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Hess Deep : découvrez les premiers forages de la croûte océanique

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À bord du JOIDES Resolution, l'enseignant en biologie et géologie Jean-Luc Berenguer partage avec Futura-Sciences le premier forage de la croûte océanique inférieure au rift du Hess Deep. Vivez en images ce défi technologique et humain qui se déroule en plein Pacifique.

La mission de forage au Hess Deep fait une pause, le temps de cimenter l'entrée du puits. Pendant ce temps, les scientifiques analysent en détail les minéraux des carottes. Ils espèrent ainsi découvrir l'histoire des roches magmatiques. © Jean-Luc Berenguer

Dans le dernier épisode du suivi de la mission Hess Deep Plutonic Crust, les scientifiques avaient testé différents puits pilotes. L'objectif était de trouver, au rift du Hess Deep, une surface suffisamment stable et plane pour que le cône de forage soit bien fixé. L'équipe avait statué : ce serait le puits U1415 J qui serait le point de forage. Son entrée a donc été équipée d'un cône : on le positionne le long des tiges de forage et on le laisse glisser sous son propre poids, jusqu'au puits couvert de sédiments.

La croûte océanique étant très jeune (un million d'années), la couche de sédiments n'est pas épaisse (moins de 20 m). Il faut donc faire preuve d'ingéniosité. Dans un premier temps, un cône sans base est descendu. Cela permet de forer les premiers mètres dans le milieu, qui se révèle très instable. Ensuite, un second cône, plus traditionnel, vient s'emboîter sur le premier. Ce procédé est une première dans l'histoire du JOIDES Resolution, navire pourtant spécialisé dans les forages.

Schéma de principe de l'emboîtement des 2 cônes. Étape 1 (Step 1 en anglais), forage avec une tige de 37 cm (14,75 inches) depuis le fond (seafloor). Étape 2 (Step 2), le premier cône (Drop Free-fall Funnel, ou FFF) pénètre le sol le long de la tige. Au-dessus des déblais de forage (drill cuttings), il protège la bouche du puits et recevra du ciment. Étape 2 bis : emboîter un deuxième cône rotatif (RCB) de 25 cm avec une base cimentée de 27 cm qui prend appui sur le premier cône. Étape 3 : forer à partir du second cône. © IODP

La caméra envoyée pour inspecter les lieux le confirme : l'opération est réussie. Pourtant, l'équipage poursuit ses efforts sur le pont de forage. Sans relâche, pendant de longues heures, les tiges sont assemblées, démontées puis remontées. L'expédition est un réel défi technologique. « On savait qu'il ne serait pas facile de forer au Hess Deep sur des pentes très accidentées, et donc très instables », commente Jean-Luc Berenguer.

Sur le pont du bateau, l’équipage ne ménage pas ses efforts. Les foreurs sont en pleine action. © Jean-Luc Berenguer

Les carottes de gabbros enfin remontées au grand jour

« On sent l'inquiétude et l'excitation monter autour des opérations en cours. La question de l'instabilité du puits est dans toutes les têtes : foreurs, techniciens, scientifiques », explique Jean-Luc Berenguer. Finalement, les techniciens s'écrient « core on deck ! » La carotte est sur la plateforme. Les foreurs ont envoyé un tube de 10 m dans leurs tiges de forage (le « core barrel »), chargées de récupérer les roches arrachées à la croûte océanique. Une demi-heure suffit pour que ces roches fassent le chemin inverse pour parvenir sur le pont. Le pourcentage de recouvrement n'est pas optimal, mais les échantillons sont magnifiques. « Des roches qui surprennent par leur fraîcheur », raconte Jean-Luc Berenguer.

La première carotte de gabbro arrive sur le bateau. La mission est un succès. © Jean-Luc Berenguer

« Il s'agit bien de gabbros, ces roches magmatiques qui composent la base de la croûte océanique, des roches produites par le long refroidissement des magmas profonds », enchérit-il. Des lames minces, réalisées à bord, montrent de très beaux cristaux ferromagnésiens au microscope polarisant. Les jours suivants, de nouvelles carottes remontent avec des roches de plus en plus intéressantes. Leur étude occupe l'équipe scientifique qui doit décrire rapidement ce matériel.

Le puits s’effondre, la mission de forage est suspendue

Problème : le puits, au fil des remontées, présente des anomalies« C'est un peu comme quand vous essayez de faire un trou dans le sable sur la plage... Les parois s'écroulent rapidement, alors imaginez sous 5.000 m d'eau ! »

Les foreurs doivent calculer avec précision la quantité de ciment nécessaire et les zones à cimenter (à l’image, Jean-Luc Berenguer et un schéma du puits de forage). © Jean-Luc Berenguer

Dans ces conditions, le forage ne devrait pas atteindre plus de 80 m, à moins de procéder à la solidification des parois du puits à l'aide de ciment. Ce n'est pas une opération fréquente, car cimenter un sol à 5.000 m de profondeur n'est pas aisé. Toutefois, au vu des différents paramètres enregistrés, cette solution est tout de même adoptée. Le forage est provisoirement arrêté : 8 m de carottes sont déjà archivés, soit un taux de récupération de 10 %. La cimentation du puits risque de prendre du temps, il faut donc lancer l'opération rapidement.

Les chercheurs profitent alors de cette pause pour examiner en détail les minéraux : leur nature, leur forme, leur orientation, mais aussi les propriétés physiques des roches et leur géochimie. « Toutes les disciplines scientifiques se croisent pour un même objectif : retrouver l'histoire magmatique et postmagmatique de cette croûte océanique qui constitue la majeure partie de la surface de notre planète. On espère vous en dire plus sur ces belles roches et les processus qui les ont formées dans le prochain épisode. »