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BIOLUMOPS : des planeurs sous-marins pour cartographier la bioluminescence en Méditerranée

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Observer la lumière vivante des océans

Dans l’océan, la bioluminescence – l’émission de lumière produite par des organismes vivants- est un moyen de communication largement répandu façonnant la répartition spatiale des communautés. Près de 75% des organismes de la colonne d’eau possèdent cette capacité, de la surface jusqu’aux grands fonds marins. La bioluminescence représente un indice de la présence des organismes et de leurs interactions. 

Pourtant, les données quantitatives restent rares. Le projet BIOLUMOPS coordonné par l’Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO), le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM) et soutenu par l’ANR ASTRID, vise à cartographier en profondeur la composition de ces organismes et  et leur bioluminescence à l’aide de nouveaux capteurs embarqués sur des planeurs sous-marins autonomes.

Des capteurs innovants sur des gliders autonomes

Pour mener cette exploration, trois planeurs sous-marins (gliders) équipés de capteurs classiques (température, salinité, oxygène, chlorophylle-a et ADCP pour les courants) ainsi que de dispositifs innovants (PAR pour la lumière atmosphérique, UVP6 pour l’imagerie planctonique, UBAT pour la bioluminescence) ont été déployés.

Grâce à l’expérience acquise lors de précédentes campagnes (APERO, BioSWOT-Med, SNO-MOOSE), la cellule glider du MIO/OSU Pythéas, intégrée au Parc d’Instruments Nationaux Gliders (PING), a assuré la stratégie de campagne, le pilotage en mer et la récupération des 3 engins près de Marseille.

Déploiement de 3 gliders et prélèvements par rosette à bord du N/O l’Europe lors de la mission BIOLUMOPS.
Déploiement de 3 gliders et prélèvements par rosette à bord du N/O l’Europe lors de la mission BIOLUMOPS. Crédit : S. Martini

Naviguer en flottille dans des conditions difficiles

Durant deux semaines de météo capricieuse, le pilotage en continu a été assuré par un binôme MIO/ALSEAMAR. Grâce à une planification fine, les trois gliders ont navigué en flottille synchronisée, tout en optimisant l’autonomie énergétique et la qualité des mesures.

La visualisation en temps réel des données a permis d’adapter la stratégie scientifique jour après jour, maximisant la qualité des observations dans une mer agitée.

Des premiers résultats prometteurs

Malgré des conditions hivernales difficiles, cette première phase de mission a permis d’acquérir des données inédites sur la bioluminescence et la composition du plancton entre la surface et 600 mètres de profondeur. 

Le projet BIOLUMOPS se poursuivra avec une seconde mission prévue en août 2025 à bord du navire Thalassa.

Trajectoire des gliders pendant 11 jours en Méditerranée Nord-Occidentale.
Trajectoire des gliders pendant 11 jours en Méditerranée Nord-Occidentale.

Que pourrait nous apprendre l’analyse magnétique d’échantillons de roche collectés sur Mars ?

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Un appel de la communauté scientifique en faveur d’un retour d’échantillons martiens

A l’heure où nous parlons, le rover Perseverance de la NASA s’apprête à réaliser son 28ème forage à la surface de la planète Mars. Depuis 4 ans, ce véritable couteau suisse scientifique a déjà parcouru plus de 30 km et collecté 27 cylindres de roches martiennes de la taille d’un stylo. Une fois qu’un total d’environ 40 échantillons seront collectés puis déposés à un point de rendez-vous, une mission gargantuesque appelée Mars Sample Return (MSR) menée par la NASA avec participation de l’ESA, a pour objectif de rapporter les échantillons sur Terre.

A cause de l’extrême difficulté à récupérer les échantillons sur Mars, ainsi qu’à assurer les conditions de quarantaine les plus strictes une fois sur Terre, le budget estimé de MSR dépasse aujourd’hui les 10 milliards de dollars. De quoi refroidir les décisionnaires des nations impliquées dans la mission. Afin d’encourager les agences spatiales et décisionnaires à poursuivre les efforts de MSR, des chercheurs du monde entier se sont unis pour détailler les nombreux arguments scientifiques en faveur de MSR dans une édition spéciale parue dans PNAS. Ils y posent les questions fondamentales auxquelles seuls des analyses de laboratoires pourront répondre, avec en tête la question ultime de l’habitabilité passée de la Planète Rouge. Parmi les disciplines représentées, le paléomagnétisme apparaît comme un outils clé pour la compréhension de l’évolution de l’intérieur, de la surface et de l’atmosphère de Mars.

Le magnétisme des roches martiennes

Mars est une planète magnétique. La croûte martienne est aimantée suite à l’existence d’un champ magnétique généré en son noyau il y a environ 4 milliards d’années, lorsque la surface était peut-être habitable. L’évolution et l’extinction de ce champ magnétique dit « champ de dynamo » pourraient avoir joué un rôle central dans l’évolution de l’atmosphère primitive de Mars. Une hypothèse importante est qu’une épaisse atmosphère martienne aurait disparu suite au déclin du champ de dynamo, provoquant la transition d’une planète chaude et humide à un monde aujourd’hui froid et sec.

Pour vérifier cette hypothèse fondamentale et nous éclairer sur les causes de la perte d’atmosphère de Mars, la nature et l’histoire du champ de dynamo et de l’aimantation crustale doivent être mieux comprises qu’elles ne le sont aujourd’hui. Cela ne peut se faire que par l’analyse d’échantillons anciens bien conservés, orientés, avec un contexte géologique disponible pour une étude en laboratoire.

Certains minéraux contenus dans les roches terrestres et extraterrestres ont l’incroyable capacité de préserver un enregistrement (appelé aimantation) des champs magnétiques auxquels ils ont été exposés. Les disciplines du magnétisme des roches et du paléomagnétisme permettent de caractériser ces minéraux, la période d’acquisition de l’aimantation, ainsi que l’intensité et l’orientation du champ magnétique qui en fût à l’origine. C’est notamment grâce à l’étude paléomagnétique de la météorite martienne ALH 84001 que l’on a compris que Mars a vraisemblablement généré un champ de dynamo il y a 4 milliard d’années. Malheureusement, les météorites aimantées de l’âge d’ALH 84001 sont quasi inexistantes. La compréhension de l’activité magnétique de Mars ne peut donc passer que par l’étude d’échantillons rapportés directement du sol martien.

En particulier, les mesures magnétiques sur les échantillons de MSR devraient permettre de reconstituer l’intensité et l’orientation du champ de dynamo martien au cours du temps, et d’approximativement dater son extinction. En corrélant ces données avec des indicateurs minéralogiques, chimiques et isotopiques, il serait possible de comprendre l’impact (ou l’absence d’impact !) de l’extinction de la dynamo sur l’évolution de la surface et de l’atmosphère de Mars, et donc sur l’évolution des conditions d’habitabilité de la planète. Ces mesures magnétiques pourraient également contraindre d’autres processus clés de l’évolution martienne, notamment la manière dont le champ a été généré, la possibilité d’une tectonique des plaques, la minéralogie de la croûte, la manière dont l’eau et les laves se sont écoulées à la surface, et même si les échantillons ont conservé des fossiles.

Fig. 1. Schéma montrant les six objectifs scientifiques relatifs au magnétisme martien. 1. Déterminer l'histoire de l'intensité du champ de dynamo martien. 2. Déterminer l'histoire de la direction du champ de dynamo martien. 3. Tester l'hypothèse selon laquelle Mars a connu une tectonique des plaques ou une dérive des pôles. 4. Déterminer l'histoire de l'altération thermique et aqueuse des échantillons. 5. Identifier les sources de l'aimantation crustale martienne. 6. Caractériser les processus sédimentaires et magmatiques sur Mars.
Fig. 1. Schéma montrant les six objectifs scientifiques relatifs au magnétisme martien. 1. Déterminer l’histoire de l’intensité du champ de dynamo martien. 2. Déterminer l’histoire de la direction du champ de dynamo martien. 3. Tester l’hypothèse selon laquelle Mars a connu une tectonique des plaques ou une dérive des pôles. 4. Déterminer l’histoire de l’altération thermique et aqueuse des échantillons. 5. Identifier les sources de l’aimantation crustale martienne. 6. Caractériser les processus sédimentaires et magmatiques sur Mars.

Découverte de nouvelles super-Terres voisine de notre système solaire

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Le voisinage de notre système solaire est constitué majoritairement d’étoiles petites et froides, comparées à notre soleil, appelées les naines rouges. Leur faible luminosité rend difficile la détection des exoplanètes qui tournent autour de ces petites étoiles. Elles ont également tendance à avoir des planètes de masse plus modeste, donc plus difficiles à mettre en évidence. Ces planètes de faible masse, proches et orbitant autour de naines rouges, sont passionnantes, car ce sont les premières pour lesquelles il sera possible d’explorer la composition de leurs atmosphères.

Une voire plusieurs nouvelles planètes découvertes

À l’aide d’observations répétées sur plusieurs années, la lumière de l’étoile Gl410 a parlé : les mesures de vitesse ont permis la mise en évidence d’un mouvement périodique qui est dû à la présence d’une planète de dix fois la masse de la Terre qui orbite en six jours autour de son étoile.

À partir des séries de mesures, les scientifiques procèdent ensuite à des tests statistiques qui révèlent le degré de confiance qu’ils accordent à ces découvertes. La détection de l’exoplanète GI 410 b est considérée comme certaine. Deux autres planètes pourraient être présentes avec 3 et 18.7 jours de période orbitale, ce qui ferait du système de GI 410 un ensemble compact et résonant de planètes de petite masse. Des mesures supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces deux planètes supplémentaires.

Que sait-on de cette planète ?

La période orbitale de la planète Gl410 b étant de six jours, elle reçoit 20 fois plus de chaleur de son étoile que la Terre du Soleil et sa température d’équilibre pourrait être d’environ 300°C. La planète pourrait ressembler à Neptune, en beaucoup plus chaud !

Les scientifiques savent également que cette planète doit être soumise à de fortes et fréquentes éruptions de son étoile : les naines rouges sont en effet connues pour posséder un champ magnétique très actif. GI 410, deux fois moins massive que le Soleil, est une étoile relativement jeune (500 millions d’années) et les mesures SPIRou confirment un champ magnétique 100 fois plus intense que celui de notre soleil. Les conséquences pour les planètes peuvent être une érosion de leur atmosphère.

Cette nouvelle découverte illustre, une fois encore, l’immense diversité des mondes et l’infinie richesse de leur étude.

La découverte de planètes autour d’étoiles si actives et éruptives que GI 410 est cruciale pour comprendre l’évolution des planètes. Ces planètes étaient très difficiles à détecter tant que les mesures de vitesse des étoiles se faisaient uniquement dans l’optique, l’activité stellaire troublant la mesure. SPIRou travaillant dans l’infrarouge, il permet une nouvelle fenêtre d’observation plus stable, et c’est le cumul de ses mesures avec celles de SOPHIE qui permet cette détection difficile. La découverte d’exoplanètes est un intense travail d’équipe, déployé de la conception d’un instrument à son opération et à l’analyse avancée de ses données. Ces découvertes ont également été rendues possibles grâce à l’incomparable qualité du ciel au sommet du volcan Maunakea, où le télescope Canada-France-Hawaï est installé, équipé de l’instrument SPIRou et à l’Observatoire de Haute-Provence d’où observe le spectrographe SOPHIE.

Les observations ont été conduites dans le cadre du SPIRou Legacy Survey, un programme franco-canadien totalisant plus de 300 nuits sur 3 ans. Elles ont été combinées avec des observations SOPHIE obtenues essentiellement entre 2021 et 2023 issues d'un très grand programme mené sur SOPHIE depuis plus de 10 ans.
Les observations ont été conduites dans le cadre du SPIRou Legacy Survey, un programme franco-canadien totalisant plus de 300 nuits sur 3 ans. Elles ont été combinées avec des observations SOPHIE obtenues essentiellement entre 2021 et 2023 issues d’un très grand programme mené sur SOPHIE depuis plus de 10 ans. Crédit photo : A. Santerne – OHP/CNRS

À propos de l’utilisation combinée de SPIRou et SOPHIE

SPIRou, un spectrographe qui opère dans le domaine spectral infrarouge depuis le télescope Canada-France-Hawaï, est plus sensible à la lumière de ces étoiles que les instruments optiques ordinaires. Il est à la fois un spectrographe échelle à haute résolution spectrale, un vélocimètre à haute précision et un spectropolarimètre qui opère dans les longueurs d’onde infrarouge. Ces caractéristiques font de lui l’instrument idéal pour observer les naines rouges et étudier en même temps leurs cortèges de planètes et les propriétés de leur champ magnétique.

Ces caractéristiques font de lui l’instrument idéal pour observer les naines rouges et étudier en même temps leurs cortèges de planètes et les propriétés de leur champ magnétique. SOPHIE est le spectrographe à haute-résolution installé au télescope de 193cm à l’Observatoire de Haute­ Provence. Il opère dans le visible avec une précision au m/s depuis plus de 10 ans. En observant la même étoile avec le spectrographe SOPHIE installé sur le télescope de 193cm de l’Observatoire de Haute Provence, les scientifiques peuvent distinguer la signature d’une planète (qui sera la même vue avec les deux spectrographes) d’un effet seulement dû à l’étoile (qui donnera un signal variable d’un instrument à l’autre).

Les algues glaciaires : un rôle crucial dans l’absorption des nutriments et l’accélération de la fonte des glaces

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Un métabolisme ultra-efficace révélé par imagerie cellulaire

Menée par des chercheurs du CNRS Terre & Univers en collaboration avec des équipes européennes, cette étude s’est appuyée sur des techniques d’imagerie cellulaire pour analyser la composition en carbone, azote et phosphore des algues glaciaires. En mesurant leurs taux d’assimilation des nutriments, l’étude a montré que ces algues accumulent du phosphore intracellulaire et présentent des ratios carbone/nutriments exceptionnellement élevés. Ces caractéristiques indiquent une stratégie physiologique parfaitement bien adaptée aux environnements pauvres en nutriments des surfaces glaciaires. 

Vue d'ensemble du site d'échantillonnage et de la configuration expérimentale sur la calotte glaciaire du Groenland.
Vue d’ensemble du site d’échantillonnage et de la configuration expérimentale sur la calotte glaciaire du Groenland. Crédit : Laura Halbach

Des conséquences directes sur la fonte des glaces

La calotte glaciaire du Groenland est actuellement la principale source de l’élévation du niveau de la mer à l’échelle mondiale. Au cours de la dernière décennie, des études ont montré que les floraisons algales sur sa marge occidentale réduisent l’albédo de la glace, entrainant une augmentation moyenne de 13 % des taux de fonte. L’étude met en lumière la capacité des Ancylonema spp à prospérer dans des conditions pauvres en nutriments, ce qui pourrait favoriser leur expansion avec le réchauffement climatique.

James Bradley et Rey Mourot collectant des échantillons de neige et de glace du glacier Foxfonna, Svalbard.
James Bradley et Rey Mourot collectant des échantillons de neige et de glace du glacier Foxfonna, Svalbard. Crédit : James Bradley

Une stratégie de survie hors norme pour un environnement extrême

Cette nouvelle étude met en évidence la manière dont ces micro-organismes particulièrement résilients optimisent l’absorption des nutriments, assurant leur survie et leur développement malgré les conditions oligotrophes de la glace. Ces découvertes suggèrent que leur croissance n’est pas freinée par la disponibilité des maconutriments, ce qui signifie que toute nouvelle  surface de glace exposée pourrait potentiellement être colonisée. Ce phénomène contribue à accentuer la fonte des glaciers et, par conséquent, l’élevation du niveau de la mer en réponse au réchauffement climatique.

Cette étude a été dirigée par Dr. Laura Halbach (Max Planck Institute for Marine Microbiology, Brême) en collaboration avec des scientifiques européens, et soutenue par le Conseil Européen de la Recherche (ERC) dans le cadre du projet Deep Purple.

Des microalgues qui accélèrent la fonte des glaces
11.04.2025
Interview de Rey Mourot et James Bradley, chercheurs CNRS affectés au MIO Institut Méditerranéen d’Océanologie. Au Groenland, des microalgues pigmentées glaciaires se propagent sans apport externe de nutriments, intensifiant ainsi l’assombrissement de la glace et accélérant sa fonte.

HiRISE : Durée du jour sur une exoplanète analogue de Jupiter

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La mesure directe de la lumière émise par les exoplanètes géantes jeunes permet d’accéder à la composition de leur atmosphère et d’étudier leur mode de formation. En plus de la composition, la spectroscopie à haute résolution spectrale donne accès à des paramètres comme la vitesse orbitale ou la vitesse à laquelle les planètes tournent sur elles-mêmes, qui sont aussi des paramètres liés à l’historique de formation. Cette étude s’intéresse à la jeune exoplanète AF Lep b qui est un analogue de Jupiter dans notre Système Solaire, avec une masse environ trois fois plus importante que cette dernière et orbitant à une distance deux fois plus grande. 

De nouvelles mesures effectuées avec l’instrument HiRISE permettent de déterminer que la planète tourne sur elle-même à une vitesse d’environ 12 km/s ce qui, compte-tenu de son diamètre 30% plus important que celui de Jupiter, permet d’estimer qu’elle tourne sur elle-même en un peu moins de onze heures. Ce résultat confirme l’analogie avec Jupiter qui tourne sur elle-même en 10 heures environ. Les scientifiques ont également mesuré la vitesse de la planète sur son orbite, permettant ainsi de contraindre très précisément son orbite (Figure 1) et de déterminer quel côté de la planète fait face à l’observateur (Figure 2).

Figure 1 : Prédiction de vitesse orbitale de l’exoplanète AF Lep b sans (gauche) et avec (droite) la mesure de l’instrument HiRISE. La nouvelle mesure permet de contraindre précisément l’orbite et d’éliminer des familles entières de solutions.
Figure 1 : Prédiction de vitesse orbitale de l’exoplanète AF Lep b sans (gauche) et avec (droite) la mesure de l’instrument HiRISE. La nouvelle mesure permet de contraindre précisément l’orbite et d’éliminer des familles entières de solutions. Crédit : Allan Denis
Figure 2 : Détermination complète de l’orbite de AF Lep b dans le plan du ciel. En plus de contraindre les paramètres orbitaux, les mesures HiRISE permettent de déterminer quel côté (jour ou nuit) fait face à l’observateur à n’importe quel pointde l’orbite.
Figure 2 : Détermination complète de l’orbite de AF Lep b dans le plan du ciel. En plus de contraindre les paramètres orbitaux, les mesures HiRISE permettent de déterminer quel côté (jour ou nuit) fait face à l’observateur à n’importe quel pointde l’orbite. Crédit : Allan Denis

Ce résultat unique a été permis par HiRISE, un instrument novateur conçu et réalisé par le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille pour le Very Large Telescope (VLT) au Chili. Grâce à HiRISE, la caractérisation directe d’exoplanètes entre dans une nouvelle ère en permettant de faire de la spectroscopie à une résolution spectrale 1 000 fois supérieure à ce que permettaient les instruments imageurs d’exoplanètes existants.

AF Lep b n’est que la première cible du relevé HiRISE commencé en 2023. D’ici quelques années, toutes les planètes géantes connues en imagerie auront été observées avec HiRISE, ce qui permettra de tester de manière statistique les liens entre composition, vitesse de rotation et mode de formation.