Nouvelles recommandations pour l’application des modèles de Stokes à la vitesse de sédimentation des agrégats marins

, ,

Les simulations numériques des cycles biogéochimiques des océans doivent représenter adéquatement les vitesses de sédimentation des particules (VS). Depuis des décennies, la loi de Stokes, qui permet d’estimer la vitesse de chute des particules à partir de leur densité et de leur taille, est largement utilisée. Mais si la loi de Stokes s’applique aux petites sphères lisses et rigides qui se déposent avec un faible nombre de Reynolds, elle n’est pas applicable aux agrégats marins dont la forme, la structure et la composition sont complexes. Les minéraux et le zooplancton peuvent modifier les agrégats phytoplanctoniques de manière à changer leur VS, ce qui pourrait améliorer l’applicabilité des modèles de Stokes. À l’aide de cylindres de roulement, nous avons produit expérimentalement des agrégats de diatomées en présence et en absence de minéraux et/ou de microzooplancton. Les minéraux et, dans une moindre mesure, le microzooplancton ont réduit la taille et la rugosité des agrégats et ont augmenté leur sphéricité et leur compacité. La loi de Stokes paramétrée avec une porosité fractale a modélisé de façon adéquate les relations taille-VS pour les agrégats chargés en minéraux. Les agrégats contenant uniquement du phytoplancton et ceux exposés au microzooplancton ont suivi l’équation de frottement généralisé de Navier-Stokes suggérant un effet indiscernable du microzooplancton et un coefficient de frottement trop complexe pour être calculé avec une hypothèse de Stokes. Nous avons comparé nos résultats avec un ensemble de données plus important de granulats marins lestés et non lestés. Cela a confirmé que les relations taille-VS pour les agrégats lestés peuvent être simulées par les modèles de Stokes avec une paramétrisation adéquate de la porosité fractale. Étant donné l’importance du lestage minéral dans l’océan, nos résultats pourraient faciliter la paramétrisation des modèles biogéochimiques pour un bassin de particules important dans l’océan et particulièrement dans la zone mésopélagique où le rapport matière organique particulaire/minéral diminue. Nos résultats renforcent également l’importance de la prise en compte de la porosité comme un prédicteur décisif de la VS des agrégats marins.

Vitesses de sédimentation en fonction de l’ESD (diamètre sphérique équivalent) pour les agrégats formés dans chaque cuve des quatre traitements et comparaison avec les attentes théoriques issues de différentes paramétrisations de la loi de Stokes et de l’équation de frottement généralisé de Navier-Stokes. P : phytoplancton ; PZ : phytoplancton + microzooplancton (rotifères) ; PM : phytoplancton + minéral (calcite) ; PMZ : phytoplancton + minéral + microzooplancton. a) Modèle 1, loi de Stokes avec des porosités constantes de 0 % (lignes pointillées) et de 99 % (lignes pleines). (b) Modèle 2, loi générale de Navier-Stokes avec des frottements constants de 1 (lignes pointillées) et 5 (lignes pleines), et une porosité constante de 99 %. (c) Modèle 3, loi de Stokes avec une porosité mise à l’échelle sur une géométrie fractale avec un coefficient a = 0,03 et D3 = 1,4 (lignes pointillées) et D3 = 1,8 (lignes pleines). (d) Modèle 4, loi générale de Navier-Stokes sur la friction avec une porosité mise à l’échelle sur une géométrie fractale avec un coefficient a = 0,03 et D3 = 1,4 (lignes pleines) et 1,8 (lignes pointillées). Voir le texte pour plus de détails sur le calcul de la friction.

Référence

Laurenceau-Cornec, E.C., Le Moigne, F.A.C., Gallinari, M., Moriceau, B., Toullec, J., Iversen, M.H., Engel, A., and De La Rocha, C.L. 2020. New guidelines for the application of Stokes’ models to the sinking velocity of marine aggregates. Limnol. Oceanogr. doi:10.1002/lno.11388.
Lien vers la revue :

Le 7/12/2019 : Échanges citoyens à l’occasion de la « journée action océan » de la COP25 qui se tient à Madrid

,

Les associations locales qui agissent au quotidien pour la préservation du milieu marin et des littoraux seront heureuses de vous accueillir le 7 décembre 2019 dans leur village aux Capucins à Brest. Elles proposeront un espace ludique pour petits et grands !

Le LEMAR y aura une forte présence avec notamment dans l’auditorium:

  • À 14h55 : Rencontre « Des coquillages, du carbone et des hommes ». Avec Fabrice Pernet et Christine Paillard, biologistes marins au LEMAR
  • De 17h à 18h : projection du documentaire « Tuvaq, à l’orée de la banquise ». En présence du réalisateur, Noé Sardet accompagné de Aude Leynaert, Claudie Marec et Brivaëla Moriceau, trois scientifiques du LEMAR, présentes dans le film.

Le programme complet et la liste des partenaires de l’Action Océan & Climat est sur le site de Ocean University Initiative.

Ika Paul-Pont, invitée à la table ronde des 80 ans du CNRS

,

Ika Paul-Pont, récemment distinguée par le CNRS d’une médaille de Bronze pour les travaux qu’elle mène avec ses collègues sur la contamination par les microplastiques, a été invitée à participer à une table ronde sur l’état de la recherche scientifique en France. Cet échange, en présence d’Emmanuel Macron et de Frédéric Vidal et animée par Mathieu Vidard, s’est déroulé dans le cadre d’une cérémonie qui a marqué la clôture d’une année de festivités autour des 80 ans du CNRS. Ce fut l’occasion pour les scientifiques invités de mettre en lumière des problématiques au cœur du fonctionnement de la recherche française.

(début de la table ronde à 12’40)

 

 

La vague dans la matrice | Festival Ressac

,

Suite à une résidence d’artiste dont nous vous parlions dans un précédent article, le plasticien Gaëtan Robillard a inauguré son installation « la vague dans la matrice » à l’IUEM, le mercredi 20 novembre 2019, dans le cadre du festival Ressac. L’installation était accompagnée d’une performance sonore de Aude Rabillon. Ce fut l’occasion, devant un public nombreux, de nouer des liens entre les démarches de recherche scientifique et artistique.

La Vague dans la matrice est une installation qui s’intéresse à la manière dont la vague évolue à l’heure de la transition énergétique. Elle expose la simulation d’un champ d’ondes qui entraîne le calcul continu d’un très grand nombre d’opérations mathématiques rendues manifestes par des variations de lumière et de température. Accompagné d’une performance sonore de Aude Rabillon, ce projet artistique de Gaëtan Robillard interroge la manière dont les sciences du climat génèrent de nouveaux signes venant s’inscrire dans le monde.

L’installation est ouverte à la visite à l’IUEM jusqu’au vendredi 22 novembre 2019.

 

 

 

Ce projet a été réalisé à l’occasion des 80 ans du CNRS et dans le cadre de la résidence AIRLab organisée par la ComUE LNF. Produit par la ComUE LNF, co-produit par Tabouret Studio, avec le soutien financier de la Région Hauts-de-France, Valenciennes Métropole, la Métropole Européenne de Lille, l’Université de Lille et l’Université Polytechnique Hauts-de-France, le CNRS. En collaboration avec le LAMAV, le laboratoire Painlevé, l’IUEM et France Energies Marines. En partenariat avec le réseau 50°nord et le Fresnoy – Studio national des arts contemporains.

 

 

 

MYCTOPHIDAE, voyage en eau profonde | Exposition Festival Ressac

,

Les océans ? Une immensité, une richesse et une des clés du fonctionnement de la vie sur notre planète. Et pourtant les mystères sont encore nombreux. Dans ce monde partiellement connu, les poissons lanternes ou myctophidae, sont très abondants de l’équateur jusqu’aux zones les plus froides, de la surface jusqu’à plusieurs centaines de mètres de profondeur.

Qui sont-ils, à quoi ressemblent-ils, que font-ils là ? Comment dévoiler l’énigme de ce milieu impossible à observer de nos yeux ?

 

Menés par Gildas Roudaut, des scientifiques (IRD, CNRS, MNHN, CPS) ont mené un dialogue avec une classe de terminale STD2A du Lycée Vauban de Brest.

De ces échanges, sont nés une exposition, MYCTOPHIDAE, mise en forme à l’IUEM, et une revue, La Lanterne, créées avec le soutien de l’UBO et de l’IRD dans le cadre du Festival Ressac.

L’exposition est à visiter à la Bibiothèque Universitaire du Bouguen (10, av. Victor le Gorgeu, Brest), du 18 Novembre 2019 au 6 Janvier 2020.

Elle est également consultable au format pDF (basse résolution), sur cette page.

 

Exposition Myctophidae

 

La revue La Lanterne est, quant-à-elle, disponible au téléchargement, ici-même.

 

Crédits:

Rédaction et relecture : Gildas Roudaut, Jérémie Habasque, Anne Lebourges-Dhaussy, Cindy Dupoux, Élodie Vourey, Anna Conchon, Cédric Cotté, Antoine Choplin, Yves Cherel, Sébastien Hervé
Graphisme et mise en page : Sébastien Hervé assisté de Fred Grunchec et Pauline Ferrec
Remerciements : La Mission culture scientifique et technologique de l’IRD, Christine Paillard et Emmanuelle Dilasser