En Antarctique, le forage du lac sous-glaciaire Whillans est réussi

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Un forage qui se termine bien ! Dans le cadre du projet Wissard, une équipe américaine a tenté de forer la glace de la calotte Antarctique pour atteindre le lac Whillans. La tâche est accomplie, les échantillons sont remontés en surface et sont, à priori, non-contaminés. Retour sur la mission et son intérêt…

Qu’y a-t-il sous la calotte glaciaire de l’Antarctique ? Le pôle Sud est recouvert à 95 % de glace. Avec une épaisseur de presque 4 km, elle coupe la surface terrestre de tout contact avec l’atmosphère depuis des milliers d’années. Avant l’arrivée des satellites et des radars, personne ne soupçonnait la nature de ce qui se trouvait sous cette gigantesque masse de glace.

La structure la plus étudiée, mais probablement la plus mystérieuse de l’Antarctique, est l'énorme lac Vostok. Situé à 4 km de fond et d’une superficie de 15.690 km2, il est comparable au lac Ontario (à titre de comparaison, le lac Léman affiche 580 km2). S’il y a de la vie dans l’étendue d’eau, elle n’aurait pas vu l’atmosphère depuis des milliers d’années. Sous la calotte, Vostok n’est toutefois pas le seul lac. C’est un véritable réseau géant d’eau qui anime la surface terrestre du continent. Des centaines de rivières et lacs communiquent ainsi entre eux.

Une équipe scientifique américaine s’est intéressée au Lac Whillans, du côté ouest de l'Antarctique. Cette mission s’inscrit dans le projet Wissard (The Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling Project). L’objectif est alors de prélever des échantillons du lac sous-glaciaire situé à 800 m en dessous de la surface de la glace. Bien plus petit que Vostok, avec une superficie de 2 km2, ce lac appartient à un réseau de lacs qui, liés par des rivières, drainent jusqu’à l’océan.

Le dimanche 27 janvier, les membres du Wissard clament enfin leur réussite. Ils ont foré jusque dans le lac et prélevé des échantillons d’eau et de sédiments. «les capteurs capteurs sur le forage montrent une variation de pression de l'eau, ce qui indique que le trou de forage est relié au lac», expliquent les chercheurs sur leur blog. Les échantillons pourraient bien contenir de la vie microscopique. Celle-ci a évolué pour s’adapter aux conditions de vie sous la glace, c'est-à-dire une vie sans lumière et sans nutriment. Étudier ces possibles traces de vie permettrait de comprendre comment elle peut s’adapter à des conditions aussi extrêmes.

Comme pour la mission au lac Vostok, la grande préoccupation de l'équipe du Wissard fut d'empêcher la contamination des échantillons par des microbes. Elle a donc utilisé un système de forage par eau chaude : l’eau est sous pression et à 90°C. Toutefois, même à cette température, beaucoup de bactéries subsistent. Le tube de forage a donc été équipé d'un collier de rayons UV, un rayonnement qui tue 99,9 % des micro-organismes.

Les échantillons récoltés seront étudiés par diverses équipes du monde entier et de disciplines différentes. Au-dessus du lac, la glace se déplace. Le flux est étonnamment puissant. Large de 20 m, il se déplace d’un mètre par jour alors que les environs de la calotte ne se déplacent pas à plus d’un mètre par an ! Les microbes sous-glaciaires pourraient accélérer l'érosion des roches en libérant du silicium et du fer. «Je veux savoir comment ils aident à faire marcher la planète», explique Jill Mikucki, un des membres du Wissard.

«Le lac Whillans n'est qu'un des quelques centaines de lacs reliés entre eux», déclare Ross Powell, un autre membre du Wissard. « Il se remplit et se vidange tous les 5 à 10 ans. Nous voulons savoir ce qui cause ces cycles. En en sachant plus sur l’importance de la dynamique de la glace, nous comprendrons mieux les effets que le réchauffement climatique pourrait avoir sur le continent Antarctique», conclut-il.


Le continent antarctique est irrigué par un vaste réseau d'eau. Les points bleus sont les lacs (lake, en anglais) et les courbes bleues sont des rivières (rivers). Le lac Whillans est à l'ouest et le lac Vostok à l'est du continent. Les zones pourpres sont les zones en dessous du niveau de la mer. Zina Deretsky, NSF

Le trou de forage du lac Whillans, en Antarctique. La mission est réussie : les membres du Wissard ont foré, à l'aide d'eau chaude, la glace de la calotte et prélevé quelques échantillons d'eau et de sédiments. The Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling Project (Wissard)


FUTURA SCIENCES 30/1/2013

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Les eaux du lac sous-glaciaire Whillans, en Antarctique, abriteraient des bactéries. Elles seraient même actives malgré les 800 m de glace qui les surplombent et la température ambiante de -0,5 °C. Vont-elles fournir de précieuses informations aux astrobiologistes ?


L’Antarctique renferme un véritable réseau de cours d’eau et de lacs souterrains sous ses glaces, mais abritent-ils des formes de vie ? C’est pour répondre à cette question qu’une véritable course aux forages est en cours depuis plusieurs années sur ce continent gelé. Des chercheurs russes sont ainsi parvenus en février 2012 à atteindre le lac Vostok sous 3.768 m de glace, mais les informations diffusées durant ces derniers mois ne font état d’aucune découverte d’êtres vivants.


Une équipe américaine est depuis lors parvenue à atteindre le lac Whillanssur la côte ouest de l’Antarctique. Les chercheurs du projet Wissard (The Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling Project) ont traversé 800 m de glace grâce à un forage utilisant de l’eau chaude. Le lac s’étendrait sur une superficie d’environ 60 km² et, première surprise, aurait une profondeur avoisinant les deux mètres. Les études sismiques avaient plutôt laissé entrevoir des valeurs oscillant entre 10 et 25 m. Il n’est toutefois pas exclu que certains points précis de cette étendue d’eau soient plus profonds.


La suite des opérations n’a pas été de tout repos pour les 50 chercheurs menés par John Priscu de la Montana State University. Une fois un forage terminé, ils ne disposent en effet que de 48 h pour réaliser leurs prélèvements, l’eau du lac ayant ensuite tendance à geler dans le puits de 30 cm de diamètre. Les efforts de l’équipe n’ont pas été vains, puisque 30 litres d’eau et six carottes de sédiments longues de 60 cm ont été remontés en surface. Cerise sur le gâteau, un colorant a révélé la présence d’ADN au sein des échantillons. Des formes de vie ont donc été trouvées !


L’eau du lac contiendrait environ 1.000 bactéries par millilitre, ce qui représenterait grossièrement un dixième de l’abondance observée au sein des océans. Ces organismes ont ensuite été mis en culture dans des boîtes de Petri. Ils afficheraient des taux de croissance « relativement bons », selon John Priscu, ce qui prouve qu’ils sont vivants et surtout actifs. Les prélèvements vont maintenant être envoyés aux États-Unis, et dans quelques autres pays, afin de subir des analyses plus précises.


Des séquençages ADN sont notamment prévus pour identifier les bactéries et comprendre leur mode de vie. Elles vivent en effet dans le noir total et à une température de -0,5 °C. Les études préliminaires devraient durer un mois. Elles seront également mises à profit pour exclure toute contamination des échantillons par d'éventuels organismes exogènes véhiculés par le forage.



Les stratégies de survie de ces bactéries pourraient fournir d'importantes informations sur l’adaptation de la vie aux conditions extrêmes, mais pas seulement. De précieux indices pourraient être récoltés sur la biologie éventuelle de formes de vie extraterrestres. Europe, l’une des lunes de Jupiter, abriterait par exemple un grand océan sous sa surface, où certains organismes pourraient survivre
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Les bactéries vivant dans le lac Whillans sont probablement chimioautotrophes, puisqu’aucune photosynthèse ne peut avoir lieu dans cet environnement obscur. Elles produisent donc la matière organique en oxydant des composés inorganiques comme le soufre ou l’azote. Le carboneserait quant à lui fourni par le CO₂ présent dans l’eau. Il reste maintenant à attendre les résultats des études approfondies. L’aventure du lac Whillans est loin d’être terminée...


Ces sédiments ont été photographiés au fond du lac sous-glaciaire Whillans, en Antarctique, plus de 800 m sous la surface de la glace. Cette étendue d'eau a été découverte en 2007 par Helen Fricker (Scripps Institution of Oceanography) grâce à l'analyse de données fournies par le satellite IceSat. La zone couverte par la photographie mesure environ 15 cm de diamètre. Alberto Behar, JPL, ASU


FUTURA SCIENCES 14/2/2013

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Voici un peu moins d’un an, des scientifiques ont découvert la vie 800 m sous les glaces de l’Antarctique occidental. Le temps ayant fait son œuvre, nous savons désormais que 16 espèces d’archées se plaisent dans les eaux du lac Whillans, malgré les conditions extrêmes qui y règnent depuis seulement une dizaine d’années. D’ailleurs, elles abritent 100 fois plus d’êtres unicellulaires qu’initialement annoncé.

Des scientifiques américains ont percé la glace pour atteindre le lac Whillans, un lac sous-glaciaire gisant sous la calotte glaciaire de l'Antarctique à la recherche de la vie... NMANewsDirect 27/2/2013

   Ces sédiments ont été photographiés au fond du lac sous-glaciaire Whillans, en Antarctique, plus de 800 m sous la surface de la glace. Cette étendue d'eau a été découverte en 2007 par Helen Fricker (Scripps Institution of Oceanography) grâce à l'analyse de données fournies par le satellite IceSat. La zone couverte par la photographie mesure environ 15 cm de diamètre. Alberto Behar, JPL, ASU

Le 27 janvier 2013, les scientifiques du projet Wissard (The Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling Project) ont atteint leur objectif : parvenir au lac Whillans, près de 800 m sous les glaces de l’Antarctique occidental. Cette étendue d’eau sous-glaciaire couvre une surface de 60 km2 et, première surprise, ne fait que 1,5 m de profondeur en moyenne. Les études sismiques avaient plutôt laissé entrevoir des valeurs oscillant entre 10 et 25 m. Durant les deux jours qui ont suivi, soit avant que la glace ne colmate le puits de forage, 30 litres d’eau et six carottes de sédiments ont été remontés en surface.

A l'aide d'un petit robot sous-marin, de la taille d'une batte de baseball, les chercheurs ont pu avoir accès à un lac piégé dans la glace épaisse de l'Antarctique. Pour la première fois, des échantillons prélevés en février 2013 ont révélé des signes de vie. VideoFromSpace 1/3/2013

La nouvelle est tombée quelques jours plus tard : des êtres vivants ont été décelés à l’aide d’un colorant dans les prélèvements d’eau, près de 1.000 par millilitre selon la première estimation. Seulement voilà, parmi les 450 tonnes de matériel amenées sur le site de forage, rien ne permettait une analyse plus approfondie de ces organismes. Les échantillons ont donc été rapportés aux États-Unis, notamment à la Montana State University où travaille John Priscu, le leader de l’expédition.

   Le continent antarctique est irrigué par un vaste réseau d'eau. Les points bleus sont les lacs (lakes, en anglais) et les courbes bleues sont des rivières (rivers). Le lac Whillans est à l'ouest et le lac Vostok à l'est du continent. Les zones pourpres sont les zones en dessous du niveau de la mer. Zina Deretsky, NSF

Le 10 décembre dernier, ses premiers résultats ont été présentés au congrès d’automne de l’Union américaine de géophysique (AGU, pour American Geophysical Union). Plusieurs confirmations sont alors tombées, de même que quelques nouveautés parfois insoupçonnées concernant le lac et la communauté microbactérienne qu’il abrite.

L’eau du lac se caractérise ainsi par une température de -0,5 °C, une conductivité de 720 µS/cm et un pH de 8,1. Par ailleurs, elle est particulièrement riche en carbone organique dissous, mais pauvre en oxygène. D’après le ratio en isotope 18 de cet élément (δ18O), elle provient en majeure partie de la fonte des glaces, mais de l’eau de mer a déjà dû se déverser dans le lac. En effet, une salinité anormale et croissante avec la profondeur a été mesurée dans les 38 premiers centimètres de sédiments.

De plus, l’eau du lac reçoit chaque jour 3,5 kg de méthane en provenance de ces mêmes sédiments. Il reste maintenant à déterminer l’origine du gaz : production bactérienne fraîche ou libération d’anciennes réserves ? En parlant du passé… Les niveaux d’eau historiques du lac Whillans ont été reconstitués grâce aux carottes remontées en surface. Il s’est ainsi vidé et rempli deux fois depuis 2006, ce qui confirme sa nature active. En revanche, nouvelle surprise, il n’aurait pas plus de 10 ans.

Venons-en au cœur du sujet : la vie. D’après les nouvelles mesures, il n’y aurait pas 1.000, mais bien 100.000 êtres unicellulaires par millilitre d’eau. Ils ont été identifiés grâce au séquençage de leur ARN ribosomal 16S. Concrètement, la communauté observée dans l’eau se compose majoritairement de 16 espèces d’archées chimiolithotrophes. Elles produisent donc la matière organique en oxydant des composés inorganiques comme le fer, le soufre ou l’azote. Le carbone est quant à lui fourni par le CO2 présent dans l’eau.

Les sédiments abritent pour leur part une communauté différente, où seule une entité d’archée est présente. En revanche, des protéobactéries y ont été décelées en nombre. La présentation de ces résultats ne marque pas la fin des analyses, bien au contraire, car plusieurs inconnues subsistent sur l’adaptation de ces organismes à la vie en conditions extrêmes. Le chercheur prévoit d’ailleurs de retourner sur le site du forage durant l’été 2013-2014, dans l’optique de récolter de nouveaux prélèvements d’eau… et peut-être d’y trouver des cellules eucaryotes.

F - S 12 DEC 2013

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Paris (AFP) - Situé à 800 mètres sous la glace de l'Antarctique, plongé dans le noir et le froid, le lac Whillans est resté isolé de la surface pendant des milliers d'années. Des chercheurs viennent pourtant d'identifier près de 4.000 espèces de microbes dans ses eaux à 0°C.

L'analyse de l'eau et des sédiments remontés du lac Whillans révèle une "communauté microbienne" d'une étonnante complexité: de nombreuses bactéries composant ce bouillon de culture glaciaire sont capables d'exploiter les minéraux du sous-sol pour produire leur énergie et de puiser le carbone nécessaire à leur survie dans le CO2.

  Le glacier de Thwaites dans l'Ouest de l'Antarctique à une date inconnue (c) Afp

"Étant donné qu'on estime qu'il existe plus de 400 lacs subglaciaires et de nombreuses rivières sous la calotte polaire de l'Antarctique, de tels écosystèmes pourraient être monnaie courante", souligne l'étude publiée mercredi par la revue Nature (en anglais).

Les scientifiques cherchent depuis des décennies à déterminer si certaines formes de vie ont pu perdurer, voire évoluer séparément, sous les vastes étendues glacées de l'Antarctique. Une équipe russe avait ainsi réussi en février 2012, après deux décennies de forage, à atteindre le lac Vostok, grand comme le lac Ontario et situé dans l'un des endroits les plus inaccessibles de la Terre, à 3.769,3 mètres de profondeur dans l'est de l'Antarctique.

Un microbe forme cocciforme-avec une particule de sédiment attaché de lac sous-glaciaire Whillans en Antarctique. (Photo: Trista Vick-Majors)

L'analyse des échantillons remontés de ce lac, coupé du monde extérieur durant plus de dix millions d'années, avait initialement laissé penser à la présence de micro-organismes, dont certains peut-être encore inconnus. Mais il est apparu que les techniques de forage employées par les Russes avaient pu entraîner la contamination des échantillons - voire du lac lui-même - par des microbes venus de la surface, ce qui a jeté un doute sur la validité de ces analyses.

L'équipe du projet WISSARD, entièrement dédié à l'étude du lac Whillans, a donc voulu renouveler l'expérience en s'entourant de toutes les précautions pour éviter de "polluer" le lac.    
               
Les chercheurs, principalement de nationalité américaine, ont notamment utilisé un système d'injection d'eau chaude, filtrée et désinfectée aux rayons ultraviolets, pour creuser un puits de 60 cm de diamètre dans l'épaisseur de glace située au-dessus du lac. Et ils assurent avoir rigoureusement nettoyé leurs appareils et instruments avant chaque intervention.

Les foreurs ont trouvé un écosystème microbien se cachant sous 800 mètres de glace dans ce trou de 50cm de large dans la couche de glace de l'Antarctique. Alberto Behar / JPL / ASU et NSF / NASA

D'après leurs relevés, la profondeur du lac au point de forage était d'environ 2,20 m et la température de l'eau, provenant principalement de la fonte des glaces environnantes sous l'effet de la chaleur du sous-sol, était à peine inférieure à 0°C.

Une analyse génétique des micro-organismes présents dans l'eau du lac a permis d'identifier la présence de 3.931 microbes ou familles de microbes. Sur ce total, 87% ont pu être rattachés à la famille des bactéries et 3,6% sont classés dans celle des Archaea, aussi appelées "archéobactéries" bien que leurs mécanismes biologiques soient assez différents des bactéries. 793 organismes n'ont en revanche pas pu être classés.

Un grand nombre des microbes évoluant dans le lac Whillans semblent capables de réduire l'azote, le fer ou le soufre présents dans l'eau ou les sédiments rocheux pour produire leur énergie, indique l'étude.

"Enfouie sous 800 mètres de glace en Antarctique gît une partie encore inexplorée de notre biosphère. Le projet WISSARD a donné un aperçu de la nature de la vie microbienne qui pourrait se cacher sous plus de treize millions de km2 de calotte polaire", résume Brent Christner, principal auteur de l'étude, dans un communiqué de la Fondation nationale pour la science (NSF) américaine.

La découverte d'un écosystème riche et complexe dans un environnement apparemment aussi stérile que l'Antarctique "permet même de s'interroger sur l'existence de microbes mangeurs de roche sous la glace recouvrant des corps extraterrestres, comme Mars par exemple", estime, dans un commentaire publié séparément par Nature, le glaciologue britannique Martyn Tranter.

La Nasa a d'ailleurs elle aussi apporté son soutien au projet.

S et A 20août2014