À moins de 200 milles du pôle Nord au milieu de l'océan Arctique, le brise-glace allemand Polarstern se trouve figé dans la glace et enveloppé d'obscurité. Plusieurs fois par semaine, une poignée de membres d'équipage sortent de la sécurité et de la chaleur relatives de leur navire dans un royaume de températures glaciales, de glace et d'ours polaires en maraude où le soleil ne s'est pas levé depuis plus de deux mois.
Ils sont en mission pour piloter un navire robotisé sous la glace afin d'explorer l'un des environnements les plus mystérieux de l'Arctique. Le travail comporte de nombreux défis, notamment des tempêtes qui brisent la glace, la mise à la dérive des tentes et des robots, mais pour les scientifiques qui effectuent la recherche, cela en vaut la peine pour l'ensemble de données sans précédent qu'ils sont en mesure de collecter.
Ce n'est là qu'un des nombreux projets de recherche Expédition MOSAiC, une campagne de recherche sur l'Arctique d'un an qui ressemble à une aventure de Jules Verne sur les stéroïdes. Gelé dans la glace de mer environnante, le Polarstern est en train de zigzaguer plus que 1500 miles à travers l'océan Arctique central, longeant le pôle Nord tout en étant à la merci des courants et des vents. Pendant ce temps, des centaines de chercheurs et de personnel de soutien – qui se joignent aux différentes étapes de cette course de relais scientifique – se rassemblent des trésors de données sur l'océan Arctique, sa météo, sa glace et ses écosystèmes grâce à un réseau de laboratoires extérieurs qui forment un périmètre s'étendant jusqu'à 30 miles du navire.
Cette expédition n'est pas pour les âmes sensibles. À ces latitudes extrêmes, les températures peuvent descendre jusqu'à -50 degrés Fahrenheit en hiver. Le soleil se couche en novembre et ne se lève plus pendant 150 jours. Avec le local ours polaire population posant un risque constant, la base flottante emploie un complexe système de défense contre les ours composé de fils de déclenchement, d'un scanner infrarouge à 360 degrés et d'une demi-douzaine de patrouilleurs armés.
Au cours de la première étape de l'expédition, Marcel Nicolaus et Ilkka Matero, tous deux scientifiques de la glace de mer à l'Institut Alfred Wegener en Allemagne, ont aidé à établir «ROV Oasis», L'un des quatre principaux avant-postes de recherche comprenant le MOSAiC réseau d'observation glaciaire. Ici, la vedette du spectacle est un mini robot de la taille d'un réfrigérateur équipé de capteurs, de caméras vidéo et d'un bras manipulateur, qui pénètre dans l'océan par un trou que les scientifiques creusent dans la glace de mer. En pilotant leur robot captif d'avant en arrière et de haut en bas sous la glace, plusieurs fois par semaine pendant une année entière, les scientifiques rassemblent un ensemble de données exceptionnel sur l'environnement sous-glacier arctique mal compris.
"C’est vraiment la première fois que nous sommes en mesure de suivre l’ensemble du cycle saisonnier sous la glace", a expliqué Nicolaus à Earther. «Nous voulons voir comment les conditions, telles qu'elles changent au cours de l'année, comment elles affectent différentes choses.»
L'une des conditions qui intéresse le plus les chercheurs est l'impact du changement d'éclairage sous la glace. Au cours d'une année, l'Arctique passe de perpétuellement éclairé en été à complètement sombre en hiver alors que le toit de la Terre s'incline vers et loin du Soleil. La glace de mer subit également des changements saisonniers, fondant et s'amincissant à mesure que la lumière et la chaleur reviennent au printemps et en été et deviennent plus épaisses en automne et en hiver.
La quantité de lumière qui traverse ce couvercle gelé façonne l'écosystème de l'océan Arctique, qui commence avec des algues vertes microscopiques qui vivent dans la glace et l'eau. Parce que le ROV mesurera l'illumination et collectera des échantillons biologiques toute l'année, les chercheurs auront un aperçu du rajeunissement écologique qui se produit lorsque les premières lueurs de lumière reviennent après la longue nuit d'hiver.
«Même de petites quantités de photons traversant la glace peuvent démarrer la productivité biologique dans les algues associées à la glace qui se trouvent au bas du réseau alimentaire», a déclaré Matero à Earther. Les algues, à leur tour, fournissent de la nourriture à de minuscules crustacés appelés zooplancton, qui nourrissent une variété de poissons et d'invertébrés marins.
Jessie Creamean, scientifique de l'atmosphère à la Colorado State University qui a participé à la première étape de l'expédition MOSAiC, espère que les données ROV éclaireront la façon dont la floraison printanière du phytoplancton contribue à la production d'aérosols, de petites particules en suspension dans l'air qui forment les graines des nuages. Plus au sud, ses recherches suggèrent que les microbes océaniques jouent un rôle important dans l'Arctique formation de nuages, et même si cela peut être vrai pour le centre de l'Arctique "nous ne savons pas vraiment", a-t-elle déclaré.
"Nous cherchons à enquêter sur une pièce clé du puzzle, cet impact d'aérosol sur les nuages, où personne n'a vraiment regardé auparavant", a déclaré Creamean à Earther.
En plus de la lumière, le ROV collecte des données sur d'autres conditions océaniques qui façonnent la vie sous la glace, comme les nutriments et la salinité. Il révèle également des informations sur le fond de la glace lui-même, dont les bosses et les vallées sont cartographiées en 3D avec le sonar multifaisceaux du ROV. En étudiant la topographie de la glace et les propriétés de l'eau qui l'entoure, les scientifiques espèrent mieux comprendre quels types de glace, plus épais ou plus mince, recouvert de neige plus ou moins, sont les plus susceptibles de fondre.
En fin de compte, a déclaré Nicolaus, ces informations seront intégrées dans des modèles pour aider à prédire où et quand la glace de mer est la plus susceptible de fondre dans l'Arctique, à la fois au cours du cycle saisonnier et à long terme. en raison du changement climatique d'origine humaine. En effet, toutes les données collectées par le ROV serviront de référence pour aider les scientifiques à comprendre comment la glace de mer et l'habitat unique qu'elle crée évoluent à mesure que les températures augmentent à travers l'Arctique.
"Une fois que nous pourrons cartographier différentes communautés à différentes conditions de glace", a déclaré Nicolaus, "nous pouvons dire comment les communautés vont probablement changer", car le réchauffement entraîne la fonte et le retrait de la glace de mer.
Comme les scientifiques du ROV l'ont appris au début de l'expédition MOSAiC, la collecte de toutes ces données nécessite une certaine patience et adaptabilité.
Le camping pour les travaux de ROV se compose d'une tente installée autour du trou où le robot pénètre dans l'eau, ainsi que d'une salle de contrôle à proximité où deux chercheurs – un pilote et un copilote – sont assis devant des écrans d'ordinateur, dirigeant le ROV en temps réel avec un contrôleur et en examinant toutes les données provenant de ses capteurs. Quelques jours seulement après que les scientifiques ont tout organisé à la mi-octobre, une tempête a traversé, brisant la glace et dérivant le camp. Les chercheurs ont été contraints de passer les premiers jours de leur campagne sur le terrain à monter une opération de sauvetage qui impliquait de faire voler un hélicoptère vers leur camp de campagne capricieux afin de récupérer leurs fournitures.
Ensuite, tout a dû être reconstruit. Après une pause de deux semaines, l'équipe a recommencé à plonger le 2 novembre. Cela a été suivi de deux semaines «d'opérations assez réussies», a déclaré Matero, avant qu'une autre tempête ne se déclenche, mettant à nouveau le camp à la dérive. Cette fois, l'équipe a réussi à rester sur le même site pendant quelques semaines et à continuer de plonger. Mais le 16 décembre, une autre fissure a émergé dans la glace – cette fois, traversant le camp. Une fois de plus, les chercheurs ont été obligés de tout démonter avant que leur équipement ne soit avalé par la mer.
La veille de Noël, un nouvel équipage arrivé pour la deuxième étape de MOSAiC a installé ROV Oasis pour la troisième fois. L'hiver battant son plein d'ici là, la glace est devenue plus stable. Heureusement, le camp n'a pas dû bouger depuis.
Ce genre de défis logistiques fait partie intégrante du travail dans l'Arctique, a déclaré Nicolaus, qui effectue des travaux sur le terrain dans le Grand Nord depuis la fin des années 1990. Néanmoins, a-t-il dit, la quantité de problèmes que la glace leur a causés au départ a été une surprise.
"C'était en effet plus dynamique que ce à quoi nous nous attendions", a-t-il déclaré. "Mais c'est l'Arctique."
Outre la glace volage, certains des résidents permanents de l'Arctique représentent d'autres menaces. En tant que physicien AWI des glaces de mer et membre de l'équipe ROV Oasis Christian Katlein, qui est actuellement sur la glace, a déclaré à Earther en septembre, les phoques qui appellent cette partie de la maison arctique sont connus pour mâcher des fils, et "les câbles sous-marins ne sont pas très résistants à la mastication des phoques". Pour empêcher tout mammifère marin les pannes de courant induites, le ROV et son attache sont stockés dans une cage en treillis métallique lorsqu'ils ne sont pas utilisés, une mesure de précaution qui a fonctionné jusqu'à présent.
Ensuite, il y a les ours. Bien qu'il n'y ait pas encore eu de rencontres dangereuses, le 9 novembre, un ours polaire a erré dans Met City, le camp de recherche en météorologie du MOSAiC, pendant l'heure du déjeuner. Toutes les équipes de recherche ont été évacuées de la glace et tout le travail de l’après-midi a dû être annulé.
"La priorité est de s'assurer qu'il n'y a pas de mal" pour les ours ou les scientifiques, a expliqué Matero. "C’est notre meilleur moyen de nous en assurer."
Malgré les nombreux défis de la science dans l'Extrême-Arctique, pour l'équipe ROV Oasis, cela vaudra la peine de pouvoir collecter une année complète de données, ce que Katlein a déclaré être «très optimiste». "C'est mon espoir et mon rêve", a-t-il déclaré.
Il est utile que l'océan Arctique soit un endroit magnifique pour travailler. Au crépuscule d'octobre, Creamean se souvenait que le ciel était devenu un mélange de roses et d'oranges alors que l'angle dramatique du soleil faisait ressortir des bleus éblouissants dans la glace.
"Et puis vous allez dans l'obscurité totale", a-t-elle dit. "Mais c'est toujours vraiment beau et bizarre."
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