Expédition Gombessa 6,  Mission Cap Corse : Le mystère des anneaux / Rapport intermédiaire de l’expédition

[English version below]

Gombessa 6 a tenu ses promesses : les défis que l’équipe s’était imposée ont tous été relevés. Cet article présente un premier bilan des plongées et protocoles scientifiques réalisés lors de l’expédition scientifique ainsi que des résultats préliminaires (Octobre 2021).

Gombessa 6 has kept its promises: the challenges that the team had set for itself have all been met. This document presents a first assessment of the dives and scientific protocols carried out during the scientific expedition as well as preliminary results (November 2021).

Dix ans après leur découverte, les anneaux sous-marins de 25 m de diamètre situés à 25 km au large du Cap Corse vont-ils livrer leur secret ? Ces anneaux coralligènes se composent d’un noyau central et d’une couronne qui semblent d’origine végétale et attirent de nombreux animaux. Ils existent dans un seul endroit au monde : une zone de 4 km² entre 110 et 120 m de fond au sein du Parc Naturel marin du Cap Corse et de l’Agriate, en Méditerranée Française. Ces mystérieuses formes circulaires ont fait l’objet de l’expédition scientifique « Gombessa 6 » portée par Laurent Ballesta durant l’été 2021.

Ten years after their discovery, are the underwater rings located 25 km off Cape Corsica giving up their secret? These 25 m in diameter coralligenous rings are composed of a central core and a crown that seem to be of plant origin and attract numerous animals. They exist in a unique place in the world: an area of 4 km² between 110 and 120 m deep in the Natural Marine Park of Cape Corse and Agriate, in the French Mediterranean. These mysterious circular shapes were the subject of the scientific expedition « Gombessa 6 » led by par Laurent Ballesta during summer 2021.

Cette expédition utilise une technique d’accès au monde sous-marin tout à fait originale et inventée il y a deux ans lors de l’expédition Gombessa 5 « Planète Méditerranée » : la plongée à saturation en recycleur électronique qui permet d’effectuer tous les paliers de décompression d’une seule traite à la fin de la mission. L’inconvénient ? il faut respirer un mélange gazeux composé de 95 % d’hélium et 5 % d’oxygène et vivre à quatre dans une station bathyale, une sorte de caisson pressurisé de 5 m², sans possibilité autre que la plongée sous-marine d’en sortir.

This expedition uses a completely original technique for accessing the underwater world, invented two years ago during the Gombessa 5 « Mediterranean Planet » expedition: saturation diving combined with an electronic rebreather, allowing the divers to make all the decompression stops in one  single time at the end of the mission. The disadvantage? You have to breathe a gas mixture composed of 95% helium and 5% oxygen and live with four people in the Bathyal Station, a pressurized chamber of 5 m² kept at the surface, with no possibility other than scuba diving to get out.

En collaboration avec 41 scientifiques français et étrangers, quatre plongeurs vont tenter de percer le mystère de l’origine des anneaux coralligènes, leur âge, leur dynamique de changement, connaitre la faune et flore associées et enfin évaluer les menaces qui pèsent sur ces écosystèmes uniques découverts en 2011.

Cette expédition scientifique s’est déroulée durant l’été 2021 en quatre temps :

1.Fin Mai et début Juin : une campagne d’acquisition bathymétrique par sondeur multifaisceaux afin de compléter la carte partielle existante et préparer au mieux les plongées (localisation, profondeur, reliefs).

2.Fin Juin : une mission de plongée autonome pour explorer les récifs coralligènes profonds autour du Cap Corse et au large de Bastia entre -60 et -95m. Cette mission préparatoire a donné l’occasion aux plongeurs et équipes de surface de tester le matériel et de réaliser des protocoles scientifiques.

3. Du 1er au 17 juillet : une mission de plongée autonome à saturation sur les récifs coralligènes et les anneaux coralligènes jusqu’à -120 m au large du Cap Corse avec la mise en place de protocoles scientifiques transdisciplinaires.

4. Du 18 au 20 juillet : Décompression des plongeurs et traversée avant sortie le 20 Juillet à Monaco.

L’expédition scientifique Gombessa 6 dresse un état des lieux de 22 sites sous-marins et de leurs écosystèmes méconnus. Malgré les redoutables conditions météorologiques, les plongeurs ont réalisé 24 plongées et passé 245 heures immergés pour étudier ces écosystèmes entre -62 et -120 mètres autour du Cap Corse en réalisant des protocoles scientifiques transdisciplinaires établis avec 41 scientifiques français et étrangers.

*Des images inédites d’animaux inconnus ou jamais vus vivants dans leur milieu naturel ont été réalisées par Laurent Ballesta. Actuellement, trois spécimens d’animaux non identifiés sont analysés par des experts : un nudibranche du genre Tritonia, une simnie et un pantapode. Un poisson (Photogrammus alboranensis) décrit en 2016 a été photographié…il pourrait s’agir de la première image de cette espèce vivante dans son milieu naturel.

In collaboration with 41 French and foreign scientists, four divers have attempted to discover the mysterious origin of the coralligenous rings, their age, the dynamics of change, the associated flora and fauna and finally to evaluate the threats to these unique ecosystems discovered in 2011. This scientific expedition took place during the summer of 2021 in four stages:

1. End of May and beginning of June: a bathymetric acquisition campaign using a multibeam echo sounder in order to complete the existing partial map and to better prepare the dives (location, depth, topography).
2.  End of June: a scuba diving mission to explore the deep coralligenous reefs around Cap Corse and off Bastia between -60 and -95 m. This preparatory mission gave the divers and surface teams the opportunity to test the equipment and carry out scientific protocols.
3. From July 1^st to 17^th : an autonomous saturation diving mission on the coralligenous reefs and coralligenous rings down to -120 m off Cap Corse with the implementation of transdisciplinary scientific protocols.
4. From July 18^th to 20^th : Decompression of the divers and crossing back to Monaco before exiting the Station on July 20^th.

The Gombessa 6 scientific expedition is taking stock of 22 underwater sites and their little-known ecosystems. Despite the horrible weather conditions, the divers made 24 dives and spent 245 hours underwater to study these ecosystems between -62 and -120 meters around Cap Corse by carrying out transdisciplinary scientific protocols established with 41 French and foreign scientists.

*Never-before-seen images of unknown animals or animals never seen alive in their natural environment have been taken by Laurent Ballesta. Currently, three specimens of unidentified animals are being analyzed by experts: a nudibranch of the genus Tritonia, a simnia and a pantapod. A fish (Photogrammus alboranensis) described in 2016 has been photographed…this could be the first image of this species alive in its natural environment.

*Inventorier et illustrer les paysages sous-marins profonds et espèces de la zone mésophotique en vidéo et photos 2D (tous les sites), et compléter le réseau MER-VEILLE sur la plateforme MEDTRIX ;

*Une carte des fonds marins complétée : la bathymétrie fine a été relevée sur 6 815 ha afin de compléter les cartes existantes de 2011 et 2014. L’analyse de ces cartes couplée aux images des plongeurs et du robot sous-marin permet de mieux connaitre les fonds et identifier le type de noyau rencontré en fonction de la bathymétrie. Lors des plongées, un alignement sur 3 km de grandes grottes sous-marines hautes de 20 m a été découvert par les plongeurs à proximité des anneaux coralligènes, il s’agit d’un littoral fossile. Ce site est d’un intérêt unique pour la faune cavernicole des grottes méditerranéennes.

*Origine et histoire des anneaux coralligènes. Trois noyaux ont été « carottés » en leur centre pour réaliser des analyses géochimiques de leur structure interne et connaitre leur composition, âge, vitesse de formation et peut-être élucider leur origine. Des restes biologiques (coquilles de bivalves) ont été découverts et sont en cours d’identification.

*Inventory and illustrate the deep-sea landscapes and species of the mesophotic zone in video and 2D photos (all sites), and complete the MER-VEILLE network on the MEDTRIX platform

*A completed seabed map: fine bathymetry was surveyed over 6,815 ha in order to complete the existing maps of 2011 and 2014. The analysis of these maps, coupled with images from divers and the underwater robot (ROV), provides a better understanding of the seabed and identifies the type of core encountered according to the bathymetry. During the dives, an alignment of large twenty-meter high underwater caves over 3 km was discovered by the divers close to the coralligenous rings, this is a fossil coastline. This site is of unique interest for the Mediterranean cave fauna.

*Origin and history of coralligenous rings. Three cores were cored in their center to carry out geochemical analysis of their internal structure and to know their composition, age, rate of formation and perhaps elucidate their origin. Biological remains (bivalve shells) were discovered and are being identified.

*Analyse des courants et recherche d’écoulements effusifs. Un ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) mesurant les trois composantes de la vitesse des courants et la température a été posé sur un anneau durant 13 jours.

*Reconstruire les anneaux coralligènes en 3D. Des milliers de clichés de quatre anneaux différents et leur noyau central ont été pris afin de les reconstruire en 3D par photogrammétrie. L’un des noyaux avait déjà été modélisé en 3D en 2014 lors de la campagne MEDATOLLS. La comparaison des deux modèles nous renseigne sur la dynamique de ces structures en 7 années : la sédimentation et les anfractuosités semblent s’accroitre comme si les noyaux disparaissaient peu à peu.

*Les données environnementales de chaque site exploré ont été enregistrées grâce à une sonde multi-paramètres. Profondeur, salinité, température, pH, conductivité, densité, oxygène, % de saturation en oxygène, turbidité, fluorescence, et lumière, toutes ces données seront publiées début 2022 pour faciliter le partage entre les chercheurs de l’expédition. Deux capteurs de température ont été posés pour un enregistrement sur trois ans.

*Analysis of currents and search for effusive flows. An ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) measuring the three components of current velocity and temperature was placed on a ring for 13 days.

*Reconstructing coralligenous rings in 3D. Thousands of images of four different rings and their central core were taken in order to reconstruct them in 3D using photogrammetry. One of the cores had already been modelled in 3D in 2014 during the MEDATOLLS campaign. The comparison of the two models provides information on the dynamics of these structures over 7 years: sedimentation and crevices seem to increase as if the cores were gradually disappearing.

*Environmental data from each site explored was recorded using a multi-parameter probe. Depth, salinity, temperature, pH, conductivity, density, oxygen, % oxygen saturation, turbidity, fluorescence, and light, all of which will be published in early 2022 to facilitate sharing among the expedition researchers. Two temperature sensors have been installed for a three-year record.

*Caractériser la diversité et l’abondance de sons biologiques autour des anneaux coralligènes et individualiser les espèces potentielles émettrices de sons.  Deux anneaux ont été équipés de deux hydrophones et d’une caméra durant 13 jours. La biophonie (sons d’invertébrés, poissons et mammifères marins) sera identifiée et caractérisée afin de fournir des données complémentaires de diversité biologique et de comportements liés aux sons émis (reproduction, chasse, socialisation, etc.). L’association des sons de poissons et des images prises simultanément avec une caméra servira à identifier les espèces potentielles émettrices des sons ainsi que le contexte de la production sonore et suivre leur activité vocale pendant les jours d’enregistrement.

*To characterize the diversity and abundance of biological sounds around coralligenous rings and to individualize potential sound emitting species. Two rings were equipped with two hydrophones and a camera for 13 days. Biophony (sounds of invertebrates, fish and marine mammals) will be identified and characterized in order to provide additional data on biological diversity and behaviors related to the sounds emitted (reproduction, hunting, socialization, etc.). The association of fish sounds and images taken simultaneously with a camera will be used to identify the potential species emitting the sounds as well as the context of the sound production and to monitor their vocal activity during the days of recording.

*Inventorier la biodiversité associée aux anneaux coralligènes. Un inventaire des espèces associées aux anneaux est en cours de réalisation à partir des images réalisées par les plongeurs (vidéos et photos d’illustrations), des modèles 3D, des quadrats photographiques standardisés (estimation de l’abondance et du recouvrement pour les espèces fixées), de prélèvements d’individus pour identification (des nudibranches du genre Tritonia, des simnies, un pantopode et des algues – voir « photos inédites ») et de sédiment (voir les paragraphes ci-après sur les micro-organismes et les gorgones). De l’eau a également été prélevée sur trois sites pour y inventorier à partir de traces ADN les espèces de poissons osseux et cartilagineux (technique de l’ADN environnemental).

*Investigate the biodiversity associated with coralligenous rings. An inventory of the species associated with the rings is being carried out using images taken by divers (videos and photos of illustrations), 3D models, standardized photographic quadrats (estimation of abundance and cover for fixed species), samples of individuals for identification (nudibranchs of the genus Tritonia, simnids, a pantopod and algae – see « unpublished photos ») and sediments (see paragraphs below on micro-organisms and gorgonians). Water was also collected from three sites to inventory fish species from DNA traces (environmental DNA technique).  

*Etudier les populations de gorgonaires profonds. Quatre espèces de gorgones (Eunicella cavolini, Paramuricea clavata, Callogorgia verticillata et Corallium rubrum) ont été étudiées pour leur taille et densité (1 site) et la connectivité génétique de leurs populations (7 sites). L’influence de microorganismes symbiotiques hébergés par ces animaux sur leur état de santé est également en cours d’analyse sur 5 sites. Enfin, les espèces associées au corail rouge Corallium rubrum, un gorgonaire utilisé en joaillerie sont en train d’être inventoriées à travers des images (2D et modèle 3D) mais aussi à travers leur ADN prélevé dans l’eau et des éponges environnantes.

*Découvrir deux nouvelles populations de Laminaires de Méditerranée (Laminaria rodriguezii). Cette algue brune pouvant mesurer plusieurs mètres de longueur n’était jusqu’alors connue qu’en quatre sites en Méditerranée Française dont un en Corse.

*Étudier la diversité et les fonctions des micro-organismes vivant dans les écosystèmes des anneaux coralligènes et étudier les conditions trophiques (hydrates de carbone, protéines, lipides) en lien avec la présence (le cas échéant) de substances particulières (gaz, eau douce). Des prélèvements de sédiment ont été réalisés sur les différents parties (noyau, halo, couronne) de deux anneaux différents et en dehors de la zone des anneaux. La présence de certains micro-organismes indicateurs de sorties de gaz ou d’eau douce sera notamment recherchée.

*Une quantification des pressions dues aux activités humaines notamment le trafic maritime, la pêche et l’ancrage des navires est en cours afin d’évaluer les menaces qui pèsent sur les écosystèmes explorés. Cette évaluation se base sur les observations des plongeurs (déchets, impacts), des données issues de suivis de navires (AIS) et d’enregistrements sonores. Des engins de pêche perdus ont été trouvés sur quasiment tous les sites explorés.

*Suivi de l’état de santé des quatre plongeurs. Les plongeurs eux-mêmes étaient un sujet d’étude puisque leur état de santé (fatigue, physiologie et psychologie) était surveillé pour mieux comprendre l’impact de la saturation en héliox sur l’organisme.

Les données fournissent des indications claires sur l’évolution de la fatigue après chaque plongée et son accumulation sur l’ensemble de la saturation. Une baisse constante de la température centrale chez chaque plongeur indique la construction d’une dette thermique malgré l’amélioration des équipements. Enfin, les résultats mettent en avant un nouveau moyen facile de mesurer l’inflammation des tissus, et donc le stress oxydatif associé à la plongée à saturation.

*Le développement d’un outil sous-marin de localisation et de communication. Les plongeurs étaient équipés de prototypes leur permettant de visualiser leur position dans le paysage sous-marin, communiquer avec la surface sous forme de message simple de type SMS. Ce même système permettait à l’équipe de surface de communiquer et de localiser en temps réel la position des plongeurs sous l’eau.

*To study the populations of deep-sea gorgonians. Four species of gorgonians (Eunicella cavolini, Paramuricea clavata, Callogorgia verticillata and Corallium rubrum) were studied for their size and density (1 site) and the genetic connectivity of their populations (7 sites). The influence of symbiotic microorganisms hosted by these animals on their health status is also being analysed at 5 sites. Finally, the species associated with the red coral Corallium rubrum, a gorgonian used in jewellery, are being inventoried through images (2D and 3D model) but also through their DNA taken from the water and surrounding sponges.

*Discovering two new populations of Mediterranean Laminaria (Laminaria rodriguezii). This brown alga, which can measure several meters in length, was previously known from only four sites in the French Mediterranean, including one in Corsica

*To study the diversity and functions of micro-organisms living in coralligenous ring ecosystems and to study the trophic conditions (carbohydrates, proteins, lipids) in relation to the presence (if any) of particular substances (gas, fresh water). Sediment samples were taken from the different parts (core, halo, crown) of two different rings and outside the ring zone. In particular, the presence of certain micro-organisms indicative of gas or freshwater outflow will be sought.

*A quantification of the pressures due to human activities, in particular maritime traffic, fishing and ship anchoring, is underway in order to assess the threats to the ecosystems explored. This assessment is based on divers’ observations (waste, impacts), data from vessel tracking (AIS) and sound recordings. Lost fishing gear was found at almost all the sites explored.

*Monitoring of the health status of the four divers. The divers themselves were a subject of study as their health status (fatigue, physiology and psychology) was monitored to better understand the impact of heliox saturation on the body. The data provides clear indications of the evolution of tiredness after each dive and its accumulation over the entire saturation period. A constant decrease in each diver’s body temperature indicates the building of a thermal debt despite improved equipment. Finally, the results highlight a new and easy way to measure tissue inflammation, and thus the oxidative stress associated with saturation diving.

*The development of an underwater location and communication tool. The divers were equipped with prototypes allowing them to visualize their position in the underwater landscape and to communicate with the surface using a simple SMS-type message. The same system allowed the surface team to communicate and locate the position of the divers underwater in real time.

Vidéos Youtube de l’expédition accessibles ICI

Youtube videos of the expedition available HERE

Cette expédition a été rendue possible grâce au soutien de / This expedition was made possible thanks to the support of :

Les scientifiques impliqués dans Gombessa 6/ The scientists involved in Gombessa 6  : D. Aurelle, L. Ballesta, C. Ballestra, G. Bavestrello, H. Benayahu, A. Blandin, F. Boero, F. Bouchette, L. Chauvaud, R. Danovaro, T. Dejean, G. Delaruelle, J. Deter, F. Holon,  J.-P. Imbert, L. Di Iorio, N. Febvay, C. Ferrier-Pagès, Giulia Furfaro, A. Guilbert, R. Hocdé, S. Iglesias, S. Jorry, L. Le Gall, P. Lenfant, P. Louisy, G. Luongo, S. Manel, G. Marre, D. Mouillot, E. Parmentier, T. Perez, F. Pichot, S. Piraino, X. Raick, J.-J. Riutort, B. Ropars, L. Rossi, T. Thibaut, R. Tignat, J. van de Water, M. Verlaque, H. Zibrowius.

Les organismes scientifiques partenaires/ Scientific partner organisations: : Andromède Océanologie, Bastia Offshore Fishing, Centre Scientifique de Monaco, Chorus, CNRS-IUEM, Divetech, EPHE-CEFE, Ifremer-PDG-REM-GM-LGS, IRD-UMR MARBEC, Marine Nationale-smer, MNHN-Institut de systématique, évolution et biodiversité, Reeds, Spygen, Université libre de Bruxelles (Belgique), Université de Liège-laboratoire FOCUS (Belgique), Université polytechnique delle Marche (Italie), Université Aix-Marseille-MOI, Université de Montpellier-UMR Gladys, Université de Perpignan-CEFREM-UMR 5110, Universita Del Salento, DiSTeBA (Italie), Syera.