Pour aller deux fois plus vite, le plancton peut surfer sur les turbulences

Résultat scientifique Mécanique des fluides

Le plancton se contente-t-il de nager en ligne droite et de dériver, ou a-t-il d’autres moyens de se déplacer ? À l’aide de simulations, une équipe de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre et de l’université de Californie (États-Unis) a montré qu’il serait possible pour le plancton d’identifier et de suivre certaines turbulences afin d’augmenter sa vitesse de déplacement dans l’eau, comme s’il surfait dessus. Des expériences sont en cours pour confirmer cette prédiction, publiée dans la revue Physical Review Letters.

Pour des organismes aussi minuscules que le plancton, les remous, tourbillons et turbulences de l’eau semblent être des forces insurmontables. Or les déplacements du plancton, et en particulier leurs migrations verticales vers ou à partir de zones profondes, jouent un rôle essentiel dans la vie des écosystèmes marins. La compréhension du phénomène est donc cruciale. Le plancton est composé de créatures aveugles qui disposent cependant d’organes sensoriels, sous forme de cils déformables, qui leur permettent de sentir d’infimes variations des écoulements dans lesquels elles sont prises. Restait à savoir quels bénéfices elles tirent de cette information. Des chercheurs et chercheuses de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale de Marseille) et de l’université de Californie (États-Unis) ont conçu un modèle qui montre que le plancton est capable de reconnaître et d’utiliser ces turbulences, à la manière d’un surfeur, pour se déplacer jusqu’à deux fois plus rapidement.

Publiés dans la revue Physical Review Letters, ces travaux ont été réalisés à partir de modèles et de simulations numériques. Les calculs ont été reproduits pour prendre en compte les caractéristiques, comme la taille et la vitesse de nage, de différents types de planctons : larves d’invertébrés, petits crustacés du groupe des copépodes ou encore organismes unicellulaires de la classe des dinoflagellés. Résultat, le plancton peut identifier et choisir les courants bénéfiques qui lui permettent de « surfer » dans une certaine direction, avec une efficacité qui va jusqu’à doubler leur vitesse moyenne de déplacement. L’équipe prépare à présent la validation expérimentale de leurs modèles, notamment grâce à une collaboration avec une chercheuse de l’université de Washington à Seattle (États-Unis) spécialisée dans l’étude des larves d’escargots de mer. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet ERC C0PEP0D, prévu pour durer trois ans de plus et qui va intégrer des solutions d’apprentissage automatique issues de l’IA afin d’obtenir des modélisations encore plus réalistes.

Différence de déplacement entre un plancton qui utilise les turbulences pour aller plus vite et celui qui ne le fait pas. © Rémi Monthiller et al.
Différence de déplacement entre un plancton qui utilise les turbulences pour aller plus vite et celui qui ne le fait pas. © Rémi Monthiller et al.

Référence

Surfing on turbulence: a strategy for planktonic navigation.
Rémi Monthiller, Aurore Loisy, Mimi A. R. Koehl, Benjamin Favier, and Christophe Eloy.
Phys. Rev. Lett. 129, 064502 (2022).
doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.064502
Article disponible sur la base d’archives ouvertes arxiv

Contact

Rémi Monthiller
Doctorant à l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille), encadré par Christophe Eloy (Professeur de Centrale Marseille, IRPHE) et Benjamin Favier (Chargé de recherche CNRS, IRPHE).
Communication INSIS