De nombreuses nations insulaires, dont les Maldives dans l'océan Indien, sont confrontés à une menace existentielle en raison de l'élévation du niveau de la mer induite par le changement climatique mondial. Un groupe de chercheurs du MIT dirigé par Skylar Tibbits, professeur agrégé de recherche en design au Département d'architecture, teste des moyens d'exploiter les propres forces de la nature pour aider à maintenir et à reconstruire les îles et les côtes menacées.

Quelque 40 pour cent de la population mondiale vit dans des zones côtières menacées par l'élévation du niveau de la mer au cours des prochaines décennies, pourtant, il existe peu de mesures éprouvées pour contrer la menace. Certains suggèrent de construire des murs de barrière, draguer les côtes pour reconstruire les plages, ou construire des villes flottantes pour échapper à l'inévitable, mais la recherche de meilleures approches se poursuit.

Le groupe MIT a été invité par Invena, un groupe aux Maldives qui avait vu les travaux des chercheurs sur l'auto-assemblage et l'auto-organisation et voulait collaborer sur des solutions pour faire face à l'élévation du niveau de la mer. Le projet qui en a résulté a maintenant montré des premiers résultats prometteurs, avec un pied et demi d'accumulation de sable localisée déposée en seulement quatre mois. MIT News a demandé à Tibbits de décrire la nouvelle approche et son potentiel.

Q :Les gens essaient de modifier et de contrôler le mouvement du sable depuis des siècles. Quelle a été l'inspiration pour cette approche nouvelle et différente de la reconstruction des plages et des rivages ?

R :Lorsque nous avons visité les Maldives pour la première fois, nous avons été emmenés dans un banc de sable local qui venait de se former. C'était incroyable de voir la taille du banc de sable, environ 100 mètres de long et 20 mètres de large, et la quantité de sable, plus de 1 mètre de profondeur, qui s'est construit tout seul, en quelques mois seulement. Nous avons compris que ces bancs de sable apparaissent et disparaissent à différentes périodes de l'année en fonction des forces de l'océan et de la bathymétrie sous-marine. Les historiens locaux nous ont raconté comment ils collaboreraient avec l'océan, faire pousser de la végétation pour étendre leurs îles ou transformer leur forme. Ces approches naturelles et collaboratives de la croissance de la masse terrestre grâce à l'auto-organisation du sable contrastaient fortement avec le dragage humain du sable des profondeurs de l'océan, qui est également utilisé pour la remise en état des îles. Dans le même temps qu'il faut pour draguer une île, qui prend des mois, nous avons regardé trois bancs de sable différents se former, grâce à l'imagerie satellitaire.

Nous avons commencé à réaliser que la quantité d'énergie, temps, de l'argent, la main d'oeuvre, et la destruction de l'environnement marin causée par le dragage pourrait probablement être stoppée si nous pouvions comprendre pourquoi les bancs de sable se forment naturellement et exploiter ce phénomène naturel d'auto-organisation. Le but de nos expériences en laboratoire et sur le terrain est de tester des hypothèses sur la formation des bancs de sable, et les traduire en mécanismes pour favoriser leur accumulation dans des endroits stratégiques.

En collaborant avec les forces naturelles de l'océan, nous pensons pouvoir promouvoir l'auto-organisation des structures de sable pour faire pousser des îles et reconstruire des plages. Nous pensons qu'il s'agit d'une approche durable du problème qui peut éventuellement être étendue à de nombreuses zones côtières du monde, tout comme la gestion forestière est utilisée pour aider à renforcer et à protéger les forêts contre les incendies incontrôlés ou la prolifération.

Q :Pouvez-vous décrire le fonctionnement de ce système ? et comment exploite-t-il l'énergie des vagues pour accumuler le sable là où il en a besoin ?

R :Avec nos collaborateurs aux Maldives, nous concevons, essai, imeuble, et le déploiement d'appareils submersibles qui, basé simplement sur leur géométrie en relation avec les vagues et les courants océaniques, favoriser l'accumulation de sable dans des zones spécifiques. Dans notre première expérience sur le terrain, nous avons construit des vessies en toile résistante, cousus ensemble dans les géométries de rampe précises. Avec notre deuxième expérience sur le terrain, nous avons pris les meilleures conceptions de centaines d'expériences en laboratoire et les avons fabriquées à partir d'une membrane géotextile. Dans les deux expériences, nous avons rempli les vessies de sable pour les alourdir, puis nous les avons immergées sous l'eau. Pour notre prochaine expérience sur le terrain, nous construisons des vessies qui ont des chambres internes qui agissent comme un lest dans un sous-marin, permettant à la vessie de couler ou de flotter et d'être rapidement déplacée ou déployée. Chaque expérience tente de rendre le processus de fabrication et d'installation aussi simple et évolutif que possible.

Le mécanisme le plus simple que nous testons est une géométrie en forme de rampe qui repose sur le fond de l'océan et s'élève verticalement à la surface de l'eau. Au meilleur de notre compréhension, ce que nous voyons, c'est que lorsque l'eau s'écoule au-dessus de la rampe, elle crée des turbulences de l'autre côté, mélanger le sable et l'eau, puis créer un transport de sédiments. Le sable commence à s'accumuler à l'arrière de la rampe, empiler continuellement sur lui-même. Nous avons testé de nombreuses autres géométries qui tentent de minimiser les effets de bouclage, ou concentrer l'accumulation dans des domaines spécifiques, et nous continuons à rechercher des géométries optimales. De plusieurs façons, ceux-ci se comportent comme des variations naturelles de profondeur, structures récifales, ou des formations volcaniques et peuvent fonctionner de la même manière en favorisant l'accumulation de sable. Notre objectif est de créer des versions adaptables de ces géométries qui peuvent être facilement déplacées, réorienté, ou déployées chaque fois que les saisons changent ou que les tempêtes augmentent.

Depuis 2018, nous menons des expériences dans notre laboratoire du MIT en collaboration avec Taylor Perron dans [the Department of] Earth, Sciences atmosphériques et planétaires. Nous avons construit deux réservoirs à vagues où nous testons une variété de conditions de vagues, comportements de sable, et des géométries pour favoriser l'accumulation. L'objectif est d'aligner nos expériences et modèles de laboratoire sur des conditions réelles spécifiques aux deux saisons prédominantes aux Maldives. Nous avons fait des centaines d'expériences en réservoir jusqu'à présent et utilisons ces études pour avoir une intuition et un aperçu des mécanismes qui entraînent la plus grande accumulation de sable. Le meilleur de ces expériences de laboratoire est ensuite traduit en expériences sur le terrain deux fois par an.

Q :Comment avez-vous pu détecter et quantifier les effets de votre expérience ? et quels sont vos plans pour poursuivre et étendre ce projet ?

R :Nous avons collecté des images satellites, images de drones, et des mesures physiques depuis l'installation de notre première expérience sur le terrain en février 2019 et de notre deuxième expérience sur le terrain en octobre / novembre 2019. Les images satellites et les séquences de drones nous donnent une indication visuelle de l'accumulation de sable ; cependant, il est difficile de quantifier la quantité de sable à partir de ces images. Nous nous appuyons donc fortement sur les mesures de profondeur physique. Nous avons une série de coordonnées que nous envoyons à nos collaborateurs aux Maldives qui prennent ensuite un bateau ou un jet ski à ces coordonnées et prennent des mesures de profondeur. Nous comparons ensuite ces mesures avec nos mesures précédentes, compte tenu du jour/de l'heure et de la relation avec la hauteur de la marée.

Avec notre dernière expérience sur le terrain, nous avons collecté des images et des mesures physiques pour analyser l'accumulation de sable. Nous voyons maintenant environ un demi-mètre (environ 20 pouces) de nouvelle accumulation de sable sur une superficie d'environ 20 mètres sur 30 mètres, depuis novembre. C'est environ 300 mètres cubes d'accumulation de sable, en quatre mois environ. Nous les considérons comme des premiers résultats prometteurs qui font partie d'une initiative à plus long terme dans laquelle nous visons à continuer à tester ces approches aux Maldives et dans divers autres endroits dans le monde.

Nous avons récemment reçu une subvention National Geographic Exploration et prévoyons de retourner aux Maldives pour deux autres installations sur le terrain plus tard cette année et en 2021. Notre objectif à long terme est de créer un système de structures submersibles pouvant s'adapter à la météo dynamique. conditions pour croître et reconstruire naturellement les côtes. Nous visons à étendre cette approche et à l'adapter à de nombreux endroits dans le monde pour aider à reconstruire et à stabiliser les côtes densément peuplées et les nations insulaires vulnérables.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.