La Russie va atteindre le lac Vostok 4000 m sous la glace

Le grand Graal de l'Antarctique : comment les scientifiques russes tentent de percer les mystères du lac sous-glaciaire Vostok  (2 mai 2023)

La tâche est compliquée non seulement par les conditions naturelles difficiles, mais aussi par les problèmes de financement de la recherche.

Le lac Vostok a été découvert dans les profondeurs du continent le plus méridional et le plus froid de la Terre dans les années 1990. Depuis, les scientifiques russes ont ouvert le bassin d'eau, enfoui sous des kilomètres de glace, en 2012 et en 2015, mais aucune étude complète du lac Vostok n'a encore été réalisée.

Dans les années 1960, des chercheurs ont commencé à soupçonner la présence d'un lac géant sous la station antarctique soviétique Vostok. Trois décennies plus tard, cette hypothèse a été confirmée. La découverte du lac Vostok, dont la superficie est légèrement inférieure à celle du plus grand lac d'Europe, le lac Ladoga, et dont le volume est presque sept fois supérieur, a constitué la plus grande découverte géographique de notre époque, et une découverte très prometteuse.

On ne sait pas si le lac s'est formé avant que l'Antarctique ne soit recouvert d'une calotte glaciaire, il y a 34 millions d'années, ou après. Même s'il existait alors, les grands organismes qui vivaient dans ses eaux seraient probablement morts; seuls quelques microbes auraient pu s'adapter aux nouvelles conditions. Si le lac s'est formé sous la glace et qu'il était inhabité à l'origine, des micro-organismes ont pu y pénétrer plus tard à partir des eaux souterraines, de la roche mère ou de la glace qui recouvrait le continent.

Le lac Vostok n'est pas le seul lac sous-glaciaire de l'Antarctique, des dizaines d'autres ont été découverts ces dernières années, mais il reste le plus grand, et son emplacement directement sous la station de recherche russe facilite l'exploration du lac.

Pour survivre dans le lac, ses habitants potentiels devraient faire des efforts extraordinaires, car aucune lumière ne pénètre le glacier, la pression à une telle profondeur dépasse 300 atmosphères, et l'eau du lac, entre autres gaz apportés par la glace, contient 50 fois plus d'oxygène que d'habitude - pour la plupart des organismes vivants, c'est du poison pur.

Le lac Vostok a longtemps été étudié à l'aide de radars aériens et terrestres, de sondages sismiques et de modélisations géophysiques, de données satellitaires, ainsi que par l'examen de carottes de glace lacustre extraites d'un puits dont l'exploitation a commencé à la fin des années 1980.

Le forage jusqu'à une profondeur de 3 769 mètres, là où se trouve la limite entre la glace et l'eau du lac Vostok, était impossible sans l'utilisation d'un fluide spécial antigel - le trou a été rempli d'un mélange de fréon et de paraffine pour garantir que le trou reste ouvert et que le forage et la recherche puissent continuer. Ce liquide de remplissage est devenu un véritable casse-tête pour les scientifiques. En février 2012, lorsque le lac a été ouvert pour la première fois, l'eau est montée en flèche dans le trou en raison d'une chute de pression de plusieurs atmosphères. Le liquide de remplissage s'est précipité à la surface depuis la tête de puits et, au fond, la paraffine s'est mélangée à l'eau du lac, la contaminant fortement. Il ne pouvait en être autrement, mais les chercheurs ne s'attendaient pas à une telle pression d'eau.

“Nous pensions que l'eau du lac, une fois dans le puits, ne réagirait pas avec le liquide de remplissage", explique Alexey Ekaykin, membre de l'expédition, chercheur principal à l'Institut de recherche arctique et antarctique (AARI) et glaciologue. “Nous pensions que le mélange de paraffine et de fréon se trouverait au-dessus et que nous obtiendrions de l'eau gelée pour la recherché”. En fait, c'est ce qui s'est passé : la paraffine était au-dessus, le bouchon d'hydrate en dessous et de l'eau gelée presque pure en dessous. Il y avait très peu de paraffine, littéralement une fraction de1 pour cent. Mais pour la recherche microbiologique, même un tel échantillon est considéré comme sale.

Au cours des trois saisons suivantes, le puits a dû être foré à nouveau en s'écartant du trou de forage d'origine. Lors de l'ouverture en 2015, l'eau s'est engouffrée dans le puits avec moins de force et s'est légèrement mélangée à la paraffine, de sorte que les échantillons n'étaient pas parfaits, mais convenaient aux analyses.

Malgré le degré élevé de contamination, les échantillons de 2012 ont été examinés pour détecter la présence de microbes, mais rien d'intéressant n'a été trouvé. Les scientifiques ont eu plus de chance avec les échantillons obtenus après la deuxième ouverture du lac.

“Des espèces inconnues de bactéries ont été trouvées dans les échantillons de 2015", explique Sergei Bulat, employé de l'Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg. “Elles ne figurent dans aucune des bases de données sur les génomes bactériens”.

Le premier organisme découvert s'est avéré être un inconnu : sa séquence génétique ne correspondait à aucun ADN connu sur la planète. Les scientifiques ont qualifié cette bactérie d' "extraterrestre" potentiel. Le deuxième microbe appartenait à une espèce d'ultramicrobactérie Herminiimonas glaciei, découverte en 2009 dans un glacier du Groenland. En 2018, une troisième bactérie, Marini Lactobacillus, a été découverte. Auparavant, l'une d'entre elles avait été trouvée au Japon dans une dépression à une profondeur de 4 kilomètres. Le quatrième organisme, étiqueté sous le numéro 3721v34-24, a été trouvé par le groupe de Sergei Bulat en mai 2020. Comme le premier, il n'était pas du tout familier.

“La bactérie ne ressemblait à rien", note M. Bulat. “Si une telle bactérie était trouvée aujourd'hui, par exemple, sur Encelade, le satellite de Saturne, où nous nous attendons à rencontrer de la vie, nous la reconnaîtrions comme un habitant d'Encelade”.

Il y a encore beaucoup de travail à faire dans le lac. Y compris le travail sur les erreurs. Il semblerait qu'il y ait un puits, il reste à descendre une sonde automatique et à explorer l'épaisseur et le fond du lac. Mais tout n'est pas si simple, il faut forer un nouveau puits avec un matériel différent et un liquide de remplissage qui ne contient pas de paraffine.

"Nous devons pratiquement repartir de zéro", explique Aleksey Ekaykin. "Nous avons besoin d'une nouvelle coque de forage en fer, et non en fer soviétique : le contact avec une eau oxydante aussi agressive est contre-indiqué, car elle rouille. Et la technologie d'une sonde automatique, dont nous avons besoin pour une véritable plongée dans le lac, n'existe pas encore."

Pour pénétrer dans les lacs, les explorateurs polaires auront besoin d'une sonde de plusieurs mètres de long, fabriquée dans des matériaux durables et modernes. Elle doit être équipée de capteurs, d'un échantillonneur et de chambres capables de fonctionner à basse température et à très haute pression. Le tout dans une coque de 10 centimètres de diamètre. Il n'existe pas en Russie de technologies permettant de répondre à ces exigences, qui sont plus strictes que dans l'industrie spatiale. C'est ainsi que des employés de l'Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg, qui porte le nom de B.P. Konstantinov, se sont rendus à la station Vostok avec un échantillonneur expérimental. Cet échantillonneur, qui porte le nom de l'Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg, a échoué à tous les tests. L'université des mines met au point des méthodes de forage d'un puits d'accès sans danger pour l'environnement, mais ces travaux n'en sont qu'à leurs débuts.

La poursuite de l'étude du lac nécessite non seulement des spécialistes qualifiés prêts à développer les technologies requises, mais aussi des milliards de roubles. Les solutions spatiales coûtent de l'espace : ce n'est pas sans raison que le projet de pénétration du lac Vostok est souvent comparé à un vol vers Mars en termes d'échelle.

De 1998 à 2013, les recherches sur le lac Vostok ont été financées par le budget de l'État dans le cadre du sous-programme Antarctique du programme fédéral cible (FTP) "Océan mondial". Le FTP a ensuite pris fin et les recherches ont été suspendues. Le gouvernement a préparé un projet de nouveau programme fédéral du même nom pour la période 2016-2031. Dans ce programme, plus de 8 milliards de roubles ont été alloués à la mise en œuvre de la première phase de six ans du sous-programme "Recherche antarctique intégrée", y compris les projets d'investissement et la recherche scientifique. Le concept du FTP a été approuvé en juin 2015, mais quelque chose a mal tourné.

- Dans un premier temps, le ministère des finances n'a pas trouvé de fonds, puis, fin 2016, la stratégie de développement scientifique et technologique de la Fédération de Russie a été approuvée, qui ne contient pas de mécanisme de soutien aux projets scientifiques tel qu'un programme fédéral ciblé. On ne sait donc toujours pas comment les grands projets en Antarctique, y compris la recherche sur le lac Vostok, seront mis en œuvre", déclare Alexander Klepikov, chef de l'Expédition antarctique russe (RAE).

Auparavant, les fonds de recherche pouvaient être obtenus grâce à des subventions de la Fondation russe pour la recherche fondamentale (RFBR) et de la Fondation scientifique russe (RSF), mais aujourd'hui ces voies ne sont plus disponibles. En outre, selon M. Klepikov, l'ampleur de l'étude sur le lac Vostok n'est tout simplement pas à la mesure de ce "petit" argent. Un tel projet nécessite un financement gouvernemental à long terme. Il est impossible de planifier des études à grande échelle sur le lac Vostok sans ce financement.

Cela ne signifie pas que les travaux ont été complètement interrompus : les scientifiques reçoivent le soutien de l'expédition antarctique russe pour les travaux en cours sur le puits existant. En outre, le programme de recherche sur la glace la plus ancienne de l'Antarctique a reçu une subvention de la Fondation nationale russe. Les scientifiques de l'AARI ont commencé à forer un autre puits pour obtenir une nouvelle carotte de glace ancienne. En janvier 2023, ils se sont arrêtés à 3 535 mètres, atteignant une glace vieille de 1,2 million d'années. La saison prochaine, ils prévoient de forer 75 mètres supplémentaires pour atteindre la glace du lac.

Ces études sont également importantes. Comme l'explique Vladimir Lipenkov, candidat aux sciences géographiques, chef du laboratoire AARI sur le changement climatique et l'environnement, grâce aux carottes, il a déjà été possible de reconstituer le climat de la Terre au cours des 440 000 dernières années et de confirmer le lien entre la dynamique du volume des gaz à effet de serre dans l'atmosphère et le changement climatique.

Mais globalement, le projet d'étude du lac Vostok est aujourd'hui gelé. Il y a quelques années, il était possible d'essayer de trouver une issue dans la coopération internationale (en 2001, des scientifiques américains avaient déjà mené des études de télédétection sur le lac, dont les données ont ensuite été combinées avec celles de leurs collègues russes), mais aujourd'hui, un tel scénario semble fantaisiste.