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1 « Discovery Greenland » Under The Pole Part II Dossier scientifique 2014 - 2015 Contact Scientifique Dr Romain PETE [email protected] Mob : +33 6 65 35 60 06
Transcript of «DiscoveryGreenland» UnderThePole PartII … · 1.*Résumé* ......
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« Discovery Greenland »
Under The Pole
Part II
Dossier scientifique
2014 - 2015
Contact Scientifique
Dr Romain PETE [email protected]
Mob : +33 6 65 35 60 06
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Introduction En 2010, Ghislain Bardout lançait la première expédition UTP (« Deepsea Under the Pole
by Rolex ») au pôle nord géographique. Objectif : effectuer, au cœur de la banquise, la
plus vaste exploration sous-‐marine de l’océan arctique jamais entreprise. Après 45 jours
sur place, UTP rapporte un témoignage inédit d’un monde en plein bouleversement : des
images extraordinaires de l’océan, sous la banquise. Mais beaucoup reste à faire.
L’équipe d’Under the Pole prépare désormais pour 2014 une expédition encore plus
ambitieuse, tant dans ses objectifs que dans sa durée. Cette fois, « Discovery Greenland »
veut non seulement témoigner, mais aussi étudier et partager. Durant près de deux ans,
la mission réunira les meilleurs chercheurs concernés par le monde polaire, des
spécialistes des plongées extrêmes et des Inuits, qui connaissent intimement
l’écosystème arctique.
Pourquoi développer la recherche scientifique en Arctique ?
Les études montrent que l’Arctique est à la fois la première victime et un acteur majeur
du changement climatique en cours. Or, avec la fonte des glaces, de nouvelles voies
maritimes s'ouvrent. Au centre des intérêts géopolitiques, les richesses naturelles de la
région (en pétrole notamment mais aussi en gaz, en minerais et en poisson) deviennent
plus facilement accessibles, entraînant un accroissement des échanges commerciaux qui
risque de perturber un peu plus un écosystème fragile.
Un développement raisonné de la zone Arctique réclame de mieux la connaître. Or, son
rôle dans la régulation de notre climat, sa biodiversité, son fonctionnement et l’impact
des changements en cours sur ses habitants restent peu étudiés.
Que proposons-‐nous aux scientifiques ?
Avec « Discovery Greenland », UTP va longer, en bateau polarisé, le plateau continental
de l’ouest groenlandais en suivant le recul de la banquise. Une partie de l’équipe
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hivernera ensuite au nord de l’île en attendant de vivre la fonte des icebergs au début de
l’été. Pendant toute la durée de « Discovery Greenland », des plongées seront effectuées,
à la fois pour les besoins scientifiques et pour la prise de vue.
Ce dispositif permet d’étudier l’écosystème Arctique sur l’ensemble de son cycle annuel,
à la fois à la surface de la banquise et sous l’eau, jusqu’aux plus grandes profondeurs
accessibles par l’homme (zone des – 100m). Une opportunité exceptionnelle pour les
scientifiques de cibler l’échantillonnage, lier activités biologiques de surface et de
profondeur, étudier les zones polaires sur un gradient latitudinal important (60°N à
80°N), tout en bénéficiant d’un support logistique professionnel. Les recherches menées
appuieront également, de manière forte, le témoignage des images d’UTP.
Depuis 2013, l’équipe d’Under The Pole s’est enrichie d’un coordinateur scientifique,
Romain Pete. Biologiste marin et plongeur lui-‐même, Romain aura pour tâches de
seconder les chercheurs dans leurs travaux et d’organiser mesures, prélèvements et
prises de vues sous-‐marines et terrestres.
Départ Janvier 2014…
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SOMMAIRE
Introduction .................................................................................... 2
1. Résumé ....................................................................................... 5
2. Les grands axes scientifiques de « Discovery Greenland » ........... 5 2.1 : La cryosphère, interactions Atmosphère – Glaces -‐ Océans ................................................................... 5 2.2 : La biodiversité polaire ............................................................................................................................................ 7 2.3 : Physiologie humaine en milieu extrême et hyperbare ............................................................................. 7
3. Les projets scientifiques .............................................................. 9 3.1 Résumé ............................................................................................................................................................................. 9 3.2 Détails sur les projets (fiche projet) ................................................................................................................. 10
4. Les zones d’études et le calendrier de l’expédition .................... 29 4.1 Les zones d’études .................................................................................................................................................... 29 4.2 Programme préliminaire UTP 2014 ................................................................................................................. 31
5. Les moyens logistiques et techniques ........................................ 32 5.1 Moyens logistiques ................................................................................................................................................... 32 5.2 Moyens matériels et techniques ......................................................................................................................... 32
6. L’équipe .................................................................................... 33 6.1 Équipe du bureau ...................................................................................................................................................... 33 6.2 Équipe de l’expédition ............................................................................................................................................ 33
7. Universités et Instituts participants ........................................... 34
8. Lettres de soutien ..................................................................... 35
9. Contact ..................................................................................... 39
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1. Résumé
UTP propose la mise en œuvre de moyens techniques, logistiques et humains
pour la réalisation de projets scientifiques. Les chercheurs bénéficient d’une expertise
sous-‐marine polaire pour l’observation et l’échantillonnage ainsi que de la mise à
disposition d’une équipe spécialisée dans la vulgarisation scientifique et la
communication pour atteindre le grand public. Cette expédition polaire unique, dans des
territoires sous-‐marins jusqu’alors inexplorés, sublimera par l’image et la vulgarisation
scientifique un monde trop peu connu et désormais menacé.
2. Les grands axes scientifiques de « Discovery Greenland »
2.1 : La cryosphère, interactions Atmosphère – Glaces -‐ Océans
La cryosphère est constituée de deux
catégories de glace. Le permafrost (couche
de glace pérenne recouvrant le Groenland),
les glaciers et les icebergs constituent une
gigantesque réserve d’eau douce. A lui seul,
le permafrost représente la deuxième
réserve sur la planète (derrière
l’Antarctique). La seconde catégorie est constituée d’eau de mer, communément appelé
banquise ou glace de mer. Ces glaces de mer peuvent être pluri ou mono-‐annuelles. La
banquise, d’une épaisseur moyenne de 1,6 m au cœur de l’hiver (elle peut atteindre 30 à
40m sur les zones de compression), subit des cycles de fonte et de reformation suivant
un rythme annuel lié à l’éclairement. Par conséquent, la couverture de glace sur l’océan
Arctique peut varier du simple au double entre été et hiver (respectivement 6 et 12
millions de km2, en moyenne).
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Données du NSIDC montrant le minimum jamais atteint de couverture de glace en septembre 2012 (<4
millions km2), inférieur au précédent minima enregistré en 2007.
Support de la vie dans cette région du globe, les glaces, en particulier les glaciers et le
permafrost, sont aussi détenteurs de l’histoire de notre climat. Les archives des temps
géologiques se trouvent enfermées dans ces glaces. Leur étude, par carottages, aide à
reconstituer les climats passés (températures, concentrations en CO2 atmosphérique).
Ces reconstructions ont permis de comprendre comment notre climat se régule sur de
très longues périodes de temps, permettant de mieux appréhender les changements
auxquels nous allons assister dans les décennies à venir.
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2.2 : La biodiversité polaire Encore mal connues, les espèces (et en particulier
les espèces marines) du pôle Nord sont
aujourd’hui menacées. Des organismes
microscopiques aux mammifères, une chaîne
alimentaire unique est en voie de disparition. De
part leurs conditions de vie particulières (très
basses températures, couverture des glaces,
période d’éclairement faible), ces espèces ont
connu une évolution unique. Grâce à des
adaptations physiologiques (protéines fabriquées par l’organisme pour se protéger du
gel, par exemple) ou des durées de vie très longues (oiseaux, poissons ou invertébrés
peuvent vivre plus de 50 ans et certains bivalves atteignent 100 ans ou plus), ces
organismes se sont appropriés un univers à part. Toutefois, ces adaptations se sont
échelonnées sur une très longue période de temps. Si l’Arctique change de visage
rapidement, ces espèces seront-‐elles capables de s’adapter ?
2.3 : Physiologie humaine en milieu extrême et hyperbare
Les conditions extrêmes -‐ des températures -‐50°C
ressenties, les vents violents, les périodes d’éclairement
atypiques (6 mois de nuit, 6 mois de jour) -‐ affectent les
explorateurs. La nutrition, les rythmes de sommeil, la
régulation thermique font l’objet d’une préparation
physique et d’adaptations particulières. Ces paramètres seront enregistrés et serviront à
mieux comprendre la physiologie humaine.
La plongée dans ces milieux, où l’eau est à -‐2°C, est elle aussi un objet d’étude primordial
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et une opportunité unique pour la médecine de la plongée. Les échanges caloriques
énormes, sur la ventilation en plongée et la décompression (la température est un
facteur très important dans les processus de décompression, inhérents à tout retour en
surface) seront autant de sujets à étudier lors de cette expédition. Les grandes
profondeurs visées, les temps de plongées dues aux décompressions longues, les gaz
respirés (oxygène, hélium) font des plongées de l’expédition « Discovery Greenland »
des cas d’étude uniques pour la médecine hyperbare.
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3. Les projets scientifiques
3.1 Résumé L’ensemble des projets scientifiques ainsi que ceux en cours d ‘élaboration sont résumés dans le tableau suivant.
Thématique Description du projet Leader projet Nationalité Institut
Biologie Etude des microorganismes mixotrophes et leur importance dans le plancton arctique Ray Leakey GB SAMS
Biologie idem/collaboration avec le premier Mike Zubkov GB NOC
Physiologie humaine Physiologie de la plongée en milieu polaire Jean Eric Blatteau FR ERSO -‐ Hôpital Saint-‐
Anne
Biologie/Climat
Etude du maximum chlorophylle sous surface et des structures associés (stratification thermohaline, nutricline). Implique des mesures lumières incidentes, CTD, glider piloté par plongeur.
Heather Bouman GB
Department of Earth Sciences -‐ University of
Oxford
Climat/glaces Etude des épaisseur de neige et banquise Christian Haas CAN University of York
Biologie/Climat Utilisation d’invertébrés marins comme archives biologiques des variations environnementales
Arctique
Laurent Chauvaud FR IUEM Brest
Biologie/Climat idem ci-‐dessus Joëlle Richard FR IUEM Brest
Atmosphère/Climat Etude de la distribution verticale des aérosols et nuages et leurs impacte sur le budget radiatif de la
planète dans les régions polaires Kathy Law FR LATMOS
Interactions atmo-‐glaces-‐océan/Climat
Etude de la glace de mer et son rôle dans la régulation du climat
Ronnie Glud DNK
Université of Southern Danemark + Nuuk Institut of Natural
Resources
Biologie Etude des coraux d'eaux froides, diversité. JM Roberts GB Heriot Watt University
Biologie Le requin du Groenland JF Steffensen DK Université of
Copenhague
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Biologie/Biodiversité Les crinoïdes de l'Arctique Marc Eleaume FR Muséum National
d'Histoire Naturelle
Biologie/Biodiversité idem ci-‐dessus Cyril Gallut FR Muséum National d'Histoire Naturelle
Biologie/Technologie Utilisation du ROV (SCINI) pour l'exploration profonde Stacy Kim USA Moss Landing
Laboratory
Biologie Le Narval Kristin Liadre USA Polar research Centre
Biologie/Climat Approche multi marquers des resources trophiques des organismes benthiques polaire
Frederic Olivier FR Muséum National
d'Histoire Naturelle
Biologie/Climat idem ci-‐dessus Tarik Meziane FR Muséum National
d'Histoire Naturelle
Biologie/Climat idem ci-‐dessus Silvia de Cesare FR Muséum National
d'Histoire Naturelle
3.2 Détails sur les projets (fiche projet) Dynamique, physique, chimie et biologie des glaces de mer et leurs rôle dans les
mécanismes de régulation du climat.
Scientifiques référents Professeur Ronnie N. Glud Nordic Research Centre (NordCEE), University of Southern Denmark Campusvej 55, 5230 Odense M Nationalité : Danois Dr. Christian Haas Department of Earth and Space Science and Engineering 105 Petrie Science Building
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York University, 4700 Keele Street, Toronto, ON, M3J 1P3 Nationalité : Allemande Localisation Détroit de Narres, Etah Fjord, hivernage Durée Etudes couvrant la période d’hivernage, nuit polaire Présence des scientifiques référents à bord : non déterminé Le professeur Ronnie Glud sera peut être présent mais une collaboration avec son étudiante en thèse à Nuuk est envisagée afin de mettre en place les protocoles de carottage et échantillonnage de glace de mer durant l’hivernage Le professeur Christian Haas a donné son accord de principe pour sa participation et devrait être présent durant l’hivernage (dates et durée à déterminer). Etat de l’art – Enjeu : Il existe plusieurs types de glace que l’on peut distinguer en deux grandes catégories. Les glaces d’eau douce, c’est à dire le permafrost, les glaciers et les icebergs (qui se détachent des glaciers eux-‐mêmes). En arctique, les glaces d’eau douce constituent une réserve gigantesque et, par exemple, le permafrost (couche de glace pérenne recouvrant le Groenland) représente la seconde réserve d’eau douce sur la planète (derrière l’Antarctique). La seconde catégorie est constituée d’eau de mer, communément appelée banquise ou glace de mer. Ces glaces de mer peuvent être pluri annuelles (plus épaisses et plus âgées) ou mono annuelles (ce sont les glaces de l’année). La banquise, d’une épaisseur moyenne de 1,6 m au cœur de l’hiver (pouvant atteindre 30-‐40m sur les zones de compression), alterne formation et fonte, suivant un rythme annuel lié à l’éclairement. Par conséquent, la couverture de glace sur l’océan Arctique peut varier du simple au double entre été et hiver (6 à 12 millions km2, respectivement). En plus de sa couverture, le volume des glaces de mer revêt une importance majeure dans le fonctionnement de l’écosystème Arctique et par conséquent de notre climat. Ainsi, sur la dernière décennie, l’épaisseur moyenne de la banquise aurait été réduite de 53 a 44%. Ce phénomène est principalement du a une modification des proportions de banquise pluri-‐annuelle qui diminuent et mono-‐annuelle qui sont d’avantage présentes mais plus fines donc plus fragiles et dont la fonte est plus importante en été. De plus, la banquise est un élément majeur dans les interactions entre l’atmosphère et l’océan dans cette région du globe. Des études très récentes ont suggéré que lors de la formation de la banquise, les gaz contenus dans l’atmosphère, en particulier l’oxygène (gaz nécessaire à la vie sur notre planète) et le dioxyde de carbone (gaz à effet de serre dont une très grande partie provient des activités anthropiques) sont piégés dans ces glaces. Ces gaz vont s’accumuler dans les brines, monticules d’eau salée non gelée se formant à l’interface glace-‐océan. Ces brines maintenant riches en oxygène et dioxyde de
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carbone, plus salé donc plus dense vont se détacher de la banquise et couler, emportant ainsi les gaz piégés depuis l’atmosphère. Il s’agit là d’une découverte majeure car elle suggère que la banquise agit comme un vecteur important de gaz depuis l’atmosphère vers l’océan profond et ce transport n’a jusqu’alors pas été pris en compte dans les modèles de prédictions climatiques existants. En découlent deux conséquences : 1) lors de la fonte de la banquise, l’eau de surface formée se trouve appauvrie en oxygène. On suppose ici que les communautés de plancton qui l’utilisent vont donc être adaptées à ce manque. En revanche, aucune étude n’a encore investigué comment cette déplétion pouvait façonner ces communautés et il n’en existe aucune description au cours du temps, sont elles différentes ? Sont elles actives ? Sont elles capables d’utiliser les sels nutritifs de l’eau sous-‐jacente ? 2) selon ces études préliminaires, les quantités de dioxyde de carbone transporté par les brines pour être séquestré dans l’océan profond serait équivalente à la moitié de la pompe biologique de carbone (i.e quantité de CO2 capté depuis l’atmosphère nécessaire à la production primaire océanique mondiale). Pour mettre ces chiffres en perspective, cela correspondrait aux objectifs de diminution du CO2 fixé par les accords de Kyoto. Ce phénomène n’étant à l’heure actuelle pas pris en compte dans les modèles de simulation du climat et la banquise étant amenée à disparaître d’ici 2030, alors il y a une urgence certaine à alimenter ces recherches avec des données de terrain et ceci est la mission que se propose de remplir Under The Pole à travers cette collaboration Mise en œuvre du projet Les deux aspects développés ci-‐dessus feront l’objet d’études durant l’hivernage de l’expédition. Sur la glace : Les épaisseurs de glace et de neige seront mesurées par l’équipe manuellement (réalisation de sondage sur des transects de plusieurs centaines de mètres). A ces mesures, s’ajouteront des mesures électromagnétiques (appareil EM31) d’épaisseur de glace. L’EM31 sera placé dans une poulka et tractée sur une ligne droite ou un parcours déterminé. Des carottages seront réalisés pour étudier les paramètres physiques, chimiques et biologiques de la glace. Plusieurs carottes de glace seront réalisées, rapidement les mesures de températures le long des carottes seront effectuées. De retour au bateau, les carottes seront sectionnées, fondues et différentes mesures et prélèvements seront effectués. Sous la glace : Les plongeurs mettront en œuvre les mesures physico-‐chimiques à l’interface eau glace et des prélèvements de brines. Cette étude sera complétée par des images (vidéo ou photo a retardement périodique) pour documenter de manière précise la formation et fonte de la banquise ainsi que la formation des brines et leurs détachements (cette documentation n’existe pas à l’heure actuelle, elle sera à la disposition des scientifiques).
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Vertical distribution of atmospheric aerosols and clouds and their impacts on earth’s radiation budget. Pi Scientist Dr. Kathy Law Laboratoire Atmospheres, Milieux et Observations Spatiales UPMC, IPSL, UVSQ 11 Bd dʼAlembert 78280 Guyancourt
Localisation: West coast of Greenland, Nares Strait Duration: 2014-‐2015 State of the Art: Little information exists about the vertical distribution of pollution, particularly over Greenland during the autumn-‐winter-‐spring. Questions remain on the impacts of pollution transported from North America (Asia, Europe) to the Arctic on climate change, but also interactions between surface and the atmosphere, aerosols and cloud properties and their impact on radiation budget. Certain aerosols such as black carbon may be contributing to warming in the Arctic. Scientific community has also gained interest to see if there are any signals from local pollution sources in Greenland (northern Canada) such as shipping, domestic fuel burning or metal smelting since these are likely to increase in the future as a result of global/Arctic warming.
Implementation of the project The instrument we wish to deploy over a several months period (TBD) during winter and spring 2014-‐2015, is a small aerosol micro-‐lidar which is being developed as part of the French Equipex project IAOOS (Ice -‐ Atmosphere -‐ Arctic Ocean Observing System) -‐ http://www.iaoos-‐equipex.upmc.fr/ . The objective is to complement observations on clouds, haze and aerosols which are to be implemented at high latitudes. The system is small and autonomous. It is proposed that a specific operating mode is implemented for this mission. The system developed for the buoys will be modified, so that some of the equipment, including data acquisition can be placed outside the lidar, allowing for higher acquisition rate and longer acquisition periods and capture smaller time-‐scale atmospheric changes. Temperature sensors and a small infrared radiometer will be assessed for simultaneous implementation in combination with lidar and radiometry measurements for surface radiation budget analysis. We may also explore the possibility to deploy a small sensor to measure ozone, another important greenhouse gas/pollutant with colleagues in LATMOS.
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Le phytoplancton au pôle Nord, diversité, production et rôle dans la chaîne
alimentaire marine.
Scientifiques référants Dr Ray Leakey Head of Arctic Research Scottish Association for Marine Science (SAMS) Scottish Marine Institute Oban, Argyll, PA37 1QA, Scotland Nationalité : Anglaise Dr Mikhail Zubkov Ocean biogeochemistry and Ecosystems Research group, NSDR National Oceanographic Centre, Southampton European Way, Southampton SO14 3ZH, UK Nationalité : Anglaise Dr. Heather Bouman Lecturer in Marine Biogeochemistry Nationalité : Anglaise Localisation Côte Ouest Groenland, Lieu d’hivernage Durée une à 2 semaines, automne/hiver 2014 Présence du scientifique référant à bord : oui (Ray Leakey, Mike Zubkov) Etat de l’art – Enjeu : Dans les océans, le phytoplancton constitue la base de la chaîne alimentaire marine. Il tire son énergie de la lumière, des sels nutritifs et du dioxyde de carbone présents dans l’eau de mer. Premier maillon d’une longue chaîne alimentaire, il est le support de la vie dans les océans jusqu’aux grands mammifères marins. Dans l’Arctique, le phytoplancton a la particularité d’être étroitement lié à la glace de mer et dépend de ses variations saisonnières dans le temps et l’espace (la couverture de glace, l’épaisseur, le retrait et la
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formation de la banquise). En plus de cette relation étroite avec les glaces, la croissance du phytoplancton est conditionnée par la lumière. La particularité de l’éclairement dans l’Arctique étant une période de 6 mois de lumière, 6 mois de nuit, les micro-‐organismes du plancton sont particulièrement adaptés (pigments photosynthétiques) à ces conditions. Ces deux particularités de l’écosystème Arctique vont donc largement conditionner l’apparition, le développement et la composition des blooms de phytoplancton. En revanche, si les facteurs (lumières et glaces) qui contrôlent le phytoplancton sont identifiés, la composition du phytoplancton, la succession des différentes espèces en fonction de la latitude ou de la couverture de glace, ainsi que les processus d’adaptation à des éclairement très faibles (automne et hiver polaire) sont bien moins renseignés. Mise en œuvre du projet La collaboration scientifique avec Under The Pole aura pour but i) d‘élucider ces questions de diversité du phytoplancton au long de la remontée sur la côte ouest du Groenland (gradient latitudinal important) en prélevant des échantillons sur la route vers le Nord et en identifiant et dénombrant les espèces rencontrées, ii) de rendre compte du rôle de la glace (épaisseur, couverture) sur la dynamique de ce phytoplancton (composition, quantité) en réalisant un échantillonnage à haute fréquence spatiale et temporelle de la lumière disponible sous la glace en relation avec la quantité de phytoplancton (chlorophylle a). Cette étude sera réalisée à l’aide d’un scooter sous-‐marin équipé de capteurs de lumière, température, salinité, oxygène et chlorophylle a. Finalement, iii) durant l’hivernage, une étude expérimentale des processus de photosynthèse et métabolisme phytoplanctonique sera réalisée pour déterminer les rôles de ces micro-‐organismes durant des périodes de très faibles éclairements (automne et hiver polaire)
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Utilisation d’invertébrés marins comme archives biologiques des variations
environnementales en Arctique
Scientifiques référents Dr Laurent Chauvaud Laboratoire des Sciences de l’Environnement Marin, UMR6539 Institut Universitaire Européen de la Mer, Université de Bretagne Occidentale Nationalité : Française Dr Joëlle Richard Laboratoire des Sciences de l’Environnement Marin Institut Universitaire Européen de la Mer, Université de Bretagne Occidentale Nationalité : Française Localisation : Côte ouest du Groenland, Etah Fjord Durée : expédition Etat de l’art – Enjeu : Les bivalves dominent la biomasse benthique de nombreux plateaux Arctique (Gulliksen et al , 1985; Dayton , 1990). Ces organismes forment leur squelette externe de carbonate de calcium périodiquement, ce mécanisme est contrôlé par l'organisme et il est aussi fonction de conditions environnementales. Ceci conduit à la formation de lignes de croissances qui peuvent être utilisés comme points de repère chronologiques (sclérochronologie, ex. cernes d’un arbre). Les bivalves des hautes latitudes ont une durée de vie longue, de plusieurs décennies (Ambrose et al , 2006; . Sejr & Christensen, 2007; Carroll et al, 2009 , 2011a) à plusieurs siècles (Schöne et al, 2005 , 2011a ; Witbaard et al, 1999; Wanamaker et al. , 2011). Le décryptage des proxies environnementaux intégrés dans les archives biogéniques au cours de leur croissance fournissent ainsi les enregistrements de conditions environnementales au cours des décennies et/ou des siècles, ce qui est essentiel pour comprendre la réponse des communautés benthiques Arctique aux changements climatiques compte tenu de la rareté dans cette région, des données à long terme sur la structure et la dynamique de ces communautés. Les études citées ci-‐dessus montrent des résultats intrigants suggérant que les variations inter-‐ annuelles de la croissance de la coquille bivalve reflètent bien la variabilité des conditions écologiques locales , avec le potentiel d'examiner rétrospectivement les effets écologiquement pertinents des variations climatiques au cours des décennies à des milliers d'années . L'importance du lien entre le climat et les processus des écosystèmes suggéré par les modèles de croissance de palourdes dépend toutefois de l’étude des liens directs entre la croissance et les données environnementales collectées simultanément. Les dernières conclusions d’Ambrose et
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al. (2012 ) ont appelé à la nécessité : i) de comprendre les facteurs qui influent sur la croissance des bivalves et ce qu'ils peuvent nous dire sur l' influence du changement climatique sur les communautés benthiques en général , ii ) de déterminer l'importance relative des facteurs biotiques et abiotiques sur la croissance des bivalves et iii) pour comprendre les réponses spécifiques du taxon à des variables environnementales avant que les bivalves puissent être utilisés à leur plein potentiel en tant que bio-‐archives des conditions environnementales à ces hautes latitudes. Mise en œuvre du projet L’objectif ici est d’étudier la croissance de ces bivalves par lecture des stries sur les coquilles et de faire des mesures de lipides et d’isotopes stables du carbone et de l’azote dans les tissus pour Chlamys islandica et Astarte sp. Périodiquement, les prélèvements d’une dizaine d’individus pour ces 2 espèces par site (géoréférencés) seront réalisés lors des plongées de l’équipe Under The Pole. Ces prélévements concernerons aussi bien la côte ouest du Groenland que la période d’hivernage. Les bivalves seront éventuellement disséqués et des chaires seront conservées à -‐80°C (ou N liquide). Les coquilles des bivalves seront elles systématiquement conservées. Ces prélèvements de bivalves marins seront accompagnés de mesures physico-‐chimiques de l’environnement (température, salinité, lumière incidente, oxygène dissous et chlorophylle a), ce qui permettra, le cas échéant, les mesures effectuées sur les coquilles aux variables environnementales.
Une troisième espèce, Arctica islandica, dont la longévité (1 à 4 siècles) en fait un spécimen particulièrement pertinent pour l’utilisation comme bio-‐archive environnementale, sera prélevée de manière opportuniste lorsque rencontrée pendant les plongées de l’expédition
Références
Gulliksen B., Holte B., Jakola K.J. (1985). The soft bottom fauna in Van Mijenfjord and Raudfjord, Svalbard. In: Gray J.S., Christiansen M.E. (Eds.), Marine Biology of Polar regions and Effects of Stress on Marine Organisms. Proceedings XVIIIth European Marine Biology Symposium. J. Wiley and Sons, New-York, pp. 199-215
Dayton P.K. (1990). Polar benthos. In: Smith Jr WO (ed) Polar oceanography, Part. B: Chemistry, biology, and geology. Academic, San Diego, pp. 631-685
Ambrose Jr. W.G., Carroll M.L., Greenacre M.L., Thorrold S., McMahon K. (2006). Variation in Serripes groenlandicus (Bivalvia) growth in a Norwegian high-Arctic fjord: evidence for local- and large-scale climate forcing. Global Change Biology 12:1595-1607
Ambrose Jr. W.G., Renaud P.E., Locke V W.L., Cottier F.R., Berge J., Carroll M.L., Levin, B., Ryan S. (2012). Growth line deposition and variability in growth of two circumpolar bivalves (Serripes groenlandicus, and Clinocardium ciliatum). Polar Biology 35:345-354
Carroll M.L., Johnson B., Henkes G.A., McMahon K.W., Voronkov A., Ambrose Jr. W.G., Denisenko S.G. (2009). Bivalves as indicators of environmental variation and potential anthropogenic impacts in the southern Barents Sea over multiple time scales. Marine Pollution Bulletin 59:193-206
Carroll M.L., Ambrose Jr. W.G., Levin B.S., Ryan S.K., Ratner A.R., Henkes G.A., Greenacre M.J. (2011a). Climatic regulation of Clinocardium ciliatum (Bivalvia) growth in the northwestern Barents Sea. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 302:10-20
Sejr M.K., Christensen P.B. (2007). Growth, production and carbon demand of macrofauna in Young Sound, with special emphasis on the
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bivalves Hiatella arctica and Mya truncata. Carbon cycling in Arctic Marine Ecosystems: Case Study Young Sound, Vol 58: In: Rysgaard S., Glud R.N. (Eds.), Medd. om Grønl., Biosci. Special Issue, 58, pp. 121-137
Schöne B.R., Fiebig J., Pfeiffer M., Gleb R., Hickson J., Johnson A., Dreyer W., Oschmann W. (2005). Climate records from a bivalved Methuselah (Arctica islandica, Molluska; Iceland). Holocene 228:130-148
Schöne B.R., Wanamaker Jr. A.D., Fiebig J., Thebault J., Kreutz K.J. (2011a). Annually resolved d13C shell chronologies of long-lived bivalve mollusks (Arctica islandica) reveal oceanic carbon dynamics in the temperate North Atlantic during recent centuries. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 302:31-42
Wanamaker Jr. A.D., Hetzinger S., Halfar J. (2011). Reconstructing mid- to high-latitude marine climate and ocean variability using bivalves, coralline algae, and marine sediment cores from Northern Hemisphere. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 302:1-9
Witbaard R., Duineveld G.C.A., de Wilde P.A.W.J. (1999). Geographic differences in growth rates of Arctic islandica (Mollusca: Bivalvia) from the North Sea and adjacent waters. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom 79:907-915
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Les coraux de l’arctique, distribution, diversité et richesse.
Scientifique référant Prof J Murray Roberts Director, Centre for Marine Biodiversity & Biotechnology School of Life Sciences Heriot-‐Watt University Edinburgh, Scotland EH14 4AS Nationalité : Britannique Localisation : Côte ouest du Groenland. Durée : 2 semaines à 1 mois, possibilités de plusieurs legs Etat de l’art – Enjeu : La seule mention des récifs coralliens évoque immédiatement des images de mers tropicales, des plages de sable blanc et de palmiers, ainsi les récifs coralliens tropicaux sont souvent désignées comme étant les forêts tropicales de la mer. A l’instar de ces récifs coralliens tropicaux, des découvertes récentes ont mis en évidence que les coraux d'eau froide étaient également le support d’un large éventail de la vie sous-‐marine, et se retrouvent dans la plupart des océans du monde comme l'océan Atlantique, la Méditerranée, le Pacifique et l’Indien. Donc, bien qu'ils soient moins connus, ces coraux d'eau froide ont une aire de répartition beaucoup plus grande que les coraux tropicaux, et montrent une diversité d’espèces beaucoup plus importante. De plus, les récifs coralliens d'eau froide abritent de nombreux autres organismes comme les poissons et invertébrés marins et ils sont parmi les écosystèmes les plus diversifiés dans l'océan -‐ Plus de 1300 espèces ont été trouvées vivant parmi les coraux d'eau froide dans le seul Atlantique Nord, et les spécialistes découvrent souvent de nouvelles espèces qui n'ont encore jamais été décrites auparavant. Mise en œuvre du projet La côte ouest du Groenland fait partie des zones propices à la découverte de ce type de récifs coralliens mais n’a pas encore été explorée. C’est ce que se propose de réaliser l’équipe d’Under The Pole en collaboration avec l’équipe du professeur Roberts. Tout au long de la remontée sur la côte ouest du Groenland, pendant l’exploration du plateau continental, les plongeurs photographieront les récifs rencontrés. Ces plongées seront aussi l’occasion de réaliser des vidéos qui permettront d’appuyer l’identification par les photographies. En appui de ce travail des plongeurs, l’utilisation de ROV (remotely operated vehicule) équipé de camera digitale de haute définition, de laser de mesure (mesure de taille, circonférence des coraux) ainsi que d’un bras mécanisé pour
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l’échantillonnage de certaines espèces, permettront d’agrandir le champ d’investigation de ces récifs aux profondeurs dépassant celles des plongées (200-‐300m). L’équipe du professeur Roberts (présente sur certains legs de l’expédition) s’attachera à l’identification taxonomique, la mise en place d’une bibliothèque d’images géo-‐référencées, la cartographie des récifs ainsi que l’environnement physique et chimique de ces récifs coralliens atypiques. En particulier, la chimie des carbonates, éléments essentiels à la formation de ces récifs sera étudiée. Ces mesures ont une importance majeure car ces carbonates sont en lien direct avec l’acidification des Océans dont l’Arctique, en particulier, en subit les conséquences à l’heure actuelle.
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Le requin du Groenland, Somniosus microcephalus, écologie, géographie et
comportement alimentaire.
Scientifique référant Professeur JF Steffensen, Université de Copenhague University of Copenhagen Marine Biological Section, Department of Biology Strandpromenaden 5, DK-‐3000 Helsingør Denmark Nationalité : Danois Localisation Côte ouest du Groenland, Disko bay, Godhavn Durée une à 2 semaines, Mai 2014 Présence du scientifique référant à bord : non déterminé En revanche, le professeur JF Steffenssen sera présent à la station Arctique de Godhavn (île Disko) aux mêmes périodes que l’expédition et dans la région propice à l’observation du requin du Groenland (24 captures en 2012, pers. comm.). Il nous y a invités, il y sera présent. Etat de l’art – Enjeu : Le requin du Groenland (Somniosus microcephalus) est l'une des quelques espèces de requins qui peuplent les eaux polaires. On le retrouve de l'océan Atlantique Nord à l'Arctique où il habite les zones côtières et intertidales pendant les mois froids, mais se retire dans des eaux plus profondes durant les périodes chaudes et peut habiter les profondeurs dépassant les 2000 mètres. Le requin du Groenland est l'une des plus grandes espèces de requins et peut atteindre une longueur supérieure à 700 cm avec une masse proche d’1 tonne. Historiquement, le requin du Groenland a été ciblé dans la pêche pour son huile de foie, avec des débarquements annuels au début du siècle dernier, dépassant 30.000 individus. La pêche commerciale a cessé dans les années 1960, mais le requin du Groenland est encore capturé en tant que prises accessoires dans la pêche à la palangre (flétan). L'histoire de vie du requin du Groenland est largement méconnue. Les femelles atteignent leur maturité à une longueur de 450 cm pour un âge pouvant atteindre 100 ans. Les mâles atteignent leu maturité plus tôt. La croissance somatique est lente et des périodes où la croissance annuelle est inférieure à 1 cm peuvent se produire. Les femelles sont vivipares donnant naissance à environ 10 jeunes après une période de gestation d’une 1 à 2 années. La structure de la taille et d'âge de la population de requin du Groenland est elle aussi mal connue. Compte tenu de la faible capacité de reproduction du requin du Groenland, il est raisonnable de les considérer menacés par la surpêche. Combiné avec un manque général de connaissances sur la biologie et
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l'histoire de vie de l'espèce, il a été classé comme quasi menacé par l'Union internationale pour la conservation de la nature. Le requin du Groenland est un des tops prédateurs dans l'écosystème marin de l'Arctique avec l'ours polaire et l'épaulard. Si le requin du Groenland n'est pas en mesure de s'adapter aux changements dans l'environnement de l'océan qui sont le résultat du changement climatique global, ils peuvent être confrontés à l'extinction avec des effets inconnus du fonctionnement du reste de l'écosystème. Mise en œuvre du projet Durant l’expédition, en particulier en Mai 2014, dans la région de la baie de Disko, nous plongerons dans la zone profonde pour tenter d’observer des attaques de requin de Groenland sur des appas. L’enjeu sera ici d’observer et de déterminer le comportement de prédation du requin, animal considéré comme lent mais dont les attaques sont estimées rapides et violentes. Plus précisément, l’équipe du professeur Steffessen étudiera le comportement, les préférences thermiques et les schémas de migration à l'aide de tags largables dont les données seront retransmises par satellites. L’âge des individus sera déterminé à l'aide du carbone 14 et de techniques histologiques et les systèmes sensoriels seront examinés afin de déterminer les stratégies d'alimentation (système olfactif en particulier). Quelques requins seront également instrumentés avec des accéléromètres pour déterminer la vitesse de nage. Dans le cadre de cette étude, Under The Pole peut se voir accorder des missions de tagages sous-‐marin, de relayer des observations comportementales faites in situ (test sensoriel), d’assurer une partie du suivi des animaux marqués (par exemple en dehors des périodes mentionnées ci-‐dessus, observations qui pourraient être faites au sud comme au nord du rendez-‐vous prévu avec l’équipe scientifique). Finalement les images (photos et vidéos), données et observations ainsi rapportées feront l’objet de discussions avec le Pr Steffenssen et son équipe présente sur place à la station Arctique de Godhavn au même moment que l’expédition UTP (Mai 2014 et Juillet 2014). Ces images alimenteront le champ encore restreint des connaissances sur le requin du Groenland, Somniosus microcephalus.
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Physiologie de la plongée en milieu polaire.
Scientifiques référents Dr Jean Eric Blatteau ERSO (Equipe de Recherche Subaquatique Opérationnelle) Hôpital Saint Anne Bd Ste Anne, BP 20548 83041 TOULON cedex 9 Nationalité : Française Jean-‐Michel Pontier2, MD, PhD Kate Lambrechts2, PhD Association Geo Scaph Localisation Côte Ouest Groenland, Lieu d’hivernage Durée 4 personnes de l’équipe du Dr Blatteau se relaieront sur une période de 2 mois (4 visites de 15 jours) Présence du scientifique référant à bord : oui, présence envisagée à Illulissat. A l’occasion de la campagne de plongées profondes qui sera réalisée au large des côtes du Groenland et organisée par Under The Pole II, nous souhaitons réaliser un programme de mesures physiologiques pour évaluer la tolérance de l’organisme et conseiller les plongeurs, en leur proposant si besoin, des solutions pour réduire les risques identifiés par des méthodes de prévention spécifiques. Nous souhaitons également observer le comportement du matériel de plongée vis-‐à-‐vis des contraintes attendues. Contexte de la plongée technique profonde au trimix L’objectif d’Under The Pole II est de réaliser des plongées dites « autonomes » qui ne nécessitent pas de moyens lourds de mise en oeuvre. Ces plongées scientifiques en eaux polaires ont pour objectif d’étudier la faune et la flore sous-‐marine dans la zone des 100 mètres de profondeur. Actuellement, les plongées « autonomes » à 100 mètres sont relativement peu pratiquées, et réalisées pour la plupart en eaux tempérées par des communautés isolées de plongeurs « techniques ». Il est établi que la plongée profonde au-‐delà de 45 mètres expose à un risque plus élevé de survenue d’accident de décompression (ADD). La plongée « technique » ou plongée « TEK » se développe actuellement avec l’émergence
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d’appareils à recyclage des gaz à circuits fermé ou semi-‐fermé à gestion mécanique et/ou électronique (electronic closed-‐circuit rebreather eCCR et semi-‐closed circuit rebreather SCCR) qui permettent d’augmenter l’autonomie et la profondeur des plongées. Il faut savoir que l’utilisation de ces recycleurs avec la gestion de différents mélanges respiratoires expose à des accidents spécifiques dits « biochimiques » (principalement l’hypercapnie, l’hypoxie et l’hyperoxie) qui sont liés à un mauvais ajustement des gaz ventilés, le risque principal étant la perte de connaissance, compliquée ou non de noyade et de convulsions. Dans le cadre de plongées « autonomes » à 100 mètres, les durées de plongées au fond restent limitées, de l’ordre d’une dizaine de minutes, mais la procédure de décompression en eau est en revanche très longue, de l’ordre de plusieurs heures pour limiter le risque de survenue d’ADD. Il n’existe à ce jour aucun consensus concernant la procédure de décompression à adopter. Certains algorithmes de décompression semblent plus utilisés que d’autres, mais l’incidence des ADD n’est pas connue pour ce type de plongées. Afin de réduire le risque d’ADD, ainsi que les phénomènes de narcose qui deviennent limitant avec la profondeur, la plongée « TEK » profonde utilise des mélanges spécifiques en particulier des trimix (oxygène-‐hélium-‐azote), ainsi que l’oxygène pur pendant la phase finale de la décompression. Pour plonger au-‐delà de 60 mètres, l’emploi de l’hélium est en effet indispensable car il limite non seulement les effets narcotiques de l’azote, mais améliore également la ventilation du fait de sa densité plus faible. Néanmoins, en raison de ses propriétés de forte conductivité thermique, le plongeur risque de se refroidir par voie ventilatoire. Pour optimiser la décompression, l’oxygène a un rôle essentiel, cependant l’exposition prolongée à des niveaux élevés de pression inspirée d’oxygène (PiO2) augmente la toxicité de l’oxygène avec le risque de survenue d’une crise hyperoxique qui se manifeste sous la forme d’un état convulsif. En pratique il est nécessaire de ne pas dépasser un certain niveau de PiO2 en fonction du temps et de la profondeur pour limiter ce risque. D’autre part avec l’immersion prolongée, des phénomènes de déshydratation, avec baisse du volume plasmatique, s’accentuent avec le risque d’influencer le processus de décompression. Lorsque la durée totale d’immersion se prolonge au-‐delà de plusieurs heures, la capacité d’épuration du CO2 par la chaux sodée du recycleur peut être réduite avec un risque potentiel de perte de connaissance par hypercapnie, qui est également facteur favorisant de crise hyperoxique. Il est actuellement possible de limiter l’ensemble de ces effets négatifs, en utilisant par exemple des combinaisons à protection thermique spécifique active ou passive, des recycleurs équipés d’une cartouche de chaux dimensionnée, qui, outre sa capacité d’épuration du CO2, va réchauffer les gaz inhalés, et également un dispositif d’hydratation s’insérant dans l’embout buccal du recycleur pour réhydrater le plongeur. L’appareil de plongée doit par ailleurs pouvoir supporter des températures de surface de l’ordre de -‐50°C et des températures en eaux de -‐2°C, sans que sa fiabilité soit altérée. La capacité des composants électroniques à résister à ces températures extrêmes doit être évaluée, afin de confirmer le choix vers d’un appareil doté d’électronique ou le cas échéant, d’orienter vers un recycleur à fonctionnement mécanique.
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Par ailleurs la prévention des risques repose également sur la préparation du plongeur, en prenant en compte l’âge, la condition physique et sportive individuelle, la notion d’antécédent d’ADD, de shunt droite-‐gauche. L’entrainement et la progressivité à la plongée profonde pour adapter l’organisme sont indispensables. Des méthodes de pré-‐conditionnement ont également été validées comme par exemple des protocoles d’hydratation avant plongée, et/ou inhalation d’oxygène normobare avant des plongées saturantes ; elles pourraient être judicieusement utilisées dans ce contexte. Description des risques Les accidents de décompression En plongée, les gaz inertes, principalement l’azote et l’hélium, inhalés par les plongeurs, sous l'effet de la pression, vont se dissoudre dans les tissus de l’organisme. Ces gaz n’étant pas consommés par l’organisme, ils vont être éliminés pour une part sous forme gazeuse en transitant par la circulation avant d’être évacués par la ventilation pulmonaire. La quantité de gaz dissous dans l’organisme est d’autant plus importante que la durée et la profondeur de l’immersion sont importantes. Une formation excessive de microbulles pendant et au décours de la remontée peut être à l’origine de symptômes d’ADD. Les signes cliniques sont principalement articulaires (douleur), cochléo-‐vestibulaires (surdité, vertiges) ou neurologiques (paresthésies, déficits). Le traitement de référence repose sur la recompression avec inhalation d’oxygène pur qui permet de neutraliser les bulles circulantes et de limiter les symptômes. Dans le contexte de la plongée TEK au trimix, un certain nombre de cas d’ADD cochléo-‐vestibulaires ont été décrits lors de la phase de changement de gaz, et rapportés à un état transitoire de sursaturation dans les liquides de l’oreille interne. Ces ADD cochléo-‐vestibulaires peuvent également survenir dans un contexte de formation de bulles importants avec passage artériel (via un shunt droite-‐gauche). La décompression doit donc ménager les tissus rapides (tissu nerveux et oreille interne), et favoriser des PiO2 élevées pour neutraliser la formation de bulles. La dysfonction vasculaire De récentes études ont montré que les conséquences physiologiques à la décompression, décrites ci-‐dessus, notamment la formation de bulles circulantes, seraient à l’origine d’autres perturbations physiologiques en cascade. Une dysfonction vasculaire de type endothélial provoquée par l’abrasion mécanique des bulles sur la paroi vasculaire est au centre de ces perturbations complexes et serait étroitement intriquée avec l’activation des éléments figurés du sang. Le tout serait à l’origine d’une cascade de phénomènes biochimiques et inflammatoires, communément appelée maladie de décompression, capable d’évoluer pour son propre compte, d’entretenir et de compliquer cette agression initiale des bulles sur l’endothélium vasculaire. La crise hyperoxique L'exposition à des pressions élevées d'oxygène (PiO2 > 1,7 ATA) expose après un temps de latence, aux effets neurotoxiques de l'oxygène (effet Paul Bert) se manifestant par une crise convulsive hyperoxique. L’expérience de la plongée militaire montre que la
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survenue de crises hyperoxiques chez les nageurs de combat est un accident rare qui s’observait surtout dans le cas de plongées avec effort soutenu sur de longues durées (2 à 3h), à l’oxygène pur avec des appareils à circuit fermé dont les performances ventilatoires et la capacité d’épuration de la chaux sodée n’étaient pas optimisées. Malgré les données issues de la plongée militaire ou professionnelle, les plongeurs « techniques » en recyleur utilisent souvent les recommandations éditées par la NOAA (national oceanic and atmospheric administration), celles-‐ci sont particulièrement sévères et préconisent une PiO2 inférieure ou égale à 1,3 ATA. Ces critères ne semblent cependant pas avoir été établis à partir de données expérimentales objectives et ne permettent en tout cas pas d’optimiser la décompression. L’hypoxie Ce type d’accident provient généralement d’un dysfonctionnement du recycleur ; l'accident se produit en général à la remontée, lorsque la fraction d'oxygène du mélange est insuffisante, et que la PiO2 devient inférieure à 0.1 ATA. La perte de connaissance est alors instantanée, sans prodromes, avec hypotonie générale et apnée expiratoire : le plongeur coule aussitôt, des mouvements convulsifs peuvent parfois être observés. L’hypercapnie L'intoxication par le dioxyde de carbone en recycleur provient généralement d’un phénomène mixte : production endogène par un effort de palmage prolongé et/ou altération de la capacité d’épuration de la chaux sodée. Les symptômes habituels d’essoufflement et de céphalées apparaissent et s'aggravent en fonction de la pression partielle du gaz (PiCO2). L’hypothermie De nombreuses études ont montré qu’un des risques majeurs des immersions en eau froide était l’hypothermie. Elle correspond à une baisse progressive de la température interne du corps (en dessous de 35°C). Et, la vitesse à laquelle elle va s’installer dépend de nombreux paramètres dont les principaux sont la température de l’eau, la production de chaleur corporelle par les frissons et l’exercice, et l’isolement vestimentaire. L’hypothermie ne représente pas qu’un risque pour la santé et la survie des plongeurs, mais elle entraîne aussi une dégradation des performances physiques et cognitives. La déshydratation Sur le plan hydrominéral, de nombreux travaux ont montré que toute immersion s’accompagne d’une baisse notable de la masse corporelle, qui est liée à une augmentation de la production d’urines (multipliées par 4-‐6 dans les premières heures) et une baisse importante de la volémie (en moyenne de 15%).Cette baisse de la volémie est asymptomatique tant que le plongeur est immergé. Au moment de la sortie de l’eau, l’effet de contention de la pression hydrostatique disparaît, et une partie importante du volume sanguin est attirée par gravité vers les membres inférieurs. Par conséquent, la capacité de remplissage du cœur chute, et des baisses importantes de la pression artérielle en position orthostatique ont été décrites. De nombreux travaux scientifiques ont clairement établi que l’altération du statut hydrique d’un sujet s’accompagne systématiquement d’une baisse de ses performances physiques et cognitives.
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Mesures physiologiques Détection des bulles circulantes Afin de d’analyser la tolérance à la décompression, des mesures des bulles circulantes veineuses seront réalisées par méthode Doppler au niveau des cavités cardiaques droites. Des détections seront réalisées à l’issue de chaque immersion, respectivement 20, 40, 60, et 80 min après la sortie de l’eau. Pour chaque détection, le plongeur devra rester allongé, le niveau de bulles circulantes est évalué au repos et après deux flexion-‐extension des membres inférieurs. Les bulles sont quantifiées (de 0 à 4) selon l’échelle de Spencer.
Evaluation de la fonction vasculaire microcirculatoire Afin d’évaluer les conséquences du froid et de la décompression au niveau de la microcirculation une mesure de la fonction vasculaire (endothéliale) au niveau de la micro-‐circulation cutanée pourrait être réalisée. Celle-‐ci est effectuée par une méthode non invasive avant et 45 min après chaque plongée. L’observation des modifications de la vasomotricité induites par la plongée est réalisée au niveau de la face antérieure de l’avant-‐bras grâce à un moniteur de perfusion Laser Doppler, après une période de repos (en décubitus dorsal) d'au moins 10 minutes. Simultanément à la mesure de la perfusion, nous stimulons la vasomotricité vasculaire par iontophorèse à l’acétylcholine puis par du nitroprussiate de sodium (SNP). L’acétylcholine permet de provoquer une vasodilatation de type endothéliale oxyde nitrique (NO)-‐dépendante alors que le SNP permet de provoquer une vasodilatation de type non-‐endothéliale, afin d’évaluer directement la fonction du muscle lisse. La durée totale de ces explorations est de 15 minutes. Contrôle de la fréquence cardiaque Une ceinture de cardiofréquencemètre (reliée à l’ordinateur de plongée) sera placée sur le thorax de chaque plongeur afin d’enregistrer, en continu, la fréquence cardiaque. Mesures de masse corporelle et recueil d’urines La masse corporelle des sujets sera enregistrée en slip de bain avant et à l’issue de chaque plongée (immédiatement après la sortie de l’eau). Pour les prélèvements d’urines, chaque sujet devra vider sa vessie avant la plongée. Pendant la plongée, un peniflow sera alors mis en place et les urines recueillies dans une poche à urines. Le volume d’urines sera noté à l’issue de la plongée.
Les variables thermiques Les constantes thermiques des sujets seront analysées à l’aide, d’une capsule thermique devant être ingérée 3 heures avant l’immersion, permettant de mesurer la température corporelle profonde (T core) et 4 patchs thermiques placés respectivement sur le triceps du bras gauche, sur le grand pectoral gauche, sur la loge antérieure de la cuisse droite (quadriceps) et sur le crâne au niveau occipital de chaque individu. L’ensemble de ces
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mesures sera pondéré afin d’établir une température cutanée moyenne. Ces capteurs « sans fils » transmettent les données toutes les 15 secondes par onde radio à une unité portable placée à la ceinture des plongeurs, étanchéifiée. L’inconfort, le frisson thermique et les capacités opérationnelles seront évalué par un questionnaire d’auto-‐évaluation, ils seront remplis par les plongeurs, à plusieurs reprises au cours de l’immersion. Ils permettront d’évaluer (évaluations subjectives par les plongeurs) :
- l’inconfort thermique global et local, - le frisson thermique (durée et intensité), - la capacité opérationnelle, évaluée à partir de la capacité physique (globale et
locale au niveau des mains et des pieds) et la capacité mentale. Mise en œuvre du projet Durant l’expédition, en particulier en mai et juin 2014, afin de suivre la tolérance à la plongée et d’optimiser les conseils aux plongeurs d’UTPII, nous proposerons les mesures physiologiques précédemment décrites pour les plongées profondes en recycleur supérieures à 50 mètres. Références Blatteau JE, Pontier JM. Effect of in-water recompression with oxygen to 6 msw versus normobaric oxygen breathing on bubble formation in divers. Eur J Appl Physiol. 2009 Jul;106(5): 691-5. Blatteau J.E., Hugon J., Gempp E., Castagna O., Pény C., Vallée N. Oxygen breathing or recompression during decompression from nitrox dives with a rebreather: effects on intravascular bubble burden and ramifications for decompression profiles. Eur J Appl Physiol. 2012 Jun, 112(6):2257-65. Doolette D, Mitchell S. Recreational technical diving part 2: decompression from deep technical dives. Diving Hyperbaric Medicine 2013; 43(2): 96-104
Gempp E, Blatteau JE. Preconditioning methods and mechanisms for preventing the risk of decompression sickness in scuba divers: a review. Res Sports Med 2010; 18: 1-14.
Gempp E, Louge P, Blatteau JE, Hugon M. Descriptive epidemiology of 153 diving injuries with rebreathers among French military divers from 1979 to 2009. Mil Med. 176(4):446-50. 2011.
Mitchell S, Doolette D. Recreational technical diving part 1: an introduction to technical diving methods and activities. Diving Hyperbaric Medicine 2013; 43(2): 86-‐93
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4. Les zones d’études et le calendrier de l’expédition
4.1 Les zones d’études L’expédition débutera fin février 2014 au sud du Groenland, depuis le cap
Farewell (Nunap Isua), et se poursuivra vers le Nord entre mars et septembre 2014. En
suivant le recul de la banquise, depuis l’aube de la nuit polaire, entre 60° et 80° de
latitude Nord, la goélette polaire de l’expédition sera la plateforme des programmes
scientifiques. La remontée vers le nord, au dessus du plateau continental sera rythmée
par les plongées sous la banquise entre la surface et la zone des 100-‐120 m de
profondeur.
La proximité de villes importantes et dotées d’une piste d’atterrissage comme Qaqortoq,
Nuuk, Qasigianngguit, Ummannaq, Upernavik et Qaanaaq offriront autant de possibilités
de rotation humaine et technique, nécessaires au déroulement de l’expédition aussi bien
qu’à celui des programmes scientifiques.
L’hivernage, dans le détroit de Narès, débutera en septembre 2014 pour une durée de 6
mois (février 2015). Cet hivernage, pendant la nuit polaire, aux confins des glaces, sera
lui aussi l’occasion de réaliser des plongées, des images et des projets scientifiques. Le
voilier polaire restera à portée de scooter de Qaanaaq, afin de pouvoir effectuer des
rotations.
En mars 2015, une équipe de 4 plongeurs quittera le voilier polaire pour contourner le
Groenland par le Nord. Ce voyage sera guidé par les Inuits et leurs chiens de traineau. Un
parcours de 600 km, entre glace et montagne, là aussi dédié à la plongée mais aussi à un
échange humain singulier entre explorateurs et Inuits.
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A bord du navire polaire, la science, la plongée et les prises de vue se poursuivront
jusqu’à la libération des glaces qui amorcera le retour vers la France pour fin 2015.
4.2 Programme préliminaire UTP 2014 15Janvier – 28 Février Concarneau – Cap Farewell – Paamiut 1 au 14 Mars Paamiut – Cap Farewell – Paamiut 16 au 27 Mars Paamuit -‐ Nuuk 28 March au 10 Avril Nuuk – Maniitsoq – Sisimiut 11 au 24 Avril Sisimiut – Sisimiut 25 Arvil au 8 Mai Sisimiut – Ilulissat 9 au 22 Mai Ilulissat – Ilulissat 23 Mai au 5 Juin Ilulissat – Uummannaq
6 au19 Juin Uummannaq – Uummannaq 20 Juin au 2 Juillet Uummannaq – Upernavik 3 Juillet au 30 Juillet Upernavik – Qaanaaq (Thule) 30 Juillet au 13 Aout Qaanaaq (Thule) – Qaanaaq (Thule) 13 Aout au 27 AOut Qaanaaq (Thule) – Qaanaaq (Thule) 27 Aout au 9 Septembre De Qaanaaq à la station d’hivernage Cass Fjord 10 au 23 Septembre Hivernage 1
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5. Les moyens logistiques et techniques
5.1 Moyens logistiques
• Capacité d’accueil de deux scientifiques, en fonction des périodes de l’expédition
(pour les projets nécessitant davantage de personnes, nous consulter).
• Des plongeurs experts du milieu polaire pour les prélèvements. La plongée en
recycleur offre elle aussi des possibilités d’échantillonnage sans perturbations.
• Possibilités de rotations sur toute la durée de l’expédition.
• Une communication professionnelle, des moyens pour l’image (un cameraman et
un photographe en permanence), une équipe dédiée à la vulgarisation
scientifique.
5.2 Moyens matériels et techniques
• Un bateau de 20 m en aluminium fiabilisé pour le milieu polaire (12 pers).
• Un espace de travail dédié à l’échantillonnage (paillasse, microscope).
• Des moyens de stockage des échantillons (-‐20° et -‐80°C).
• Un winch électrique et un portique pour l’immersion d’appareil de mesure
océanographique.
• Des moyens de télécommunications par satellite Iridium (voix et data)
• Des plongées sous la banquise de plusieurs heures, en circuit ouvert ou en
recycleur, entre la surface et la zone des 100-‐120 m de profondeur.
• Un mini ROV pour la reconnaissance et la sécurité.
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6. L’équipe
6.1 Équipe du bureau
· Ghislain Bardout
Chef d’expédition / plongeur profond / caméraman sous-‐marin
· Emmanuelle Périé
Responsable de la communication / Second du bateau / plongeur
· Céline Lison
Journaliste / documentaliste / relations presse
· Romain Pete
Coordinateur scientifique / plongeur profond
· 1 assistant logistique
6.2 Équipe de l’expédition
· Skipper/mécanicien
· Photographe / plongeur profond
· Caméraman / monteur
· Preneur de son
· Plongeur profond / Assistant photo/vidéo
· Médecin / plongeur
· Cuisinier et intendance
· Guides Inuit : de février à juillet 2015, plusieurs guides groenlandais se joindront à l’équipe pour le contournement du Groenland en traineau à chien par le Nord.
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7. Universités et Instituts participants
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8. Lettres de soutien
DIRECTOR: PROFESSOR LAWRENCE MEE
THE SCOTTISH ASSOCIATION FOR MARINE SCIENCE REGISTERED OFFICE: SCOTTISH MARINE INSTITUTE OBAN ARGYLL PA37 1QA SCOTLAND T: (+44) (0)1631 559000 F: (+44) (0)1631 559001 E: [email protected] W: http://www.sams.ac.uk A COMPANY LIMITED BY GUARANTEE, REGISTERED IN SCOTLAND NO. SC009292 RECOGNISED SCOTTISH CHARITY NO. 009206
Dr Romain Pete BASE OCEANS / UNDER THE POLE 1 rue des Senneurs 29900 CONCARNEAU France 26 March 2013 Dear Romain, Re: Scientific Collaboration on the “Under the Pole - Discovery Greenland” Expedition I am writing to support your “Under the Pole” expedition to Greenland in 2014/15 and to confirm my interest in undertaking collaborative scientific projects during the expedition. As we have discussed, the expedition offers a unique platform from which to undertake marine biological research projects in the Arctic and, in particular, during the winter period when access to research platforms, and associated data collection, is difficult. I would therefore be very keen to undertaken observational and experimental studies during your expedition in collaboration with yourself and colleagues from the UK National Oceanography Centre (Professor Mike Zubkov) and Oxford University (Dr Heather Bouman). Our studies would focus on climate-induced changes to the Arctic microbial carbon cycle and food web, a topic which is both timely and relevant given the rapid pace of environmental change currently underway in the Arctic. I wish you every success in organizing and gaining funding for your expedition. Best wishes,
Ray Leakey Head of Arctic Research
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Direction : LATMOS - UVSQ LATMOS - UPMC
11 Bd dʼAlembert Boîte 102, 4 Place Jussieu 78280 Guyancourt 75252 Paris Cedex 05
Tél : 33 01 80 28 50 21 Tél : 01 44 27 47 60 Fax : 01 80 28 52 00 Fax : 01 44 27 37 76
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales
16 April 2013
REF : LATMOS/UTP/avr13 Under the Pole, 1 rue de Senneurs, 29900 Concarneau, France
LETTER OF SUPPORT: UNDER THE POLE
We are writing in support of your future expedition to Greenland as part of Under the Pole. We are interested to put an instrument to measure the vertical distribution of particles (aerosols) in the atmosphere as well as clouds on board the sailing boat. Little information exists about the vertical distribution of pollution, particularly over Greenland during the autumn-winter-spring. We are working on the impacts of pollution transported from North America (Asia, Europe) to the Arctic on climate change, but also interactions between surface and the atmosphere, aerosols and cloud properties and their impact on radiation budget. Certain aerosols such as black carbon may be contributing to warming in the Arctic. We are also interested to see if there are any signals from local pollution sources in Greenland (northern Canada) such as shipping, domestic fuel burning or metal smelting since these are likely to increase in the future as a result of global/Arctic warming. The instrument we wish to deploy over a several months period (TBD) during winter and spring 2014-2015, is a small aerosol micro-lidar which is being developed as part of the French Equipex project IAOOS (Ice - Atmosphere - Arctic Ocean Observing System) - http://www.iaoos-equipex.upmc.fr/ . The objective is to complement observations on clouds, haze and aerosols which are to be implemented at high latitudes. The system is small and autonomous. Iit is proposed that a specific operating mode is implemented for this mission. The system developed for the buoys will be modified, so that some of the equipment, including data acquisition can be placed outside the lidar, allowing for higher acquisition rate and longer acquisition periods and capture smaller time-scale atmospheric changes. Temperature sensors and a small infrared radiometer will be assessed for simultaneous implementation in combination with lidar and radiometry measurements for surface radiation budget analysis. We may also explore the possibility to deploy a small sensor to measure ozone, another important greenhouse gas/pollutant with colleagues in LATMOS.
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23 October 2013 To Whom it May Concern, This letter is in support of the expedition Under the Pole II: Discovery Greenland. I am a research professor specializing in seafloor ecology at Moss Landing Marine Labs in central California, USA. I have worked extensively in the Antarctic, and to a lesser extent in the Arctic, examining marine ecosystem responses to disturbances. In recent years these regions have been undergoing rapid alteration with climate change; because so much of the polar systems are dependent on ice, small fluctuations in temperature that change the regime from freezing to melting have large impacts. In my research, one of the challenges is having a good baseline “map” of the communities to help plan and guide research. The poles are the parts of our planet that are least known, least explored, so our ecological maps have large gaps. We put together pieces from small studies conducted over the years into a kind of “franken-map” that is a compilation of the best knowledge to date, but it is far from the best that could be done with a dedicated study. The planned UTPII itinerary offers an exceptional opportunity to collect species distribution data along a dramatic latitudinal gradient, from 60 to 83 degrees North along a continuous coastline. Since the 1800s, a global latitudinal diversity gradient has been known, and this is now the longest recognized pattern in ecology. Yet despite the long-standing nature of this basic biological premise, there is still significant argument about the underlying sources and causal mechanisms for the pattern. Scaled imagery, collected during the planned expedition by divers and/or remotely operated vehicles (ROVs), would provide data needed to test the hypothesis that diversity decreases as latitude increases. As imagery collection is already part of the goal of the expedition, for its high aesthetic value, it would not be much additional difficulty to collect scientifically valuable imagery data. The underlying ecological map produced would allow advances in many scientific fields, both immediately and in the future. I have used both SCUBA and ROVs extensively in my research, and a polar-specific ROV was designed and built in my lab and is currently in use for Antarctic research. The opportunity provided by UTPII dovetails perfectly with my research interests and experience, and I am seeking support to participate to the fullest extent possible. This expedition could make a significant scientific contribution and I would like to make the most of this chance. Thank you for your time and interest. Please feel free to contact me if you have any questions or I can provide further information. Best Regards, Stacy Kim [email protected] 001 831 771 4429
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Der Pete Romain, Thanks for your letter and supplementary information. This is indeed an exciting endeavor and represents an excellent opportunity for us to obtain some unique data from a very understudied region. Sea-ice associated biogeochemistry play a central role for the ecosystem function and atmospheric CO2-exchange in the High Arctic, but there are very few seasonal data. I would be very interested in collaborating with your team to undertake a seasonal sampling campaign to resolve 1) microbial succession and 2) inorganic carbon chemistry within sea-ice during your overwintering in the Narres strait. This would hopefully provide some very interesting insight and rare data on crysosphere dynamics. Sincerely yours
Ronnie N Glud
Ronnie N Glud Professor Institute for Biology Campusvej 55 DK-5230 Odense M Denmark Date: 16 May 2013
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Department of Earth Sciences South Parks Road, Oxford, OX1 3AN
Dr. Heather Bouman Lecturer in Marine Biogeochemistry
[email protected] Tel: 01865 272019 Fax: 01865 272072
www.earth.ox.ac.uk
Dr. Romain Pete BASE OCEANS/UNDER THE POLE 1 Rue des Senneurs 29900 CONCARNEAU France
28th March, 2013
Dear Romain,
Re: Scientific collaboration on the “Under the Pole – Discovery Greenland” Project
I am writing to support your “Under the Pole” expedition to Greenland in 2014/15 and to confirm my interest in collaborating with your research team during the expedition.
The expedition presents a unique opportunity to investigate the temporal evolution of Arctic microbial communities under sea-ice. The ability to sample these ecosystems during the winter period is challenging, and the expedition will provide an excellent platform to conduct time-series sampling from a period of total darkness during the polar winter to a time when there is sufficient light under sea ice to support net marine photosynthesis. I would therefore welcome the opportunity to collaborate with yourself and colleagues from the Scottish Association for Marine Sciences (Dr. Ray Leakey) and the UK National Oceanography Centre Southampton (Professor Mike Zubkov). This work will investigate the impact of climate-induced changes on Arctic microbial communities, a topic of growing concern given the rapid environmental changes occurring in the Arctic.
Yours faithfully,
Heather Bouman
University Lecturer in Marine Biogeochemistry
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9. Contact Coordination Scientifique Dr Romain PETE [email protected] Mob : +33 6 65 35 60 06 Skype : romainpete
