Journal de l'expédition Hess Deep Crust

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dimanche 17 février 2013

de retour de mission ...

L'expédition IODP 345 est de retour à terre après deux mois d'exploration dans le Hess Deep Rift, là où les couches profondes de la croûte océanique se dévoilent.

Durant huit semaines, une équipe de chercheurs, de techniciens de foreurs, sans oublier l'équipage du JOIDES, ont tenté de forer quelques centaines de mètres dans cette croûte océanique encore largement méconnue.

Les chercheurs de l'équipe internationale ont retrouvé, à présent leur laboratoire respectif. Ils ont emporté avec eux quelques échantillons pour poursuivre leurs investigations. Durant une année, les roches sont sous moratoire ... ce qui signifie que seuls les chercheurs de l'expédition IODP 345 ont accès aux échantillons. Une année pour percer mettre à l'épreuve des faits les modèles de la croûte océanique.

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C'est aussi le moment des premiers bilans. J'en profiterai pour remercier tous ceux qui nous ont suivi au cours de ces semaines avec les énigmes hebdomadaires.

Une énigme par semaine pendant 2 mois

Si les expériences sont techniquement très pointues, l’approche, elle, a été résolument ludique et pédagogique pour permettre à des élèves de s’intéresser à la recherche et aux sciences avec un projet résolument attractif. Les élèves et les équipes pédagogiques de chaque établissement ont été préparés en amont du projet. Dès le mois de décembre, les élèves ont du résoudre chaque semaine une nouvelle énigme en lien avec le projet Hess Deep Crust.

Les géosciences ont été passées en revue avec une dizaine d’énigmes. L’expédition dans le Hess Deep aura servi de support pour créer l’engouement autour de ces énigmes hebdomadaires. La 8ème énigme, « Magnifique le magnétisme ! », par exemple, pouvait être résolue par une petite expérience de Physique. Une bougie chauffe un petit anneau de nickel qui jusqu'alors attiré par l'aimant, cesse d’être attiré par celui-ci. Ce phénomène est causé par le fait que les matériaux, à une certaine température, appelée température de Curie, perdent leur aimantation. Grâce à un blog (forum de discussion), constamment enrichi, les élèves ont pu s’informer en direct des différents progrès de l’expédition.

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Pour chaque énigme, rendez vous était pris la semaine suivante pour la solution et de nombreux compléments.

L’énigme 9, « Olivine…que deviendras-tu ? » racontera comment un des minéraux les plus primaires, formé au plus près du magma, est rapidement altéré dans l’océan par l’eau de mer. De cette circulation de fluides chauds et minéralisés, la vie en milieu océanique profond en dépend.

encore donc merci pour cet engouement ... mais aussi pour toutes les visioconférences qui ont jalonnées l'expédition. En effet, 93 visioconférences ont été réalisées dans 16 pays différents avec quelques 4 000 personnes ! En français, en anglais, en japonnais ...

La visio-conférence au service de la pédagogie

Temps fort du projet pour chaque classe, les élèves ont été invités à monter à bord du navire JOIDES Resolution grâce à des visioconférences en direct du Pacifique. Les élèves ont pu effectuer une visite complète du bateau (opérations de forage, visite des laboratoires, découverte des roches carottées), assister en direct à différentes expérimentations. Surtout, ils ont pu questionner des scientifiques.

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Tous les élèves ont dû préparer des questions en amont en cours de SVT mais aussi en cours d’anglais.

En effet, qu’il s’agisse du blog ou des visio-conférences, il leur a fallu travailler dans les deux langues afin de pouvoir échanger avec des scientifiques internationaux. C’était évidemment un moyen pour les élèves de travailler sur l’apprentissage d’une langue étrangère de manière très concrète.

Les collégiens ont ainsi posé des questions telles que :

« A quoi ressemble une dorsale océanique ? »

« Combien de temps a-t-il fallu pour construire le forage? »

« Quel est votre rôle au sein de l’équipe scientifique ? »,

A quoi ressemble le plancher océanique ? »

… mais aussi des questions... moins scientifiques

« Avez-vous passé Noël à bord ? »,

« Avez-vous vu des requins, des baleines ? »,

Bien souvent nos élèves, par la pertinence de leurs questions et leurs connaissances en géologie, se sont brillamment distingués et ont fait l’objet d’éloge de la part des scientifiques à bord.

La mission Hess Deep n'est pas vraiment close ... notamment du coté des écoles. Quelques projets issus de cette expédition vont être proposés très bientôt ... alors keep in touch (comme on dit sur le JR !)

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samedi 9 février 2013

Enigme 10 résolue : de la roche en poudre !

Enigme 10 : De la roche en poudre !!

 

Les dorsales produisent des basaltes qualifiés de MORB (Medio Ocean Ridge Basalts)

Ces basaltes sont caractérisés par leur faible quantité d’alcalins (Na20 et K2O), ainsi que par une faible quantité de silice SiO2, comme le montre le diagramme tout droit sorti du laboratoire de géochimie.

 

Le basalte est une roche volcanique (structure microlitique). Issu d’un magma primaire du à la fusion partielle des péridotites du manteau. Ce sont des roches qualifiées de basiques car riches en bases (MgO, FeO) et pauvre en alcalins (K2O, Na2O). Ce sont des roches mafiques et sombres car riches en ferromagnésiens.


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Basalte tholéitique - texture microlithique avec olivine (tache jaunâtre), plagioclases et pyroxènes.

 

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Diagramme obtenu avec plusieurs milliers d’écahntillons

 

 

Ailleurs dans le monde, on connait d’autres laves telles que les rhyolites (qui forment en autre les reliefs de l’Estérel dans le sud de la France), ou encore l’andésite (commune sur les volcans des zones de subduction).

 

Une rhyolite provient du refroidissement d'un magma de composition granitique. Ce sont des laves peu fluides, caractérisées surtout par leur richesse en silice SiO2. L’Estérel, est un ancien massif marqué au permien par une histoire volcanique. Un volcanisme assez explosif, fissural riche en rhyolite.

 

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Rhyolite : Echantillon et lame mince

En LPA, on remarque la texture microgrenue de la roche formée essentiellement de quartz et feldspath.

 

 

L'andésite, définie dans les massifs volcaniques andins, est une lave de ces zones de subduction. On trouve assez souvent aussi cette lave dans les Antilles. C’est une lave aussi assez siliceuse (de 50% à 60%), donc un liquide peu fluide.

 

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Andésite : Echantillon et lame mince en LPA

En LPA, des plagioclases. Les phénocristaux colorés sont  les ferro-magnésiens.

 

 

Finalement on peut retrouver ces trois roches dans le diagramme ci-dessous.

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Mon voyage retour me fera ‘survoler’ les basaltesMORB dans le Hess, andésites dans l’arc caraïbe et rhyolite de l’Estérel.

 

 

Pour aller plus loin :

D’après dida.univ-tln.fr/

 

Il y a basalte et basalte.

 

Pour obtenir un magma, il faut faire fondre une roche. Dans quelles conditions cela est-il possible ? La température qui augmente avec profondeur … mais il faut tenir compte de la pression qui s'oppose à l'agitation atomique.

Il est donc nécessaire de connaître l'évolution de la température en fonction de la profondeur, autrement dit de connaître le géotherme.

 

Les matériaux de la Terre peuvent se présenter sous 3 états différents : solide, partiellement fondu ou totalement liquide en fonction de la température et de la pression.

 

On peut représenter les choses ainsi :

   - La courbe du liquidus sépare le domaine purement liquide du domaine partiellement fondu ( liquide + cristaux).

   - La courbe du solidus : elle sépare le domaine partiellement fondu du domaine solide.

Le diagramme montre qu’il est impossible d'avoir une fusion partielle du manteau excepté quand le géotherme croise le solidus … il faut donc des conditions particulières.

 

    - Une décompression adiabatique (1) c'est à dire une remontée de matériel sans perte de chaleur (au niveau des dorsales). Une chute de pression peut engendrer la formation de magmas à condition que la température reste constante. Le magma, chaud et léger, remonte alors rapidement vers la surface, sans perdre de chaleur, puis il cristallise lorsqu'il se trouve en contact avec l'eau. Les roches qui cristallisent font partie d'une série dite série tholéiitique.

    - Augmentation de la température (2) (point chaud). Dans ce cas, il faut apporter de l'énergie pour que, toutes pressions égales, le matériau puisse fondre. Ce sont principalement les courants de convection qui favorisent alors la fusion, car ils permettent à la chaleur terrestre originelle de remonter efficacement vers la surface. Les roches qui cristallisent font partie d'une série dite série alcaline.

    - Apport d'eau (3) au niveau des zones de subduction. Dans les zones de subduction, la croûte océanique s'enfonce tout en étant fortement hydratée. L'enfoncement étant rapide, la pression augmente très vite, alors que l'augmentation de température présente un certain retard, puisque la chaleur se transmet par conduction. L'eau est alors expulsée, et provoque une baisse du solidus. Les roches qui cristallisent font partie d'une série dite série calco-alcaline.

 

Il existe donc fondamentalement 3 types de basaltes :

- OIB (Oceanic Island Basalt) : basalte des points chauds

- MORB (Mid Oceanic Ridge Basalt) : basalte des dorsales

- IAB (Island Arc Basalt) : basalte des zones de subduction

 

On aboutit à des diagrammes complexes mais qui reflètent les parentés entre les roches magmatiques

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Classification de Cox et al., positionnée sur un diagramme de Harker alcalins-silice,

permettant de visualiser les grands domaines magmatiques.



Les géochimistes peuvent utiliser d’autres diagrammes, tel  que le diagramme AFM pour mettre en évidence ces séries magmatiques. A = Na2O + K2O, F = FeO + Fe2O3 et M = MgO. La série tholéiitique marque un enrichissement en Fer.

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Diagramme AFM mettant en évidence 2 séries magmatiques :

la série tholéiitique et calco-alcaline.

 

 

On voit donc bien que la composition chimique en éléments des basaltes raconte leur histoire. Cela me fait penser que nous allons bientôt passer au large des îles Galapagos. Je crois bien que cela est un point chaud … donc série alcaline ?

mercredi 6 février 2013

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 9

On n'y croyait plus… les opérations de forage dans le Hess Deep se révèlent de nouveau fructueuses. Après l’abandon de plusieurs sites bien trop instables, le JOIDES parvient à forer un dernier puits. Les roches sont de retour sur le pont. Core on deck ! core on deck !

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Hess_Deep_Episode_9.pdf

dimanche 3 février 2013

Enigma 10 : De la roche en poudre !

Les roches font l’objet de toutes les études sur le navire. Après la structure, la densité, la porosité, le magnétisme, la minéralogie des roches, place aux géochimistes !

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 Au laboratoire de géochimie, on va réduire les roches en poudre ! et oui … Il s’agit de pouvoir déterminer la présence et les proportions en éléments majeurs et mineurs de nos roches magmatiques.

 

Il s’agit donc de préparer avec soin des échantillons susceptibles d’être analysés par les divers appareils couteux et précis du laboratoire de géochimie du JOIDES.

 

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Cela demande un peu plus de temps … les données arrivent donc après celles des pétrologues et des géophysiciens car les géochimistes travaillent sur les mêmes échantillons que leurs collègues.  

 

Mais à quoi ressemblent ces données ? c’est l’objet de notre dixième énigme !

 

On va quantifier la présence des éléments majeurs : il s’agit, pour les roches magmatiques mafiques, du fer (Fe), du magnésium (Mg), du silicium (Si), du calcium (Ca), du sodium (Na).

 

Les relations entre ces éléments majeurs peuvent nous raconter l’histoire de la roche magmatique et donc nous rapprocher un peu plus de la dynamique des chambres magmatiques leur ayant donner naissance !

 

Voici par exemple des diagrammes obtenus par l’analyse d’échantillons de basaltes produits sur les dorsales médio océaniques comme celle de l’EPR toute proche.

 

Des mesures sur le pourcentage de certains éléments majeurs sont calculés sous forme d’oxydes : Mg,  Na, Ca, Si, Al pour plusieurs milliers d’échantillons.

 

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Venons-en à notre énigme

 

Les dorsales produisent des basaltes qualifiés de MORB (Medio Ocean Ridge Basalts) Ailleurs dans le monde, on connait d’autres laves telles que les rhyolites (qui forment en autre les reliefs de l’Estérel dans le sud de la France), ou encore l’andésite (commune sur les volcans des zones de subduction).

 

Retrouvez dans le diagramme ci-dessous la plage qui correspond au MORB, puis aux rhyolites, puis andésites. Quel est le nombre auquel vous arrivez ?

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samedi 2 février 2013

Enigme 9 résolue : Olivine que deviendras-tu ?

Les fumeurs ont occupé l’actualité de notre énigme hebdomadaire. Les questions portaient sur la différence entre les fumeurs noirs et les fumeurs blancs, tous ces champs hydrothermaux que l’on rencontre lors d’explorations océanographiques.

Commençons peut- être par présenter ce qu’est un système hydrothermal !

Trois  zones importantes

-       La zone de recharge:

 L’eau de mer (3°c) s’infiltre dans la croute océanique par toutes les fractures qu’elle trouve sur son chemin. Elle peut circuler assez profondément dans la croûte océanique. L’expédition 345 montre des gabbros altérés par cette eau de mer.

-       Zone réactionnelle:

 L’eau de mer interagit avec l’encaissant, et devient un fluide hydrothermal. La connaissance de l’encaissant est donc important pour caractériser le système hydrothermal. Dans le Hess, nous sommes sur des roches riches en olivine donc des roches mafiques.

-       Zone de décharge:

 Le fluide hydrothermal est expulsé dans l’eau de mer avec laquelle il interagit. Ce fluide est à présent bien différent de l’eau de mer de la zone de charge aussi bien au niveau de sa température que de sa composition chimique.

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Dans les océans, on s’intéresse aux systèmes hydrothermaux sur substratum basique (basalte, gabbro, péridotite).

Dans ce contexte on distingue :

1. Les fumeurs noirs : ils se présentent sous forme de cheminées. Émission d’eau sulfureuse à température supérieure à 300ºC. Fortes teneurs en métaux de transition. Dépôts de sulfures métalliques dans les cheminées.

2. Les fumeurs blancs : Ils rejettent du barium et du sulfate de calcium à des températures moins élevées (inférieure à 300ºC). Beaucoup moins riches en métaux de transition que les fumeurs noirs. Dépôts de carbonates.

Il existe aussi :

3. Les émissions diffuses: Il n'y a plus de cheminées, mais des suintements. Les fluides sont extrêmement dilués et à faible température (3 à 50 degrés). Dans ces conditions, leurs émissions se distinguent par un effet de moirage, comme celui d’un mirage sur une route goudronnée en pleine canicule !

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Quelques exemples étudiés dans l’Atlantique :

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L’eau de mer circule à proximité des chambres magmatiques. Elle interagit avec l’encaissant à haute température. Dans la zone de décharge, des fluides riches en métaux qui se déposent le long des cheminées.

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Dans tous les cas, l’eau et l’olivine ne font pas bon ménage !

Les olivines s’altèrent en serpentine, chlorite, amphibole, talc. Ces minéraux répondent parfaitement à la loi de Goldich : « les minéraux sont d’autant plus vulnérables que leurs conditions de genèse diffèrent plus de celles qui règnent à la surface » 

Les réactions de serpentinisation ont lieu : l’olivine, en présence de l’eau, même à faible température donne rapidement de la serpentine ainsi que de la magnétite. La belle couleur verte de l’olivine prendra vite les teintes sombres de la magnétite.

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Ainsi donc, l’énergie mesurée sur certains systèmes hydrothermaux vient de l’énergie libérée lors de la serpentinisation de l’olivine !

On a d’ailleurs étudié trouvé et étudié un équivalent de Lost City dans les ophiolites obductées sur la croûte continentale.

Les ophiolites représentent des lambeaux de croûte océanique, qui à la suite de la disparition d’un océan, se retrouve sur les continents. Parmi les différents exemples connus, le territoire d’Oman est particulièrement spectaculaire. A bord du JOIDES, des pétrologues connaissent bien ces affleurements d’Oman.

Sur le site de ‘Mamy Nova’ on découvre, sur cette vieille croute océanique, arrosée que par l’eau de pluie aujourd’hui, des sources d’eaux chaudes (40°c), avec des dépôts carbonatés et à pH très alcalin. Aucune chambre magmatique actuelle peut expliquer cette zone de décharge. Nous sommes dans le cas d’une circulation d’eau de pluie qui altère les olivines de cette croûte océanique (péridotite), et cette réaction d’altération est à l’origine de la température de l’eau !.

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Pour aller plus loin

Les sources hydrothermales, a priori inhospitalières, abritent une faune très originale mais aussi très abondante. La biomasse y est 500 à 1000 fois plus élevée que celle estimée en milieu abyssal. Cette densité s’explique par la présence de nombreuses bactéries qui utilisent l’énergie d’oxydation des sulfures présents dans le fluide hydrothermal et qui constituent la base de cet écosystème. Elles sont alors directement consommées par des organismes brouteurs (gastéropodes) eux-mêmes la cible des consommateurs secondaires (crustacés et poissons). Mais les bactéries peuvent aussi établir des symbioses avec des organismes tels que Riftia pachyptia et quelques bivalves.

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Les communautés animales varient avec la température de l’eau de la zone de décharge.

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mercredi 30 janvier 2013

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 8

Depuis que le puits U1415 J a vu ses parois s’effondrer après avoir livré quelques dizaines de mètres de beaux gabbros, le JOIDES est à la recherche d’un nouveau site … mais les choses sont décidément difficiles dans ce rift profond, certes prometteur mais aussi aux pentes très instables. Faudra-t-il se résoudre à migrer plus haut dans le rift ?

Depuis une petite semaine, les aventures se précipitent. Pour quitter le puits J, il a fallu dégager les tiges de forage bloquées dans le puits effondré. Un moment délicat puisque le bateau est ‘ancré’ sur le fond. C’est par le jeu de ses propulseurs que le navire parviendra, après plusieurs heures, à dégager l’extrémité du train de tiges. On n’aura pas eu à utiliser la mesure qui consiste à utiliser des explosifs placés au fond du puits … solution ultime dans ces cas là !

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Hess_Deep_Episode_8.pdf

dimanche 27 janvier 2013

Enigme 9 : Olivine … que deviendras-tu ?

L'olivine est le premier minéral à cristalliser lorsqu'un magma refroidit. C'est pourquoi elle est souvent présente dans les gabbros, mais aussi dans les basaltes. Elle peut cristalliser à une température d'environ 1 000 °C. C'est le premier minéral de la suite réactionnelle de Bowen (voir énigme 7 : Minéraux !)

Étant formées à haute température et en absence d’eau, les olivines sont très sensibles à l’altération hydrothermale.

 

Le plancher océanique nous réserve des surprises. Que l’on soit très près de la dorsale ou au beau milieu de l’océan, les monts hydrothermaux sont toujours un enchantement pour les scientifiques. Mais aussi source de questions. (sans jeu de mots !)

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Pour explorer d’éventuelles sources hydrothermales dans le Hess Deep, il nous faudrait des moyens d’exploration autre que le JOIDES, comme des submersibles par exemple.

Autour de la dorsale Atlantique, des explorations ont été menées sur les systèmes hydrothermaux. Les photographies nous donnent un exemple du paysage exploré.


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Avec toute cette eau circulante, pauvre olivine !!


Venons-en à notre énigme de la semaine !

Les différences de couleur des fumeurs est à rechercher dans leur caractéristiques physiques.

Choisir ce qui convient le mieux pour chaque fumeur dans les caractéristiques suivantes :

La température des fluides sortants : > 1000°c, >300°c, >100°c, <100°c, <40°c

L’acidité du fluide sortant : très acide, acide, neutre, alcalin, très basique

La minéralogie des cheminées : carbonates, silicates, sulfures métalliques

Les éléments caractéristiques des fluides hydrothermaux : Soufre (S), Zinc (Zn), Calcium (Ca), Silicium (Si), Aluminium (Al), Fer (Fe),

Question subsidiaire  (plus difficile !) : la source de chaleur responsable de la température de l’eau ?

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samedi 26 janvier 2013

L'énigme 8 résolue : Magnifique le magnétisme !

La réponse a été trouvée par certains de nos assidus lecteurs. Merci de nous suivre et d’explorer avec nous,  de manière ludique, toutes les facettes de la géologie.

Une fois la bougie allumée, le petit anneau de nickel attiré jusqu'alors par l'aimant va cesser d’être attiré par celui-ci et va pendre à la verticale du bout de bois. Ce phénomène est causé par le fait que les matériaux, à une certaine température, appelée température de Curie, perdent leur aimantation.

Cependant, si la fixation du fil permet le mouvement libre d'un pendule, si l'anneau n'est pas trop lourd, il peut se mettre à osciller et éventuellement suite à un refroidissement récupérer ses propriétés ferromagnétiques et donc reprendre sa position initiale...

Au final l’anneau va osciller :  après la perte de l’aimantation causée par la chandelle, l’anneau va pendre à la verticale, puis une fois qu'il se sera refroidi , il va à nouveau être attiré par l'aimant... et ainsi de suite.

Lorsque le fil de d'alliage est chauffé au dessus d'une certaine température dite point de curie il perd ses propriétés d'être attiré par un aimant, (propriété ferromagnétique), puis lorsque le fil, par refroidissement, repasse son point de curie il retrouve ses propriétés d'être attiré par l'aimant. Cela est dû à une désorganisation électronique.

Le point de Curie

Pierre Curie  a étudié leseffets de la température sur le magnétisme. Tous les aimants normauxet les matériaux qui sont attirés par les aimants sont des matériaux ferromagnétiques. Pierre Curie a découvert que les matériaux ferromagnétiques ont une température critique à laquelle la matière perd son comportement ferromagnétique : Le point de Curie.

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A titre d'exemple, un morceau de fer (Fe) à la température ambiante est fortement attiré par un aimant. Faites chauffer le fer à une température de 770C, ce qui est son point de Curie, il perd son comportement ferromagnétique et il n'est plus attiré par un aimant. Si nous laissons refroidir le fer, il retrouve son comportement ferromagnétique et est attiré par l'aimant.

Nous pouvons utiliser cette propriété pour construire le petit moteur thermique de l’énigme. Le moteur thermique utilise un fil d'alliage de nickel ayant un point de Curie bas. Lorsque le fil est à la température ambiante, il est attiré par l'aimant, et pivote à proximité de l'aimant. Lorsque la température du matériau atteint son point de Curie, il perd son ferromagnétisme et se détache de l'aimant. Dès que le fil se refroidit il retrouve son ferromagnétisme et est attiré à nouveau par l'aimant à nouveau, il bascule en arrière jusqu'à l'aimant et de nouveau dans la flamme d'une bougie. Ce processus de balancier se répète.

Et les roches alors ?

Les roches qui proviennent des magmas profonds (manteau terrestre) sont riches en minéraux ferromagnésiens.  Les magmas une fois émis sont progressivement refroidis dans leur nouvel environnement. Dans la croûte océanique, l’eau de mer contribue à ce refroidissement. L’abaissement de température amène le magma à se figer, les minéraux cristallisent. On atteint la température de cristallisation. Mais le magnétisme des roches (et son orientation) n’est pas encore établi.

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Les roches sont affectées par le champ magnétique terrestre. Ce n’est que lorsque la roche atteindra le point de Curie (plus froid que la température de cristallisation) que son magnétisme sera établi.

Ainsi, la ‘fossilisation’ du champ magnétique de l’environnement de la roche s’établit lorsque la roche est déjà solide. Les roches magmatiques, en atteignant leur point de Curie vont ‘fossiliser’ le champ magnétique terrestre de l’époque.

L’équipe de PaléoMag à bord du JOIDES est chargée d’étudier le magnétisme des échantillons prélevés : l’orientation du champ magnétique dans les échantillons et la force de ce magnétisme. Les roches magmatiques prélevées dans les opérations de forage  n’ont pas toutes le même magnétisme (susceptibilité magnétique plus ou moins importante). L’équipe choisira quelques échantillons parmi les roches les plus prometteuses et, à partir de petits cubes, déterminera le magnétisme de ces échantillons.

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Au laboratoire de PaléoMag du JOIDES

Une des missions importantes de ce travail : replacer l’échantillon dans sa position initiale dans la croûte car les échantillons ont été mis en rotation, ‘bousculé’ suite aux opérations de forage et ‘contaminé’ par les longues tiges de forage en fer.

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Pour aller plus loin

Le magnétisme de la croûte océanique, c’est aussi son enregistrement systématique à l’aide de magnétomètres, embarqués sur les vaisseaux et qui scannent les mers pour établir des cartographies.

On met ainsi en évidence des variations très particulières du magnétisme inscrit dans la croûte de part et d’autre des dorsales océaniques.

On apprend que les magmas, à l’origine de ces roches, ont été émis par périodes régulières.

On en déduit que les roches de la croûte ne se sont pas formées en même temps.

 

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Anomalies magnétiques des roches de la croûte

Le paléomagnétisme de roches magmatiques du plancher de l’océan a constitué un argument fort dans l’émergence du modèle de la tectonique des plaques dès les années 1950 /1960.

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La carte des anomalies magnétiques de part et d’autres de la dorsale Est pacifique, là où nous nous trouvons, permet même de calculer une vitesse moyenne d’accrétion c'est-à-dire de production de croûte océanique.

La dorsale Est pacifique est une des plus rapides au monde avec des taux d’accrétion de 16 cm/an. Comprendre la formation de cette croûte et son interaction avec l’eau de mer constitue un enjeu fondamental dans la connaissance de notre planète puisqu’il s’agit de la surface la plus importante de la surface terrestre. C’est tout simplement la mission de l’expédition actuelle du JOIDES dans le Hess Deep.

mercredi 23 janvier 2013

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 7

Time at sea : 5 weeks 19 hours …

le Hess Deep Rift, qui doit son nom à Harry Hess, un des pionniers de la tectonique des plaques, accueille le JOIDES.

L’expédition IODP 345 poursuit sa mission : l’étude des roches profondes de la croûte océanique, jamais explorées de si près dans l’histoire de la recherche océanographique.

A la mi-décembre, les chercheurs de l’équipe internationale ont quitté leurs laboratoires respectifs avec des hypothèses, des modèles en tête. Ce sont tous des spécialistes de la croûte océanique : géochimistes, pétrologues, physiciens et géologues de terrain. Les échantillons qui remontent des profondeurs du rift vont-ils bouleverser leurs modèles ?

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Hess_Deep_Episode_7.pdf

dimanche 20 janvier 2013

Enigme 8 : Magnifique le magnétisme !

Dès que les roches arrivent dans le laboratoire, on y étudie des propriétés physiques. C’est le cas du magnétisme des roches.  Les roches magmatiques renferment des minéraux ferromagnésiens (voir énigme précédente).

Lors du refroidissement du magma, les roches en formation, avec de tels minéraux, peuvent ‘fossiliser’ le champ magnétique environnant.

Certaines roches de la croûte sont même étonnantes. Regardez ce bel échantillon de roche de l’expédition sur lequel adhère sans difficulté notre aimant !

aimant_mini.jpgLa même roche fait tourner l’aiguille de la boussole dans difficulté

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Film à visionner :  magnet.3gp

Les roches ne sont pas toutes en mesure d’affoler notre boussole quand on approche cette dernière près des roches. Plusieurs mesures sont pratiquées au laboratoire du JOIDES. Certaines visent à connaître le potentiel magnétique (Magnetics Susceptibility) renfermé dans chaque échantillon.

Les appareils de mesure détectent pour certains échantillons un magnétisme certain. Ces mesures physiques permettront à l’équipe de spécialistes à bord du JOIDES de choisir ses échantillons qui feront l’objet de mesures plus poussées sur le magnétisme enfermé dans les roches.

De belles mesures en perspective. Mais n’oublions pas notre énigme !

Regardez l’image ci-dessous.

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C’est l’image d’un petit dispositif composé d’un aimant, d’un fil d’alliage de nickel, une chandelle. Le petit anneau de nickel est attiré par l’aimant.

Que se passera t-il quand on allumera la bougie ? … et pourquoi ?

samedi 19 janvier 2013

L'énigme 7 résolue : Minéraux

Le magma basique émis à la ride océanique, en refroidissant lentement, cristallise sous la forme de roches magmatiques.  
Le défi lancé aux pétrologues consiste à retrouver l’histoire de la génèse de la croûte océanique en partie à l’aide de l’examen des minéraux dans les roches magmatiques.

Dans le cas posé par l’énigme, il faut retracer les étapes de la cristallisation des minéraux. Pour cela, on peut s’aider des lois qui régissent le refroidissement et la cristallisation des minéraux, mais l’observation et le bon sens ne doivent pas être oubliés.

Que disent les lois de la géochimie ? Cherchons parmi les réponses fournies :
‘Un vieil ami du nom de Norman Levi Bowen m'a un jour fait comprendre que les minéraux cristallisaient lorsque les conditions du milieu étaient similaires à leur domaine PT de stabilité. Il parlait alors de cristallisation fractionnée.

En bref, les ferromagnésiens en premier, les silicatés en dernier. Dans ce cas, on peut donner l'ordre suivant :

Number 1 : les olivines magnésiennes puis ferreuses cristallisent à des températures autour de 1100°c.
Number 2 : Les clinopyroxènes autour de 900-1000°c. Leur allongement en baguette et la viscosité du magma leur permet de marquer une orientation de champ magnétique.
Number 3 : Les plagioclases à des températures élevées (dès 1000°c pour le pôle anorthite) et jusqu'à 600°c pour le pôle sodique (albite).

Voilà pour la théorie.
On voit bien que les condition de cristallisation entre plagio et pyroxène sont équivalente.
Au regard de la lame, on peut voir que les pyroxènes croissent visiblement autour des plagioclases. On peut donc présumer que leur cristallisation s'est réalisée autour de cristaux déjà formés, ceux du plagioclase. De plus, les cristaux de plagio contournent les olivines qui devaient donc déjà être en place.’
La réponse est donc la suivante :
1- Olivine
2- Plagioclase
3- Pyroxène

Effectivement les lois de Norman Levi Bowen prédisent les fenêtres de température pour lesquelles les différents minéraux peuvent apparaître à partir d’un magma.

L’olivine, pyroxène et plagioclase sont des minéraux classiques des roches magmatiques. Ils ont des températures de cristallisation très proches.

L’olivine est la première à pourvoir cristalliser, puis les plagioclases et les pyroxènes. Mais on constatera, dans le diagramme ci dessous, que de l’olivine continue à cristalliser simultanément à l’apparition de plagioclases et/ou des pyroxènes.

bowen4.jpg
Dans notre cas, il devient difficile à trouver la bonne suite réactionnelle à moins de regarder d’un peu plus près la lame.

Les plagioclases de couleur blanc et noir ont leur forme bien définie avec des macles polysynthétiques (= bandes). On retrouve ces minéraux partout y compris en inclusion dans les autres minéraux.
detail_pyr.jpg

Plagioclases avec leur forme automorphe


On peut donc en déduire …
Ces minéraux sont parmi les premiers à se former. Leur forme automorphe est bien exprimée. On constate que les pyroxènes remplissent le fond de la lame, ce qui tend à signifier qu’ils sont plus tardifs … ce qui n’est pas contradictoire avec le diagramme.

Le diagramme invite à penser que l’olivine est la première à cristalliser. Mais on constate que plagioclases et olivine peuvent être contemporains en dessous de 1222°c. On voit d’ailleurs quelques plagioclases dans les olivines sont bien formés signifiant qu’ils ont pu se former un peu avant l’olivine.
detail_olv.jpg
Détail relation olivine – plagioclase dans le gabbro

En conclusion :
On peut retenir le classement proposé : olivine > plagioclase > pyroxène. Mais dans le cas de l’échantillon fourni, plagioclases et olivines donnent l’impression de s’être formés presque en même temps.

Pour aller plus loin :

Le gabbro fait partie de ces roches magmatiques.
Au sens strict le gabbro est essentiellement bi-minéral : le pyroxène est sombre et le plagioclase est blanc.
gabbro.jpg
Echantillon macroscopique      et        microscopique de gabbro

Pour le plaisir des yeux, pour pour vous remercier de nous suivre avec assiduité, une lame mince en exclusivité de notre expédition. Vous ne pouvez pas manquer les plagioclases !

TS_olivine_gabbro.jpg

Il résulte du refroidissement du matériel produit par une chambre magmatique profonde en milieu océanique. La roche est entièrement cristallisée ce qui signifie que son refroidissement est lent laissant le temps aux minéraux de cristalliser et d’occuper tous les espaces. Il n’y a pas de matériel résiduel amorphe. Cette roche se forme en profondeur dans la croûte océanique à l’abri d’un refroidissement brutal provoqué par l’eau sous de hautes pressions. 

Cette roche est surmontée de couches de même origine magmatique refroidies brutalement. Des roches non entièrement cristallisées se forment comme le basalte … roche typique des laves volcaniques. On y trouvera de petits plagioclases noyés dans une pate amorphe de verre non cristallisée. La quantité de verre dans la roche dépend du temps de refroidissement comme le montre le schéma ci-dessous :
basalte.jpg
Laves en coussins de basalte au microscope     /          Diagramme sur la composition de la croûte océanique

La croute océanique est donc une superposition de basaltes (laves en pillow et complexes filoniens) surmontant des gabbros. La base des gabbros représentant la transition entre la croûte et le manteau.

Voilà pour le modèle simplifié construit surtout à partir d’étude de lambeaux de croûte océanique observable sur les continents (océans disparus). Aujourd’hui le programme international de forages océaniques profonds (IODP) permet d’explorer directement la croûte océanique in situ et d’éprouver nos modèles.

En fait les choses se compliquent quand on entre dans les détails … comme toujours ! Les spécialistes ont des noms pour tout. Il y a gabbro … et gabbro ! La classification de Streckensein (1974) associe à des associations minérales des noms pour les roches.

mafic_streckensein.gif

Actuellement, à bord du JOIDES, vous entendriez beaucoup parler de troctolite (la pierre qui ressemble à une peau de la truite), d’olivine gabbro et leur faciès altérés ‘schistes verts’. Chaque roche, chaque composition minérale apporte une information sur la dynamique de la chambre magmatique, sur la circulation de l’eau dans la toute jeune croûte. Des éléments qui vont bien plus loin que la seule connaissance de la structure de notre planète mais aussi des échanges permanents des éléments (comme le carbone, le phosphore …) entre l’hydrosphère, la géosphère et la biosphère.

Les pétrologues magmatiques auront besoin des compétences des géochimistes ou des paléomagnéticiens, des pétrologues métamorphiques pour aller plus loin dans leur analyse. Cela tombe bien, ce sera l’objet des futures énigmes.

mercredi 16 janvier 2013

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 6

Le JOIDES est en position, au dessus du puits de forage U1415J , dans le Hess Deep. Grâce à ses douze propulseurs qui lui assurent une position dynamique, le navire ne s’écarte pas de l’aplomb du puits. Son train de forage ne résisterait pas si le navire venait à s’écarter de plus de 150 mètres.

Pendant que le JOIDES explore les secrets de la croûte océanique de notre planète, le robot ‘Curiosity’ entreprend son premier prélèvement de roche profonde martienne. On peut lire depuis la presse numérique : ‘NASA Mars rover preparing to drill into first martian rock... It has never been done on Mars’.

Etrange coïncidence !Des expéditions comparables…  aucune d’elles ne s’avère simple !

cores_micro.jpg






Hess_Deep_Episode_6.pdf

samedi 12 janvier 2013

Enigme 7 : Minéraux

Quand un magma devient roche ...

Depuis un petit mois, les scientifiques à bord du JR examinent avec minutie les roches qui arrivent du plancher de l’océan.
Une fois leurs propriétés physiques enregistrées (voir énigme précédente), ces roches sont décrites.
Plusieurs équipes de chercheurs et de techniciens sont en charge de ce travail.
Il s’agit de pétrologistes pour qui les minéraux des roches n’ont plus de secrets … ou presque !

observing.jpg 
Du macroscopique au microscopique : découverte du gabbro du Hess Deep

Nous étudions, lors de cette expédition, des gabbros.
Un gabbro est une roche magmatique, c'est-à-dire formé à la suite d’un long refroidissement du magma émis à l’aplomb de la dorsale Est Pacifique.
A ce niveau de l’océan, le plancher est soumis a des forces de divergence (voir énigme 1 : tectonique des plaques), du magma d’origine profonde (manteau terrestre) est émis.

5room.gif 
La chambre est alimentée par le bas en magma issu de la fusion partielle du manteau.
Ces magmas arrivent vers la surface où ils cristallisent lentement au plancher,

La remontée vers la surface de ce liquide magmatique va provoquer son refroidissement, les éléments qui composent ce liquide vont cristalliser en donnant des minéraux divers.
Le gabbro correspond à la partie de la croûte la plus profonde, donc cette roche a refroidit lentement sous l’effet de son environnement.

Le liquide va donc être entièrement cristallisé … le gabbro présente une texture grenue avec de beaux minéraux observables au microscope polarisant : plagioclases (Pl), pyroxènes (Cpx), olivine (Olv) !

lame.jpg 
Et voilà le résultat au microscope polarisant

Alors l’énigme de la semaine est toute trouvée : Pouvez vous ranger les minéraux constitutifs du gabbro par ordre de cristallisation lors du refroidissement du liquide magmatique ?

Vos réponses sont attendues dans les commentaires du blog !

vendredi 11 janvier 2013

L'énigme 6 résolue : Core on deck !

Sept carottes de roches venant du plancher océanique, parmi elles une carotte de sédiments bien moins dense que les autres … Comment la retrouver pas le moins de pesées possibles ?.

Il ya eu des commentaires bien farfelus pour résoudre une telle énigme. Une énigme qui peut être résolue ainsi :
On prend au hasard 6 des 7 carottes. On en pèse trois de chaque coté de la balance.
 
3_3_tubes2_mini.jpgAu laboratoire du JOIDES : étagère de rangement des carottes

Deux possibilités :

Soit les carottes font le même poids, la carotte de sédiments ne se trouve donc pas parmi elles ; la carotte restante est celle que l’on cherche (et on a fini avec une seule pesée !).
Si on a moins de chance, trois carottes présentent un poids plus faible que les trois autres … c’est donc dans ces trois carottes que se trouve celle des sédiments. On procède donc à une autre pesée(la seconde). On prend deux des trois carottes au hasard, on en met une de chaque coté de la balance. Deux possibilités… soit elles ont le même poids et les sédiments se trouvent dans la carotte non pesée, soit un des deux est plus légère et on détecte donc la carotte de sédiments.

Au total, il ne faut pas plus que deux pesées pour retrouver notre carotte de sédiments perdue parmi les lourdes carottes de gabbros !!

Et bien voila encore une énigme résolue ; une énigme qui portait sur la densité, une des propriétés physiques mesurées sur le JR.

Bravo à tous ceux qui ont trouvé comme

Kleston qui propose deux pesées :
Dans un premier temps, on en pèse 3 ensembles, puis 3 autres.
Si la masse est sensiblement la même, c'est la 7iéme qui contient des sédiments.
Si l'un des deux "lots" est plus léger, on reproduit la méthode : On pèse deux des 3 carottes. En cas de masse approximativement égale, c'est la troisième qui contient des sédiments. Sinon, la plus légère des deux.

ou Alain qui n’en propose qu’une !:
Une pesée pourrait suffire: en effet, il faut d'abord numéroter les 7 carottes de 1 à 7, puis si on peut prélever un échantillon d'un cm3 sur une première carotte, 2 cm3 sur une deuxième, 3 cm3 sur la troisième et ainsi de suite jusqu'à la septième.
On pèse donc 28 échantillons en une seule fois, le résultat donnera la réponse!
Exemple si 1 cm3 de gabbro pèse 2,9 grammes par exemple et si tous les échantillons sont des gabbro la masse sera égale à 81,2 gr.
Donc si par exemple 1 cm de sédiment pèse 1,9 grammes il très simple de trouver la carotte de sédiment.
Exemple si c'est la 4 eme carotte et bien le résultat de la pesée sera
77,2 grammes, si c'est la deuxième alors le résultat de la pesée sera 79,2 etc etc...

___
Une des équipes à bord est spécifiquement dédiée aux propriétés physiques des carottes prélevées. Cette équipe a la charge de réaliser toute une série de mesures qui révèleront les propriétés physiques des roches prélevées au fond de l’océan. La densité fait partie d’une des mesures effectuées. Deux techniques sont utilisées sur le navire :

Première technique : l’ensemble des échantillons de la carotte passe sous un rayonnement gamma. Un capteur récupère les rayons qui ont pu traverser les échantillons et détermine de manière indirecte la densité appelée ‘bulk density’ en g/cm3. Cela permet d’avoir rapidement et de manière automatique une estimation de la densité de chaque portion de la carotte.

 gamma_rays.jpg
Evaluation de la densité des carottes : ‘bulk density’
La deuxième technique consiste à prélever quelques échantillons choisis (on ne fait la mesure que sur quelques échantillons en forme de cubes). On évalue pour chacun d’entre eux son volume et sa masse et on trouve sa densité. Les résultats évoluent donc en fonction des échantillons et en fonction des techniques. Le gabbro du Hess Deep a une masse volumique de l’ordre de 2,9 g/cm3... ce qui en fait une roche assez dense parmi les roches connues sur Terre. !

Je n’ai pas résisté à procéder moi aussi à une petite mesure sur un des cubes, on peut s’y prendre ainsi et c’est faisable dans votre école ! : une balance, une éprouvette graduée, de l’eau …

 
gabbro_cube_density.jpg
Référence échantillon :  345 U1415 I 2R 1W 51 : masse sèche : 22,748 g, volume déplacé 9 ml (cm3) d’où masse volumique  = m/v = 22,748/9 = 2,527 g/cm3 … on peut certainement faire mieux avec une plus grande précision du calcul du volume. !


Pour aller plus loin :

Les propriétés physiques sont menées rapidement sur le bateau à l’aide de machines assez techniques. Les mesures sont menées soit sur la carotte entière (très vite après son arrivée au laboratoire), soit sur la demi carotte (chaque carotte est coupée en deux parties symétriques : W  et A. W pour la carotte de travail, A pour la carotte d’archives)

Citons quelques mesures effectuées :
La vitesse des ondes sismiques dans chaque secteur de la carotte. La vitesse des ondes sismiques de volume P sont évaluées par un système de microphones. Les valeurs trouvées pour le même échantillon de gabbro sont de l’ordre de 6250 m/s.

cores_splited.jpg 
Préparation des deux demi-carottes avant examen par les scientifiques

On évalue aussi de manière automatisée la porosité de la roche, la susceptibilité magnétique, la colorimétrie, la conductivité thermique. L’ensemble de ces mesures sont archivées dans une base de données consultables par les autres équipes et permettront d’éclairer certaines analyses et interprétation.

P1120032_mini.jpg Mesures de la réflectance et de la susceptibilité magnétique

Et oui, le navire est aussi équipé de machines pour l’étude du magnétisme inscrit (magnétisme rémanent) dans les roches. Les roches magmatiques contiennent beaucoup de minéraux ferromagnésiens, à ce titre on doit s’attendre à ce que le champ magnétique terrestre soit enregistré par ces roches lors de leur refroidissement progressif à partir du magma. 

Mais l’équipe de spécialistes ‘paléomagnétisme’ à bord du JOIDES nous en dira plus lors de la prochaine énigme.

jeudi 10 janvier 2013

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 5

2°15.1594’ / 101°32.6623’ : Le puits U1415 J est en cours de forage.

Suite aux différents puits pilotes, l’équipe scientifique a choisi son lieu d’investigation.

L’entrée du puits a été équipé d’un cône, qui glisse sous son propre poids le long des robustes tiges de forage jusqu’à l’entrée du puits couvert de sédiments.

cone_spalsh.jpg







Hess_Deep_Episode_5.pdf

vendredi 4 janvier 2013

Enigme 6 : Core on deck !

Core on deck ! Core on deck !

Cette annonce du haut parleur signale l’arrivée sur le pont (deck en anglais) d’une carotte de roches (core). provenant du puits de forage en cours.

Beaucoup d'entre nous (techniciens, scientifiques) se rendent sur le ‘core deck’ pour découvrir ces échantillons inédits nous parvenant du plancher océanique du Hess Deep après un voyage d’une petite heure.
J’avoue que c’est un de mes moments préférés de découvrir ces bouts de plancher océanique avec la surprise du contenu des carottes.

Depuis quelques jours, les opérations de forage ont débuté. Il s’agit, pour l’instant, de puits pilotes.
    
_MG_4003_mini.jpg
arrivée d'une carotte sur le Drill Floor (le pont de forage)... des roches inédites !

Les échantillons récoltés sont minutieusement archivés par les techniciens du JOIDES puis analysés par les scientifiques à bord. De ces premières études, on déterminera  la qualité des puits pilotes et sera ainsi décidé les sites qui feront l’objet d’un puits de forage pérenne.

P1110921_mini.jpg
 
L’équipe de scientifiques examinant une prélèvement


De nombreux examens sont menés sur ces carottes : on les photographie, on mesure leurs propriétés physiques, puis on étudie avec minutie leur structure, leur minéralogie, leur géochimie.
Parmi les propriétés physiques, on mesure la vitesse des ondes sismiques (voir énigme 4), la porosité (l’espace et donc le volume entre les grains), la densité des roches.

 P1120009_mini.jpg
Le laboratoire de microscope en pleine action

Les premières carottes ramenées sont des gabbros. Ces roches montrent une grande densité si on les compare aux sédiments qui couvrent le plancher et qui sont bien moins denses. Six carottes de gabbros ont été archivées jusqu’à présent.

 P1120223_mini.jpg
Tiens ! La photo montre sept carottes ?.

Quelqu’un a malencontreusement rangé avec ces six carottes de gabbros denses une carotte de sédiments !
Et bien voila l’énigme de la semaine : comment détecter la carotte de sédiments plus légère parmi ces sept carottes en faisant le moins de pesées possibles. Proposez moi une technique et un nombre de pesées minimales pour résoudre cette énigme !

Vous saurez tout sur les caractéristiques physiques de ces fameux gabbros mais d’abord il faut trouver la solution à l’énigme !  Vos réponses dans les commentaires …

mercredi 2 janvier 2013

L'énigme 5 résolue : Adopte une bouée !

Anticiper le parcours d’une bouée dérivante n’est pas chose facile. On peut s’appuyer sur les courants  connus dans la région où stationne le JOIDES

map_currents.jpgDans cette partie du Pacifique Est, dans l’hémisphère nord, il existe trois courants principaux dont la position et l’intensité varient avec les saisons :
• le courant équatorial Nord, chaud, qui va d’Est en Ouest sous la latitude 10° N,
• le courant équatorial Sud, chaud, dans le prolongement du courant de Humboldt (froid) qui, lui aussi, va d’Est en Ouest à la hauteur de l’Équateur,
• le contre-courant Equatorial Nord, se dirigeant d’Ouest en Est, entre les deux précédents…

Ensuite, il faut repérer avec précision où est stationné le JOIDES sur cette carte et donc d’où a été lâchée la bouée :
La position du navire est de :  LAT : 2.253    LONG : -101.545
On se situe donc plutôt dans le courant sud équatorial. 

educarte_drifty.jpg
 

Mais à chaque saison et à chaque année, son lot d’aléa : Depuis Sur le navire un vent régulier  vient du sud, ceci aura une incidence sur notre Drifty. Et puis, les courants se positionnent plus ou moins vers le Nord ou le Sud suivant les saisons.

 wind.jpg
9 H 00 du matin : La proue du bateau est orientée plus ou moins vers l’Est. Un vent du Sud balaie la région.
Alors, la bouée ARGOS suivie par satellite a réalisé sur plusieurs jours un parcours intéressant : à vous d’en juger  ! :

13.01.03-12H.jpg

Finalement notre bouée, partie de la frontière entre les plaques tectoniques Cocos/Nazca, aura fait un petit tour sur la plaque Pacifique avant de revenir sur la plaque Cocos. Il est temps de s'occuper des plaques tectoniques en jeu dans cette région. Restés connectés !
 
_____

Pour aller plus loin :

Drifty poursuit son chemin dans le Pacifique. Vous pouvez la suivre chaque semaine sur le site ‘Argonautica’ du CNES.
Vous pouvez suivre, par ce programme éducatif du CNES,  en d’autres bouées dans les océans, ou encore le déplacement d’animaux.

http://argonautica.jason.oceanobs.com/html/argonautica/

argo.jpg

lundi 31 décembre 2012

345 IODP EXPEDITION - HESS DEEP - EPISODE 4

Quelque part dans le Pacifique (GMT +7), les opérations de l’expédition IODP 345 se poursuivent.

Après l’étude approfondie du plancher océanique (voir épisode précédent), les foreurs du JOIDES sont passés à la phase de prospection de puits pilotes.

foreuse_tete.jpg



Hess_Deep_Episode_4.pdf

samedi 29 décembre 2012

Enigme 5 : Adopte une bouée !

Les opérations se poursuivent à bord du JR. Ces opérations de carottage exigent que le JOIDES puisse garder une position fixe, ce qui peut sembler une tache difficile face aux vents et aux courants. Ce navire exceptionnel possède de nombreux équipements technologiques de pointe qui lui permettent de maitriser sa position. Douze moteurs auxiliaires (thrusters) équipent le navire. Ces moteurs assurent le repositionnement permanent du navire malgré les courants et le vent. La position du bateau est défini par une position GPS précise (par satellite) et aussi par un échosondeur posé sur le plancher océanique dont le signant est enregistré par des capteurs sous le bateau.


beacon.jpg
Le JR restera don stationnaire durant l’expédition.  En sera-t-il de même avec notre bouée ‘Dryfty’ ?

Une bouée ARGOS (du programme éducatif ‘Argonautica’ du CNES) m’a été confiée pour la lâcher dans les eaux du pacifique au niveau du Hess Deep Rift. 


_MG_3846_mini.jpg
Cette balise qui répond au petit nom de ‘Drifty’ flottera au gré du vent et de courants.
La grande aventure pour elle a commencé le jour de Noel à 17H:00 (GMT) 


_MG_3882_mini.jpg
25/12/2012 – 17H00 (GMT)

Deux questions cette semaine pour une seule énigme :

Dans quelle direction et à quelle vitesse moyenne devrait s’éloigner ‘Drifty’ du JOIDES qui lui demeurera un point fixe dans cet océan Pacifique.

map2.jpg

vendredi 28 décembre 2012

L'énigme 4 résolue : 'Voir' le fond de la mer

Une grande première ! Un clin d’œil au ‘Sismos à l’Ecole’ … des mesures de vitesse d’ondes avec des piézos dans le laboratoire du JR !!

Après mesures effectuées au labo du navire, on aboutit aux résultats suivants :
La vitesse des ondes générées n’est pas la même dans les divers matériaux trouvés à bord du JR !
Le gabbro est un milieu dans lequel les ondes se propagent vraiment très vite (vitesse autour de 7km/s). Pour les autres milieux, on trouve 2 km/s pour les sédiments, 4 km/s pour la barre d’aluminium (finalement pas si rapide l’alu !). Dans la barre de mousse, les ondes se propagent bien plus lentement 0,4 km/s.

Compte tenu de ces vitesses, la longueur des barres ne va pas affecter beaucoup  le classement des matériaux.
Alors pour cette course des ondes, on trouvera à l’arrivée en première position le gabbro, puis l’aluminium, puis les sédiments et enfin la mousse.

waves.jpg

Ainsi par cette simple expérience, on montre que les ondes ne se propagent pas à la même vitesse dans les divers matériaux. Cela pourrait être à cause de certains paramètres physiques comme la densité. Ce sera l’objet d'une des prochaines énigmes !

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Pour aller plus loin …

C’est bien le problème qui nous occupe au Hess Deep Rift dans ce début de mission …
Est ce que les ondes sismiques peuvent nous aider à imaginer la structure du plancher océanique ? Est ce qu’elles peuvent nous aider à choisir l’emplacement idéal pour le carottage des roches ?.

Une des premières étapes, en arrivant sur le site, a été de mettre en place un système de sismique réflexion. Des ondes sont générées par un dispositif descendu sur le plancher de l’océan.
profiler2_mini.jpgCaméra, émetteur d’ondes sismique vont être positionnés sur le plancher océanique

Ces ondes seront réfléchies dès qu’elles rencontreront sur leur chemin des  milieux différents. On récupère ces ondes à l’aide de capteurs installés  au niveau du navire. Ainsi on peut ‘visualiser’ des unités physiques distinctes séparées par des surfaces réfléchissantes appelées réflecteurs.

process.jpgPrincipe de sismique réflexion déployé à bord du JR

seismic_profile.jpg
Enregistrement en continu du retour des ondes et évaluation de l’épaisseur des sédiments

 Il faudra, dans un deuxième temps, interpréter la nature possible des unités physiques (sédiments, gabbros ..) ce qui permettra d’évaluer l’épaisseur de ces couches rocheuses. Ainsi un double temps de 0,02 seconde dans une couche identifiée comme des sédiments signifie une épaisseur de  20 mètres environ de sédiments (vitesse des ondes dans sédiments = 2 000 m/s).

Pourquoi tant d’intérêt pour les sédiments alors que la mission recherche des gabbros ?
La mission 345 a pour objectif des gabbros, habituellement recouverts par les basaltes et dolérites de la croute océanique. Ces gabbros sont particulièrement difficiles à atteindre puisque il faudrait creuser près de 1 500 m de roches volcaniques très dures avant de les atteindre.
Le Hess Deep Rift , à la faveur de failles normales, met a jour des gabbros comme le montre le modèle ci-dessous (couche blanche).

 coupe_rift.jpgLe Hess Deep est très accidenté

model.jpg maquette analogique du rift et position envisagé du puits de forage.

Le JR envisage donc de forer sur un des flancs du rift, encore faut-il trouver une zone un peu plane recouvert d’un peu de sédiments pour assurer une bonne assise pour le carottage. Le cône d’entrée du carottage requiert une base d’environ trente mètres de sédiments.

 reentry.jpgschéma d'un cône d'entrée d'un puits

L’investigation par sismique réflexion est donc d’un très grand intérêt dans cette phase d’avant forage.

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