Une étude de l'EPFL a incité les scientifiques à repenser une approche standard utilisée pour calculer la vitesse des échanges gazeux entre les ruisseaux de montagne et l'atmosphère. Les recherches menées dans les ruisseaux de Vaud et du Valais indiquent que les équations utilisées pour prédire les échanges gazeux à partir des données des ruisseaux de plaine sous-estiment la vitesse réelle des échanges gazeux dans les ruisseaux de montagne en moyenne d'un facteur 100.

Cette découverte, Publié dans Géosciences de la nature , permettra aux scientifiques de développer des modèles plus précis du rôle que jouent les ruisseaux de montagne dans les flux biogéochimiques mondiaux. Considérant que plus de 30% de la surface de la Terre est couverte de montagnes, les ramifications de cette découverte sont considérables.

L'étude a été menée au Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER) de l'EPFL, au sein de l'École d'architecture, Génie Civil et Environnemental (ENAC).

Plus de turbulences

Dans les écosystèmes aquatiques, comme les océans du monde, ruisseaux et lacs, de nombreux organismes aquatiques allant des bactéries aux poissons respirent de l'oxygène et exhalent du CO 2 . Ces gaz doivent donc être continuellement « échangés » de l'atmosphère vers l'eau et vice-versa. Parce que les ruisseaux de montagne coulent souvent sur des pentes abruptes et un terrain accidenté, cela crée beaucoup de turbulences et emprisonne les bulles d'air dans l'eau, qui apparaissent en blanc (alias "eau blanche").

Ces bulles accélèrent les échanges gazeux. Étonnamment, le même mécanisme est à l'œuvre lorsque des vagues à calottes blanches apparaissent à la surface d'une mer agitée. Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont ignoré la contribution des bulles d'air et ont utilisé la même approche pour calculer les vitesses d'échange de gaz dans les ruisseaux de montagne que dans les ruisseaux de plaine calmes.

Des calculs plus précis

Il est intuitif que le terrain accidenté influencerait les échanges gazeux dans les ruisseaux de montagne, mais aucune preuve n'avait été recueillie pour tester cette hypothèse jusqu'en 2016. C'est alors que des chercheurs de l'EPFL ont installé plus de 130 capteurs environnementaux dans des ruisseaux de montagne vaudois et valaisans pour étudier ce phénomène physique et les flux biogéochimiques associés. Pour mesurer la vitesse d'échange de gaz aussi précisément que possible, l'un des scientifiques du SBER et premier auteur de l'étude, Ambre Ulset, ajouté de petites quantités d'argon comme gaz traceur aux flux. L'argon est un gaz naturel inoffensif pour les écosystèmes aquatiques.

En utilisant des méthodes analytiques de pointe en laboratoire, Amber Ulseth et ses collègues ont pu quantifier la perte d'argon de l'eau du cours d'eau. Prochain, ils ont modélisé la vitesse d'échange de gaz à partir de la perte en aval du gaz traceur dans l'eau du cours d'eau. Leurs résultats révèlent que la vitesse d'échange de gaz dans les ruisseaux de montagne est en moyenne 100 fois supérieure à celle prédite à partir d'équations développées à partir d'expériences similaires de gaz traceur dans les ruisseaux de plaine.

Implications majeures

"Nos résultats ont des implications majeures. Ils suggèrent que nous avons sous-estimé les effets de tous les ruisseaux de montagne petits mais abondants dans nos modèles biogéochimiques. Cela ouvre une nouvelle voie de recherche, " dit Tom Battin, Directeur du SBER et co-auteur de l'étude. Son laboratoire étudie déjà les extensions de cette recherche, comme le développement d'un nouveau modèle pour prédire le CO 2 émissions des ruisseaux de montagne dans le monde.