Les estimations actuelles de la quantité des déchets plastiques dans les océans, environ 200 000 pièces/km², ne représentent qu'entre 2 et 5% de la pollution annuelle de déchets rejetés dans les océans [1]. Les modèles utilisés aujourd'hui ne permettent pas d'évaluer les fortes inhomogénéités spatio-temporelles des concentrations de plastiques ni en surface [2, 3], ni dans la profondeur. Les modèles pour le transport vertical des plastiques sont basés sur un équilibre entre le flux ascendant lié à la flottabilité des plastiques et celui descendant turbulent, lié au vent et aux vagues [4,5]. Notre objectif est d'améliorer ces modèles servant aux prédictions globales, en prenant en compte les spécificités des particules de plastique (flottabilité, géométrie) ainsi que celles de la turbulence de surface (dont l'intensité diminue avec la profondeur).

Notre étude expérimentale se concentre sur la dynamique de particules millimétriques de plastique légèrement flottantes dans un fluide homogène agité par une turbulence de surface générée par un dispositif de grille vibrante. Dans un premier temps, afin de remonter aux profils verticaux des grandeurs caractéristiques de l'écoulement (échelle intégrale, échelle de Kolmogorov, taux de dissipation...), la description détaillée de la turbulence est faite à partir de mesures PIV. Dans un second temps, nous étudions la dynamique des particules dans cet écoulement. Le cas de particules légèrement flottantes dans un écoulement turbulent, et dont la taille est comprise entre l'échelle de Kolmogorov et celle intégrale, reste assez peu étudié [6]. Nous nous appuierons sur les résultats expérimentaux pour étudier la pertinence de modèles existants pour des traceurs passifs [4,5] ou des particules très inertielles [7,8] dans le cadre de la pollution plastique océanique.

Références bibliographiques :

1. J. R. Jambeck, R. Geyer, T. P. Siegler, M. Perryman, A. Andrady, R. Narayan and K. L. Law, Plastic waste inputs from land in the ocean, Science, 768, pp. 768-771, 2015

2. K. L. Law, S. E. Morét-Ferguson, D. S. Goodwin, E. R. Zettler, E. Deforce, T. Kukulka, G. Proskurowski, Distribution of surface plastic debris in the eastern pacific ocean from an 11-year data set, Environmental Science and Technology, 48, 4732-4738, 2014

3. L. Brach, P. Deixonne, M. F. Bernard, E. Durand, M. C. Desjean, E. Perez, E. van Sebille, A. ter Halle, Anticyclonic eddies increase accumulation of microplastic in the North Atlantic subtropical gyre, Marine Pollution Bulletin, 126, 191-196, 2018

4. T. Kukulka, G. Proskurowski and S. Morét-Ferguson, D. Meyer and K. Law, The effect of wind mixing on the vertical distribution of buoyant plastic debris, Geophysical Research Letters, 39, 2012

5. T. Kukulka and K. Brunner, Passive buoyant tracers in the ocean surface boundary layer: 1. Influence of equilibrium wind-waves on vertical distributions, Journal of Geophysical Research: Oceans, 120, pp.3837-3858, 2015

6. V. Mathai, V. N. Prakash, J. Brons, C. Sun, D. Lohse, Wake-Driven Dynamics of Finite-Sized Buoyant Spheres in Turbulence, Physical review letter, 115, 2015

7. H. Michallet and M. Mory, Modelling of sediment suspensions in oscillating grid turbulence, Fluid dynamics research, 35, pp.87-106, 2004

8. H. E. Huppert, J. S. Turner and M. A. Hallworth, Sedimentation and entrainment in dense layers of suspended particles stirred by an oscillating grid, Journal of Fluid Mechanics, 289, pp.263-293, 1995