Comprendre les microplastiques - avec des caméras à haute vitesse
La façon dont les microparticules de plastique se propagent dans l'océan dépend de détails microscopiques
Les microplastiques sont un problème mondial : ils se retrouvent dans les rivières et les océans, s'accumulent dans les organismes vivants et perturbent des écosystèmes entiers. Il est difficile de décrire scientifiquement le comportement des minuscules particules dans un courant - en particulier pour les fibres fines, qui représentent plus de la moitié de la contamination par les microplastiques dans les organismes marins. Dans les courants turbulents, il est pratiquement impossible de prédire leur mouvement.
Giuseppe Caridi (à gauche) et Vlad Giurgiu (à droite)
© Dalmonia Rognean
L'université technique de Vienne a réussi à caractériser précisément le comportement de ces microfibres de plastique lors d'expériences menées dans un canal d'écoulement à l'aide de caméras à haute vitesse. Cela doit maintenant servir de base à de nouveaux modèles permettant de prédire la propagation des microplastiques à l'échelle mondiale. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée "Physical Review Letters".
Des petites fibres courbées
"La façon dont les microparticules de plastique se déplacent, se dispersent et se déposent dépend de leur dynamique de rotation", explique Vlad Giurgiu, premier auteur de la publication actuelle et doctorant dans l'équipe du professeur Alfredo Soldati à l'Université technique de Vienne. "Pour les particules à peu près sphériques, c'est facile à analyser. Mais souvent, on a affaire à des microfibres allongées et incurvées". Dans ce cas, des effets compliqués se produisent : Les fibres peuvent tourner dans les trois directions de l'espace, cette rotation influence également leur interaction avec l'écoulement environnant.
"Dans un écoulement laminaire parfaitement uniforme, nous pourrions prédire théoriquement le comportement d'objets simples, par exemple des sphères ou des ellipsoïdes", explique Marco De Paoli (Institut de mécanique des fluides et de transfert thermique, TU Wien). "Mais dans le monde réel, on n'a pas affaire à des écoulements parfaitement laminaires, ni à des particules parfaitement symétriques. Au lieu de cela, il y a des turbulences et les particules ont des formes géométriques complexes qui influencent considérablement le transport et rendent impossible toute prédiction théorique".
Ce qui se passe exactement est difficile à calculer. "Il y a déjà eu différentes simulations informatiques à ce sujet, mais elles reposent sur des modèles simplifiés pour décrire le comportement des fibres", explique Vlad Giurgiu. "On a donc besoin de données expérimentales avec lesquelles on peut comparer et améliorer les modèles théoriques".
Ce sont précisément ces données qui peuvent être mesurées dans le canal d'écoulement de l'université technique de Vienne au Science Center (Arsenal, Vienne). Des écoulements contrôlés peuvent y être générés sur un parcours de 8,5 mètres. De petites fibres microplastiques courbées d'une longueur d'environ 1,2 millimètre ont été introduites dans l'eau et soumises à un courant turbulent.
Six caméras voient plus de deux
L'équipe a installé six caméras spéciales juste au-dessus de la surface de l'eau : des images haute résolution des particules de microplastiques dans le courant ont été collectées à une fréquence de 2000 images par seconde. Les images permettent ensuite de calculer la position et l'orientation tridimensionnelles de chaque particule de microplastique. "En théorie, cela fonctionnerait avec seulement deux caméras, mais avec six caméras, les données sont encore plus fiables et précises, surtout si la concentration des particules est élevée", explique Giuseppe Carlo Alp Caridi, co-auteur de l'étude et responsable de la reconstruction optique à l'Institut de mécanique des fluides et de transfert thermique.
De cette manière, il est possible d'extraire une grande quantité de données sur le comportement de mouvement de centaines de milliers de particules de microplastiques, puis de les étudier statistiquement. "Il s'est avéré, par exemple, que les fibres ont un comportement très différent à proximité d'un mur et au milieu du flux de liquide, loin des murs", explique Vlad Giurgiu.
On dispose ainsi pour la première fois de données fiables pour valider des modèles de calcul théoriques sur le comportement de telles particules. Cela devrait également permettre à l'avenir de prévoir la propagation des fibres de microplastiques à grande échelle.
"Imaginez qu'ils aient un navire capable de filtrer les microplastiques de l'eau de mer", explique Marco De Paoli. "Vous devez alors savoir où il est préférable d'envoyer ce navire - car l'océan est vaste. Si vous comprenez bien le comportement des particules, la réponse peut être calculée avec une grande fiabilité".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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