Voici pourquoi les motifs géométriques dans les salines du monde entier se ressemblent tant.

De la vallée de la mort au Chili en passant par l’Iran, des polygones de sel de taille similaire se forment dans des playas partout dans le monde - et des écoulements de fluides souterrains pourraient être la clé pour résoudre le mystère de longue date.

Des formes géométriques telles que des pentagones et des hexagones se forment spontanément dans une large gamme de contextes géologiques. La boue séchée, la glace et la roche se fissurent souvent en polygones, mais ces motifs ont tendance à varier considérablement en taille.

Alors pourquoi les playas sont-elles si persistamment similaires? La réponse se trouve sous terre, propose la physicienne Jana Lasser et ses collègues le 24 février dans Physical Review X. Avec des modèles mathématiques sophistiqués, des simulations informatiques et des expériences menées au lac Owens en Californie, l'équipe a relié ce qu'elle a vu en surface à ce qui se passe en dessous.

« Les écoulements de fluides et la convection souterraine sont capables d'expliquer de manière unique la formation des motifs », explique Lasser, de l'Université de technologie de Graz en Autriche.

Cette approche en 3D était essentielle pour expliquer l'universalité des polygones salés.

Les plaines de sel se forment dans des endroits où les précipitations sont rares et où il y a beaucoup d'évaporation. L'eau souterraine qui remonte à la surface s'évapore, laissant une croûte de sels et d'autres minéraux qui avaient été dissous dans l'eau. Le plus frappant est que ce processus aboutit à des crêtes basses de sel concentré qui divisent la playa en polygones : principalement des hexagones avec une poignée de pentagones et d'autres formes géométriques.

Le type de sel varie d'un lac salé à l'autre. Le sel de table, ou chlorure de sodium, domine dans certains lacs salés, mais d'autres ont plus de sels sulfites. Et les croûtes de sel elles-mêmes varient en épaisseur de quelques millimètres à plusieurs mètres. Cette variation semble être la raison pour laquelle les tentatives précédentes de décrire les motifs des playas ont échoué.

Que les croûtes soient d'un ou de plusieurs millimètres d'épaisseur, les marais salants présentent des polygones de 1 à 2 mètres de diamètre. Les modèles précédents basés sur la fissuration, l'expansion et d'autres phénomènes qui décrivent comment la boue et la roche se fracturent produisent plutôt des polygones de tailles différentes en fonction de l'épaisseur de la croûte.

Lorsque l'eau souterraine s'évapore en surface, le sel se concentre dans l'eau restante. Cette eau salée, maintenant plus dense et plus lourde, descend, obligeant d'autres eaux moins denses à remonter. Lasser et ses collègues ont montré que avec le temps, la circulation, appelée convection, tend à pousser les traînées descendantes d'eau plus salée dans un réseau de feuilles verticales. La surface au-dessus de ces feuilles accumule plus de sel, de sorte que des crêtes de sel épaisse y poussent. Des croûtes plus minces de sel se forment entre elles, où l'eau moins salée remonte spontanément, créant les polygones caractéristiques partagés par les playas du monde entier.

Les équations utilisées par les chercheurs décrivent la salinité relative de l'eau souterraine, la pression dans le fluide et la vitesse à laquelle l'eau circule. Les simulations informatiques qui ont rassemblé toute la complexité du problème en 3D ont commencé sans croûte de sel ni polygones, produisant quelque chose qui ressemble beaucoup à de vraies playas.

« Ce modèle de dynamique des fluides a beaucoup plus de sens qu'un modèle qui ignore ce qui se passe sous la surface », note le physicien Julyan Cartwright du Conseil national de recherche espagnol, qui est basé à Grenade et n'a pas participé à la recherche.

Les tests au lac Owens ont aidé l'équipe à vérifier et à affiner le modèle. « La physique est bien plus que simplement être assis devant un ordinateur », explique Lasser, « et je voulais faire quelque chose qui implique des expériences ».

Le lac a séché dans les années 1920 à mesure que l'eau était détournée vers Los Angeles. Les minéraux déposés sur la plaque de sel restante comprennent de grandes concentrations naturelles d'arsenic, qui s'envolent avec la poussière soulevée par le vent, créant des risques sanitaires graves. Parmi les autres efforts de remédiation, de la saumure a été pompée sur le lit du lac pour tenter de créer une croûte de sel plus stable. Cette intervention humaine a donné aux chercheurs l'occasion de tester leurs idées de manière contrôlée.

« Toute la région est détruite », dit Lasser, « mais pour nous, c'était l'environnement de recherche parfait ».

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