Dispersion de larves par la turbulence de sous-mésoéchelle et la marée interne dans l'océan profond
Publié par Adrien le 29/01/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Des chercheurs du Laboratoire d'océanographie physique et spatiale (LOPS/IUEM, CNRS / UBO / Ifremer / IRD) et du Laboratoire Environnement Profond de l'Ifremer ont réalisé des simulations numériques de la dynamique océanique dans l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée...) profond aux abords de sources hydrothermales. Ils ont ainsi pu mettre en évidence la présence de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation...) océanique de petite échelle et montrer qu'elle avait un impact significatif sur la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne...) et le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) des effluents des sources hydrothermales et sur les larves. Cette dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) pourrait expliquer la connectivité observée entre certains sites hydrothermaux très éloignés les uns des autres.


Densité de probabilité après 180 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) pour des particules relâchées autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du site hydrothermal profond "Lucky Strike" (étoile blanche) dans des simulations de réalisme croissant. La prise en compte de la dynamique de sous-mésoéchelle (c) et des courants de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.) (d) augmente significativement la dispersion des particules et la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande...) d'une connectivité avec les autres sites hydrothermaux (étoiles noires). Crédits: C.Vic et al, 2018

L'océan profond recèle des ressources biologiques et minérales immenses. Les sources hydrothermales profondes, situées dans les zones de forte activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures...), comme le long des grandes dorsales médio-atlantiques ou du Pacifique, sont des zones d'activité géologique, géochimique et biologique extrêmement intenses, particulièrement propices à la synthèse de matières organiques. Cet environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels,...) particulier permet le développement d'écosystèmes singuliers le long des dorsales. L'étude de leur fonctionnement permet de mieux connaitre les propriétés d'adaptabilité du vivant en milieu extrême. Bien qu'ils soient assez éloignés les uns des autres, ces écosystèmes présentent une assez grande uniformité génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.), signe qu'il existe des mécanismes de connectivité entre eux. Comprendre ces mécanismes est aussi un enjeu essentiel pour pouvoir identifier les menaces que l'exploitation minière profonde fait peser sur ces écosystèmes.

On a longtemps considéré la dynamique océanique insignifiante dans les fonds sous-marins, à cause de son isolement des forçages dominants, situés en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...), i.e., vents et flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant...) de chaleurs. La difficulté technique d'observer la dynamique profonde n'a pas permis de remettre en cause cette conception. Par conséquent, de nombreuses questions restent en suspens. En particulier, les mécanismes par lesquels les composés chimiques et biologiques sont transportés d'une source à une autre restent largement incompris. Pourtant, des travaux récents montrent que l'océan n'est pas laminaire dans les profondeurs, mais véritablement turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.). Et l'impact de cette turbulence sur la dispersion et le transport de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) dans les profondeurs est encore méconnu.

La turbulence abyssale au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la...) du site hydrothermal Lucky Strike, situé sur la dorsale médio-atlantique au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) des Açores (Les Açores sont un groupe d’îles portugaises qui se trouvent en plein océan Atlantique, à environ 1 500 km à l’ouest de Lisbonne, autant au nord-ouest du Maroc, et...), a été étudiée pour la première fois en utilisant les dernières avancées en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux....) de modélisation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée,...) réaliste à très haute résolution et des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) in situ. Les simulations numériques permettent de résoudre la dynamique océanique dans un spectre d'échelle spatio-temporelles très large, de quelques kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) et quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) (tourbillons, ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) internes) à plusieurs milliers de kilomètres et plusieurs années (circulation régionale). Les propriétés statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation de ces ressources afin de les rendre...) de ces simulations ont été validées en comparant avec des observations in situ acquises autour du site hydrothermal.

L'étude montre que la turbulence de sous-mésoéchelle (échelles < 10 km) et la marée interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...), i.e., ondes internes de fréquences tidales se propageant sur les surfaces d'iso-densité, générées aux abords de la dorsale augmentent fortement la dispersion et le transport des larves et des effluents de sources hydrothermales. En particulier, des tourbillons de sous-mésoéchelle capturent des larves et les transportent sur des grandes distances. D'autre part, le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les substances...) vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) par la marée permet aux larves de franchir des obstacles topographiques et d'augmenter leur potentiel de dispersion. Ces phénomènes pourraient expliquer la connectivité observée entre certaines sources hydrothermales très éloignées les unes des autres.
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