La crevette, cette brasseuse d’océans

Les vidéos sont magnifiques. Dans le clair-obscur du laboratoire, de minuscules bestioles offrent un lent ballet ascendant, attirées par un soleil lumineux et factice.

D’autres séquences montrent les volutes d’eau qui tourbillonnent puis se figent dans le sillage des crustacés. Ce sont des Artemia salina, de petites crevettes d’eau douce. John Dabiri, physicien des fluides à l’Université Stanford, en Californie, en a fait sa spécialité.

Il les épie, enfermés par dizaines de milliers, dans un aquarium haut de 2 mètres. Au-delà de leur spectacle fascinant, pourquoi s’intéresser à la nage des crustacés?

«J’essaie de comprendre comment ils mélangent l’eau, répond John Dabiri, qui publie ce jeudi le résultat de ses dernières expériences dans Nature. Nos expériences passées avaient montré qu’un individu crée une traînée sur une distance correspondant à une ou deux fois sa taille. Cela peut paraître peu, puisque les Artemia ne mesurent que quelques millimètres. Mais comme ces animaux sont grégaires, je me demande à quelle échelle leurs essaims mélangent l’eau.»

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Son objectif ultime est le krill – cousin maritime des Artemia –, dont les colonies appréciées des baleines migrent chaque nuit vers la surface pour se nourrir. A l’aube, ils plongent jusqu’à 700 mètres de profondeur, pour s’abriter des prédateurs. Ce ballet inlassablement répété pourrait-il, par exemple, déplacer assez d’eau de la surface réchauffée par le soleil vers les profondeurs et ainsi peser dans la balance climatique?

Migrations verticales

Comme il est compliqué, et cher, d’étudier le krill sur ses lieux de migrations verticales, notamment l’océan Austral, John Dabiri et son groupe élèvent des Artemia, comme beaucoup d’aquariophiles. «L’avantage, c’est qu’on peut répéter les expériences une dizaine de fois par jour, en allumant, tour à tour, une ampoule au-dessus ou en dessous de l’aquarium. Dans la nature, ce ne serait qu’une fois!» Verdict: dans l’aquarium de 2 mètres de haut à Stanford épié par toutes sortes de capteurs, l’eau est mélangée sur un bon mètre d’épaisseur. «Il est fort possible que, dans les océans, ce mélange se fasse à l’échelle de plusieurs centaines de mètres.»

En 2014, de premiers résultats de John Dabiri, alors au Caltech, avaient fait l’objet de vives critiques, souvent justifiées. Ses expériences omettaient une caractéristique majeure des océans, qui sont formés de couches d’eau de densité et de salinité variables: il n’est pas facile de faire descendre l’eau de surface, plus «légère», pour la remplacer par de l’eau plus lourde!

A Stanford, le physicien des fluides Stephen Monismith avait quelque peu égratigné ces travaux. «Il pensait que nous n’avions pas prouvé que l’eau est déplacée de manière irréversible, sourit John Dabiri. Et il avait raison puisqu’on pouvait imaginer que, à force de tourbillonner, l’eau revienne à sa position initiale, ce qui minimiserait le mélange et les échanges d’énergie.» Aujourd’hui, tout est rentré dans l’ordre. «Nous avons refait nos expériences, avec l’aide précieuse de Stephen Monismith! Nous démontrons que les mouvements d’eau sont irréversibles, même dans un aquarium qui présente cette fois des variations de densité d’eau dix fois plus importantes que dans les océans!»

Copépodes grégaires

Cela suffira-t-il à taire les critiques? «Je ne doute pas que les animaux marins participent au mélange des eaux (plancton et krill compris), mais dans quelle proportion?» s’interroge Andre Visser, océanographe à l’Institut national des ressources aquatiques de Lyngby, au Danemark. «Et si ces recherches ont progressé, je reste avec la même interrogation, fondamentale, qu’en 2014: l’énergie mécanique libérée par la nage des animaux marins est-elle significative à l’échelle des phénomènes climatiques?»

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Les océans absorbent, en moyenne, 65 térawatts (TW) d’énergie solaire, absorbée par le plancton et les plantes aquatiques puis transférée le long de la chaîne alimentaire. «Cela peut sembler beaucoup puisqu’on estime que le mélange des eaux océaniques représente environ 1 TW. Mais les animaux consacrent d’abord leur énergie à vivre et à se reproduire. Ils contribuent de manière importante à la séquestration de carbone au fond des océans [sous forme de fèces et de cadavres, ndlr]. En revanche, leur influence globale sur le mix des océans est probablement très faible.»

De son côté, John Dabiri ne semble pas prêt à renoncer: «Il y a de fortes concentrations de copépodes, de petits crustacés grégaires, dans la baie de Monterey, au large de la Californie. Nous cherchons des fonds pour étudier in situ leur rôle dans le mélange du Pacifique.» S’il devait avoir raison – ne serait-ce qu’à une échelle locale – les océanographes se retrouveraient face à un épineux problème: comment représenter, dans un ordinateur, une armée de millions de minuscules agitateurs à dix pattes?