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 SCIENCE A BORD

Ffilet manta et prélèvements de microplastiques (crédits photos: oceaneye)

Programmes scientifiques

Le 'passive igloo' contribue dans différentes collaborations scientifiques. Cette page a pour but de servir de plateforme d'information sur les activités réalisées ou en cours. Pour de plus amples informations, n'hésitez pas à nous contacter.

Nanuq / Le passive igloo - un voilier voué à la science

Le passive igloo se propose comme support logistique, camp de base et laboratoire flottant à des étudiants et chercheurs motivés par un intérêt pour la recherche dans les régions arctiques, que ce soit lors de séjours scientifiques à des endroits autrement inaccessibles, en navigation lors des convoyages ou durant l'hiver pendant lequel le bateau est stationnaire, pris dans la glace.

Différents partenaires sont embarqués à bord de Nanuq :

Partenaires scientifiques 2018, en collaboration avec l'association à but non-lucratif PolarQuest2018 : Centro Fermi, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Consiglio Nationales delle Ricerche, CERN the European Organization for Nuclear Research, Geographic research and Application Loboratory, Centro di Ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna, Société de Géographie d'Italie.


Partenaires scientifiques 2015 - 2017 : Météo-France, Oceaneye, Ifremer, Université de Brest, Université Savoie Mont-Blanc. Les sujets d'étude couvrent la météo, la climatologie, la biodiversité et la pollution des océans. Le passive igloo participe également à Isaaffik, une nouvelle plateforme de rencontre de la recherche arctique.


Programmes scientifiques

PolarQuEEEst : Extreme Energy Events - CERN

Construit au CERN par des écoliers suisses, italiens, islandais et norvégiens, PolarQuEEEst est un détecteur spécial permettant de capter les rayons cosmiques provenant des lointaines régions de notre univers. Trois de ces «télescopes» spéciaux ont été construits pour mesurer le flux de rayons cosmiques sous différentes latitudes, l'un d'eux à bord de Nanuq et les deux autres installés dans les écoles des étudiants italiens et norvégiens qui les construiront.


EEE detector installed on the front deck of Nanuq; team member Ombretta PInazza preparing the detector for installation in Iceland.

Le projet fait partie du projet Extreme Energy Events - Science à l'intérieur des écoles (EEE) coordonné par le Museo storico della Fisica et Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi (Centro Fermi), un institut de recherche italien dont le siège est dans le bâtiment historique de l'ancienne Institut de physique de via Panisperna à Rome, où Enrico Fermi a mené ses célèbres études sur l’importance de ralentir les neutrons pour produire de la radioactivité induite.

Sites web :

 

Arctic Micro- et Nano-plastiques : CNR - ISMAR

Les matières plastiques constituent la plus grande quantité de matériaux non biodégradables contaminant les océans de la planète. C’est une préoccupation environnementale majeure, car leur longévité signifie qu’elles peuvent être réparties sur de très grandes distances et s’accumuler dans des régions isolées telles que les Poles. Une fois dans l'océan, des processus mécaniques et biologiques entraînent la décomposition des plastiques en microplastiques, difficiles à séparer de l'océan et constituant une menace pour les divers écosystèmes marins, notamment polaires.


Filet manta tracté par Nanuq

Les échantillons d’eau ont été prélevés à l’aide d’un filet manta dans les 16 cm supérieurs d’eau de surface.

Sites web :

 

PCB's atmosphériques : LCME, Université de Savoie

Laboratoire Chimie Moléculaire et Environnement (LCME)

Au cours de la seconde partie de l’expédition, le tour du Svalbard, Polarquest2018, déposera le coordinateur scientifique, Frédéric Gillet, qui se rendra de King's Bay à des glaciers d’intérêt scientifique. Au cours de sa mission, il installera des capteurs passifs qui devront rester en place suffisamment longtemps pour obtenir des résultats significatifs en matière de mesure de la quantité de PCB dans l'air. Ils seront récupérés dans un ou deux ans.


Frédéric Gillet en train de déployer le capteur passif pour doser les PCB atmosphériques, loin de la pollution de la civilisation (photo Alwin Courcy)

Sites web :

 

Polar Drones : Geographic Research and Application Laboratory

Polarquest2018 testera l'utilisation de minidrones commerciaux à faible coût en tant qu'outils scientifiques pour l'observation et la recherche sur le terrain dans l'Arctique.

Notre équipe de drones déploiera une flotte de trois petits drones (deux mini-drones pesant moins de 2 kg, un micro-drone, moins de 300 grammes) dans plusieurs scénarios sur la côte autour de l'archipel de Svalbard, à une latitude supérieure à 78 degrés nord.


Exemple de rendu de modèle 3D du survol de InIglefieldbreen sur la côte orientale du Spitzberg (image Gianluca Casagrande)

Nous effectuerons des observations sur les variations de la couverture de glace (en comparant avec les données archivées), les températures du sol, la végétation, la présence et le comportement de la faune, y compris les ours polaires ainsi que des sites de valeur historique et archéologique. Les enquêtes incluront la photogrammétrie, des séquences photo / vidéo à la lumière visible ainsi que des images multispectrales et thermiques à utiliser dans différents types d’analyses.

L’objectif de cette campagne est de développer des méthodes d’observation efficaces et rentables.

Sites web :

 

Météo et Climat : Météo-France

Afin d'améliorer la quantité et la qualité des données atmosphériques recueillies à l'échelle du globe terrestre, les scientifiques cherchent à maximiser le nombre de mesures, en particulier en mer. Ces données permettent notamment d'améliorer les prévisions météorologiques et la sécurité marine.


Déploiement de bouée météo, Nanuq Groenland 2015 (photos Alain Berthoud)

Les "SVP drifter data buoys" permettent de mesurer et de transmettre par satellite:

  • la pression atmosphérique
  • la température de la mer en surface
  • la vitesse et direction des courants en surface
  • les caratéristiques des vagues
  • et la vitesse du vent

L'objectif est de disposer plusieurs "Data buoys" (bouées météo dérivantes) sur différentes zones déterminées du parcours. En parallèle, le bateau sera équipé d'une station météo embarquée qui fournira un jeu de données complet à chaque heure pleine via Iridium SBD. Ces données pourront étre suivies en temps quasi-réel.


Chart : air pressure observations over the sea surface in November 2013, red dots = drifting buoys, source EUMETNET

Site web : http://www.eumetnet.eu

 

Micro-plastiques arctiques : Ifremer / Oceaneye


Carte : modèle de prédiction numérique de concentration de débris plastiques flottants. Source: Maximenko et al. (2012)

Cinq poubelles géantes de la taille d'un pays flottent à la surface des océans. Elles s'appellent les septièmes continents, les 'waste patches' ou encore les zones d'accumulation de déchets. Elles sont principalement composées de petites particules de plastiques issues de la fragmentation des déchets. La cause de leur existence est la pollution des hommes transportée par les courants marins. Ce phénomène n'est aujourd'hui plus une hypothèse, mais bien une certitude scientifique.

L'objectif est de doser le taux de plastique contenu dans l'eau de mer sur le parcours.

Site web : http://www.oceaneye.eu

 

Phytoplancton : CNRS, Université de Brest


Prélèvements d'eau de mer, Nanuq Groenland 2015 (photos Sylvie Margot)

a) Diversité du phytoplancton

La biodiversité des écosystèmes arctiques marins sont influencés par différents facteurs et sont parfaitement adaptés aux conditions extrêmes. L'impact prévisible du changement climatique sur les écosystèmes arctiques est considéré comme fort par les spécialistes.

Le phytoplancton étant situé à la base de la chaine alimentaire marine, l'étude de sa diversité et de sa distribution est fondamentale. Une modification de cette diversité est attendue, notamment en raison du retrait des glaciers et de l'acidification des océans.

Les investigations vont consister à l'étude de la diversité du phytoplancton, par la prise d'échantillon tout au long du trajet du bateau passif.

b) Nitrate, Phosphate, Silicate

Depuis quelques années, des modifications importantes de la quantité de phosphate, nitrate et silicate ont été observées dans les mers arctiques, couplées avec des changement significatifs au niveau de la production des océans. En complément de l'étude de la diversité du phytoplancton, la quantification des nutriments sera étudiée tout au long du trajet du bateau passif.

c) Elements traces

La croissance du phytoplancton est directement reliée à la présence de carbone, lumière et macronutriments. Par ailleurs, les éléments trace jouent un rôle clé : certains sont essentiels pour la vie des micro-organismes (Fe, Mn, Cu, Ni, Zn, Co) alors que d'autres sont toxiques (Pb, Hg).

La biodiversité marine de l'écosystème arctique est ainsi reliée à la présence et à la quantité des éléments traces, la présence de ces éléments étant liés aux icebergs et à l'eau fondue des glaciers.

Les investigations vont consister à quantifier les éléments trace (Mg, Fe, Mn, Al) sur le trajet du bateau passif.

Site web : http://www-iuem.univ-brest.fr

 

PCB : Université Savoie Mont-Blanc

Laboratoire Chimie Moléculaire et Environnement (LCME)

Au moyen de capteurs passifs, les polychlorobiphényles (PCB) seront échantillonnés dans l'atmosphère et dans l'océan pour le compte du LCME de l'université Savoie Mont-Blanc. Le dosage au laboratoire de ces molécules dans les capteurs passifs permettra de déterminer les concentrations de PCB gazeux dans l'air et de PCB dissous dans l'eau puis de calculer les flux de PCB à l'interface air-eau.


Mise en place de capteurs passifs: à gauche eau, à droite air - Nanuq Islande 2015 (photos Alain Berthoud)

Ces calculs serviront à préciser le rôle de l'océan vis à vis de ces micropolluants organiques persistants : source ou puits de PCB atmosphériques. La comparaison aux données acquises antérieurement par d'autres équipes de scientifiques des concentrations mesurées dans l'air arctique renseignera enfin sur la dynamique atmosphérique de ces polluants dans le contexte actuel de changement climatique.

  • PCB dans l'eau
  • PCB et HAP dans l'air

L'analyse en laboratoire de ces molécules captés dans des absorbeurs passifs a permis de déterminer les concentrations de PCB gazeux dans l'air et de PCB dissous dans l'eau de mer, puis de déterminer leurs modes de diffusion. Cest travaux ont été présentés à la 16ème conférence internationale sur la chimie et l'environnement à Oslo, ICCE 2017.

Poster:
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Résumé écrit

Site web : http://www.lcme.univ-savoie.fr

 

Energie : Le passive igloo project

Dessiné et construit en s'inspirant et en optimisant des concepts et techniques des bâtiment à hautes performances énergétiques, le 'passive igloo' est l'habitacle d'un voilier d'expédition polaire de 60 pieds.

L'objectif consiste à traverser un hiver arctique en autarcie et sans recours à des énergies non renouvelables afin de vérifier jusqu'où des choix constructifs et techniques judicieux, simples et robustes constituent une réponse au défi de la raréfaction de l'énergie facile / fossile. Transposé aux climats tempérés, le retour d'expérience sera utile pour tracer les contours de l'habitat de demain.


Le véritable passive igloo - fin de l'hiver, Nanuq Groenland 2016 (photo Peter Gallinelli)

Grandeurs mesurées:

  • température de l'air intérieur : zone séjour (sol, milieu, plafond), cabines, zone tampon
  • températures de surface intérieure et extérieure et flux de chaleur par l'enveloppe thermique de l'igloo
  • qualité de l'air intérieur : humidité relative et taux de CO2
  • débit de renouvellement d'air
  • énergie produite, consommée
  • taux d'occupation, activités
  • environnement extérieur : température, humidité relative, rayonnement solaire, vitesse du vent

But scientifique : observer et qualifier le ratio confort/énergie, documenter le confort et le fonctionnement hygrothermique et établir un bilan énergétique détaillé.

Site web (liens internes) :

 

 

frédéric gillet & peter.gallinelli novembre 2018