La théorie des réseaux appliquée à la circulation océanique: découverte surprenante

Publié par Redbran le 13/10/2021 à 13:00
Source: CNRS INSU
Une équipe scientifique internationale vient de mettre au point une nouvelle méthode d'analyse des flux de fluides dans l'océan inspirée de la théorie des réseaux. Celle-ci permet de mettre en évidence l'existence de goulets d'étranglement dans la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) océanique et donc de mieux comprendre le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) des masses d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...) des organismes qui y vivent, notamment le plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec...).


Carte instantané de "centralité lagrangienne" calculée en Mer Adriatique pour le 1er décembre 2013 en utilisant un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) d'intégration de 15 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Un goulet d'étranglement (A) est identifié près de l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) de Palagruža par la zone colorée en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) ; il constitue le point (Graphie) principal de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) entre les eaux des gyres nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) Adriatique. Les 2 inserts schématisent la centralité intermédiaire initialement définie dans la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) des réseaux (en bas à gauche) qui est dorénavant applicables aux systèmes dynamiques (en haut à droite), tel que l'analyse lagrangienne de la circulation océanique.

L'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) offre un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) hétérogène avec des schémas complexes et chaotique d'écoulement. La façon dont ces flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) redistribuent la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) et les organismes dans l'océan ont des implications importantes pour le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) et la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) des écosystèmes. Une équipe internationale présente une nouvelle mesure qui permet de caractériser la nature dispersive des flux de fluides, y compris des courants marins, afin d'y détecter des "hubs" ou zones pivots du transport océanique.

La centralité intermédiaire ("betweenness centrality"), un concept issu de la théorie des réseaux utilisé pour identifier les goulets d'étranglement qui gouvernent la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) de divers systèmes complexes allant des réseaux de transport aérien (Le transport aérien est le secteur économique qui regroupe toutes les activités de...) au cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) humain, a été appliquée pour la première fois à la mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides...) géophysiques. Les régions présentant un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de centralité intermédiaire élevé voient les courants marins de diverses origines converger dans un espace relativement restreint puis se re-disperser à nouveau vers des destinations variées, facilitant ainsi le brassage et la dispersion des traceurs océaniques et des organismes marins.

Jusqu'ici ignorés, l'équipe a montré que de tels goulets d'étranglement sont à la fois présents dans les courants marins de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...), et étonnamment persistants à différentes échelles spatio-temporelles, illustrant le rôle prépondérant que jouent ces zones dans le transport des fluides sur de vastes régions océaniques.

Ces schémas de transport, qui sont relativement stables en dépit de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) apparente, permettent de mieux appréhender comment se meuvent et se mélangent les masses d'eau dans l'océan. Les chercheurs prévoient que cette nouvelle méthode sera un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) utile pour cartographier et interpréter la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...) marine à l'échelle mondiale. En outre, des réseaux de surveillance installés au sein de ces goulets d'étranglement amélioreraient significativement l'efficacité des suivis environnementaux.

En savoir plus:
Lagrangian betweenness as a measure of bottlenecks in dynamical systems with oceanographic examples - Nature communications.
Enrico Ser-Giacomi, Alberto Baudena, Vincent Rossi, Mick Follows, Sophie Clayton, Ruggero Vasile, Cristóbal López & Emilio Hernández-García.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25155-9

Contact:
Vincent Rossi - MIO/PYTHÉAS - vincent.rossi at mio.osupytheas.fr
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