Soixante ans de science polaire

British Antarctic Survey (BAS) fournit et permet une recherche interdisciplinaire de premier plan dans les régions polaires. Grâce à ses vastes capacités logistiques, BAS facilite l'accès de la communauté scientifique britannique et internationale aux opérations de recherche polaire du Royaume-Uni. Il célèbre cette année 60 ans de succès scientifiques.

Alors que son nouveau navire de recherche - le RRS Sir David Attenborough - est parti pour l'Antarctique pour une nouvelle saison scientifique, Elaine Fitzcharles, responsable principale du laboratoire, explique ce qu'impliquent la création et la gestion d'un laboratoire flottant à la pointe de la technologie.

Le Royaume-Uni a une longue histoire de découvertes et d'efforts scientifiques en Antarctique. Le British Antarctic Survey a été officiellement créé en 1962, mais sa taille et son champ d'action ont considérablement évolué depuis lors. Elle opère aujourd'hui à Cambridge, en Antarctique et dans l'Arctique.

La réalisation de recherches interdisciplinaires de premier plan dans les régions polaires nécessite des capacités logistiques et un savoir-faire étendus et spécialisés. BAS emploie environ 500 personnes dans des fonctions scientifiques, opérationnelles et de soutien, avec une expertise dans un large éventail de disciplines. Il possède cinq stations de recherche dans l'Antarctique, dont deux sur la Géorgie du Sud subantarctique, ainsi qu'une station de recherche dans l'Arctique financée par le NERC et gérée et exploitée par le BAS. Elle possède également de nombreux navires et véhicules, dont le Royal Research Ship - RRS Sir David Attenborough - renforcé contre les glaces, ainsi qu'une flotte d'avions et de véhicules spécialement adaptés. Son infrastructure de recherche polaire est au service de ses propres scientifiques et de ceux de la communauté scientifique internationale. Pour rester à la pointe de l'exploration dans ces régions, il faut également disposer d'un équipement de recherche de première qualité.

La science en mer

Le RRS Sir David Attenborough est l'un des navires de recherche polaire les plus avancés au monde. Ce navire ultramoderne est conçu pour soutenir la recherche scientifique dans des environnements extrêmes. Un large éventail d'installations scientifiques spécialisées, d'instruments et de laboratoires permet d'étudier l'océan, les fonds marins, la glace et l'atmosphère

Elaine Fitzcharles, directrice principale des laboratoires, supervise le développement et l'exploitation de tous les laboratoires du portefeuille de BAS. Avec son équipe, elle était chargée d'équiper les laboratoires du nouveau navire. Elle est maintenant responsable de la gestion de l'approvisionnement et du bon fonctionnement des laboratoires à bord pendant les expéditions.

"En termes d'installations, le RRS Sir David Attenborough est plus une station de recherche flottante qu'un navire de recherche", remarque-t-elle. "Sa capacité est étonnante. Nous disposons à bord d'installations que nous n'avions jamais eues auparavant. Et il peut rester en mer plus longtemps que n'importe lequel de nos autres navires, ce qui nous permet d'aller dans des zones où nous n'étions jamais allés auparavant.

"Le navire constitue une très bonne plateforme pour lancer des véhicules à distance, tels que des drones, des véhicules aériens sans pilote, des sous-marins automatiques, etc. "Ces véhicules peuvent atteindre des zones plus éloignées sans entraîner une augmentation significative de la consommation d'énergie, ce qui est essentiel pour nous

L'Antarctique est l'un des rares endroits de la planète où l'on peut encore trouver des choses naturelles que l'on n'a jamais vues auparavant.

"Il est extrêmement prometteur de pouvoir aller dans de nouveaux endroits, de pouvoir regarder sous la glace et de voir ce qu'il y a au fond de la mer", a déclaré Elaine. "En tant que biologiste, il est très excitant de savoir que nous avons la capacité de faire des choses que nous n'avons jamais faites auparavant grâce aux nouvelles installations à bord. Nos scientifiques peuvent effectuer davantage d'analyses sur le navire. Ainsi, nous pouvons désormais analyser du matériel frais, au lieu de devoir le conserver. Et les scientifiques peuvent optimiser la productivité de leur temps grâce à des croisières plus longues"

"L'équipement du navire a été intéressant pour moi, car j'étais auparavant habituée à travailler dans des laboratoires à terre", a-t-elle fait remarquer. "Il faut comprendre la terminologie liée aux navires, qui est totalement différente. De plus, il existe des règles et des règlements différents qui nécessitent parfois l'interprétation d'un expert."

Travailler sur les vagues

L'équipement du laboratoire a dû être soigneusement sélectionné et fixé en tenant compte des mouvements du navire. "L'une des principales considérations pratiques pour tout équipement est qu'il faut tenir compte des mouvements et des vibrations du navire", explique Elaine. "En tant que navire, c'est une plate-forme très stable, mais elle bouge quand même

Certains équipements ne peuvent pas être utilisés ou sont très difficiles à utiliser à bord d'un navire. Les balances, par exemple, ne sont pas pratiques parce qu'elles ne sont pas assez stables. Tout le matériel du laboratoire doit être fixé. Et tous les produits chimiques utilisés dans la recherche doivent être maintenus en place.

"C'est une autre façon de travailler qui demande beaucoup de préparation", explique Elaine. nous devons nous assurer que les scientifiques disposent de tout ce dont ils ont besoin au cours de l'expédition

En examinant attentivement leurs besoins et les défis auxquels leurs scientifiques sont confrontés, ainsi que les questions environnementales liées au travail dans le cadre du traité de l'Antarctique, BAS a acquis de l'expérience en matière de science durable.

"Nous sommes souvent contactés par d'autres scientifiques qui nous demandent ce qu'il y a de mieux à acheter en termes de consommables pour la durabilité et l'environnement", a déclaré Elaine. "Il y a certaines choses que nous ne pouvons pas emporter en expédition. Par exemple, le mercure élémentaire, utilisé dans certains thermomètres. Ce genre de choses ajoute un niveau de complexité à la planification de la science"

"L'une des considérations pratiques les plus importantes pour tout équipement est qu'il faut tenir compte des mouvements et des vibrations du navire

Un laboratoire compact

La taille et l'espace sont particulièrement limités sur un navire qui n'a pas la possibilité d'étendre physiquement ses installations. Même si le RRS Sir David Attenborough est beaucoup plus grand que les précédents navires de recherche du British Antarctic Survey (RRS Ernest Shackleton et RRS James Clark Ross), sa taille reste limitée.

"Nous devions nous assurer que nous utilisions au mieux l'espace dont nous disposons à bord pendant le développement, ainsi que dans l'utilisation quotidienne, et il était donc important d'équiper le laboratoire du navire de manière aussi compacte que possible", a déclaré Elaine. "En outre, nous avons délibérément préparé l'avenir. Ce navire est conçu pour servir la science pendant les 25 à 30 prochaines années. Nous devions donc nous assurer que nous incluions les bonnes choses pour son avenir"

Entretien du matériel de laboratoire dans un environnement marin L'entretien du matériel nécessite des considérations supplémentaires lorsqu'il s'agit d'un laboratoire en mer.

"Il n'est pas possible de faire venir un ingénieur sur le navire lorsqu'il est en expédition. Il faut donc s'assurer que les scientifiques à bord disposent de stocks suffisants de consommables, de pièces de rechange et d'entretien, ainsi que de manuels d'utilisation complets", explique-t-elle. "Il est essentiel de bénéficier d'un très bon soutien de la part des fournisseurs britanniques pour toute réparation qui pourrait s'avérer nécessaire pendant que les scientifiques sont en mer. L'équipage de notre navire est hautement qualifié, ses compétences sont donc disponibles à bord, mais il a besoin du soutien des fournisseurs pour savoir comment effectuer certaines réparations. Et si une pièce d'équipement tombe en panne, ils risquent de perdre toute une saison scientifique, ce qui est un coup dur. Ils doivent pouvoir être sûrs qu'ils seront en mesure de fournir des données scientifiques"

"La fiabilité est essentielle. Nous avons besoin de fournisseurs fiables. Nous devons savoir que les choses fonctionneront. Que les choses seront là où elles doivent être en cas de besoin. Nous devons pouvoir faire confiance à ce que nous envoyons à bord", a-t-elle poursuivi. "En fin de compte, nous sommes responsables de la protection de la sécurité des personnes, c'est pourquoi la fiabilité de tout est fondamentale

Accès restreint

Le défi le plus important pour Elaine et son équipe est la nécessité de travailler à distance - gérer la science depuis Cambridge, au Royaume-Uni, avec un accès limité au navire lui-même.

"Nous avons accès au navire deux fois par an lorsqu'il se trouve au Royaume-Uni", explique Elaine. "Nous devons nous assurer que nous avons tout planifié et préparé pour cet accès. En outre, nous apportons un soutien continu aux personnes à bord du navire et dans les stations, mais la distance est un défi. C'est ce qui rend les choses intéressantes, mais c'est aussi un défi. Nous sommes également confrontés à des restrictions météorologiques, qui peuvent nous obliger à modifier nos plans à la dernière minute

"En outre, COVID-19 a constitué un défi particulier, en ce sens qu'il a fallu déplacer des personnes d'un côté à l'autre de la planète", a-t-elle ajouté. "Nous subissons encore les effets de la pandémie et devons réfléchir à la manière de faire monter et descendre les gens et de les maintenir à l'abri de la COVID"

Matériel d'essai à bord

Le RRS Sir David Attenborough a effectué des essais scientifiques polaires afin de tester les capacités scientifiques du navire tout au long des mois de février et mars.

"Le navire a effectué des essais en eaux polaires cette année, ce qui signifie que les scientifiques à bord testeront les capacités du navire pour s'assurer que nous disposons de la meilleure plateforme scientifique possible pour l'avenir

À bord du navire se trouvent des experts en océanographie physique et en biologie pélagique et benthique profonde, qui étudieront respectivement la vie dans la colonne d'eau et la vie au fond de la mer. D'autres étudieront le "carbone bleu", c'est-à-dire le carbone capturé dans l'océan. Un autre groupe à bord du navire étudiera l'influence des traces de métaux, comme le fer, sur la biologie polaire. En outre, des données océanographiques seront recueillies tout au long de la saison de recherche en Antarctique, afin que BAS puisse observer l'évolution des courants et surveiller les changements de température et de salinité.

"Il s'agit surtout d'essayer de voir ce qui se passe en Antarctique, car cela a un impact sur le reste du monde", a déclaré Elaine. "Tout est lié d'une manière ou d'une autre au changement climatique, qu'il s'agisse de surveiller ce qui se passe ou d'étudier comment les choses ont changé ou comment elles peuvent s'adapter

"Nous collecterons de nombreux échantillons : de l'eau de mer, des sédiments du fond marin et tous les invertébrés présents dans l'eau. Il arrive que nous trouvions des poissons, mais il s'agit surtout d'invertébrés marins. Nous devons savoir ce que nous avons pour comprendre l'écosystème actuel", explique Elaine. "Nous ramènerons également des stations tout ce qui est collecté tout au long de l'année : des plantes, davantage de sédiments, des matériaux tels que des plumes d'oiseaux marins, des échantillons de phoques, tels que des excréments, et du guano de pingouin. Et bien sûr, nous ramènerons aussi de la glace cette fois-ci"

Préserver les échantillons

Pour les analyses plus complexes, de nombreux échantillons doivent être conservés et ramenés au Royaume-Uni, ou ailleurs dans le cadre d'autres collaborations internationales, en vue d'une étude plus approfondie.

"Nous devons ramener des échantillons à -80°C car les organismes de l'Antarctique sont très bien adaptés à la vie dans le froid. Le stockage à -20°C ne désactive pas leurs enzymes et l'échantillon se dégrade", explique Elaine. "Certains organismes peuvent être encore vivants à -20°C (en état d'hibernation). Il est donc vital pour nous de pouvoir conserver les échantillons à -80°C, d'autant plus que des analyses plus poussées sont désormais nécessaires"

"Comme nous avons investi beaucoup de temps et d'argent pour que les gens collectent ces échantillons, nous devons nous assurer que nous pouvons fournir les meilleures conditions pour les ramener au Royaume-Uni", a-t-elle ajouté. "Nous avons besoin d'une fiabilité à toute épreuve. Lorsque nous avons choisi les congélateurs à 80°C pour le laboratoire du navire, nous avons recherché l'efficacité énergétique et les doubles compresseurs pour une fiabilité maximale des performances, car en cas de problème, nous sommes limités dans ce que nous pouvons faire. L'efficacité énergétique est essentielle pour nous, et le système à double compresseur offre une sécurité supplémentaire

BAS possède au moins deux décennies de matériel stocké dans des congélateurs à -80°C. "Je pense que le matériel le plus ancien que nous ayons est celui qui est le plus vieux.

"Je pense que le matériel le plus ancien que nous ayons date d'environ 20 ans", explique Elaine. "C'est donc beaucoup de science que nous conservons ! C'est un dossier important. Il reflète la valeur de ce que les gens font en termes d'études de surveillance à long terme pour vraiment comprendre comment les organismes de l'Antarctique en particulier sont affectés par les changements de température et les changements dans les niveaux de CO2, explorer comment ils affectent leur métabolisme, et étudier leur génétique pour essayer de comprendre l'impact sur les espèces clés, comme le Krill"

"Le krill est à la base de la chaîne alimentaire de tous les prédateurs supérieurs et c'est un domaine vital dans lequel nous menons de nombreuses recherches à long terme", poursuit-elle. "Les échantillons doivent revenir à -80°C, sinon ils se dégradent. Ils se dégradent dès que vous les sortez du congélateur. Le fait de pouvoir ramener du matériel et de le stocker à -80°C nous a permis de réaliser des travaux scientifiques que nous n'aurions pas pu faire autrement en raison des organismes avec lesquels nous travaillons."

Stockage pour une valeur scientifique maximale

Le RRS Sir David Attenborough a à son bord des ingénieurs maritimes, des gestionnaires de données et des spécialistes de l'informatique, qui veillent à ce que le navire donne le meilleur de lui-même. Et que tout ce qui est collecté, des échantillons aux données du site ...., est correctement stocké, afin d'en tirer le maximum de valeur scientifique.

"Pour faire fonctionner quelque chose à cette échelle, il faut une équipe complète et diversifiée pour s'assurer que l'on obtient le meilleur rapport qualité-prix pour ce que l'on fait", a déclaré Elaine. "Nous devons veiller à bien nous intégrer aux différentes équipes et aux fournisseurs, mais c'est une période très, très excitante pour nous de voir le navire et l'équipe réaliser leur potentiel