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De l'utilité d'une bouteille plastique pour interpréter les courants océaniques...

Les déchets plastiques envahissent les océans, ils dérivent au gré des courants et peuvent s’échouer à plusieurs milliers de kilomètres de leur lieu d’origine. L’étude de leurs parcours est une information précieuse pour la compréhension des courants océaniques.

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De plus en plus de déchets plastiques, rejetés par les fleuves puis acheminés par les courants océaniques, sont retrouvés sur les côtes du monde entier. La circulation de surface qui connecte toutes les régions du globe, est complexe et varie selon des échelles spatio-temporelles. La connaissance de la circulation océanique est cruciale pour résoudre des problèmes tels que la dispersion des populations marines (par ex. le transport larvaire) ou celle des déchets (par ex. les débris de Fukushima après le tsunami de mars 2011), différentes approches sont utilisées pour obtenir des modèles de prédiction sur la dispersion des déchets via des cartes de mouvements à la surface de l’Océan. Ces modélisations se basent sur des données issues de modèles numériques, de missions satellites ou des données in situ qui proviennent par ex. des trajectoires de flotteurs dérivant à la surface des océans.

L'étude proposée ici montre comment à partir de déchets échoués (données initiales), il est possible de simuler leur parcours et d’obtenir des informations sur la circulation de surface dans une zone considérée. Lors de campagnes à la mer dédiées à l'étude de la circulation et des masses d'eau dans le sud-ouest de l'Océan Pacifique, deux bouteilles en plastique ont été collectées (le 11 novembre 2011) sur une plage d’Ouvéa, (une des îles principales de l’archipel des Loyauté à l’est de la Nouvelle-Calédonie, cf. fig.1). Bien que ces bouteilles aient pu être rejetées en mer par un navire au large de l'archipel, l’hypothèse d’une provenance assimilée à celle de leur étiquette a été retenue pour l'étude. Elles proviendraient donc des îles Salomon et de Papouasie-Nouvelle-Guinée (PNG).

 

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Figure 1 : Zone d’étude, les territoires en violet sont les limites continentales du logiciel de visualisation utilisé et les contours violets sont des zones masquées pour la vitesse de surface.

La simulation lagrangienne du parcours des bouteilles a été réalisée à partir d’un modèle de circulation océanique à haute résolution, sur la période 2010-2011, les données utilisées couvrent la région étudiée à l’ouest du Pacifique tropical (140°E-180°E / 25°S-2°S). Il s’agit des composantes zonales et méridiennes journalières de la vitesse de surface. Les courants moyens obtenus via le modèle sont cohérents avec les connaissances de la circulation régionale en mer de Corail et dans le sud-ouest du Pacifique. La circulation océanique moyenne dans cette zone est dominée par des jets zonaux issus de la division du "Courant Équatorial Sud" (SEC), ces bandes de courant s’écoulent d’ouest en est et des courants d’est dirigés vers la côte australienne : "Jet Nord Vanuatu" (NVJ), "Jets Nord (NCJ) et Sud Calédonien" (SCJ), "Jets Nord" (NFJ) et "Sud Fiji" (SFJ) (cf. fig. 2).

Les courants de bord comme le "Courant Est Australien" (EAC) et le "Courant du Golfe de Papouasie" (GPC) qui est associé au "Sous Courant Côtier de Nouvelle-Guinée" (NGCU), se distinguent également (cf. fig. 2). Au nord de la zone étudiée, on remarque le transport intense du "Courant Équatorial Sud" (SEC) vers l’ouest et le "Contre Courant Sud Équatorial" (SECC) vers l’est. Malgré l’importance des échanges zonaux, les flux méridiens semblent avoir un rôle prépondérant pour l’acheminement des bouteilles en plastique des îles Salomon et de la Papouasie-Nouvelle-Guinée (PNG) vers Ouvéa. Des courants méridiens coulent vers le sud et s’ajoutent à l’EAC le long de la côte est australienne, ces flux vers le sud apparaissent aussi le long des îles Salomon et se connectent ensuite au SECC, puis à la circulation vers le sud liant le NVJ au NCJ (cf. fig. 2).

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Figure 2 : Courants océaniques de surface entre 2010-2011 interpolés à une échelle plus petite (1/3°). Jets et courants majeurs (cf. acronymes définis dans le texte).

L'apport important de l'étude est d'interpréter de manière lagrangienne les courants de surface calculés par ce modèle océanique, de manière à suivre le mouvement des masses d'eau. Cette approche permet d'estimer les trajectoires individuelles et le transport de petits volumes d’eau en se basant sur des flotteurs numériques déplacés à l’aide du champ de vitesse du modèle de circulation océanique. Pour qu’une trajectoire soit pertinente, il faut que la particule correspondante connecte les îles Salomon ou la pointe sud-est de la PNG avec l’île d’Ouvéa en moins de 365 jours. La figure 3 représente l'organisation générale de chacune des 2 connexions étudiées sous la forme d'une fonction de courant (contours noirs), avec en couleur la superposition de quelques trajectoires choisies parmi les plus rapides. Pour ces dernières, le calcul des temps de transit prévoit des durées inférieures à 2-3 mois pour atteindre Ouvéa.

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Figure 3: Représentation des connexions lagrangiennes avec un intervalle entre chaque contour de 10 m2/s. Les contours violets sont des barrières impénétrables pour les particules.Trajectoires les plus rapides de particules, calculées de la pointe sud-est de la PNG (a) ou des îles Salomon (b) vers Ouvéa, 3 trajectoires différentes (bleue : 52.4 jours, verte : 61.4 jours, violette : 60.3 jours)

Ainsi, l'interprétation lagrangienne du résultat d'une simulation numérique océanique montre qu’il est possible de relier le sud des îles Salomon ou la pointe de la PNG avec l'île d'Ouvéa, située à plus d’un millier de kilomètres au sud-est, malgré la présence de jets zonaux importants vers l’ouest. De plus, la présence de flotteurs de surface (instruments de mesure) en mers de Corail et de Salomon permet de comparer les trajectoires et temps de transit observés avec les informations déduites du modèle. Les informations sont trop peu nombreuses pour valider entièrement les résultats numériques mais elles montrent toutefois que des trajets méridionaux sont possibles dans une zone dominée par des jets zonaux. Il semblerait aussi que les temps de trajets les plus courts soient liés à des périodes où l’intensité du transport est plus grande. L’intensité du transport s’avère en effet, variable selon la période considérée de l'année.

Cette étude met en avant une nouvelle approche pour la compréhension physique de la circulation océanique, basée sur la simulation de la dérive des déchets plastiques par des modèles numériques. Ce travail s’appuie sur la comparaison entre des observations non habituelles (collecte de déchets) et les résultats d’un modèle lagrangien.

Médiation scientifique

Assurée par Marion Giusti, doctorante de l’École Doctorale des Sciences de la Mer (EDSM – Université de Bretagne Occidentale), en 1ère année de thèse au Laboratoire Domaines Océaniques (LDO) à l’IUEM.

L'article

Maes, C. and B. Blanke, 2015. Tracking the origins of plastic debris across the Coral Sea: A case study from the Ouvéa Island, New Caledonia. Marine Pollution Bulletin 97, 160-168, doi:10.1016/j.marpolbul.2015.06.022

Les auteurs

Ce travail est issu de la collaboration de deux chercheurs du Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS)

 La revue

"Marine Pollution Bulletin" est publiée par Elsevier depuis 1970. Cette revue est consacrée à tous les sujets et problématiques liés à la protection de l’environnement marin en général, à son aspect économique, aux ressources maritimes et marines (estuaires,mers et océans). Elle s’adresse aussi bien aux chercheurs, ingénieurs et spécialistes de l’environnement qu’aux juristes, politiciens et économistes.

Contacts

Auteurs : consulter l'annuaire de l'IUEM
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