Expériences

Science dans l’océan profond

développé par des écoliers et exécuté par des scientifiques lors d'une croisière

Le but d'une expérience scientifique est de trouver des réponses à des questions spécifiques. Souvent, une expérience dure longtemps, est très compliquée et coûteuse. Nous vous présentons en détail certaines des expérimentations que nous avons menées lors de précédentes expéditions et de nouvelles expérimentations qui seront menées lors de cette campagne SOI en 2023.

Classe 5A (élèves de 14 à 15 ans, professeur Ulrike Randl-Gadora), AHS Rahlgasse, Vienne, Autriche

Les animaux des sources hydrothermales - Mangeurs de viande ou Amateurs de feuilles?

Contexte : Les animaux vivant au niveau des sources hydrothermales profondes de la dorsale de l'Est du Pacifique sont bien connus. Environ 50 espèces de vers à soies (Phylum Annélide, famille des polychètes), d'escargots (Phylum Mollusque, famille des gastéropodes), quelques moules et palourdes (Phylum Mollusque, famille des bivalves) et quelques crustacés (Phylum Arthropode, famille des crustacés) sont décrits dans Desbruyeres D., Segonzac M., Bright M. 2006. Handbook of Deep-Sea Hydrothermal Vent Fauna. 2e édition. Denisia 18, Landesmuseum Linz, Autriche pp. 554. Le régime alimentaire des animaux des cheminées hydrithermales est basé sur la chimiosynthèse. Certains animaux broutent les tapis de bactéries chimiosynthétiques, d'autres sont des filtreurs et collectent les bactéries dans l'eau. Il y a beaucoup de prédateurs qui se nourrissent d'animaux ou de charognards qui se nourrissent d'animaux morts. D'autres ne sont apparemment pas difficiles et se nourrissent d'animaux morts ou vivants. En raison de l'absence de lumière dans les grands fonds, aucune plante n'y vit. Par conséquent, nous pensons que les animaux sont carnivores plutôt que végétariens, car c'est la nourriture qu'ils connaissent. De plus, nous pensons que les animaux préfèrent les graisses et les protéines aux glucides, tout simplement parce que les glucides d'origine animale sont plutôt rares. Étant donné que les protéines sont principalement utilisées comme éléments constitutifs du métabolisme et qu'elles ne sont décomposées comme source d'énergie que lorsque les glucides et les lipides ne peuvent plus être métabolisés, nous supposons que les animaux préfèrent également les lipides (même si nous, les humains, préférerions manger un steak plutôt qu'un morceau de graisse de porc). En fin de compte, plus la nourriture est proche, plus vite ils la trouveront, non pas avec leurs yeux (qui sont inutiles dans l'obscurité) mais par l'odorat.

Hypothèse 1: Nous émettons l'hypothèse que les animaux des sources hydrothermales profondes préféreront la viande aux plantes.

Hypothèse 2: Nous supposons que les animaux des sources hydrothermales profondes préfèrent les graisses aux protéines plutôt qu'aux glucides.

Hypothèse 3: Nous émettons l'hypothèse que les animaux des sources hydrothermales profondes trouveront la nourriture d'autant plus rapidement qu'elle est proche.

Matériel et méthodes: Nous utilisons deux grilles de four de cuisine et nous plaçons sur chacune d'elles trois produits animaux et trois produits végétaux que nous fixons à l'aide de colliers de serrage. Un poids en plomb de 0,5 kg est fixé à chaque coin de la grille. Nous utilisons également un couvercle de seau en plastique étiqueté (déjà préparé à Vienne). Le couvercle est fixé à la grille à l'aide de cordes avant d'être déployé. La grille du four de cuisine, le plomb, la corde et les couvercles de seaux seront expédiés de Vienne au Costa Rica.

Les denrées alimentaires suivantes seront achetées à Puntarenas, au Costa Rica, avant l'embarquement et conservées dans un réfrigérateur jusqu'au déploiement : Couenne de porc animale (graisse), viande musculaire (protéine), foie ( glucides), graisse de coco végétale ou noix du Brésil (graisse), lentilles ou haricots (protéine), pomme de terre (glucides).

Avant d'être déployées dans le cratère du volcan à 2500 m de profondeur, les deux grilles contenant les aliments seront fixées sur la plate-forme du ROV SuBastian. L'une des grilles sera déployée dans une zone du site hydrothermal avec beaucoup d'animaux, l'autre sur du basalte nu à quelques mètres de distance. Le déploiement sera filmé et des photos seront prises. Il est prévu de visiter le site quelques heures après le déploiement et au cours des jours suivants. La fin des expériences dépend 1) de la rapidité avec laquelle les animaux trouvent la nourriture et la mangent et 2) de la fréquence à laquelle il sera possible de visiter ce déploiement. À la fin, les scientifiques utiliseront l'échantillonneur à succion multi-chambres du ROV pour collecter tous les animaux sur chaque aliment séparément. Dans le laboratoire à bord du navire, les animaux seront fixés dans de l'éthanol et renvoyés à Vienne pour le comptage des animaux et l'identification des espèces animales par les élèves de la classe 5A.

Restez à l'écoute

École élémentaire Ciril Kosmač Piran (élèves de 7 à 8 ans, enseignants Vika Kuštrin) Piran, Slovénie en collaboration avec la station de biologie marine de Piran, l'Institut national de biologie et leurs activités COI-UNESCO

Les haricots magiques dans les profondeurs de la mer

Dans le célèbre conte, les haricots magiques se transforment en une énorme plante qui s'élève jusqu'aux nuages (Jack et le haricot magique). Voyons si nos haricots font de même au fond de l'océan.

Contexte:

Nous savons que la germination des graines de haricots prend environ une semaine. On peut soit les mettre directement dans la terre, soit les placer entre des couches de papier et humidifier le papier. Elles germeront seulement à une température chaude, c'est pourquoi les graines ne doivent pas germer lorsqu'il fait trop froid. Il faut environ une semaine pour que les haricots germent.

Le 16 mars 2011, le navire MS Oliva s'est échoué sur l'île Nightingale dans l'océan Atlantique. Après le sauvetage de tous les membres d'équipage, le navire s'est brisé quelques jours plus tard. La cargaison était composée de 60 000 tonnes de graines de soja. Une grande quantité de pétrole s'est déversée dans l'océan, causant de graves dommages à l'environnement. Des haricots ont également été déversés dans l'océan, mais ce qu'il en est advenu n'a pas été décrit plus avant. Six mois plus tard, des plongeurs ont trouvé des zones de haricots pourris dans l'épave du navire.

On ne sait pas si les haricots peuvent germer dans l'eau de mer. On ne sait pas non plus s'ils germent à haute pression dans les profondeurs de la mer.

Hypothèse: Les haricots ne germeront pas dans l'eau froide des grands fonds, mais germeront dans l'eau chaude des grands fonds.

Matériel et méthodes: Nous placerons les haricots entre des couches de papier, puis nous les placerons dans des sacs fabriqués à partir de collants. Pour le déploiement avec le ROV, nous attacherons un plomb de plongée à ce sac à l'aide d'une corde, et pour trouver le sac, nous attacherons le couvercle d'un seau en plastique à une deuxième corde. Deux de ces sacs seront déployés, l'un dans l'eau chaude des sources hydrothermales et l'autre dans une zone froide. Nous laisserons les sacs dans les grands fonds pendant une dizaine de jours. Comme contrôle, nous placerons également des haricots entre des couches de papier, nous les humidifierons soit avec de l'eau de mer soit avec de l'eau douce et nous les laisserons à température chaude dans le laboratoire. Une autre série sera placée au réfrigérateur.

Voyons ce qui se passe avec les haricots dans les grands fonds et comparons-les aux haricots du laboratoire.

Restez à l'écoute

École élémentaire Barbaraschool (élèves de 10 à 11 ans, enseignante Isabel Spruijt) Bunnik, Pays-Bas en collaboration avec l'Institut royal néerlandais pour la recherche marine (NIOZ) 

Partie I : Sous pression!

Contexte:

Notre corps est adapté à la pression atmosphérique sur Terre, qui est de 1 bar au niveau de la mer. Vous avez peut-être déjà ressenti un changement de cette pression lorsque vous êtes assis dans un avion et que vous sentez un "plop" dans vos oreilles, car la pression de l'air au niveau de votre oreille interne diminue au fur et à mesure que vous montez. Lorsque vous sautez dans une piscine et que vous plongez au fond de l'eau, la pression augmente avec la profondeur de l'eau et vous pouvez également le sentir: vos oreilles peuvent commencer à vous faire mal lorsque l'eau pousse contre votre oreille interne.

Dans la mer, la pression augmente d'un bar tous les 10 mètres, ce qui est considérable, car l'eau est beaucoup plus lourde que l'air. Les animaux qui vivent dans les profondeurs marines sont adaptés à cette pression énorme. Lorsque nous réalisons nos expériences scientifiques en profondeur avec des sous-marins ou des robots, les matériaux doivent être suffisamment solides pour résister à la pression de l'eau. Mais quelle est la solidité des matériaux? Qu'arrive-t-il aux matériaux de la "vie quotidienne" lorsqu'ils sont exposés aux profondeurs de nos océans?

Hypothèse: Les matériaux remplis d'air sont détruits par la pression de l'eau qui les comprime. Les matériaux solides restent intacts car ils ne sont pas comprimés par la pression de l'eau.

Matériel et méthodes: Nous avons pensé à des matériaux de la vie quotidienne et nous voulons savoir ce qu'il advient d'eux sous la pression de l'eau. Les matériaux que nous voulons tester sont : un ballon rempli d'air, une balle de ping-pong, un œuf cru, un œuf cuit, des pâtes, des oursons en gélatine et des guimauves.

Nous voulons monter ces matériaux sur la plate-forme du ROV et les filmer avec la caméra du ROV pendant qu'il descend à 2500 mètres de profondeur. Voyons ce qu’il se passe!

Partie II : Cuisinier dans les profondeurs de l'océan

Contexte: Les fluides des cheminées hydrothermales peuvent atteindre des températures très élevées, en particulier dans les fumeurs noirs, où des températures supérieures à 300 degrés Celsius peuvent être mesurées.

Hypothèse : Il est possible de faire cuire un œuf, des pâtes ou un marshmallow dans les fluides chauds des cheminées.

Matériel et méthodes: Dans la première expérience, nous voulons savoir si un œuf non cuit, des guimauves et des pâtes peuvent résister à la forte pression. Si c'est le cas, nous plaçons les aliments dans un filet d'acier monté sur une poignée en acier. Le manipulateur du ROV tient alors la poignée en acier avec le treillis métallique attaché qui est rempli d'aliments pendant 10 minutes dans les fluides chauds de la cheminée hydrothermale. De retour à bord du navire, nous ouvrirons l'œuf et goûterons la guimauve et les pâtes pour vérifier qu'elles sont bien cuites. Bon appétit!

La levure voit l’océan profonde (d’une campagne antérieure)

Contexte: Nous connaissons la levure car nous l'utilisons pour cuire du pain, pour brasser de la bière et pour faire du vin et tout cela depuis déjà quelques milliers d'années. Cependant, le fait que les levures soient des organismes vivants a été décrit pour la première fois par Louis Pasteur (1822-1895) dans son livre "Études sur la bière". Les levures sont des champignons unicellulaires, qui atteignent une taille de 10 micromètres (un centième de millimètre). Les levures sont hétérotrophes, ce qui signifie qu'elles mangent de la matière organique (sucre, protéines, matières grasses) produite par d'autres créatures. Elles utilisent l'oxygène pour décomposer le sucre en eau et en dioxyde de carbone et ils utilisent l'énergie libérée pour leur métabolisme. S'il n'y a pas d'oxygène autour, les levures peuvent vivre au moins pendant un certain temps et avec moins de division cellulaire. Ensuite, les levures transforment le sucre en alcool éthylique moins riche en énergie (au lieu de l'eau) et en dioxyde de carbone. C'est ce qu'on appelle la fermentation. Nous utilisons le dioxyde de carbone par exemple pour faire lever la pâte à pain ou pour aérer une boisson. La levure elle-même nous fournit de la vitamine B. Les extraits de levure sont utilisés comme exhausteur de goût dans les aliments. En biotechnologie, des extraits de levure stériles sont utilisés comme milieux de culture pour d'autres types de champignons ou de bactéries. Les levures se reproduisent soit par bourgeonnement et division cellulaire (asexuée), soit elles produisent des spores (sexuées).

Hypothèse : Nous avons émis l'hypothèse que la levure survivrait dans les profondeurs marines, au moins pendant quelques heures.

Matériel et méthodes : Nous avons mis de la pâte à pain contenant de la levure vivante dans un récipient et l'avons monté à l'extérieur du submersible. La plongée a duré 8 heures, la levure était à 2500 mètres de profondeur pendant 5 heures. Après la plongée, le cuisinier du navire a fait du pain à partir de la pâte pour voir si du pain peut être fait de cette pâte indiquant que la levure survivait à la pression et aux conditions froides en océan profond.

Résultats : Le cuisinier a pris la pâte que nous avons récupérée et a immédiatement ajouté de la farine pour faire du pain. Nous l'avons tous goûté et nous avons constaté qu'il n'était pas aussi aéré et moelleux que du pain normal, mais qu'il avait le goût du pain.

Conclusion: La levure ne meurt pas à cause de la haute pression ou de l'obscurité ou des basses températures. Du moins pas dans les 5 heures. De plus, l'eau de mer salée ne nuit pas à la levure.

Nous avons appris que les sacs en plastique ne conviennent pas comme emballage en haute mer, car ils se cassent. De plus, la pâte a levé pendant le voyage vers les grands fonds.

Probablement même plusieurs fois et c'est toujours mauvais pour la pâte comme nous l'a dit le cuisinier. La pâte était relativement petite quand nous l'avons sortie du frigo. La température extérieure était déjà de 25°C au petit matin. La température de l'eau à la surface était de 28°C. Cette température diminue continuellement avec l'augmentation de la profondeur, mais la levure a eu le temps de s'activer lors de la fixation du sac à Alvin, lors de la descente et de la remontée du submersible et lors de la récupération en fin de plongée.

L'expérience du polystyrene expansé (d’une campagne antérieure)

Contexte: La polystyrène expansé est un matériau synthétique, mis sur le marché par la société allemande BASF dès 1951. Les matériaux de base sont de petites perles de polystyrène, qui sont obtenues à partir de pétrole brut selon un procédé très compliqué. Les perles sont formées à l'aide d'un agent moussant et de la chaleur et se transforment en petites pastilles. Ces pastilles peuvent être forcées dans presque n'importe quelle forme avec de la chaleur et de la pression. La mousse de polystyrène complète comprend 98 % d'air. Il convient très bien comme matériau d'emballage et d'isolation. de nombreux objets de la vie quotidienne sont fabriqués à partir de polystyrène. Par exemple, des décorations et des gobelets de fête.

Hypothèse: Nous avons émis l'hypothèse que les gobelets en polystyrène changent sous la pression.

Matériel et méthodes: Pour savoir ce qui se passe avec les gobelets en polystyrène sous pression, nous avons emporté certains de ces gobelets avec nous dans les profondeurs. Pour garder leur forme, nous les bourrons étroitement avec des serviettes en papier. Le pilote du submersible a fixé l'une des tasses sur le panier d'Alvin et a pointé une caméra dessus, avant la plongée.

Résultats et conclusion: Les gobelets en polystyrène sont devenus considérablement plus petits sous haute pression. Cela s'est produit parce que l'air s'est comprimé lorsqu'il était sous pression lors de la descente du submersible. Notez que les liquides et les solides ne sont pas comprimés par la pression, tandis que les gaz réagissent différemment.