Science et Environnement
Un an de dérive arctique : dans les coulisses de l'expédition polaire MOSAIC

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Un an de dérive arctique : dans les coulisses de l'expédition polaire MOSAIC

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Comment réaliser une campagne scientifique embarquée d’un an au cœur de l’océan arctique en toute sécurité ? Comment ravitailler un navire bloqué dans les glaces boréales durant l’hiver ? Après onze années de préparation, une logistique gigantesque et un budget final chiffré à 150 millions d’euros, les scientifiques ont relevé le défi. Fin septembre 2019, le Polarstern, brise-glace scientifique du laboratoire allemand AWI (Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research), armé par les marins de la compagnie F.Laeisz, prend la mer pour treize mois de dérive près du pôle Nord. Le nom de la campagne: MOSAIC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate). A bord, plusieurs centaines de scientifiques internationaux se succèdent avec le même objectif : documenter les mécanismes climatiques de l’Arctique en couvrant tous les champs et disciplines possibles, durant une année entière. Ainsi, 125 ans après l’expédition du Fram lancée par Fridtjof Nansen (1893-1896), le navire s’est laissé dériver dans l’extrême nord arctique. Si le premier a mis 3 ans à sortir des glaces, le Polarstern en fut expulsé au bout de 10 mois. Retour sur une aventure maritime hors norme. Un article de Daphné Buiron pour Mer et Marine.

 

Au cours de la campagne MOSAIC, plus de 300 scientifiques internationaux se sont relayés à bord du Polarstern en hivernage pour documenter le climat de l’arctique en plein cœur de l’hiver (© MOSAIC)

Au cours de la campagne MOSAIC, plus de 300 scientifiques internationaux se sont relayés à bord du Polarstern en hivernage pour documenter le climat de l’arctique en plein cœur de l’hiver (© MOSAIC)

 

L’idée de MOSAIC est née en 2009, dans des laboratoires allemands et américains. Elle réunit rapidement un consortium de plus de 20 pays. Son objectif : déterminer comment le changement climatique remodèle l’Arctique et trouver des moyens d’améliorer les prévisions climatiques mondiales. L’Arctique, sentinelle du climat, subit de plein fouet le réchauffement global. En témoignent la diminution drastique de l’étendue de glace de mer année après année, la fonte des calottes glaciaires, le réchauffement des océans. Les conséquences pour les écosystèmes fragiles et la vie des populations inuit sont directes et menacent la biodiversité. Pour mieux appréhender les changements et les solutions pour y faire face, une étude précise et globale des mécanismes physiques, chimiques, astronomiques, océaniques, biologiques et glaciologiques mis en jeu, durant une année boréale, est nécessaire. C’est le défi que MOSAIC s’est ainsi lancé durant l’année 2019-2020, en dérivant sur une plaque de glace à moins de 200 km du pôle Nord. Les scientifiques se sont intéressés à la haute atmosphère, l’océan, la glace de mer, la météorologie, l’écologie marine, et les zones d’échanges entre atmosphère, glace, océan.

Pour effectuer cette navigation en hautes latitudes, le brise-glace allemand Polarstern était tout désigné. Mis en service en 1982, il est principalement utilisé pour des recherches en Arctique et Antarctique. Sa double coque lui permet d’opérer jusqu'à une température extérieure de −50 °C et peut briser une banquise de 1,5 mètre d'épaisseur à une vitesse de 5 nœuds. Le Polarstern est la ressource la plus importante de la recherche polaire allemande et navigue sous le pavillon de l’AWI. Depuis 1982, il a parcouru plus de 1.5 million de milles nautiques et opère en moyenne 310 jours par an. Il peut accueillir 44 membres d’équipage et 55 scientifiques. Il est équipé de 9 laboratoires adaptés aux études environnementales multidisciplinaires. C’est également l’unique bateau ravitailleur de la station australe allemande Neumayer Station III. Entre 1999 et 2001, il a été rénové et est équipé des dernières technologies de pointe.  

 

Long de 118 mètres et large de 25 mètres le MS Polarstern est considéré comme l’un des brise-glace les plus puissants du monde (© MOSAIC)

Long de 118 mètres et large de 25 mètres le MS Polarstern est considéré comme l’un des brise-glace les plus puissants du monde (© MOSAIC)

Le Polarstern a embarqué deux hélicoptères sur la campagne MOSAIC, pour aider à la logistique ainsi qu’aux observations scientifiques depuis le ciel (© MOSAIC)

Le Polarstern a embarqué deux hélicoptères sur la campagne MOSAIC, pour aider à la logistique ainsi qu’aux observations scientifiques depuis le ciel (© MOSAIC)

 

En 2017, les préparatifs commencent. Il faut optimiser l’isolation thermique du bateau et satisfaire au nouveau code polaire. La coque bénéficie de renforcements, des équipements additionnels de sécurité, de communication et des vêtements chauds sont acquis. Pour Henning Waestphal, chef mécanicien, l’adaptation la plus importante concerne la gestion de la consommation d’énergie : « les ouvertures permettant l’aération du bateau ont été fermées par de nouvelles portes hermétiques. L’objectif était de contrôler totalement les flux d’air entrant et sortant, et de pouvoir travailler finement sur leur gestion, afin de garder le navire chaud et aéré. Faire en sorte également que la température de l’air entrant ne soit jamais négative pour éviter le gel. »

Les hommes aussi se préparent. Stages de survie, stages de tir pour se défendre contre une éventuelle attaque d’ours polaire, conseils pour les choix du matériel, le maximum est offert pour garantir la sécurité. Thomas Wunderlich, commandant depuis 15 ans du Polarstern, a lui-même pris part à ces entrainements : « le stage de survie s’est déroulé au Svalbard. Le principe était simple : abandonnés au large des côtes dans un radeau similaire à ceux du bord, nous devions vivre quelques jours à terre en toute autonomie. Sacs de couchage, armes, de quoi purifier l’eau, quelques rations de survie, c’est tout ce que nous possédions. Nous avons organisé un camp, des corvées d’eau potable, des tours de veille, dessiné un SOS sur la pente d’un glacier. J’ai également suivi les stages de tir. En tant que responsable de la sécurité à bord, je me devais d’être préparé au maximum. »

 

Dans ces milieux sauvages, isolés et glacials, la moindre défaillance, technique ou humaine, peut être fatale (© MOSAIC)

Dans ces milieux sauvages, isolés et glacials, la moindre défaillance, technique ou humaine, peut être fatale (© MOSAIC)

 

Les scientifiques déterminent les programmes, tissent des collaborations et organisent les roulements d’équipes. Au carrefour de ce foisonnement, les responsables de la logistique s’affairent. Vérena Mohaupt, chargée de la coordination des campagnes à l’AWI, se souvient : « Nous étions le trait d’union entre les souhaits de chacun et leur réalisation. Organiser le calendrier, prendre en compte les besoins de matériel, de personnel, décider des pièces qui partiraient avec le premier bateau, gérer les compromis avec la conscience de n’avoir aucune garantie sur les ravitaillements, s’est révélé un travail de coordination délicat. »

 

Verena Mohaupt, responsable logistique, se réjouit que les efforts pour répondre aux demandes des scientifiques aient permis des observations inédites (© MOSAIC)

Verena Mohaupt, responsable logistique, se réjouit que les efforts pour répondre aux demandes des scientifiques aient permis des observations inédites (© MOSAIC)

 

Départ et début d’hivernage.

Le 20 septembre 2019, le Polarstern quitte Tromsø, au nord de la Norvège, traverse la section sibérienne de l’océan arctique et accède à la banquise après 3 semaines de navigation. Le lieu d’hivernage n’est pas choisi au hasard. Le commandant explique que « La plaque de glace idéale avait été repérée et suivie par satellite depuis plus d’un an. Elle semblait stable et solide. Nous avons projeté le navire dessus à pleine vitesse, sans la briser. Une fois installés, les moteurs ont été arrêtés. L’hivernage commençait. »

Les scientifiques organisent leurs camps de travail autour du bateau en plusieurs « villages ». Mi-novembre, les températures chutent et le soleil disparait définitivement sous l’horizon. Le brise-glace russe Kapitan Dranitsyn ravitaille par deux fois le bateau en fuel, vivres, instruments et personnels.

 

Décembre, cœur de l’hiver. Le brise-glace russe Kapitan Dranitsyn met cinq semaines pour franchir la Mer de Barents englacée et rejoindre le Polarstern (© MOSAIC)

Décembre, cœur de l’hiver. Le brise-glace russe Kapitan Dranitsyn met cinq semaines pour franchir la Mer de Barents englacée et rejoindre le Polarstern (© MOSAIC)

 

La vie quotidienne s’organise. Le commandant témoigne de la nécessité d’imposer des règles strictes : « Avec plus de cent travailleurs à bord, sécurité rime avec rigueur : des horaires précis étaient imposés (sorties entre 8h00 et 17h30), cartes magnétiques à l’appui pour vérifier les entrées et sorties. Les veilles d’ours avaient lieu à la fois depuis la passerelle et sur le terrain. L’utilisation des armes suivait un protocole précis : sortie du navire par une porte spécifique, comptage quotidien des munitions, délimitation d’une zone réservée au chargement. »

Au cœur de l’hiver : l’énergie avant tout

Des températures abyssales s’installent et atteignent -42°C. Chauffer le navire avec économie devient un casse-tête. La moindre tonne de fuel sauvée peut faire la différence. Le chef mécanicien raconte : « Durant la dérive, d’octobre à juin, la consommation a été de 6 à 8 tonnes par jour de fuel au lieu des 45 à 50 T/jour usuelles en mer. Au plus froid, elle est montée à 11T/jour. Une économie bienvenue, car le troisième ravitaillement est arrivé mi-mars au lieu de début février. En été, après la sortie des glaces, la consommation est remontée à 30T/j environ. Mais à ce moment-là il n’y avait plus d’inquiétude quant aux ravitaillements. »

A mesure que l’hiver défile, des « problèmes polaires » surviennent, anticipés ou pas. Par exemple, la grande différence de température extérieure entre la partie émergée et immergée du bateau. « La température de l’eau ne descend jamais en-dessous d’environ -2°C, alors que l’air est descendu à -42°C. Le fuel situé dans les compartiments aériens devait être réchauffé constamment. Nous avons puisé en premier dans ces réserves. »

La construction d’une piste d’atterrissage a aussi offert quelques surprises : « le bulldozer a raclé la neige sur une zone de 1000 m de long par 6 m de large sur la banquise. Cette action a déséquilibré la plaque. Le lendemain, deux longues fissures c’étaient creusées de chaque côté de la piste, jusqu’à atteindre l’eau libre. Heureusement, elles ont rapidement regelé ».

 

Régulièrement, les glaciologues évaluent l’épaisseur de banquise. Les carottages permettent également d’étudier la composition de la glace, ainsi que et la biologie de l’eau sous-jacente (© ERIC BROSSIER)

Régulièrement, les glaciologues évaluent l’épaisseur de banquise. Les carottages permettent également d’étudier la composition de la glace, ainsi que et la biologie de l’eau sous-jacente (© ERIC BROSSIER)

 

Face au froid, à l’isolement, à la fatigue, la solidarité du groupe et la bonne nourriture maintiennent les morals : V.H : « Le navire était confortable et la nourriture délicieuse. Les chefs cuisiniers se sont s’adaptés au fait que, durant les journées froides, les travailleurs ont réclamé plus de calories que prévu. La gestion des stocks a dû être revue. Les interactions sociales étaient extraordinaires, la dynamique de groupe forte et chaleureuse.»

  

A bord, les équipes des différentes disciplines collaborent, s’entraident. L’émulation est réelle (© MOSAIC)  

A bord, les équipes des différentes disciplines collaborent, s’entraident. L’émulation est réelle (© MOSAIC)

La profonde nuit polaire est rapidement adoptée par les novices. Les hivernants prennent conscience de vivre des jours hors du commun (© ERIC BROSSIER)

La profonde nuit polaire est rapidement adoptée par les novices. Les hivernants prennent conscience de vivre des jours hors du commun (© ERIC BROSSIER)

Le 24 février, le bateau n’est plus qu’à 156 km du pôle Nord (© ERIC BROSSIER)

Le 24 février, le bateau n’est plus qu’à 156 km du pôle Nord (© ERIC BROSSIER)

 

Au printemps, rendez-vous avec le Covid

Début Mars, le Covid devient une préoccupation mondiale. Isolés, les hivernants comprennent difficilement ce qui bouleverse leurs familles, mais en subissent les conséquences. Avec l’arrêt des transports internationaux, MOSAIC est menacée. Le commandant se rappelle cette période d’incertitude : « Les aéroports ont été fermés et les transferts par bateaux interdits. Nous nous sommes battus pour que la mission soit maintenue. Les navires russes ont continué de nous aider, ils ont été des collègues efficaces et fidèles. »

Malgré les ravitaillements espacés, l’expédition persiste. Les chercheurs prennent leur mal en patience, alors que la plupart se voient contraints de repousser le retour chez eux de plusieurs mois. Au début du printemps, ils sont récompensés par le spectacle inoubliable du retour du soleil.

Une fin d’hivernage les pieds dans l’eau

La banquise, dynamique et rapide, se fragilise sous l’action de la chaleur. En juin, la glace se disloque totalement : c’est la débâcle.

 

Dès le mois de mars, des signes avant-coureurs d’une débâcle imminente sont observés (© MOSAIC)

Dès le mois de mars, des signes avant-coureurs d’une débâcle imminente sont observés (© MOSAIC)

 

Le Polarstern, après dix mois d’hivernage, se retrouve en pleine mer. Pour effectuer les rotations de personnel, il rejoint Longyearbyen, au Svalbard. La majeure partie du matériel est laissée sur place.

 

En juin, le Polarstern s’extrait des glaces et rejoint Longyearbyen au Svalbard, pour se ravitailler en fuel, vivres, et personnel, avant de repartir pour trois derniers mois de mission (© MOSAIC)

En juin, le Polarstern s’extrait des glaces et rejoint Longyearbyen au Svalbard, pour se ravitailler en fuel, vivres, et personnel, avant de repartir pour trois derniers mois de mission (© MOSAIC)

 

Le retour s’effectue quatre semaines plus tard. Cette fois, pas question de lancer le navire sur la glace amaigrie. Il est maintenu en mode dynamique, les officiers accommandant sa position le long de la plaque qui poursuit sa dérive vers le sud. Les travailleurs s’activent sous le soleil de minuit, au milieu de mares de fonte. Le commandant relate cette période délicate : « Nous avons travaillé jusqu’au début d’automne. Le mode dynamique posait régulièrement des problèmes aux câbles électriques reliés entre le terrain et le bord. Certains ont été sectionnés ».

Fin septembre. Un an complet s’est écoulé, lorsque le Polarstern met enfin cap au sud. A la surface de l’eau, de fins cristaux tissent déjà les prémices d’un nouvel embâcle. Les participants sont unanimes : MOSAIC est une réussite, une prouesse logistique et scientifique. Malgré les glaces, les imprévus et la crise du Covid19, le programme a été tenu. Vérena souligne que des observations supplémentaires ont même pu être réalisées : « Nous avons suivi les opportunités offertes par les conditions extérieures : de l’eau libre qui apparaissait brusquement inspirait aux scientifiques d’autres mesures. » De son côté, le chef mécanicien se réjouit que le navire n’ait subi que très peu de dommages, malgré les contraintes gigantesques appliquées par la glace. Aujourd’hui, le Polarstern est déjà reparti pour l’Antarctique. Qu’en est-il de l’état des glaces?A première vue, le commandant n’est pas optimiste sur l’avenir de la banquise : « j’ai observé une différence nette par rapport aux conditions d’il y a 10 ans. La banquise est segmentée en toute part par des chenaux d’eau libre. La dérive était également très rapide. En hiver, nous avons relevé une vitesse maximale de 7km/jour durant des tempêtes. C’est inhabituel. »

La question de la science

On peut questionner le sens d’une initiative scientifique aussi lourde. Certainement le sentiment unanime que documenter le fonctionnement de l’Arctique est nécessaire, et urgent… A la vitesse où évolue la banquise, comprendre les mécanismes mis en jeu, pour contraindre de façon optimale les modèles de prédiction, justifie tous les moyens. Étudier le pôle Nord depuis son épicentre, avec des instruments innovants, durant une année, et sous toutes les coutures, c’est bien la promesse qu’a offert MOSAIC.

 

Chimie, glaciologie, biologie, océanographie, physique de l’atmosphère, astronomie : MOSAIC croise les disciplines pour obtenir une image complète du paysage climatique boréal (© MOSAIC)

Chimie, glaciologie, biologie, océanographie, physique de l’atmosphère, astronomie : MOSAIC croise les disciplines pour obtenir une image complète du paysage climatique boréal (© MOSAIC)

 

Coupler les disciplines pour mieux dépeindre le tableau

Pour Markus Frey, chimiste de l’atmosphère au British Antarctic Survey, spécialiste de la glace de mer, la multidisciplinarité a fait la richesse de la campagne : « Pouvoir comparer nos observations avec celles des autres scientifiques n’a pas de prix : ainsi, travailler avec les biologistes m’a permis d’intégrer l’écologie dans l’étude des émissions des sels marins. En effet, des particules solides s’extraient des embruns et de la surface de la glace pour rejoindre l’atmosphère, où elles sont susceptibles de devenir des noyaux à l’origine des nuages. Ces nuages ont des rétroactions climatiques très mal connues » Des données pour comprendre la réalité actuelle, mais pas seulement : « Les données seront extrêmement précieuses comme valeur de comparaison dans quelques décennies. »

 

Sur le mat-météo, des capteurs variés explorent les phénomènes atmosphériques. Dans ce désert froid, les précipitations sont faibles et soufflées par les vents dominants (© ERIC BROSSIER)

Sur le mat-météo, des capteurs variés explorent les phénomènes atmosphériques. Dans ce désert froid, les précipitations sont faibles et soufflées par les vents dominants (© ERIC BROSSIER)

 

Eric Brossier, glaciologue français, commandant du voilier Vagabond, habitant des terres arctiques, était également du voyage. Il souligne l’aspect ambitieux des protocoles développés et la richesse humaine de cette aventure : « la pointe de la technologie était présente, de nombreux prototypes ont été testés. Les travailleurs représentaient 25 nationalités différentes, ce foisonnement de cultures était passionnant. »

 

Les scientifiques de MOSAIC testent sur le terrain protocoles et instruments à la pointe de l’innovation (© ERIC BROSSIER)

Les scientifiques de MOSAIC testent sur le terrain protocoles et instruments à la pointe de l’innovation (© ERIC BROSSIER)

 

La réalité du travail sur le terrain

Faire venir des directeurs de recherche à bord nécessitait une plateforme confortable et des conditions accessibles : « tout le monde n’est pas prêt à camper par -30°C », admet Éric. Il a été embauché comme assistant logistique, glaciologue et veilleur d’ours. Quatre mois à soutenir les équipes par tous les moyens. « Travailler 8h durant la nuit polaire nécessite organisation et persévérance. Il fallait des solutions pour garder les instruments et les travailleurs au chaud. Je montais des tentes abris, offrais des boissons chaudes, aidais à réparer les instruments, mesurais l’épaisseur de glace, soutenais la motivation de ceux qui fatiguaient. Pour casser la routine, j’ai organisé trois sorties campings avec les membres de l’équipage. Ce furent des moments forts et apaisants, loin des lumières du bateau ».

 

Nuit polaire, blizzards : En hiver, les conditions extrêmes peuvent peser sur le moral des travailleurs. La solidarité se révèle plus que jamais nécessaire (© MOSAIC)

Nuit polaire, blizzards : En hiver, les conditions extrêmes peuvent peser sur le moral des travailleurs. La solidarité se révèle plus que jamais nécessaire (© MOSAIC)

 

Éric, comme tous les autres, a été surpris par la dynamique intense de la banquise. « Nous avons essuyé des blizzards aux directions changeantes, ce qui rendait la banquise très active. Au cœur de l’hiver, les conditions se sont calmées, mais la glace a continué de travailler. Elle était à la merci des vents et des courants. A ces latitudes, loin des accroches côtières, elle est plus vivante que jamais.Là où les plaques se rencontraient, de crêtes de compression de plusieurs mètres de haut s’élevaient. » Markus Frey confirme : « Plusieurs capteurs ont été détruits, écrasés entre deux plaques. Voir cela de ses propres yeux illustre le contexte dans lequel les données sont mesurées. »

 

La banquise n’a rien d’une surface lisse et stable. Aux soudures des plaques, les crêtes de compression s’élèvent de plusieurs mètres de hauts (© MOSAIC)

La banquise n’a rien d’une surface lisse et stable. Aux soudures des plaques, les crêtes de compression s’élèvent de plusieurs mètres de hauts (© MOSAIC)

 

Rencontres sur la banquise

Durant l’hiver, la faune boréale migre vers le Sud. « Très peu d’animaux ont été aperçus, dont un seul ours, filmé par une webcam instrumentale », raconte Éric. Deux renards sont passés, ce qui est étonnant à cette distance des côtes, et un phoque nous a souvent rendu visite. En avril, les oiseaux sont revenus. En été, avec l’eau libre et la dérive près des côtes, la faune s’est multipliée. Quelques fois, les opérations ont dû être stoppées à cause de la présence d’ours, mais cela reste anecdotique. »

 

Au total, près de soixante ours ont été observés entre le printemps et la fin de l’été (© MOSAIC)

Au total, près de soixante ours ont été observés entre le printemps et la fin de l’été (© MOSAIC)

 

Désormais, le travail est au traitement, à l’interprétation, à la valorisation des données. L’utilité scientifique de MOSAIC se concrétisera dans la capacité des chercheurs à exploiter leurs précieuses observations en croisant les regards.

© Un article de Daphné Buiron pour Mer et Marine. Reproduction interdite sans consentement du ou des auteurs.

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