Alors que le changement climatique fait peser de plus grandes menaces sur les écosystèmes côtiers, de nouvelles recherches peuvent aider les planificateurs à tirer parti des avantages d’amortissement des vagues des plantes des marais.
Les plantes des marais, qui sont omniprésentes le long des côtes du monde, peuvent jouer un rôle majeur dans l’atténuation des dommages causés aux côtes à mesure que le niveau de la mer augmente et que les ondes de tempête augmentent. Maintenant, une nouvelle étude du MIT fournit plus de détails sur la façon dont ces avantages de protection fonctionnent dans des conditions réelles façonnées par les vagues et les courants.
L’étude combinait des expériences en laboratoire utilisant des plantes simulées dans un grand réservoir à vagues ainsi qu’une modélisation mathématique. Il apparaît dans le journal Examen physique — Fluides, dans un article de Xiaoxia Zhang, ancienne doctorante invitée au MIT, maintenant postdoctorante à l’Université de technologie de Dalian, et professeure d’ingénierie civile et environnementale Heidi Nepf.
Légende : Une nouvelle étude du MIT fournit plus de détails sur la façon dont les avantages protecteurs des plantes des marais fonctionnent dans des conditions réelles façonnées par les vagues et les courants. Les plantes simulées utilisées dans les expériences de laboratoire ont été conçues à partir de Spartina alterniflora, une plante commune des marais côtiers. Crédit image: Xiaoxia Zhang
Il est déjà clair que les plantes des marais côtiers offrent une protection importante contre les surtensions et les tempêtes dévastatrices. Par exemple, il a été estimé que les dommages causés par l’ouragan Sandy ont été réduits de 625 millions de dollars grâce à l’amortissement de l’énergie des vagues fourni par de vastes zones de marais le long des côtes touchées. Mais la nouvelle analyse du MIT intègre des détails sur la morphologie des plantes, tels que le nombre et l’espacement des feuilles flexibles par rapport aux tiges plus rigides, et les interactions complexes des courants et des vagues qui peuvent provenir de différentes directions.
Ce niveau de détail pourrait permettre aux planificateurs de la restauration côtière de déterminer la superficie de marais nécessaire pour atténuer les quantités attendues d’ondes de tempête ou d’élévation du niveau de la mer, et de décider quels types de plantes introduire pour maximiser la protection.
« Quand vous allez dans un marais, vous verrez souvent que les plantes sont disposées en zones », explique Nepf, professeur Donald et Martha Harleman de génie civil et environnemental. « Le long du bord, vous avez tendance à avoir des plantes plus flexibles, car elles utilisent leur flexibilité pour réduire les forces des vagues qu’elles ressentent. Dans la zone suivante, les plantes sont un peu plus rigides et ont un peu plus de feuilles.
Au fur et à mesure que les zones progressent, les plantes deviennent plus rigides, plus feuillues et plus efficaces pour absorber l’énergie des vagues grâce à leur plus grande surface foliaire. La nouvelle modélisation effectuée dans cette recherche, qui a incorporé des travaux avec des plantes simulées dans le réservoir à vagues de 24 mètres de long du Parsons Lab du MIT, peut permettre aux planificateurs côtiers de prendre en compte ce type de détails lors de la planification de projets de protection, d’atténuation ou de restauration.
« Si vous placez les plantes les plus rigides au bord, elles pourraient ne pas survivre, car elles ressentent des forces de vagues très élevées. En décrivant pourquoi Mère Nature organise les plantes de cette manière, nous pouvons, espérons-le, concevoir une restauration plus durable », explique Nepf.
Une fois établies, les plantes des marais fournissent un cycle de rétroaction positive qui aide non seulement à stabiliser mais aussi à construire ces délicates terres côtières, explique Zhang. « Après quelques années, les herbes des marais commencent à piéger et à retenir les sédiments, et l’altitude devient de plus en plus élevée, ce qui pourrait suivre l’élévation du niveau de la mer », dit-elle.
La nouvelle analyse du MIT intègre des détails sur la morphologie des plantes, tels que le nombre et l’espacement des feuilles flexibles par rapport aux tiges plus rigides, et les interactions complexes des courants et des vagues qui peuvent provenir de différentes directions.
La prise de conscience des effets protecteurs des marais a augmenté, dit Nepf. Par exemple, les Pays-Bas ont restauré les marais perdus en dehors des digues qui entourent une grande partie des terres agricoles du pays, constatant que le marais peut protéger les digues de l’érosion ; le marais et les digues travaillent ensemble beaucoup plus efficacement que les digues seules pour empêcher les inondations.
Mais la plupart de ces efforts jusqu’à présent ont été en grande partie des plans d’essais et d’erreurs empiriques, dit Nepf. Désormais, ils pourraient profiter de cette modélisation pour savoir combien de marais avec quels types de plantes seraient nécessaires pour fournir le niveau de protection souhaité.
Cela fournit également un moyen plus quantitatif d’estimer la valeur fournie par les marais, dit-elle. « Cela pourrait vous permettre de dire avec plus de précision : « 40 mètres de marais réduiront autant les vagues et réduiront donc autant le franchissement de votre digue ». Quelqu’un pourrait s’en servir pour dire : « Je vais économiser autant d’argent au cours des 10 prochaines années si je réduis les inondations en entretenant ce marais. Cela pourrait aider à générer une certaine motivation politique pour les efforts de restauration. »
Nepf elle-même essaie déjà d’inclure certaines de ces conclusions dans les processus de planification côtière. Elle fait partie d’un panel de praticiens dirigé par Chris Esposito du Water Institute of the Gulf, qui dessert la côte de la Louisiane battue par les tempêtes. « Nous aimerions intégrer ce travail dans les simulations de couche qui sont utilisées pour la restauration à grande échelle et la planification côtière », dit-elle.
« La compréhension du processus d’amortissement des vagues dans les zones humides végétales réelles est d’une importance cruciale, car elle est nécessaire pour évaluer la valeur de défense côtière de ces zones humides », déclare Zhan Hu, professeur agrégé de sciences marines à l’Université Sun Yat-Sen, qui n’était pas associé à ce travail. « Le défi, cependant, réside dans la représentation quantitative du processus d’amortissement des vagues, dans lequel de nombreux facteurs sont en jeu, tels que la flexibilité des plantes, la morphologie et les courants coexistants. »
La nouvelle étude, dit Hu, « combine parfaitement les résultats expérimentaux et la modélisation analytique pour révéler l’impact de chaque facteur dans le processus d’amortissement des vagues. … Dans l’ensemble, ce travail est un pas en avant solide vers une évaluation plus précise de la capacité d’amortissement des vagues des zones humides côtières réelles, ce qui est nécessaire pour la conception et la gestion scientifiques de la protection côtière fondée sur la nature.
Écrit par David L. Chandler
La source: Massachusetts Institute of Technology
