence des techniciens et à l’absence de mammifères marins (que nous ne voulions pas perturber), le programme avait atteint ses objectifs de recherche. Peu après le transfert des passagers, Scott, Rhonda, John et Dale ont été transportés vers Inuvik en hélicoptère, arrivant à destination au crépuscule, vers 23 h. Le jour de la démobilisation, il a fallu aussi « démobiliser » tous les barils de carburant que Scott et Steve avaient utilisés pendant les cinq jours précédents.

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Photo 1 : L’Araon à l’ancre près de l’île Herschel. Photo 2 : L’équipage du bateau annexe accoste sur l’île Herschel tandis que Scott, très heureux, saute à bord du zodiac!

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L’île Herschel est bordée au nord par une série de couches inclinées qui forment des crêtes en surface. Les crêtes sont constituées de sédiments marins qui sont presque certainement pareils aux sédiments dont l’Araon a recueilli des images en eaux profondes pendant le programme de sismique multicanaux. Les affleurements terrestres offrent une rare occasion de voir les propriétés et les caractéristiques des sédiments et la direction du pendage des couches stratifiées, et d’entrevoir les forces glaciaires qui ont incliné celles-ci. Un des aspects fascinants de la géologie de l’île Herschel et de celle de nombreux autres endroits le long de la côte du Yukon, c’est que la glace de glacier demeure présente dans le paysage. De grands glissements régressifs causés par le dégel mettent au jour des plaques glaciaires ensevelies et causent l’érosion rapide du paysage du littoral.

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Photo 7 : Affleurement côtier à la frontière du Yukon et de l’Alaska. Les sédiments exposés au niveau des vagues sont d’origine glaciaire, avec de grands blocs et galets détachés du bouclier canadien. On en a fait l’échantillonnage et la description pour savoir s’ils sont semblables à ceux collectés en mer à bord de l’Araon

Photo 8 : Affleurement côtier à la frontière du Yukon et de l’Alaska. Les sédiments exposés au niveau des vagues sont d’origine glaciaire, avec de grands blocs et galets détachés du bouclier canadien. On en a fait l’échantillonnage et la description pour savoir s’ils sont semblables à ceux collectés en mer à bord de l’Araon

Au cours des cinq dernières années, les études de géologie marine menées par l’équipe de recherche à bord du navire Sir Wilfrid Laurier de la Garde côtière canadienne et par le KOPRI (Institut de recherche polaire de la Corée) à bord de l’Araon ont permis de recueillir des preuves de glaciation extracôtière près du point de transition entre le plateau continental et la pente continentale. Ces observations semblent indiquer que le bilan de glaciation marine serait différent des interprétations issues des travaux de cartographie terrestre. La campagne terrestre de 2017 a porté entre autres sur l’étude des affleurements terrestres depuis le point limitrophe entre les Territoires du Nord-Ouest et le Yukon jusqu’à la frontière avec l’Alaska. En survolant le territoire en hélicoptère des basses terres vers les hautes terres, soit de la plaine côtière jusqu’au sommet des montagnes, nous avons surtout porté attention à la zone qui se trouve au-delà de ce qu’on appelle la limite glaciaire record. Nous avons réussi à échantillonner et caractériser plus de 20 sites sur plus de 200 km de côte.

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Structures « pingomorphes » et volcans de boue dans l’est de la plateforme du Mackenzie le 12 septembre

Au cours des derniers jours, nous avons réalisé trois plongées avec l’engin sous-marin téléguidé et deux levés avec l’engin sous-marin autonome dans des régions géologiquement intéressantes, les structures pingomorphes (en forme de pingo) et des volcans de boue dans l’est de la plateforme du Mackenzie.

On trouve environ 1 350 pingos, ou hydrolaccolites, sur les terres adjacentes de la péninsule de Tuktoyaktuk. Pingo, un mot inuit, désigne un monticule dont le cœur est formé de glace qui se forme sur terre en été lorsque de l’eau douce entre dans les sédiments près de la surface et gèle en hiver. La formation de glace produit une expansion qui pousse vers le haut les couches de sédiments qui la surmontent, ce qui crée le pingo.

Les structures pingomorphes trouvées sur le fond sous-marin sont des monticules circulaires qui s’élèvent comme des bottes de foin sur le plancher océanique et qui ressemblent superficiellement aux hydrolaccolites terrestres. Les premières structures pingomorphes ont été découvertes dans cette région en 1969 et on les a étudiées à cause des dangers qu’elles pouvaient poser à la navigation. Depuis, on en a découvert des milliers le long de la plateforme et la pente continentale, mais seulement quelques-unes ont été étudiées avec suffisamment de détails pour comprendre comment elles se forment. Un des objectifs de cette expédition est d’essayer de déterminer si les pingos sous-marins et terrestres sont réellement des structures semblables qui sont formées par des processus analogues.

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Photo 1 : Structures pingomorphes sur une image bathymétrique.

Dans les images bathymétriques obtenues par sonar multifaisceaux, les structures pingomorphes ressemblent à des rangées de monticules circulaires ou, si elles se sont écroulées, des rangées de beignets. Nous avons choisi d’explorer quatre structures, hautes de 10 m et larges de 70 m, avec la caméra vidéo à haute résolution du mini-sous-marin téléguidé. Pendant le levé, nous avons trouvé des transitions abruptes entre le plancher lisse et plat qui entoure les structures pingomorphes et les pentes de 30° à 40° de ces structures. La surface de ces pentes est formée de petits boulets, de galets et de gravier. Puisque l’on ne voit pas ces matériaux sur le plancher environnant, on peut supposer qu’ils ont été poussés vers le haut, en même temps que l’eau douce depuis les profondeurs du plancher océanique.

Nous avons aussi observé des communautés d’organismes suspensivores, des animaux qui se nourrissent de petits organismes planctoniques emportés par les courants. Nous trouvons souvent ces animaux — parmi lesquels se trouvent les coraux mous, les gorgonocéphales (ou fausses étoiles de mer) et les crinoïdes — sur les terrains pentus, comme le flanc et les sommets des structures pingomorphes, où les courants sont plus rapides et emportent plus d’aliments. Nous avons aussi observé une variété de poissons benthiques, de vers, d’éponges, d’ophiures et d’anémones.

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Photo 2 : Corail Gersemia sp., éponges et ophiures sur une structure pingomorphe.

Les volcans de boue sont aussi des structures circulaires s’élevant du plancher océanique, avec un sommet conique ou plat, mais contrairement aux pingos, ils ne contiennent pas de cœur de glace. Ces structures plus larges, ressemblants à des galettes ont plus un d’kilomètre de diamètre et une hauteur entre dix et trente mètres. Ce sont des zones de changements subtils de la topographie du fond marin. Les volcans de boue se forment lorsque du méthane gazeux, de l’eau de mer et de la boue bouillonnent et remontent depuis environ un kilomètre sous le plancher marin.

Le premier volcan de boue que nous avons étudié repose à 420 m de fond. La bathymétrie par sonar multifaisceaux révèle la forme des écoulements de boue et nous pouvons détecter ce que nous estimons être des âges différents avec le sonar latéral et les images prises par le sous-marin téléguidé qui montrent des changements brusques de couleur du gris pâle au gris foncé qui correspondent à des écoulements très jeunes et très anciens. Nous observons aussi des différences dans la chimie des couches sous le plancher océanique et, sur les écoulements les plus anciens, des populations denses de vers polychètes siboglinidés, des organismes chimiotrophes qui prospèrent dans les sédiments riches en éléments chimiques. Les autres organismes trouvés sur le volcan de boue à 420 m étaient les poissons et crevettes benthiques et plusieurs espèces d’anémones.

La bathymétrie d’un volcan de boue à 740 m de profondeur indique des écoulements de boue, et la cartographie répétée montre des changements annuels dans la topographie superficielle. Pendant la plongée de l’engin télécommandé, nous avons aperçu une zone d’évent où la boue fluide se déplaçait activement. On aurait cru que la surface du plancher océanique était recouverte d’eau bouillonnante. De petites bulles de gaz s’échappaient presque continûment de la boue liquéfiée et de grosses poussées de gaz transportaient des sédiments vers le haut dans la colonne d’eau. Autour de la zone d’évents, se trouvaient des traînées de ce qui semblait être des écoulements de boue très fraîche descendant la pente douce du flanc du volcan de boue.

Ces observations donnent un aperçu de la construction des volcans de boue. La vie sous-marine était moins abondante, mais nous avons observé quelques anémones éparses, des poissons, de belles raies et le krill omniprésent et incroyablement abondant dans presque tous les levés avec l’engin sous-marin téléguidé.

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Photo 3 : Sur un volcan de boue à 420 m de fond, juxtaposition visible d’un écoulement de boue récent et d’un écoulement ancien, en arrière-plan, recouvert d’une population dense de vers siboglinidés.

La mer était calme et les vents légers mais, lorsqu’un glaciel arctique s’est approché du navire pendant le levé de l’engin sous-marin téléguidé, nous avons dû très rapidement interrompre la plongée et voguer vers un autre site de levé. Or, ce deuxième site n’était pas non plus accessible, encore une fois à cause des glaces. Nous avons profité de la circonstance pour entrer dans ce front de glace de mer et observer de près l’incroyable beauté du glaciel dérivant. C’était vraiment impressionnant! Nous retournons demain à l’ouest de la plateforme du Mackenzie pour nos deux derniers jours de levés.

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Photo 4 : Glaciel devant la proue de l’Araon.

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Qu’est-ce qu’un glacier? Comprendre l’histoire glaciaire de l’Arctique de l’Ouest

Pour pouvoir interpréter ce que nous observons aujourd’hui sur terre et dans le fond marin, nous devons d’abord comprendre en quoi le paysage était différent dans le passé. Le « passé » à l’échelle géologique, bien entendu!

Une des périodes clés à laquelle nous nous intéressons remonte à environ 10 000 à 20 000 ans, lorsque le climat était beaucoup plus froid et que les glaciers couvraient une bonne partie du Canada. Au cours du dernier million d’années, il y a eu plusieurs autres périodes géologiques durant lesquelles des glaciers ont couvert le paysage. D’ailleurs, l’Antarctique, le Groenland et certaines parties de l’île de Baffin sont encore couverts de glace.

Toutefois, notre intérêt se porte sur une période relativement récente. Ainsi, nous espérons collecter certaines des premières données à être recueillies sur le côté ouest de la dépression de Mackenzie, afin de comprendre l’empreinte qu’a eue cette glaciation sur le plateau du Yukon. Les scientifiques ont dû émettre des hypothèses sur l’étendue et le moment des glaciations parce que jamais ils n’étaient allés dans cette région avec le type d’équipement que nous utilisons maintenant.

Les glaciers sont d’immenses masses de glace dont l’épaisseur peut atteindre d’un à deux kilomètres. Se déplaçant à un rythme extrêmement lent, les glaciers façonnent les paysages sur leur passage : dans certaines régions, ils creusent dans la matière (les sédiments et les roches), alors qu’ailleurs, ils broient et déposent des mélanges de ces matériaux. Les motifs formés par l’arrachement et le dépôt de ces matériaux sont les principaux éléments de preuve que nous recherchons afin de reconstituer ce qui s’est déroulé il y a des milliers d’années. Une vraie machine à voyager dans le temps!

Pourquoi est-il important de comprendre l’histoire glaciaire?

L’histoire glaciaire a une influence directe sur la résistance et les propriétés des sédiments du fond marin, ce qui a des répercussions sur plusieurs autres caractéristiques : stabilité des fondations, essentielle aux études techniques du fond marin; les probabilités de glissements de terrain; la température du fond marin, qui influe sur le pergélisol et sur la présence d’hydrates de gaz; l’habitat du fond marin; et toute une série d’autres facteurs qui peuvent avoir un effet sur de nombreux enjeux locaux et même mondiaux.

Étudier l’histoire glaciaire à bord de l’Araon

Une fois de plus, nous utilisons tous les outils à bord de l’Araon pour brosser un tableau du fond marin et de ce qui se trouve dessous et, possiblement, en tirer une meilleure compréhension de l’histoire géologique de la mer de Beaufort.

À l’aide des instruments sonar à bord, nous pouvons voir, d’après les coupes larges et profondes dans les roches tendres et les sédiments du plateau continental, comment le glacier en mouvement a arraché les sédiments. C’est ce phénomène qui a conduit à la formation de la dépression de Mackenzie, une longue cicatrice de plus de 100 mètres de profondeur et large de dizaines de kilomètres, rainurée sur plus de 100 kilomètres, jusqu’au plateau. Ensuite, lorsque le glacier recule, il dépose derrière lui un mélange de boue, de sable et de gravier, parfois complètement amalgamé en un « dépôt de till », parfois étendu en couches de sédiments bien superposées comme un gâteau étagé.

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Figure 1. Dans certaines régions, il y a des couches de boue superposées à la manière d’un gâteau étagé qui se sont déposées à l’avant du glacier à mesure que celui-ci reculait vers la côte. La flèche noire pointe vers le fond marin. La double flèche blanche désigne une épaisseur de plus de 40 mètres. Sous ces couches se trouve un mélange de sédiments, qui s’est probablement écoulé du dessous du glacier lorsque ce dernier remplissait la dépression de Mackenzie.

Chaque couche successive de sédiments est un registre des conditions environnementales de l’époque; notre objectif est de tirer l’histoire des changements environnementaux de ces couches constituant les « pages » d’un livre d’histoire. Nous avons ainsi observé des couches de plus de 80 mètres de boue (avec quelques roches) par endroit, bien que, plus couramment, elles mesurent de 20 à 40 mètres.

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Figure 2. Une carotte de sédiment a été prélevée dans le cylindre d’acier sous les poids de plomb de 1 500 kilogrammes, puis remontée à l’arrière de l’Araon.

Bien que les carottes de sédiments que nous récoltons dans la boue ne font que quelques mètres — alors que les glaciers ont creusé le fond et déposé des sédiments sur des dizaines, voire des centaines, de mètres —, elles nous permettent de recueillir d’importants renseignements. Les carottes nous fournissent des échantillons de sédiments que nous pouvons examiner physiquement et ainsi mieux identifier les types de dépôts. De plus, avec un peu de chance, nous recueillons des matières datables, comme de petites coquilles fossilisées ou de petits foraminifères. Ces matières sont envoyées à un laboratoire qui procédera à la datation au radiocarbone, ce qui nous révélera l’âge des coquilles.

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Figure 3. La découverte d’une coquille fossilisée (indiquée par la flèche rouge) dans les boues glaciaires est un cadeau quand vient le temps de procéder à la datation. Habituellement, il faut « creuser » dans cette boue, afin de recueillir des centaines de microfossiles. Une tâche pour le moins fastidieuse!

À première vue, nous pensons avoir recueilli des données de grande qualité qui enrichiront nos connaissances existantes. Il faudra beaucoup de travail pour que nous puissions brosser un portrait cohérent des glaciations, notamment en interprétant l’étendue et le comportement de cette période d’après nos nouveaux enregistrements sismiques.

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La faune de l’Arctique dans la mer de Beaufort

Nous avons terminé nos travaux scientifiques le 12 septembre, après une plongée réussie de notre véhicule téléguidé et après avoir prélevé plusieurs autres carottes par gravité dans l’ouest de la dépression du Mackenzie et sur le plateau du Yukon. Bien qu’il s’agisse d’une expédition géoscientifique, nous avons également fait plusieurs observations de la vie marine. À la surface, nous avons observé des oies des neiges et nombre d’autres espèces d’oiseaux, des phoques annelés et même un ours blanc sur une plaque de banquise dérivante.

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Photo 1 : Un ours blanc sur une plaque de banquise dérivante.

Nous avons été impressionnés par la rigueur extrême du milieu dans lequel vit cet ours, preuve de la grande capacité d’adaptation des animaux, qui peuvent évoluer de façon à occuper des niches écologiques remarquables. Sous l’eau, dans le cadre des plongées de notre véhicule télécommandé, nous avons observé de denses populations de coraux mous et nombre de fausses étoiles de mer, de crinoïdes, d’anémones, d’éponges carnivores, de raies et d’autres poissons.

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Photo 2 : Un corail mou et une fausse étoile de mer (profondeur : 147 m).

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Photo 3 : Une des nombreuses espèces d’anémones observées, celle-ci étant de la taille d’un citron (profondeur : 1 035 m).

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Photo 4 : Une raie en eau profonde (profondeur : 1 008 m).

Le 15 septembre, nous sommes passés près des îles Diomède, deux îles rocheuses du détroit de Béring appartenant l’une à la Russie, l’autre aux États-Unis, et distantes de seulement trois kilomètres. Elles ont dû attirer l’attention des premiers humains lorsqu’ils ont franchi l’isthme paléogéographique de Béring à l’époque préhistorique, dans le cadre de leur migration de l’Eurasie à l’Amérique du Nord, quand le niveau des océans était beaucoup plus bas qu’aujourd’hui. Il est intéressant de réfléchir aux premières explorations des humains au moment même où nous réalisons nous aussi des travaux exploratoires.

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Photo 5 : Photo de groupe de l’équipe scientifique et de l’équipage de l’Araon, près des îles Diomède.

Nous débarquons à Nome, en Alaska, le 16 septembre. Les équipes scientifiques retourneront ensuite à leur institut respectif et commenceront à traiter l’incroyable volume de données recueillies. Nous avons vécu une aventure exceptionnelle et nous apprécions grandement l’hospitalité offerte par l’Institut coréen de recherche polaire et par l’équipage du navire de recherche Araon.

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