Explorez les techniques de recherche marine innovantes pour comprendre nos océans : télédétection, plongée, génomique avancée et robotique sous-marine.
Explorer les profondeurs : un guide complet des techniques de recherche marine
L'océan, qui couvre plus de 70 % de notre planète, reste l'une des frontières les moins explorées. Comprendre ses écosystèmes complexes, l'impact des activités humaines et les ressources potentielles qu'il recèle nécessite un large éventail de techniques de recherche sophistiquées. Ce guide complet explore les principales méthodologies employées par les chercheurs marins du monde entier, en soulignant leurs applications et leurs contributions à notre connaissance croissante de l'environnement marin.
I. Technologies de télédétection
La télédétection offre un moyen puissant et non invasif d'étudier l'océan à distance. Utilisant des satellites, des avions et des drones, ces techniques collectent des données sur divers paramètres sans interagir directement avec l'environnement marin.
A. Océanographie par satellite
Les satellites équipés de capteurs spécialisés peuvent mesurer la température de surface de la mer, la couleur de l'océan (concentration de phytoplancton), l'étendue de la glace de mer et la hauteur des vagues. Les données de missions telles que Copernicus Sentinel, Aqua et Terra de la NASA, et d'autres fournissent des ensembles de données à long terme et à l'échelle mondiale, cruciaux pour comprendre les impacts du changement climatique et les modèles océanographiques. Par exemple, l'imagerie satellitaire est utilisée pour suivre les efflorescences algales nuisibles au large des côtes australiennes et surveiller les événements de blanchissement des coraux dans la Grande Barrière de corail.
B. Levés aériens
Les avions et les drones offrent une perspective plus localisée et à plus haute résolution. Ils peuvent être équipés de caméras, de LiDAR (détection et télémétrie par la lumière) et d'autres capteurs pour cartographier les côtes, surveiller les populations de mammifères marins et évaluer les niveaux de pollution. Dans l'Arctique, les levés aériens sont utilisés pour suivre la répartition et le comportement des ours polaires, ce qui est crucial pour les efforts de conservation dans un environnement en rapide évolution.
C. Véhicules sous-marins autonomes (AUV) et planeurs
Les AUV sont des sous-marins robotisés qui peuvent être programmés pour suivre des trajectoires prédéfinies, collectant des données sur la température de l'eau, la salinité, la profondeur et d'autres paramètres. Les planeurs sont un type d'AUV qui utilisent les changements de flottabilité pour se déplacer dans l'eau, permettant des déploiements de longue durée et une collecte de données étendue. Ces outils sont utilisés dans les fosses océaniques profondes comme la fosse des Mariannes pour recueillir des données sur la zone hadale. Au large des côtes norvégiennes, les AUV sont utilisés pour cartographier les fonds marins et surveiller la santé des récifs coralliens d'eau profonde.
II. Méthodes d'observation in situ
Les observations in situ impliquent des mesures directes prises au sein de l'environnement marin. Ces techniques fournissent des données de terrain pour valider les mesures de télédétection et offrent des informations détaillées sur des processus spécifiques.
A. Navires et campagnes de recherche
Les navires de recherche sont des plates-formes essentielles pour mener un large éventail d'activités de recherche marine. Ils sont équipés de laboratoires, de treuils et d'autres équipements spécialisés pour déployer des instruments, prélever des échantillons et mener des expériences en mer. Par exemple, le navire de recherche allemand *Polarstern* mène des recherches approfondies dans l'Arctique et l'Antarctique, étudiant la dynamique de la glace de mer, la circulation océanique et les écosystèmes marins.
B. Mouillages et bouées océanographiques
Les mouillages sont des plates-formes ancrées qui maintiennent des instruments à des profondeurs fixes, permettant une surveillance continue des conditions océaniques sur de longues périodes. Les bouées, qu'elles soient dérivantes ou ancrées, sont également utilisées pour collecter des données sur la température de surface de la mer, la hauteur des vagues et d'autres paramètres. Le projet TAO (Tropical Atmosphere Ocean) utilise un réseau de bouées dans l'océan Pacifique pour surveiller les événements El Niño et La Niña, fournissant des informations cruciales pour les prévisions climatiques.
C. Plongée sous-marine et photographie/vidéographie subaquatique
La plongée sous-marine permet aux chercheurs d'observer et d'interagir directement avec les écosystèmes marins. Les plongeurs peuvent prélever des échantillons, effectuer des relevés et déployer des instruments en eaux peu profondes. La photographie et la vidéographie subaquatiques sont des outils précieux pour documenter la vie et les habitats marins, fournissant des preuves visuelles des changements au fil du temps. Aux Philippines, des chercheurs utilisent la plongée sous-marine pour surveiller la santé des récifs coralliens et documenter les impacts de la pêche à la dynamite et d'autres pratiques destructrices. La plongée est souvent effectuée pour de courtes durées et à de faibles profondeurs, tandis que les submersibles sont utilisés pour des périodes plus longues dans des environnements plus profonds.
D. Submersibles et véhicules téléguidés (ROV)
Les submersibles sont des véhicules habités qui peuvent descendre à de grandes profondeurs, permettant aux chercheurs d'explorer les fonds marins. Les ROV sont des véhicules sans pilote contrôlés à distance depuis la surface, offrant une alternative sûre et rentable aux submersibles. Ces outils sont utilisés pour étudier les évents hydrothermaux des grands fonds, explorer les épaves et effectuer des relevés des écosystèmes d'eau profonde. Le submersible Alvin, exploité par la Woods Hole Oceanographic Institution, a joué un rôle déterminant dans de nombreuses découvertes en haute mer.
III. Techniques d'échantillonnage et d'analyse
La collecte et l'analyse d'échantillons sont cruciales pour comprendre la composition, la structure et la fonction des écosystèmes marins.
A. Échantillonnage de l'eau
Les échantillons d'eau sont prélevés à l'aide de diverses techniques, notamment des bouteilles Niskin, des pompes et des échantillonneurs automatiques. Ces échantillons sont analysés pour un large éventail de paramètres, dont la salinité, les nutriments, l'oxygène dissous, les polluants et les micro-organismes. Les échantillons d'eau prélevés dans la mer Baltique sont analysés pour évaluer l'impact du ruissellement agricole et de la pollution industrielle sur la qualité de l'eau.
B. Échantillonnage des sédiments
Les échantillons de sédiments sont prélevés à l'aide de carottiers, de bennes et de dragues. Ces échantillons sont analysés pour la granulométrie, la teneur en matière organique, les polluants et les microfossiles, fournissant des informations sur les conditions environnementales passées et le devenir des polluants. Les carottes de sédiments prélevées dans l'océan Arctique sont utilisées pour reconstituer les changements climatiques passés et évaluer l'impact du dégel du pergélisol sur les écosystèmes marins.
C. Échantillonnage biologique
Les échantillons biologiques sont prélevés à l'aide d'une variété de méthodes, notamment des filets, des chaluts et des pièges. Ces échantillons sont utilisés pour étudier la répartition, l'abondance et la diversité des organismes marins, ainsi que leur physiologie, leur génétique et leur écologie. Les chaluts sont en cours de modernisation pour être utilisés dans des habitats spécifiques, tels que les environnements de sédiments mous en haute mer. Les filets à plancton sont utilisés pour prélever des échantillons de plancton dans la mer des Sargasses afin d'étudier l'écologie de cet écosystème unique.
D. Techniques génomiques et moléculaires
Les techniques génomiques et moléculaires révolutionnent la recherche marine, permettant aux chercheurs d'étudier la diversité génétique, les relations évolutives et les capacités fonctionnelles des organismes marins. Le séquençage de l'ADN, la métagénomique et la transcriptomique sont utilisés pour identifier de nouvelles espèces, suivre la propagation des espèces envahissantes et évaluer l'impact des facteurs de stress environnementaux sur la vie marine. Les chercheurs utilisent la métagénomique pour étudier la diversité et la fonction des communautés microbiennes dans les évents hydrothermaux des grands fonds.
IV. Analyse de données et modélisation
La recherche marine génère de vastes quantités de données, qui doivent être analysées et interprétées pour comprendre les modèles, les tendances et les relations. Les techniques d'analyse de données et de modélisation sont essentielles pour intégrer divers ensembles de données et faire des prédictions sur l'état futur de l'océan.
A. Analyse statistique
L'analyse statistique est utilisée pour identifier des modèles et des relations dans les données marines, tester des hypothèses et évaluer la signification des résultats de la recherche. Diverses méthodes statistiques sont utilisées, notamment l'analyse de régression, l'ANOVA et l'analyse multivariée. Les chercheurs utilisent l'analyse statistique pour évaluer l'impact du changement climatique sur les populations de poissons en mer du Nord.
B. Systèmes d'information géographique (SIG)
Les SIG sont utilisés pour visualiser et analyser des données spatiales, telles que la répartition des habitats marins, le déplacement des animaux marins et la propagation des polluants. Les SIG sont également utilisés pour créer des cartes et des modèles qui peuvent être utilisés pour soutenir la conservation et la gestion marines. Les SIG sont utilisés pour cartographier la répartition des récifs coralliens en Indonésie et identifier les zones les plus vulnérables au blanchissement.
C. Modélisation numérique
Les modèles numériques sont utilisés pour simuler les processus océaniques, tels que la circulation océanique, la propagation des vagues et la dynamique des écosystèmes. Ces modèles peuvent être utilisés pour prédire l'état futur de l'océan selon différents scénarios, tels que le changement climatique ou la pollution. Le Regional Ocean Modeling System (ROMS) est utilisé pour simuler la circulation océanique dans le système du courant de Californie et prédire l'impact des remontées d'eau (upwelling) sur les écosystèmes marins.
V. Technologies émergentes et orientations futures
La recherche marine est un domaine en évolution rapide, avec de nouvelles technologies et techniques constamment développées. Parmi les technologies émergentes les plus prometteuses, on trouve :
A. Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique (Machine Learning, ML)
L'IA et le ML sont utilisés pour analyser de grands ensembles de données, identifier des modèles et faire des prédictions. Par exemple, l'IA est utilisée pour identifier les chants de baleines dans les enregistrements sous-marins, suivre le mouvement des animaux marins et prédire la propagation des espèces envahissantes. L'apprentissage automatique est également utilisé pour entraîner des logiciels de reconnaissance d'images à identifier la pollution plastique sur les plages. Ces modèles doivent être rigoureusement testés car les données utilisées pour l'entraînement pourraient être biaisées en faveur de conditions environnementales spécifiques.
B. Capteurs et instrumentation avancés
De nouveaux capteurs et instruments sont développés pour mesurer une plus large gamme de paramètres avec une plus grande exactitude et précision. Par exemple, de nouveaux capteurs sont développés pour mesurer les microplastiques dans l'eau de mer, détecter les efflorescences algales nuisibles et surveiller la santé des récifs coralliens. Des capteurs miniaturisés sont de plus en plus intégrés dans les plates-formes autonomes. L'utilisation de l'acoustique progresse également, donnant aux chercheurs un moyen de « voir » à travers la colonne d'eau à des échelles allant des microns (taille des particules) aux kilomètres (courants océaniques).
C. Science citoyenne
La science citoyenne implique la participation du public à la recherche scientifique. Cela peut inclure la collecte de données, l'identification d'espèces ou l'analyse d'images. La science citoyenne peut aider à accroître la sensibilisation du public aux questions marines et à contribuer aux efforts de recherche. Le Great British Beach Clean est un exemple de projet de science citoyenne qui implique des bénévoles collectant des données sur les déchets de plage.
VI. Considérations éthiques en recherche marine
La recherche marine, bien qu'essentielle pour comprendre et protéger nos océans, doit être menée de manière éthique et responsable. Cela inclut la minimisation des perturbations des écosystèmes marins, l'obtention des permis et approbations nécessaires, et le respect de directives strictes en matière de bien-être animal.
A. Minimisation de l'impact environnemental
Les activités de recherche doivent être planifiées et menées de manière à minimiser leur impact sur l'environnement marin. Cela inclut l'utilisation de techniques non invasives chaque fois que possible, l'évitement des habitats sensibles et l'élimination appropriée des déchets. Une planification minutieuse des expériences acoustiques pour éviter de déranger les mammifères marins est également essentielle.
B. Bien-être animal
La recherche impliquant des animaux marins doit être menée conformément à des directives strictes en matière de bien-être animal. Cela inclut la minimisation du stress et de la douleur, la fourniture de soins appropriés et l'euthanasie des animaux sans cruauté lorsque cela est nécessaire. Un principe clé à considérer est celui des « 3R » - Remplacement, Réduction et Raffinement. Cela fournit un cadre aux chercheurs pour envisager des alternatives à l'utilisation d'animaux et améliore le bien-être animal et la qualité scientifique lorsque des animaux sont utilisés.
C. Partage de données et collaboration
Le partage de données et la collaboration sont essentiels pour faire progresser la recherche marine. Les chercheurs devraient rendre leurs données publiques chaque fois que possible et collaborer avec d'autres chercheurs pour aborder des questions de recherche complexes. Le partage de données avec des chercheurs de pays en développement est d'une importance particulière, pour renforcer les capacités et promouvoir l'équité scientifique.
VII. Conclusion
La recherche marine est une entreprise essentielle pour comprendre et protéger nos océans. En employant un large éventail de techniques de recherche, de la télédétection à la génomique avancée, nous pouvons obtenir des informations précieuses sur les processus complexes qui régissent les écosystèmes marins. À mesure que la technologie continue de progresser, nous pouvons nous attendre à des approches encore plus innovantes et efficaces de la recherche marine à l'avenir. La promotion de la collaboration internationale, des pratiques de recherche éthiques et de la sensibilisation du public est cruciale pour assurer la gestion durable de nos océans pour les générations à venir.
Ce guide offre un point de départ pour comprendre l'étendue des techniques de recherche marine. Une exploration plus approfondie dans des domaines spécifiques est encouragée pour ceux qui recherchent des connaissances plus détaillées.