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De Jussieu à la dorsale médio-Atlantique, itinéraire d’un ingénieur « sous pression »

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De Jussieu à la dorsale médio-Atlantique, itinéraire d’un ingénieur « sous pression »

Le co-inventeur des presses Paris-Edinburgh sera de la campagne BICOSE

 

Il était une fois un jeune technicien devenu ingénieur de recherche à l’UPMC du nom de Gérard Hamel, et qui travaillait dans des conditions extrêmes de pression et de température. Bien qu’ayant quitté le campus de Jussieu il y a quelques années, il n’en a pas pour autant délaissé la vie scientifique de l’UPMC à laquelle il reste attaché. Et a su transmettre à l'équipe « Adaptation aux milieux extrêmes » (AMEX, CNRS/UPMC/MNHN/IRD) tout son savoir-faire acquis à l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD). Récit.

 

Tout est parti des premiers travaux sur les effets de la pression sur les matériaux.

Gérard Hamel. Les propriétés élastiques de matériaux sous conditions extrêmes intéressent au plus haut point les géophysiciens, les chimistes et les physiciens. En mesurant les vitesses de propagation d’ondes acoustiques dans la Terre (à partir d’impulsion naturelle comme les tremblements de terre, ou artificielle comme une puissante explosion), ils peuvent déterminer la structure interne de la Terre. En faisant varier des grandeurs thermodynamiques comme la pression et la température, ils suivent les changements de structure cristalline, électronique ou magnétique d’un système donné.

 

Encore faut-il pouvoir disposer d’appareils résistants, et qui reproduisent finement les conditions extrêmes de température et de pression.

G. H. Au fil des années, l'IMPMC a constitué un ensemble d’instruments dédiés à l’expérimentation sous très haute pression. Cet équipement est utilisé pour les recherches sur les propriétés physico-chimiques des matériaux sous conditions extrêmes, la synthèse de nouveaux matériaux, et l’étude des roches et minéraux dans les conditions in situ de leur formations à l’intérieur de la Terre et d’autres planètes.

 

La première génération de presse était principalement limitée aux hautes pressions à température ambiante. La deuxième génération, plus performante, a couplé des systèmes sophistiqués de chauffage (cellule à enclume de diamants, presses multi-enclumes).

 

Vous êtes le co-créateur des presses Paris-Edimbourg. Quelle en a été l’utilisation première ?

G. H. Cette famille de presses a été développée en collaboration avec l’université d’Édimbourg. À l’origine conçue pour la diffraction de neutrons sur des échantillons, elle a ensuite été adaptée aux mesures de diffraction X sous rayonnement synchrotron. Constitué pour l’essentiel d’acier et ne pesant que 50 kg, cet instrument aux dimensions réduites est facilement utilisable et transportable. Ces presses sont désormais installées sur des grands instruments (synchrotrons, sources de neutrons) et dans de nombreux laboratoires internationaux. Elles sont utilisées aussi bien pour la caractérisation d’échantillons que pour la synthèse de nouveaux matériaux.

 

Séismes, tsunamis, volcans… le grand public connaît, sans pouvoir s’en soustraire, les « colères » de la Terre. Il est peut-être moins familiarisé avec la vie sous-marine qui est loin d’être un « long fleuve tranquille ».

G. H. Le volcanisme sous-marin le long de la dorsale médio-Atlantique active les sources chaudes au niveau des fractures de l’écorce terrestre. L’eau sous pression qui en sort peut atteindre les 400°C ! Elle transporte des minéraux, des acides, des métaux qui se fixent en se refroidissant et constituent des cheminées parfois hautes de plusieurs dizaines de mètres : ce sont les fumeurs noirs.

 

Contrairement à certaines idées reçues et qui ont longtemps perduré, les fonds marins ne sont pas des déserts biologiques. Les animaux qui vivent dans des conditions chimiques extrêmement sévères, absorbent des métaux lourds (plomb, cadmium), du souffre, des éléments radioactifs… Ils vivent dans l’obscurité, sans photosynthèse, et tirent leur énergie de l’hydrogène sulfuré rejeté par les sources hydrothermales. Par ailleurs, plus on descend en profondeur dans l’eau, plus la pression augmente, plus l’eau est froide (de l’ordre de 2 à 3°C).

 

Ces animaux des grandes profondeurs marines sont donc soumis à des conditions extrêmes tout comme les matériaux constitutifs de la croûte terrestre.

G. H. Ces animaux sont d’un intérêt scientifique indéniable. Mais la décompression qu’ils subissent en traversant les couches d’eau pour arriver en surface est un réel frein à leur étude biologique. Il faut pouvoir les remonter sans dommage et les maintenir en vie, pour explorer leur état physiologique habituel et comprendre leur stratégie de résistance à des conditions chimiques aussi hostiles.

 

D’où la nécessité de fabriquer des aquariums pressurisés (à pression et température « natives ») pour une récolte isobare (pression constante) qui autorise l’étude in vivo d’organismes ne survivant pas habituellement à la remontée, minimise le stress expérimental de la récolte et augmente les taux de survie.

 

PERISCOP™ et BALIST™… Ces noms résonnent comme dans un roman de Jules Verne.

G. H. Nous étions depuis longtemps convaincus au département des hautes pressions que la maîtrise du paramètre pression serait indispensable pour toutes les disciplines, que ce soit dans les pressions moyennes (quelques centaines ou quelques milliers de bars) jusqu'aux pressions extrêmes (de cent mille bars ou plus). Nous avons développé des technologies et du savoir-faire en aval des besoins ! J’ai collaboré à deux projets pluridisciplinaires, PERISCOP™ et BALIST™, pour la conception et la réalisation d’appareillages d’un genre nouveau qui associent les techniques de la physique à la recherche en biologie. Le cahier des charges très strict limitait les charges d’embarquement à bord des submersibles, et interdisait l’utilisation d’une quelconque forme d’énergie (gaz comprimés).

 

Nous avons donc opté pour un instrument de taille modeste de volume utile de six litres appelé PERISCOP™ (Projet d’Enceinte de Récupération Isobare Servant à la Collecte d’Organismes Profonds). Une enceinte ouverte descend au fond de l’océan et se referme quand les animaux sont à l’intérieur. Les submersibles sont munis d’un aspirateur d’eau manipulé par des bras robotisés qui permet la capture des animaux.

 

Poisson Pachycara saldanhai dans la cellule de récolte PERISCOP™. © Ifremer

 

 

Chorocaris chacei dans la cellule de récolte PERISCOP™. © Ifremer

 

Deux expéditions en mer ont permis de « valider » PERISCOP™ à bord du navire océanographique de l’Ifremer, le « Pourquoi pas ? », en 2006 avec le ROV Victor, et en 2007 avec le Nautile. Nous avons visité trois sites : Menez Gwen (-850 m), Lucky Strike (-1.700 m) et Rainbow (-2.300 m). Pour la première fois, un Pachycarasaldanhai, capturé à 2.300 mètres sur le site de Rainbow a été remonté vivant sous pression à 250 bars. Sans ce dispositif, aucun vertébré n’aurait pu survivre à une telle décompression ! En 2010, nous sommes passés à BALIST™ (Biology of ALvinella Isobaric Sampling and Tranfer) qui autorise un transfert sans décompression vers un aquarium équipé0 Les organismes plus proches de leur état naturel, sont moins stressés et donc survivent à la récolte et se prêtent à l’expérimentation in vivo.

 

Vous repartez en janvier prochain avec une équipe de l’UPMC. Pourquoi ?

G. H. BECAUSE, je veux dire BICOSE, cette nouvelle aventure, c’est toute ma vie !

 

Pour en savoir plus :

lnstitut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC, UPMC/CNRS)Nouvelle fenêtre

 

Laboratoire « Biologie des ORganismes et Ecosystèmes Aquatiques » (MNHN/CNRS/UPMC/IRD)Nouvelle fenêtre, équipe « Adaptations aux milieux extrêmes »



12/11/13