Les microplastiques sont de minuscules particules de plastique qui peuvent causer de gros problèmes lorsqu'elles pénètrent dans l'approvisionnement en eau. Mon laboratoire de dynamique des fluides explore notamment le mouvement des microplastiques en étudiant comment de minuscules insectes qui marchent dans l'eau sont poussés sous l'eau par les gouttes de pluie.

L’exposition à la pollution microplastique peut présenter des risques pour la santé, tels que des problèmes respiratoires et digestifs, un risque accru de diabète et des troubles du sommeil. Mais les physiciens comme moi peuvent étudier comment ils se déplacent dans l'eau pour apprendre à les nettoyer.

Les marcheurs aquatiques sont de minuscules insectes capables de marcher sur l’eau. Ils sont abondants dans les zones humides et pluvieuses, et certaines espèces passent toute leur vie sans jamais toucher la terre. Les gouttes de pluie peuvent peser plus de 40 fois un marcheur aquatique et, lors de tempêtes, elles frappent parfois directement les marcheurs. Les gouttes forment un minuscule cratère sous la surface de l'eau qui enveloppe le marcheur avant de le larguer lorsque le cratère s'effondre à la surface.

Les marcheurs aquatiques ont de puissants exosquelettes qui leur permettent de survivre lorsqu'ils sont frappés par une goutte de pluie. Parce que ces insectes sont hydrofuges et très légers, ils rebondissent généralement immédiatement. Mais parfois, les gouttes de pluie forment un deuxième cratère plus petit juste sous la surface. Le deuxième cratère se forme généralement à partir d'une chute large et rapide.

Si le marcheur aquatique se retrouve à l'intérieur de ce deuxième cratère, il pourrait rester coincé sous l'eau.

Dans la dernière étude de mon laboratoire, publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences , nous avons capturé des marcheurs aquatiques dans des étangs locaux et lâché des gouttes qui tombaient au-dessus de leurs réservoirs. Nous avons utilisé la vidéographie à grande vitesse et l'analyse d'images pour voir à quelle vitesse les insectes ont été submergés lorsque les gouttes de pluie les ont frappés.

Mes collègues et moi avons également mesuré l’accélération du deuxième cratère, plus petit. Ce cratère se rétracte rapidement – ​​selon nos mesures, 50 fois l'accélération due à la gravité. Les marcheurs aquatiques ne peuvent pas se soutenir à l'intérieur de cette deuxième bulle, car la surface sur laquelle ils se trouvent monte si rapidement, et ils pourraient tomber sous l'eau et être submergés. Si cela se produit, les marcheurs aquatiques effectuent de puissants mouvements de nage pour tenter de refaire surface.

Comme les marcheurs aquatiques, les microplastiques sont très légers et souvent hydrofuges. Ils ont tendance à se déplacer de la même manière au-dessus de l’eau et les gouttes de pluie peuvent les submerger. Lorsque les polluants sont submergés, ils sont plus difficiles à nettoyer et la vie marine pourrait les consommer.

Nos recherches nous indiquent que l'accélération rapide du deuxième cratère vers la surface de l'eau joue un rôle important dans le naufrage des minuscules particules, qu'il s'agisse des marcheurs aquatiques ou des microplastiques.

Étudier la façon dont les petites particules et les organismes se dispersent dans l'eau pourrait aider les scientifiques à comprendre comment prévenir et atténuer la pollution microplastique.

Les marcheurs aquatiques sont si hydrofuges qu'ils portent autour d'eux une bulle appelée plastron lorsqu'ils sont poussés sous l'eau.

En laboratoire, plus ils sont frappés par des gouttes avant de repousser l'eau, plus les marcheurs aquatiques sont susceptibles de rester immergés pendant de longues périodes.

Les impacts de gouttes de pluie semblent épuiser le plastron. Nous ne savons pas encore combien d'impacts répétés les marcheurs peuvent tolérer et comment les polluants chimiques présents dans les cours d'eau affectent leur résistance à la submersion.

Les travaux futurs remplaceront les marcheurs aquatiques dans nos expériences par des particules flottantes qui imitent les microplastiques, avec une gamme de tailles, de densités et de propriétés hydrofuges. Nous nous attendons à ce que les particules plus grosses fassent éclater les gouttes au contact, tandis que les particules plus petites seront probablement transportées dans l'air ou aérosolisées par les éclaboussures.

Et les marcheurs ne sont pas seulement de bons modèles pour le mouvement des microplastiques. Étudier les jambes des marcheurs aquatiques pendant qu'ils nagent pourrait également aider les chercheurs à concevoir des robots sous-marins.

Plus d'informations : Daren A. Watson et al, Les marcheurs aquatiques sont imperméables aux forces de collision des gouttes de pluie et submergés par l'effondrement des cratères, Actes de l'Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2315667121

Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences

Fourni par The Conversation

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