Comètes invisibles de mucus, flocons de « neige marine » qui tombent lentement

WASHINGTON - De nouvelles observations révèlent que de minuscules flocons de débris dans l'océan tombent plus lentement grâce à la substance visqueuse qui entoure chaque flocon.

Le mucus invisible forme des "queues de comète" qui entourent chaque flocon, a déclaré le physicien Rahul Chajwa de l'Université Stanford le 19 novembre lors de la réunion de la Division de la dynamique des fluides de la Société américaine de physique. Ces queues de mucus ralentissent la vitesse de chute des flocons. Cela pourrait affecter le taux de séquestration du carbone en profondeur dans les océans, ce qui rend la physique de cette substance collante importante pour comprendre le climat de la Terre.

Bien que les scientifiques sachent que cette substance visqueuse est un composant de la "neige marine" qui tombe dans l'océan, ils n'avaient pas mesuré auparavant son impact sur la vitesse de chute.

La neige marine est composée de phytoplancton mort et vivant, de matière organique en décomposition, de matières fécales, de bactéries et d'autres éléments aquatiques, le tout enveloppé dans un mucus produit par les organismes. Comme la substance connue pour obstruer les voies respiratoires pendant la saison des virus respiratoires, le mucus est ce qu'on appelle un fluide viscoélastique (SN: 3/17/16). Il s'agit d'une substance qui s'écoule comme un liquide mais qui présente également un comportement élastique, revenant à sa forme initiale après avoir été étirée.

Cette tempête sous-marine n'est pas facile à étudier. Lorsqu'elle est observée dans l'océan, les particules tombent rapidement hors de vue. Au laboratoire, les particules peuvent être observées pendant de plus longues périodes, mais le trajet jusqu'à la terre ferme dégrade la délicate neige marine et tue les organismes vivants qui s'y trouvent.

Ainsi, Chajwa et ses collègues ont construit un laboratoire de physique en mer. À bord d'un navire de recherche dans le golfe du Maine, l'équipe a collecté des particules de neige marine dans des pièges situés à 80 mètres sous la surface de l'eau. Ensuite, ils ont chargé leur capture dans un appareil à bord, conçu pour observer la chute des particules.

Surnommée "la machine à gravité", il s'agit d'une roue remplie de liquide qui tourne pour maintenir un seul flocon dans le champ de vision d'une caméra. C'est un peu comme une roue de hamster pour les débris en chute libre. Au fur et à mesure que le flocon coule, la roue tourne pour déplacer la neige dans la direction opposée, ce qui permet d'observer la chute de neige indéfiniment. La machine à gravité était elle-même montée sur un cardan conçu pour empêcher les mouvements d'eau dus au roulis du navire.

"C'est un compromis très intéressant entre la vraie neige marine que l'on trouve dans l'océan et ce que l'on peut faire pratiquement en laboratoire", explique Anupam Sengupta, biophysicien à l'Université du Luxembourg, qui n'a pas participé à la recherche.

Pour observer comment le fluide s'écoule autour des particules, les chercheurs ont ajouté de minuscules perles dans le fluide de la machine à gravité. Cela a révélé la vitesse d'écoulement du fluide autour des particules. La vitesse d'écoulement du fluide était ralentie dans une région en forme de queue de comète autour de la particule, révélant le mucus invisible qui coule avec la particule.

Les particules coulaient à des vitesses allant jusqu'à 200 mètres par jour. Le mucus jouait un rôle important dans la vitesse de chute. "Plus il y a de mucus, plus les particules tombent lentement", explique Chajwa. En moyenne, le mucus fait en sorte que les particules de neige marine persistent deux fois plus longtemps dans les 100 premiers mètres de l'océan que cela serait le cas autrement, ont déterminé Chajwa et ses collègues.

Si elle tombe suffisamment profondément, la neige marine peut séquestrer le carbone loin de l'atmosphère. Cela s'explique par le fait que le phytoplancton vivant, comme les plantes, absorbe le dioxyde de carbone et libère de l'oxygène. Lorsque le phytoplancton forme de la neige marine, il emporte ce carbone avec lui lorsqu'il coule. Si un flocon atteint le fond de l'océan, il peut se déposer dans une boue au fond qui stocke ce carbone sur de longues périodes. Plus les particules coulent rapidement, plus elles ont de chances d'atteindre l'abysse avant d'être mangées par des créatures (SN: 6/23/22).

Il est important de connaître la vitesse à laquelle les particules coulent pour calculer l'impact de l'océan sur le climat de la Terre et comment cela peut changer avec le réchauffement climatique, selon les chercheurs. Les océans jouent un rôle majeur dans le cycle du carbone de la planète (SN: 12/2/21), et les scientifiques estiment que les océans ont absorbé environ 30 % du dioxyde de carbone émis par les humains depuis l'industrialisation. Chajwa et ses collègues espèrent que leurs résultats pourront être utilisés pour affiner les modèles climatiques, qui ne prennent actuellement pas en compte le mucus.

Ainsi, ce mucus est quelque chose à ne pas négliger. "Nous parlons de physique microscopique", déclare Manu Prakash, physicien à Stanford et coauteur de l'étude, qui est également rapportée dans un article soumis le 3 octobre sur arXiv.org. "Mais multipliez cela par le volume de l'océan... c'est ce qui vous donne l'échelle du problème."