Un ‘‘fumeur noir’’ reconstitué en 3D

Grâce à une méthode originale, les chercheurs de l'Ifremer ont réussi à reconstituer en 3D un ‘‘fumeur noir’’ se trouvant à 1 700 mètres de profondeur au large des Açores. Un travail qui permettra de mieux comprendre la formation de ses structures et de mieux étudier l’écosystème qu’elles abritent.

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Un ‘‘fumeur noir’’ reconstitué en 3D
Restitution du ''fumeur noir'' du site Tour Eiffel qui git au fond de l'Atlantique

Les ‘‘fumeurs noirs’’ sont un phénomène géologique sous-marin bien connu. Il s’agit de sources d’eau chaude sortant d’un champ hydrothermal profond sous forme de geysers crachant une eau à 350 °C, très chargée en soufre et métaux lourds, de couleur très sombre, d’où leur nom. Un milieu a priori toxique et privé de lumière, où la vie est pourtant bien présente !

Lors de la campagne océanographique Momarsat, qui a eu lieu en avril 2015, au large des Açores, sur la dorsale médio-Atlantique, à 1 500 km des côtes portugaises, les chercheurs ont pu, grâce au robot sous-marin téléguidé ROV Victor 6000, explorer la biodiversité à 1 700 mètres de profondeur dans un champ hydrothermal nommé Lucky Strike.

Afin de mieux comprendre les circonvolutions des panaches de ces ‘‘fumeurs noirs’’ qui se transforment peu à peu en concrétions, les scientifiques ont décidés de les filmer suivant une trajectoire très précise en haute définition, grâce à la caméra principale du ‘‘rover’’. Les techniques et algorithmes de reconstruction 3D, développés par les ingénieurs de l'Ifremer pour perfectionner l'observation de ce site, ont ensuite permis de produire un modèle visuel haute résolution 3D de cette source hydrothermale, baptisée ‘‘Tour Eiffel’’.

Pour cela, les images, issues de la caméra principale HD du ROV Victor 6000, ont été réalisées d'après une trajectoire bien définie, permettant de couvrir entièrement la structure de la cheminée. L'innovation réside dans la reconstruction géo-référencée à partir d'images successives d'une seule caméra en déplacement, une technique baptisée ‘‘structure-from-motion’’.

4 600 images pour un modèle 3D

4 600 images numériques ont été traitées dans un seul processus composé de plusieurs étapes, incluant la compensation des artefacts liés à l’éclairage artificiel et à l’atténuation des couleurs dans l’eau de mer. Le modèle 3D donne un aperçu global et complet de la scène, il atteint ponctuellement une résolution millimétrique. Le modèle permet d’interpréter l’information visuelle en rapport avec le relief, de revisiter les cibles d’intérêt et de réaliser des mesures géométriques pour dimensionner des éléments de la scène.

« Ces techniques de reconstruction 3D ont d'abord été développées pour l'aérien. Il y a encore très peu de travaux réalisés pour l’observation sous-marine, surtout à ce niveau de haute résolution », souligne Aurélien Arnaubec, ingénieur au service positionnement, robotique, acoustique et optique du Centre Ifremer Méditerranée à la Seyne sur Mer (Var).

« Pour les chercheurs, cela représente une évolution majeure dans l'analyse quantitative des sites hydrothermaux. Sans cet outil, il n'est pas possible - de manière non invasive - d'avoir une vue d'ensemble de la source hydrothermale et d'évaluer précisément les tailles et la surface des zones à étudier. »

Une aide pour les biologistes

Cette reconstitution en 3D de cette ‘‘Tour Eiffel’’ va aussi être utile aux scientifiques qui étudient la faune marine qui évolue autour du ‘‘fumeur’’. « Nous observons la distribution de la faune et la structure de l'édifice dans le temps », explique Marjolaine Matabos, chercheure au laboratoire environnement profond du Centre Ifremer Bretagne à Brest (Finistère nord). « Nous avons prévu de réaliser cette reconstruction en 3D tous les deux ans, voire tous les ans. Couplée aux instruments de l'observatoire (sondes de températures, sismomètres), la visualisation 3D nous permettra de mieux comprendre le rôle des changements environnementaux sur la dynamique de la faune. »

Cette modélisation 3D va aussi permettre de préparer la campagne Momarsat 2016, au cours de laquelle sera déployée une chaîne d’une centaine de sondes de température espacées de 50 cm pour suivre l'évolution de la température autour de la structure. La reconstruction 3D permettra d’obtenir une mesure précise de la taille des surfaces, afin de détecter des petits changements. Ce qui était jusque-là impossible car la 2D donnait une image biaisée des surfaces.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://wwz.ifremer.fr

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