Les landers benthiques sont des plateformes sous-marines autonomes ou semi-autonomes conçues pour permettre la réalisation de mesures océanographiques in situ, d’échantillonnages, de prises d’images et d’expérimentations. Les configurations comprennent des sondes benthiques de type « chambre », de profilage, à caméra, d’échantillonnage, expérimentales, pour les grandes profondeurs et hadales, équipées de charges utiles telles que des CTD, des capteurs chimiques, des ADCP, des hydrophones, des caméras et des échantillonneurs de sédiments.
Le présent guide traite des landers benthiques destinés à la biogéochimie et à l’écologie benthiques, au transport des sédiments, à la surveillance de la pollution, aux études sur le stockage du carbone et à l’évaluation des infrastructures offshore.
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Les atterrisseurs benthiques sont des plateformes autonomes ou semi-autonomes qui acheminent des instruments, des échantillonneurs, des caméras et des systèmes expérimentaux jusqu’aux fonds marins, où ils constituent une base stable pour des observations in situ qui peuvent s’avérer difficiles à réaliser à partir de navires en mouvement ou de véhicules sous-marins.
De nombreux systèmes sont déployés par chute libre et fonctionnent de manière autonome sur le fond marin avant de larguer leur lest et de remonter à la surface grâce à leur flottabilité positive ; des dispositifs de largage acoustiques et des balises de surface sont couramment utilisés pour faciliter leur récupération. Cette approche opérationnelle permet à un atterrisseur benthique de faire office de laboratoire sous-marin polyvalent pour la recherche en eaux profondes, sans nécessiter de connexion câblée permanente.
Les atterrisseurs à chambre benthique isolent une zone définie de sédiments et d’eau sus-jacente, permettant ainsi aux chercheurs de suivre l’évolution des composés dissous au fil du temps et de quantifier les échanges d’oxygène, de nutriments, de paramètres du cycle du carbone et d’autres solutés à l’interface sédiment-eau. L’insertion de la chambre et le brassage pouvant influencer les flux mesurés, ces effets doivent être pris en compte lors de l’interprétation des résultats.
Les atterrisseurs de profilage positionnent des microcapteurs à travers les eaux de fond jusqu’à la couche supérieure des sédiments, en effectuant de fins mouvements verticaux afin de produire des mesures à haute résolution de variables telles que l’oxygène, le sulfure et le pH. Cette approche permet de mettre en évidence les gradients chimiques à l’interface sédiment-eau que l’échantillonnage classique par bouteille peut ne pas détecter.
Les atterrisseurs d’imagerie utilisent des appareils photo, des systèmes d’images en accéléré ou des caméras vidéo pour observer les organismes benthiques et leur habitat sans nécessiter un pilotage continu du véhicule. L’utilité et l’interprétation des enregistrements visuels obtenus dépendent de facteurs tels que l’éclairage, le champ de vision, l’échelle de l’image, la durée du déploiement, l’appâtage et toute perturbation causée par la plate-forme elle-même.
Les atterrisseurs d’échantillonnage prélèvent de l’eau, de l’eau interstitielle, des sédiments, des particules ou du matériel biologique directement au fond de la mer. L’échantillonnage automatisé peut être synchronisé avec les mesures des capteurs ou les activités expérimentales, tandis que les échantillons récupérés peuvent ensuite être utilisés pour des analyses de laboratoire plus détaillées.
Les landers expérimentaux modifient activement les conditions contrôlées au fond marin afin d’étudier les vitesses des processus ou les réponses des écosystèmes, tout en enregistrant les changements environnementaux qui en résultent. En fonction de l’expérience, ils peuvent intégrer des chambres, des injecteurs, des pompes, des dispositifs de remise en suspension, des ajouts de traceurs ou d’autres modules spécialisés.
Les atterrisseurs pour eaux profondes sont conçus pour fonctionner sous une pression hydrostatique élevée, à basse température et dans des conditions de récupération difficiles. Les systèmes hadaux étendent cette approche aux fosses océaniques, où des atterrisseurs équipés de caméras en chute libre peuvent combiner l’imagerie, les mesures CTD et le largage acoustique de ballast à des profondeurs extrêmes, ce qui nécessite des boîtiers résistants à la pression, des dispositifs de flottabilité et des systèmes de largage adaptés à la profondeur de la mission.
Les engins d’exploration benthiques permettent de mesurer la respiration, la régénération des nutriments, la reminéralisation de la matière organique et les échanges de carbone entre les sédiments et les eaux de fond. Les systèmes à chambre et de profilage sont particulièrement utiles pour l’observation directe des processus se produisant à l’interface sédiment-eau, tandis que certains systèmes permettent également d’effectuer des mesures par covariance des tourbillons des flux benthiques sans enfermer physiquement les sédiments.
Un atterrisseur peut faire office d’observatoire compact en eaux profondes dans des environnements difficiles à revisiter régulièrement. En combinant des caméras, des capteurs acoustiques, des sondes environnementales et des systèmes appâtés, ces plateformes permettent de documenter le comportement, l’abondance, l’utilisation de l’habitat et les relations entre la faune benthique et les conditions environnementales locales.
Des courantomètres, des ADCP, des caméras, des capteurs de turbidité et des profileurs proches du fond peuvent être utilisés conjointement pour caractériser l’érosion, la sédimentation, la remise en suspension et l’écoulement dans la couche limite. La combinaison de mesures hydrodynamiques et optiques permet de relier les changements observés au niveau des fonds marins aux forces agissant immédiatement au-dessus des sédiments, bien qu’il faille tenir compte de la hauteur des capteurs et des perturbations de l’écoulement induites par leur châssis lors de l’interprétation des données.
Les systèmes d’observatoires benthiques permettent d’établir des conditions de référence et de suivre les changements chimiques ou physiques autour de sites affectés par la pollution, la désoxygénation, les aménagements offshore ou le stockage de carbone sous les fonds marins. Leur longue durée de séjour permet de collecter des mesures à proximité de sources potentielles ou d’habitats sensibles sur des périodes prolongées.
Les atterrisseurs permettent de surveiller les conditions autour des conduites, des câbles, des fondations et des installations sous-marines en facilitant des mesures localisées des courants, de la réponse des sédiments, de la chimie de l’eau, de l’acoustique et des changements écologiques. Cela permet d’observer les conditions environnementales autour des infrastructures sans présence continue de navires ou de véhicules.
La conception de la charge utile détermine les capacités de mesure, l’autonomie, la consommation d’énergie, les besoins en stockage et la complexité globale de la mission ; l’ensemble des instruments doit donc être étroitement adapté aux objectifs du déploiement. Les options de charge utile courantes sont les suivantes.
| Capteur/Charge utile | Présentation |
| Capteurs CTD et hydrographiques | Mesurent la conductivité, la température, la pression et les propriétés dérivées de l’eau de mer à proximité des fonds marins. |
| Capteurs d’oxygène dissous et optodes | Suivi des conditions d’oxygénation dans les eaux de fond, les chambres ou les volumes expérimentaux. |
| Capteurs de pH, de redox et de paramètres chimiques | Mesurent les paramètres chimiques liés à la biogéochimie et aux processus sédimentaires. |
| Courantomètres et ADCP | Caractérisez l’écoulement près du fond, les profils de courant et les forçages hydrodynamiques. |
| Capteurs de turbidité et capteurs optiques | Surveillent les particules en suspension, la rétrodiffusion optique, la fluorescence ou d’autres propriétés associées. |
| Caméras et systèmes d’éclairage | Permettent de réaliser des observations sous forme de photos, de prises de vue en accéléré ou de vidéos du fond marin et de la faune benthique. |
| Hydrophones et capteurs acoustiques | Permettent la surveillance acoustique passive et d’autres mesures acoustiques du fond marin. |
| Échantillonneurs d’eau et d’eau interstitielle | Permettent de prélever des échantillons discrets destinés à une analyse en laboratoire. |
| Systèmes d’échantillonnage des sédiments et des échantillons biologiques | Permettent de prélever des échantillons physiques à des fins d’études géologiques, chimiques, microbiologiques ou écologiques. |
La combinaison de charges utiles complémentaires permet de transformer une seule plateforme en un observatoire sous-marin intégré, ce qui permet d’étudier plusieurs variables ou processus environnementaux au cours d’un même déploiement. L’étalonnage, la synchronisation et la lutte contre l’encrassement revêtent donc une importance croissante lors de déploiements de longue durée, en particulier lorsque plusieurs capteurs sont appelés à fonctionner conjointement pendant des périodes prolongées.
L’objectif de mesure et l’environnement d’exploitation doivent déterminer le choix du lander, la plateforme, la charge utile et le système de récupération étant considérés comme faisant partie intégrante de la conception de la mission. Les principaux facteurs de sélection sont les suivants :
La pente du fond marin, la résistance des sédiments, la vitesse du courant, la stabilité de la structure ainsi que le risque de naufrage ou d’érosion doivent également être pris en compte, car chacun de ces facteurs peut affecter à la fois la qualité des mesures et la réussite de la récupération. Pris dans leur ensemble, ces facteurs déterminent si un atterrisseur benthique est adapté à la mission prévue.
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