Les profondeurs insondables des océans ont toujours fasciné l'humanité, et parmi les formations géologiques les plus emblématiques de ces abysses se trouvent les fosses océaniques. Ces structures remarquables, véritables cicatrices de la Terre, représentent les parties les plus profondes de la surface de notre planète. Elles ne sont pas de simples creux, mais des témoins actifs des forces colossales qui sculptent notre globe. Particulièrement nombreuses et profondes dans le Pacifique, ces tranchées sous-marines offrent des conditions extrêmes qui poussent la vie à s'adapter de manière surprenante et constituent des laboratoires naturels pour les scientifiques.
Définition et Concept Fondamental des Fosses Océaniques
Une fosse océanique est une dépression sous-marine profonde présente dans les zones où une plaque tectonique, généralement plus dense, plonge sous une autre plaque, moins dense, avant de s’enfoncer dans le manteau terrestre. Plus précisément, il s'agit d'une tranchée allongée faite de dépressions relativement étroites du fond marin. Ces fosses sous-marines sont des dépressions topographiques du fond marin, toutes hémisphériques, longues mais étroites. Elles se distinguent d'autres formations géologiques sous-marines telles que les seuils ou les crêtes marines, qui, à l'opposé, représentent des élévations du fond.
Ces tranchées étroites et profondes sont généralement attachées aux frontières continentales ou se trouvent à proximité d'arcs d'îles volcaniques, une configuration fréquemment observée dans le Pacifique. Comprendre la nature de ces fosses nécessite de saisir le concept de la lithosphère. Selon la définition des géologues et des géographes, la lithosphère est la couche externe de la croûte terrestre. Formée de plaques mobiles, elle peut être continentale ou océanique, leur composition minéralogique constituant la principale différence entre elles. Les fosses océaniques sont donc des caractéristiques distinctives de la morphologie de convergence des frontières de plaques tectoniques.
Mécanismes de Formation : La Tectonique des Plaques et la Subduction
La formation d'une fosse océanique est une conséquence directe de la tectonique des plaques, le processus dynamique qui décrit l'ensemble des déplacements des plaques situées sur la lithosphère et qui est à l'origine de la fameuse dérive des continents, une théorie élaborée par Wegener. Pour qu'une fosse océanique se crée, il est nécessaire qu'il y ait une zone de subduction. Autrement dit, il s'agit d'une marge active représentant la limite de plaques tectoniques convergentes. Dans ce scénario géologique complexe et essentiel, une plaque océanique plonge sous une autre plaque, déclenchant ainsi un processus complexe et fondamental.
Les plaques tectoniques sont constamment en mouvement, un cycle qui commence par leur naissance au niveau des dorsales océaniques. En s'éloignant de ces zones de création et en vieillissant, leur densité augmente progressivement. Lors d'une collision entre deux plaques, celle qui possède la densité la plus élevée glisse sous la seconde, c'est ce phénomène que l'on appelle la subduction. La présence de fosses océaniques marque précisément les zones où ce phénomène a lieu. Ainsi, quand deux plaques se rencontrent, elles forment une zone de subduction en se chevauchant. Une fosse océanique se crée donc lorsqu’une plaque plongeante entraîne avec elle le bord d’une autre plaque.
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Le long des frontières de plaques convergentes, les plaques se déplacent ensemble à des vitesses qui varient de quelques millimètres à plus de dix centimètres par an. Une tranchée océanique marque la position où la flexion de la dalle de subduction commence à descendre sous une autre dalle lithosphérique. Ces tranchées sont généralement parallèles à un volcan en forme d'arc insulaire, et se situent typiquement à environ 200 km de cet arc volcanique. Ce mécanisme explique pourquoi les zones les plus profondes de l'océan ne se trouvent pas en son centre, mais le long des côtes d'îles volcaniques ou de continents.
Localisation Géographique et Activité Sismique
Comme mentionné précédemment, une fosse océanique se situe là où une plaque de lithosphère océanique plonge sous une autre plaque de moindre densité. On les retrouve le long de certains continents et en bordure des archipels volcaniques. La présence d’une fosse océanique implique par ailleurs une forte activité sismique. En effet, les fosses océaniques sont la cause d’une grande partie des séismes qui se produisent au niveau mondial, un phénomène également observé le long des dorsales océaniques et des chaînes de montagnes.
Les fosses océaniques majeures se situent majoritairement le long de la "ceinture de feu" du Pacifique, une zone caractérisée par une intense activité sismique et volcanique. Ces régions sont scrutées de près par les géographes, géologues et sismologues en raison de leur importance pour la compréhension des dynamiques terrestres et la prévision des risques naturels. C’est donc dans la zone du Pacifique que l’on retrouve les fosses océaniques les plus profondes, plusieurs d'entre elles atteignant même des profondeurs maximales de plus de 10 000 mètres.
La Fosse des Mariannes : Record de Profondeur et Spécificités
Parmi toutes les fosses océaniques, la fosse des Mariannes est sans conteste la plus célèbre et la plus profonde actuellement connue. Cette immense dépression sous-marine est située dans la partie ouest-nord-ouest de l'océan Pacifique, environ 200 km à l'est des îles Mariannes, desquelles elle tire son nom. Ses coordonnées géographiques pour l'endroit le plus profond sont 11° 19′ 48″ N, 142° 11′ 57″ E, à proximité de l'île de Guam. L'ensemble de la fosse présente une forme de croissant orientée nord-sud, mesurant environ 2 550 km de long et 70 km de large.
Le point le plus bas de la fosse des Mariannes, baptisé "Challenger Deep", est l'endroit le plus profond du monde. Sa profondeur a été mesurée plusieurs fois, et les estimations varient. Selon les relevés les plus récents, en 2010, le Challenger Deep atteint une profondeur de 10 984 ± 25 mètres. D'autres mesures ont donné des valeurs similaires, avec des estimations allant de 10 900 m à 11 034 m. Le résultat de 10 994 ± 40 mètres fut obtenu avec une marge d'erreur bien plus précise que les estimations précédentes qui donnaient moins de 10 100 mètres. La fosse océanique des Mariannes a une profondeur record de 10 984 m (± 25 mètres) dans l'océan Pacifique, remplaçant l'ancienne mesure de 10 924 m. Actuellement, la fosse océanique la plus profonde est la fosse des Mariannes avec 11 033 mètres de profondeur, selon certaines sources.
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Pour mieux appréhender cette profondeur abyssale, il est utile de la comparer aux sommets terrestres. Sachant que l’Everest culmine à 8 848 mètres d’altitude (ou 8 050 mètres selon une autre mesure citée), cela signifie que le mont Everest pourrait être entièrement englouti dans la fosse des Mariannes, avec encore près de deux kilomètres d'eau au-dessus de son sommet.
La formation de la fosse des Mariannes est un exemple parfait de subduction. Elle résulte de la subduction de la plaque pacifique sous la plaque philippine, un processus qui a donné naissance à cette immense dépression de 2 500 km de long. La densité de la plaque pacifique, âgée de 180 millions d'années à cet endroit, est tellement élevée qu'elle s'enfonce dans le manteau terrestre quasiment à la verticale.
Une cartographie récente et détaillée de la fosse a révélé des spécificités inattendues. Elle a notamment apporté une image à plus grande résolution de cette région, avec une surprise notable : la présence de quatre « ponts » dans la fosse. Les études précédentes, utilisant notamment des satellites, n'en avaient révélé qu'un seul. Le long de la fosse, ces massifs, qui barrent transversalement le canyon, peuvent dominer le plancher océanique de plus de 2 500 mètres. Sur la carte, ils apparaissent au pied de hauts massifs rocheux, côté plaque pacifique. Ils pourraient correspondre à d'anciens monts sous-marins installés sur cette plaque. Lors de la subduction, la plaque chevauchante racle littéralement celle qui s'enfonce, créant ces formations géologiques complexes.
Histoire de la Découverte et de l'Exploration des Abysses
La fosse des Mariannes a été découverte pour la première fois en 1875, durant l'expédition historique du Challenger. Cette expédition, menée à bord du navire de la Royal Navy le HMS Challenger (cinquième du nom), fut la toute première campagne océanographique d'envergure mondiale. Pendant quatre ans, le Challenger a sillonné les océans, parcourant 120 000 km. Tous les 220 km, les navigateurs utilisaient un total de 420 km de corde, qui était à l'époque le seul moyen de calculer la profondeur des fonds marins, jetant les bases de la cartographie bathymétrique moderne.
La fosse a ensuite été étudiée de manière plus exhaustive en 1951 par le HMS Challenger II (parfois désigné comme le HMS Challenger, 7e du nom), lors d'une expédition dirigée par Thomas Frohock Gaskell. C'est cette expédition qui a donné le nom anglais au point le plus bas de la fosse, « Challenger Deep », en référence au navire. Sa profondeur fut alors mesurée par écho sondage, donnant un résultat de 10 900 m aux coordonnées 11° 19′ N, 142° 15′ E.
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Les mesures de profondeur ont continué d'évoluer avec les avancées technologiques. En 1957, le vaisseau de l'Union soviétique Vityaz a annoncé une profondeur maximale de 11 034 m, un record qui fut surnommé "Mariana Hollow", mais cette profondeur n'a jamais pu être détectée à nouveau et ne peut donc être considérée comme exacte. En 1962, le Spencer F. Baird a enregistré 10 915 m comme profondeur maximale, suivi en 1984 par des Japonais à bord du Takuyo, qui ont relevé une profondeur de 10 924 m. Plus tard, le 24 mars 1995, la sonde sous-marine japonaise Kaikō a relevé une profondeur de 10 911 m, et le 31 mai 2009, le ROV Nereus a atteint une profondeur d’environ 10 902 m.
L'exploration de ces profondeurs a également inclus des expéditions habitées audacieuses. Le 23 janvier 1960, une étape majeure a été franchie lorsque, à bord du bathyscaphe Trieste, le Suisse Jacques Piccard, fils d'Auguste Piccard (l'inventeur du bathyscaphe), et le lieutenant de l'US Navy Don Walsh ont atteint le fond de la fosse à 13h06, après une descente de 4 heures et 30 minutes. Les instruments de bord ont initialement indiqué une profondeur de 11 521 m, une valeur qui fut par la suite revue à la baisse à 10 916 m.
Des décennies plus tard, le 25 mars 2012, le célèbre réalisateur James Cameron est devenu le premier homme à explorer seul la fosse des Mariannes. Il a plongé à bord de son mini sous-marin de 8 m de long, le Deepsea Challenger, surnommé « la torpille verticale », atteignant une profondeur de 10 898 m. Âgé de 57 ans, Cameron a passé plusieurs heures à explorer le fond, devenant ainsi le troisième homme à avoir atteint ce point le plus profond de la Planète, et le premier en solo. L'appareil, fruit de huit années de recherches, a été conçu pour descendre à une vitesse de 150 m/min (soit 9 km/h), effectuant la descente en 2 heures et 36 minutes, et une remontée plus rapide en 70 minutes. Les pourtours du sous-marin Deepsea Challenger ont été filmés en trois dimensions durant l'intégralité de la plongée, et de nombreux échantillons géologiques et biologiques ont aussi été récoltés.
Plus récemment, le 10 novembre 2020, la Chine a marqué l'histoire de l'exploration sous-marine. Le submersible Fendouzhe, dont le nom signifie « combattant » en chinois, est descendu jusqu'au fond de la fosse à 10 909 m avec trois scientifiques à son bord. Pour la première fois, des vidéos ont été retransmises en direct à la télévision centrale de Chine, offrant au monde un aperçu inédit de cet environnement extrême.
Un Environnement Extrême : Pression et Vie Abyssale
Les fosses océaniques représentent un environnement d'une hostilité inimaginable pour la plupart des formes de vie. L'un des facteurs les plus contraignants est la pression hydrostatique colossale. Au niveau de la mer, la pression est d'environ 1 atmosphère (1 atm = 1 013,25 mbar = 1 013,25 hPa, soit environ 1 atmosphère technique). Or, tous les dix mètres de descente dans l'océan, la pression augmente d'environ 1 atmosphère technique. Cela signifie qu'à 11 000 mètres de profondeur, comme c'est le cas au fond de la fosse des Mariannes, la pression atteint des valeurs d'environ 1 080 bars, ce qui est environ 1 066 fois supérieure à la pression atmosphérique au niveau de la mer. De telles conditions requièrent des adaptations biologiques extraordinaires.
Outre la pression extrême, la température de l'eau dans les fosses océaniques est généralement très faible, oscillant entre 0 et 2 °C. Ces conditions, combinées à l'absence totale de lumière, façonnent un écosystème unique. Malgré ces défis, la vie a su s’adapter à de telles profondeurs, donnant naissance à des êtres vivants des plus étranges. Bien que cela ne semble pas évident, il existe des espèces marines dites barophiles dans les tranchées océaniques, qui sont capables de prospérer sous haute pression. On y trouve des mollusques extrêmophiles ou des micro-organismes piézophiles, dont les mécanismes d'adaptation biochimiques et structurels sont d'un grand intérêt scientifique. La fosse du Japon, par exemple, abrite le Pseudoliparis amblystomopsis, un poisson connu comme l'une des espèces vivant le plus profondément.