La pollution plastique et autres débris océaniques sont un problème environnemental mondial complexe. Chaque année, on estime que dix millions de tonnes de plastique sont mal gérées, entraînant l'entrée dans l'océan, dont la moitié flottera initialement. Encore, seulement 0,3 million de tonnes de plastique flottent à la surface de l'océan. Où est passé le reste du plastique ?

Les mécanismes clés du transport du plastique sont les courants, vent, et des vagues. Les courants et le vent transportent les débris océaniques d'une manière simple comme les forces sur un voilier. Cependant, les vagues océaniques déplacent principalement les objets sur des orbites de type circulaire. Les orbites ne se ferment pas tout à fait, résultant en une dérive dite de Stokes dans la direction dans laquelle les vagues se déplacent.

Une équipe conjointe des universités d'Oxford, Plymouth, Edinbourg, Auckland et TU Delft ont étudié comment les vagues transportent les débris océaniques flottants tout en incluant, pour la première fois, les effets de la taille d'un objet, flottabilité, et l'inertie de son transport. Leurs résultats sont publiés dans le Journal de mécanique des fluides .

Le Dr Ross Calvert du Département des sciences de l'ingénieur de l'Université d'Oxford et ses co-auteurs ont découvert que les plus gros débris océaniques flottants peuvent être transportés plus rapidement que la dérive de Stokes en raison des effets d'inertie.

La dérive de Stokes induite par les vagues s'est avérée importante pour le mouvement des débris océaniques vers la côte, entraînant un échouage plastique, ce qui peut être l'endroit où se trouve une partie de la pollution plastique non comptabilisée. Il a également été démontré qu'il augmentait la pollution plastique transportée vers les régions polaires.

De très petits objets traceront exactement ce que fait l'eau et sont donc transportés avec la dérive de Stokes exacte.

Le Dr Calvert a déclaré :« Les objets plus gros transportés plus rapidement que les objets plus petits étaient un résultat peu intuitif. Nous nous attendions à ce que l'inertie réduise la vitesse à laquelle les débris flottants ont été transportés par vagues, analogue au vent et aux courants. Après vérification expérimentale et numérique de notre résultat, nous avons ensuite découvert les mécanismes par lesquels ces objets inertiels se déplaçaient plus vite que l'eau qui les entourait."

Après avoir observé que les plus grandes sphères flottantes en plastique étaient transportées plus rapidement que les plus petites dans le canal à vagues COAST de l'Université de Plymouth, l'équipe a développé un modèle pour étudier plus avant le résultat.

Grâce à ce modèle, qui comprenait la gravité, flottabilité, forces de traînée et de masse ajoutée dans un système de coordonnées qui a tourné et déplacé avec l'onde, ils ont découvert que la taille de l'objet par rapport à la longueur d'onde était le facteur prédominant d'un changement de transport, avec un effet secondaire de la densité de l'objet.

Prof Ton van den Bremer à l'Université d'Oxford et TU Delft, qui a dirigé la recherche, a déclaré:"Bien que quiconque marche sur la plage sache que les vagues transportent des débris flottants vers le rivage, la vitesse à laquelle ils le font dépend de nombreux facteurs que les modèles existants, qui sont très simplifiés, ignorer. Des exemples de tels facteurs sont le bris des vagues et la taille des débris flottants. Cette recherche fournit un fondement théorique à ce dernier. »

Cette recherche est le début de la compréhension des mécanismes d'une augmentation de la dérive induite par les vagues. Une étude plus approfondie sur l'effet de la forme de l'objet, y compris le canal à vagues et les tests numériques de débris océaniques idéalisés et réels, sont en cours.