Nous menons actuellement deux projets principaux en géodésie de fond de mer : l’un portant sur l’étude de la structure et la dynamique d’une dorsale lente et leurs implications sur le fonctionnement d’un système hydrothermal complexe (chantier MoMAR) et l’autre sur la compréhension du cycle sismique en contexte de subduction partiellement bloquée (chantier Vanuatu). Afin de développer ces deux grands projets, les financements que nous avons obtenus viennent principalement du CNES (projet Géodésie fond de mer), de l’INSU (chantier MoMAR) et du Ministère de la Recherche (ANR Mohtesiem et ANR Vanarc). Les campagnes à la mer ont été menées sur des bateaux de la flotte nationale (Ifremer et IRD).

1. Le chantier MoMAR et la campagne GRAVILUCK :

Le segment Lucky Strike de la dorsale Médio-Atlantique a été choisi comme cible pour l’installation d’observations à long terme dans le cadre du chantier MoMAR. Il s’agit d’un chantier pluri-disciplinaire ; le laboratoire a été le maître d’œuvre de la campagne Graviluck (août 2006) sur le N/O Atalante avec le submersible Nautile, qui a permis d’acquérir des données dans plusieurs domaines allant de la géophysique, la géologie, l’océanographie physique à la microbiologie.

L’objectif principal de la campagne GRAVILUCK, et celui qui nous intéresse ici était l’initiation d’une expérience visant à mesurer les mouvements verticaux liés à l’activité magmatique et tectonique qui affectent le volcan central de Lucky Strike et le mur Est de la vallée axiale.

Une des contributions au chantier MoMAR que devrait apporter le projet GRAVILUCK est une meilleure compréhension de la structure et la dynamique de la croûte océanique, notamment sous le volcan Lucky Strike, cible du chantier MoMAR car il héberge un important système hydrothermal et tout un écosystème spécifique. Afin d’étudier la structure de la croûte, nous avons effectué des mesures géophysiques de fond de mer (magnétisme et gravimétrie) ainsi que des observations géologiques.

Pour ce qui concerne l’étude de la dynamique de la croûte, nous avons installé deux stations d’enregistrement en continu de la pression en fond de mer et installé/ mesuré un réseau de repères géodésiques au fond. Toutes les opérations ont été conduites avec le submersible Nautile. En tout, 12 repères ont été installés et 9 d’entre eux ont été mesurés. La précision obtenue sur les différences de pression (donc de hauteur) entre deux repères géodésiques est de l’ordre du centimètre.

Vue du ROVDOG (Remotely Operated Vehicule Deep Ocean Gravimeter) en mesure sur le repère géodésique B. Le ROVDOG (appartenant à Statoil et développé à la Scripps Institution of Oceanography) est l’instrument principal avec lequel nous avons mesuré le réseau géodésique. Il présentait l’avantage de pouvoir mesurer le champ de pesanteur en plus de la pression.

Réseau géodésique de pression installé et mesuré en 2006. Les traits et nombres en couleurs indiquent le tracé et le numéro de la plongée. Les 9 cercles orange indiquent la position du repère et le nombre de mesures sur ce repère. Les cercles orange clair indiquent les repères installés mais non mesurés.

2. Le chantier Vanuatu et les campagnes GEODEVA :

Les campagnes GEODEVA sont des campagnes de géodésie marine et sous-marine. L’objectif est à la fois géodynamique : quantification de la déformation active sous l’eau et étude du cycle sismique dans une zone de subduction particulièrement sismogène, et méthodologique : comparaison de différentes méthodes de mesure du niveau marin (altimétrie par différents satellites, GPS et marégraphie). Ces deux aspects sont directement liés ; en effet, l’étude des mouvements verticaux que nous proposons passe par une analyse combinée des données altimétriques et marégraphiques pluri-annuelles. Les satellites ne répétant pas toujours strictement la même trace et la trace moyenne n’étant pas exactement au-dessus des marégraphes, les données GPS de cartographie de la surface de la mer acquises lors de campagnes ponctuelles permettent, en complément des données marégraphiques 1) d’obtenir la hauteur d’un point sous-marin par rapport à l’ellipsoïde et 2) de rattacher les enregistrements marégraphiques et altimétriques entre eux, et donc de réaliser des comparaisons absolues.

Nous réalisons la présente étude dans la zone des Vanuatu Centrales pour plusieurs raisons :
- L’archipel des Vanuatu est une zone de convergence où les mouvements sont rapides et l’activité sismique très intense, ce qui en fait un site idéal pour étudier et modéliser la déformation et le cycle sismique en contexte de subduction. Dans le cadre de nos développements méthodologiques, nous nous intéressons spécialement à la quantification des mouvements verticaux ; or ils sont particulièrement importants dans cette zone centrale des Vanuatu en raison du blocage partiel de la subduction. Par ailleurs, des données sont disponibles sur les mouvements à long terme (20000 ans et plus) grâce au soulèvement des terrasses coralliennes (Taylor et al., 1987, Pelletier, 1999).
- La zone est remarquable car elle présente des reliefs émergés ou faiblement immergés sur la plaque chevauchante comme sur la plaque plongeante. Cette particularité offre un potentiel unique de quantification et de modélisation des mouvements relatifs en limite de plaque dans une zone de subduction.
- De nombreuses données géodésiques ont déjà été acquises sur ce chantier, aussi bien à terre (un réseau GPS d’une vingtaine de stations dont trois permanentes a été mis en place par l’IRD dès 1992 et celui-ci continue d’être occupé régulièrement), qu’en mer où deux marégraphes enregistrent les variations de hauteur d’eau en continu depuis 1999 dans le cadre du projet MOTEVAS (Mouvements Océaniques et Tectoniques Verticaux par Altimétrie Spatiale).

Présentation de la zone d’étude

Dispositif expérimental. Les données GPS cinématiques sont acquises à l’occasion des campagnes, alors que les données satellitaires et marégraphiques sont acquises en continu.

Vue sous-marine d’un des marégraphes installés dans les Vanuatu en enregistrement continu depuis 1999. Le marégraphe (type Seabird) est installé dans une cage fixée au sol afin de ne pas bouger malgré les fortes tempêtes ou cyclones qui affectent la zone. Par ailleurs, ce dispositif (comme les repères géodésiques utilisés sur le chantier MoMAR) permettent une réinstallation des marégraphes au centimètre près après les relèves nécessaires pour changer les batteries et décharger les piles. Les 2 marégraphes sont installés sur des hauts fonds (~12m de profondeur) sur deux plaques tectoniques distinctes : le marégraphe de Banc Sabine est situé sur la plaque plongeante (la plaque Australienne) et le marégraphe de Wusi est installé sur la plaque chevauchante (Vanuatu Central / Bassin Nord Fidjien).