Installé à l'intérieur d'un bâtiment en bois caverneux à San Diego, en Californie, à quelques enjambées des vagues du Pacifique, le premier simulateur d'atmosphère océanique au monde a pris vie. D'une simple pression sur un interrupteur et d'une rafale de sons, des vagues d'un mètre de haut ont commencé à traverser un réservoir de 120 pieds de long équipé d'un ensemble de capteurs, de lumières et d'ordinateurs.
Le Scripps Ocean Atmosphere Research Simulator, ou SOARS, imite l'interaction de l'eau, de la météo, de la salinité, de la chimie et de la vie marine microbienne à la surface de la mer dans un environnement de laboratoire. Conçu par le Scripps Institute of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego, ce biome miniature peut générer des vagues considérables, créer des vents de force ouragan, contrôler la température de l'air et de l'eau pour reproduire les conditions polaires et tropicales et produire des proliférations de phytoplancton avec un large éventail d'espèces. De plus, SOARS permet aux chercheurs de tester des variables telles que les gaz à effet de serre et d'autres polluants atmosphériques pour des études sur les scénarios climatiques futurs.
Avec le potentiel de faire correspondre et de reproduire la physique, la biologie et la chimie à travers les sept mers, ainsi qu'à travers le temps lui-même, le simulateur vise à servir de catalyseur pour l'exploration interdisciplinaire liée à l'océan, selon l'équipe derrière. Plus précisément, il a le potentiel d'approfondir notre compréhension des interactions entre la mer et l'atmosphère, une couche qui joue un rôle démesuré dans les fonctions de la planète.
Ce qui se passe à la surface de l'eau est tout aussi important que ce qui se passe en dessous.
Le laboratoire d'hydraulique SIO, qui abrite le SOARS, a été construit en 1964 précisément pour ce type de gros appareil expérimental. Au fil des décennies, il a stocké une variété de canaux et de bassins de vagues, de réservoirs d'écoulement et d'un canal de vent plus simpliste. Au fur et à mesure que l'équipement vieillit et est mis hors service, l'université cède l'espace à des instruments plus avancés, comme le nouveau simulateur.
"SOARS est totalement unique et une première en son genre", déclare Dale Stokes, océanographe Scripps et co-chercheur principal de SOARS. "Il existe d'autres canaux de vagues ou souffleries, mais rien avec le contrôle environnemental complet et la complexité de SOARS… ainsi que sa capacité à reproduire la surface de la mer n'importe où sur la planète."
La machine, qui a duré cinq ans, a été principalement financée par une subvention de 2,8 millions de dollars de la National Science Foundation et construite par la société de fabrication de souffleries Aerolab. Paul Vasilescu, vice-président d'Aerolab et ingénieur principal de SOARS, a rarement été aussi impressionné par l'une de ses inventions.
"Nous avons commencé avec une table rase en développant entièrement cela à partir de zéro en ce qui concerne la conception globale", explique Vasilescu. "C'est vraiment excitant de pouvoir proposer cette machine et de vraiment permettre le type de recherche pour lequel [Scripps] va pouvoir l'utiliser."
Le réservoir d'eau salée de 36 000 gallons est rempli directement de La Jolla Cove de San Diego. Il comporte une grande pagaie qui génère des vagues sur commande et est éclairé à la fois par des puits de lumière réglables et des ampoules vives qui simulent la lumière naturelle frappant la surface de l'océan.
En ce qui concerne les écosystèmes marins, ce qui se passe à la surface de l'eau est tout aussi important que ce qui se passe en dessous. L'étude de la frontière air-mer, là où l'atmosphère et l'océan se croisent, était le principal motif de la conception du simulateur. En tant que l'un des environnements les plus chimiquement et physiquement dynamiques au monde, la frontière air-mer est essentielle à la vie dans les océans et partout ailleurs.
"C'est un endroit spécial, une danse complexe entre l'eau et l'air", déclare Grant Deane, océanographe Scripps et co-chercheur principal de SOARS. "Parce que la frontière air-mer couvre 71% de la Terre, ce qui s'y passe est lié au destin de la planète. Environ 90% de la chaleur piégée par les gaz à effet de serre en excès et un tiers de tout le dioxyde de carbone libéré sur la planète traversent la frontière dans l'océan. Il a un impact très, très important sur le temps et le climat. ”
Lorsque l'eau et d'autres particules s'évaporent de la frontière air-mer, elles se condensent pour contrôler la formation de nuages ou de vapeur. Cette eau retourne ensuite au sol par les précipitations, soutenant les plantes, les microbes, les animaux et les humains.
Auparavant, les biologistes marins et autres scientifiques menaient leurs recherches sur la frontière air-mer sur des navires et des ordinateurs complexes. Mais étudier la dynamique chimique et physique subtile à la surface de l'eau à la merci de Mère Nature peut être très difficile, sans parler du coût. Bien que l'équipe SOARS affirme que le simulateur n'est pas destiné à remplacer l'exploration océanique, il peut servir de pont entre le laboratoire et les éléments sauvages.
Timothy Bertram, chimiste de l'atmosphère à l'Université du Wisconsin, est l'un des nombreux scientifiques qui souhaitent à la fois voir SOARS en action et contribuer à sa prochaine enquête sur la frontière air-mer.
"Les frontières environnementales sont parmi les domaines de recherche les plus fascinants, car la masse et l'énergie sont échangées entre les compartiments du système terrestre", explique Bertram. « Cependant, l'étude des processus à ces interfaces est notoirement difficile à faire de manière systématique et contrôlée. SOARS suscitera de l'intérêt dans un grand nombre de domaines et permettra des études interdisciplinaires souvent difficiles à orchestrer. »
L'une des plus grandes opportunités offertes par le simulateur est une plongée en profondeur sur ce qui se passe aux pôles. Dans les régions arctiques, la frontière air-mer comprend des calottes glaciaires, qui dépendent à la fois de la stabilité océanique et atmosphérique. Avec les environnements plus glaciaux de SOARS, les chercheurs pourront étudier les interactions entre la fonte des glaces et l'élévation du niveau de la mer, ainsi que le transfert de micro-organismes de l'eau vers l'air. Les groupes intéressés par l'étude de l'océan Antarctique peuvent également basculer la machine en mode polaire, abaissant la température de l'eau salée à 34 degrés Fahrenheit et la température du vent à -2 degrés Fahrenheit.
"Nous pouvons tourner les boutons et l'utiliser comme une machine à remonter le temps", explique Stokes. "Nous pouvons le faire simuler les conditions que nous avons eues dans un passé récent ou nous pouvons, par exemple, augmenter le CO2 et regardez ce qu'il adviendra de ces micro-organismes à l'avenir. »
En donnant accès au simulateur aux chimistes, biologistes, océanographes, etc., Scripps espère que SOARS servira non seulement d'installation de recherche innovante, mais aussi de creuset inspirant pour l'avenir de la science.
Au cours des prochaines semaines, Deane, Stokes et Vasilescu travailleront avec des chercheurs et des laboratoires extérieurs pour configurer la machine pour une gamme variée d'expériences. Le simulateur devrait déjà bénéficier d'une mise à niveau de l'énergie éolienne pour mieux imiter les ouragans et les tempêtes tropicales. Cela pourrait conduire à l'amélioration des codes de construction pour les structures dans le monde réel afin de les aider à résister aux événements météorologiques extrêmes qui deviennent de plus en plus fréquents au fil du temps.
"Bien qu'il n'y ait rien d'autre comme SOARS sur la planète, nous espérons vraiment que d'autres pays voudront en construire un", déclare Deane. "L'océan est un système très complexe, et peu importe si nous nous divisons en ces différentes parties ou champs. Nous pouvons faire beaucoup de travail avec [notre simulateur], mais nous pouvons faire encore plus si cet effort est reproduit et collaboratif.
