Cicatrices de la variole sur le fond marin
Découverte exceptionnelle et inattendue : des géologues ont découvert par hasard d'énormes cratères au fond du lac de Neuch?tel. Ils font partie des plus grands cratères sous-marins au monde dans les lacs intérieurs. Leur origine n'est pas volcanique, il s'agit plut?t de sources d'eau.
Ce matin-là, Anna Reusch, doctorante à l'Institut de géologie, était bassement étonnée : lors d'une sortie de mesure de routine avec son bateau de recherche sur le lac de Neuch?tel, un contour inhabituel s'est soudain dessiné sur l'écran de contr?le. Sous le bateau, à plus de 100 mètres de profondeur, il devait y avoir quelque chose que personne n'avait vu auparavant. Elle a immédiatement informé son professeur Michael Strasser : "Nous avons trouvé quelque chose que tu dois absolument voir".
La première évaluation rudimentaire des données à bord a révélé que Reusch et ses collègues étaient tombés sur une sensation scientifique : un cratère géant de 160 mètres de diamètre et de 10 mètres de profondeur. "Cette journée restera gravée dans ma mémoire - je ne m'attendais pas à une telle chose", se souvient Reusch. "Cela montre que même au 21e siècle, des découvertes passionnantes et excitantes sont possibles en Suisse !"
A la recherche de traces de tremblements de terre
La doctorante de l'ETH a fait cette découverte dans le cadre d'un projet du Fonds national suisse appelé "Dynamite". L'objectif du sous-projet de Reusch est d'analyser les sédiments des lacs de l'ouest du Plateau suisse pour y trouver des traces de séismes passés. Elle devrait notamment trouver, gr?ce à la mesure à haute résolution du fond du lac de Neuch?tel, des indices montrant que des zones tectoniquement actives peuvent y provoquer de grands tremblements de terre, et ce dans une période géologiquement très récente, les 12'000 dernières années.
La découverte de l'énorme cratère et, par la suite, d'autres structures de ce type a toutefois presque complètement bouleversé son travail de doctorat. "Les cratères étaient tellement intéressants que nous voulions absolument étudier ce phénomène de plus près", explique la géologue.
Quatre cratères dans le lac
Au total, l'équipe de recherche a repéré quatre cratères au fond du lac. Tous sont situés sur la rive nord-ouest, à plus de 100 mètres de profondeur. La plupart d'entre eux se trouvent dans le prolongement de zones de fracture tectonique connues. Les scientifiques décrivent maintenant les quatre cratères dans une publication qui vient de para?tre dans la revue spécialisée "Geophysical Research Letters".
Les cratères ont un diamètre de 80 à 160 mètres et une profondeur de 5,5 à 30 mètres. Les scientifiques ont donné au plus grand le surnom de "Crazy Crater". En effet, ce ne sont pas seulement les dimensions de cette structure qui sont inhabituelles, mais aussi sa forme : Le cratère est circulaire. Les structures comparables sur le fond marin sont généralement déformées par les courants.
Cratère rempli de boue
Au pied du Crazy Crater, profond de 10 mètres, les chercheurs ont mis en évidence un couvercle de boue. En dessous se trouve une cheminée de 60 mètres de profondeur, remplie d'une épaisse suspension d'eau et de sédiments. Les scientifiques n'ont pas pu en extraire des carottes. Le matériau est trop liquide, car l'eau qui monte du bas pénètre dans la cheminée. Elle maintient les sédiments en mouvement dans la cheminée et fait en sorte qu'ils ne puissent pas se solidifier comme des sédiments lacustres normaux.
Les scientifiques ont démontré que c'est de l'eau et non du gaz qui affleure dans ces cratères, notamment en mesurant les températures de l'eau, de la suspension et des sédiments ainsi que l'empreinte isotopique. Alors que la suspension avait une température de 8,4 degrés, l'eau profonde et les sédiments entourant le cratère n'avaient qu'une température de 5,8 degrés. Cette température correspond à la température normale de l'eau à ces profondeurs de lac. En revanche, la température de la suspension est comparable à celle de l'eau de surface dans la zone karstique adjacente.
De même, la suspension à l'intérieur de la cheminée contient une plus faible proportion de l'isotope 18 de l'oxygène lourd que l'eau de mer environnante. "Ces différents signaux d'oxygène indiquent qu'il y a ici deux masses d'eau différentes", explique Reusch.
Source géante
Pour la géologue, le plus probable est donc que les cratères soient liés aux systèmes karstiques du Jura voisin. L'eau qui s'y infiltre s'écoule en sous-sol sous le fond du lac de Neuch?tel et cherche le chemin de moindre résistance vers la surface. Ce faisant, l'eau perce les couches de sédiments épaisses de plusieurs mètres qui se sont déposées au fond du lac pendant des millénaires. "En d'autres termes, les cratères sont des sources", explique Anna Reusch.
"A l'aide de carottes de sédiments prélevées dans les environs immédiats des cratères, les chercheurs ont en outre pu montrer que la suspension déborde de temps en temps sur le bord du cratère, à la manière d'une éruption volcanique. Depuis la dernière période glaciaire, cela s'est produit au moins quatre fois, la plus ancienne éjection datant de plus de 12 000 ans. Le Crazy Crater n'a cependant pas éjecté de sédiments qui se seraient déposés sur le bord du cratère depuis 1600 ans, malgré le flux d'eau aujourd'hui actif. Ce qui déclenche ces éruptions n'a pas encore été étudié. "Pour étudier la dynamique des cratères, il faut un monitoring à long terme qui permette de surveiller le niveau de la suspension dans le cratère", explique la chercheuse.
La fièvre de la découverte s'est déclarée
Les cratères étudiés jusqu'à présent se trouvent tous à des profondeurs de 100 mètres et plus sous la surface de l'eau. Reusch ne peut pas dire s'il existe également de telles "cicatrices de pock" dans les eaux peu profondes, car elle n'a scruté avec son sonar que les zones profondes du lac de Neuch?tel (à partir de 30 mètres de profondeur d'eau vers le bas). Les zones d'eau peu profonde n'ont pas été cartographiées jusqu'à présent.
Pour mesurer les lacs, les chercheurs ont utilisé un sonar en éventail moderne qui permet une haute résolution. Jusqu'à présent, de tels appareils étaient surtout utilisés pour mesurer les fonds marins. Selon la profondeur de l'eau et l'angle de l'éventail, la résolution peut atteindre 20x20 centimètres. L'appareil est actuellement bien exploité : Le fond des lacs suisses reste relativement mal exploré par rapport à la surface du terrain sur terre. Ce n'est que depuis quelques années que nous mesurons le fond de nombreux lacs suisses avec des méthodes à haute résolution et découvrons ainsi des phénomènes dont nous ignorions jusqu'à présent l'existence dans les profondeurs des lacs suisses.
Découverte des cratères au fond du lac
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Le sonar en éventail pratique avec lequel les cratères ont été découverts. (Image : ETH Zurich / Jasper Moernaut)
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Les géologues remontent une carotte de sédiments des profondeurs. (Image : ETH Zurich / Adrian Gilli)
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Les chercheurs dirigent leur sous-marin sans équipage vers l'endroit où se trouve le plus grand cratère. (Image : ETH Zurich / Anna Reusch)
Référence bibliographique
Reusch A, Loher M, Bouffard D, Moernaut J, Hellmich F, Anselmetti FS, Bernasconi SM, Hilbe M, Kopf A, Lilley MD, Meinecke G, Strasser M : Giant lacustrine pockmarks with subaqueous groundwater discharge and subsurface sediment mobilization. Geophysical Research Letters, 13 mai 2015, doi :site externe10.1002/2015GL064179.