Comment les « avalanches » sous-marines transportent les plastiques jusqu’aux abysses

Source: The Conversation – in French – By Yvan Dossmann, Enseignant-chercheur en Mécanique des Fluides, Université de Lorraine

Déchets plastiques (on aperçoit notamment un ancien casque de vélo) à la surface océanique. Une partie de ces déchets sera charriée vers les fonds marins. The Ocean Cleanup, Fourni par l’auteur

L’ESSENTIEL

Les continents de plastique qui flottent à la surface des océans ne représentent qu’une infime fraction de la masse totale de plastique qu’abrite l’environnement marin.
Où est passé le plastique manquant ? Plusieurs études suggèrent que les courants de turbidité, véritables « avalanches » sous-marines liées à l’écoulement des sédiments côtiers, les transportent vers les fonds marins.
Leurs effets sur la biodiversité des grands fonds, elle-même difficile à étudier, sont mal connus, mais pourraient impacter toute la chaîne alimentaire.

Les déchets plastiques sont omniprésents dans l’environnement marin, avec des impacts écologiques et sanitaires préoccupants. Cette problématique est de plus en plus médiatisée : les images de continents flottants de plastiques sur les océans du globe, obtenues lors de campagnes océanographiques associées à des actions de dissémination scientifique de grande ampleur (la mission Tara Microplastiques ou l’expédition Septième Continent, par exemple), ont marqué les esprits.

Cependant, ces plastiques de surface ne représentent qu’une faible fraction de la masse totale des plastiques injectés dans les mers et océans, que ce soit par les rivières depuis les zones côtières ou les navires.

Qu’advient-il de cette masse de plastique manquante ? Quel est son impact sur les écosystèmes marins et terrestres ? Coule-t-elle simplement depuis les zones d’injection ? Est-elle ramenée sur la côte par la houle et les vagues ? L’étude des écoulements sous-marins permet de répondre à cette question.

Les courants de turbidité, véritables « avalanches » sous-marines

Dans les zones côtières – et notamment à proximité des estuaires – se déclenchent fréquemment des écoulements sédimentaires appelés courants de turbidité. Il s’agit de véritables avalanches sous-marines se propageant sur des centaines de kilomètres à des vitesses avoisinant 20 km/h, phénoménales au regard des masses de matière transportées, mille fois plus denses que l’air.

Ces courants charrient avec eux non seulement les sédiments, mais également de grandes quantités de particules plastiques vers les fonds marins. C’est pourquoi la dynamique de ces courants et la manière dont ils transportent les plastiques vers les profondeurs sont étudiés sur le terrain et dans les laboratoires. Il s’agit de l’un de nos projets de recherche.

En montagne, les avalanches sont déclenchées par une perturbation dans le manteau neigeux, autrement stable, qui provoque un écoulement de flocons en suspension dans un volume d’air principalement guidé par la topographie du terrain.

Exemple d’avalanche sous-marine dans le Saint-Laurent, au Canada (Radio-Canada).

De manière analogue, les courants de turbidité dans l’eau sont provoqués par des perturbations sous-marines, tels des glissements de terrain, des crues de rivières ou encore la marée. Elles dévalent les pentes sous-marines depuis le plateau continental (qui correspond au prolongement des continents sous la surface des océans, d’un point de vue géophysique) vers les fonds océaniques. Selon les zones géographiques, ces évènements peuvent se reproduire jusqu’à une centaine de fois par ans.

Exemple de turbidites en Italie datant du Miocène (il y a environ 20 millions d’années), vestiges des écoulements sédimentaires océaniques de l’époque.
Geologist, CC BY-SA

Lors de leur avancée, ces courants interagissent avec le plancher océanique. Ils déposent de nouvelles couches sédimentaires, appelées turbidites, et érodent, à chaque passage, des canyons sous-marins, creusant ainsi des sillons de propagation pour les courants suivants. Ils sont également convoyeurs d’oxygène et de nutriments vers l’océan profond.

Ces courants de turbidité peuvent être étudiés en laboratoire au travers d’expériences en conditions contrôlées (dans des canaux) et de simulations numériques. Ces études permettent de mieux comprendre les facteurs qui influencent la dynamique globale du courant et les mécanismes locaux, tels les dépôts sédimentaires lors de l’écoulement. Les propriétés des sédiments, du fluide et de la pente peuvent alors être explorées par des mesures optiques et acoustiques très précises.

Des modèles physiques permettent ensuite de transposer ces résultats pour extrapoler les propriétés des écoulements à échelle réelle, où l’accès à la mesure scientifique est plus limité. Ces travaux contribuent à anticiper les risques liés à ces courants, notamment la prévention de rupture de câbles sous-marins lors de leur passage. Mais qu’en est-il des plastiques injectés depuis la surface ?

Des autoroutes pour microplastiques

Des mesures en mer ont suggéré un lien entre courants de turbidité et microplastiques. L’analyse d’une campagne de prélèvement menée dans la mer Tyrrhénienne (une partie de la mer Méditerranée, à l’ouest de la Sardaigne) a mis en évidence de fortes disparités entre les zones de dépôt sur les fonds océaniques.

Elle a également montré une forte coïncidence géographique entre les zones « enrichies » en plastiques et les routes principales des courants profonds. L’idée de plastiques « lourds », qui couleraient verticalement après un éventuel transport par les courants de surface, est donc remise en cause par ces observations.

Comment les courants sous-marins transportent les microplastiques dans les fonds marins.
Ian Kane et coll., Science, 2020

Plus récemment (étude publiée en 2025), la même équipe a mené une campagne spécifique dans le canyon de Whittard, à 300 kilomètres au large des côtes britanniques. Celle-ci a confirmé que les courants de turbidité qui y sont générés jouent le rôle d’autoroutes privilégiées pour le transport des microplastiques, jusqu’à des profondeurs dépassant les 3 000 mètres.

Les prélèvements ont mis en lumière des disparités plus fines dans la répartition des microplastiques piégés dans les turbidites. Le courant de turbidité opère, en particulier, un tri naturel entre différentes familles de plastiques : les fibres textiles allongées et déformables et les particules plastiques rigides sont piégées à des profondeurs différentes.

Des expériences pour retracer l’itinéraire des microplastiques dans les fonds marins

Pour mieux comprendre ces mécanismes de transport et de séparation des particules, nous avons mené des expériences en laboratoire grâce aux infrastructures du Laboratoire énergies et mécanique théorique et appliquée (LEMTA) de l’Université de Lorraine à Nancy et au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon. L’objectif de ces expériences, qui consistent à suivre les trajectoires de particules plastiques transportées par un courant de turbidité modèle, était de décrire l’histoire de ces particules, en lien avec la dynamique complexe du courant.

Courant de gravité en laboratoire et gros plan sur les trajectoires des particules plastiques dans le front du courant.
Fourni par l’auteur

De fait, nos résultats montrent que la dynamique tourbillonnaire de l’écoulement envoie les particules vers l’aval du courant. Ce contrôle par la dynamique du courant n’est pas sans conséquence pour l’écologie marine et, par extension, la santé humaine. En effet, les courants de turbidité transportent non seulement des sédiments et des microplastiques, mais aussi des nutriments et de la matière organique indispensables aux écosystèmes des grands fonds.

Les microplastiques s’accumulent ainsi dans des zones particulièrement riches en biodiversité, exposant davantage ces écosystèmes à la pollution. Par ce mécanisme, les microplastiques pourraient être transférés le long de la chaîne alimentaire, jusqu’aux espèces consommées par l’homme, même si les répercussions sanitaires de cette exposition restent encore pour l’heure mal connues.

Longtemps considérés comme des milieux isolés, les grands fonds apparaissent aujourd’hui comme l’un des réceptacles de notre pollution plastique. Comprendre la physique des courants qui les alimentent est devenu indispensable pour anticiper le devenir des plastiques dans l’océan et pour mieux protéger ces écosystèmes encore largement méconnus.

Le projet PALAGRAM est soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Dossmann Yvan a reçu des financements de l’Agence Nationale de la recherche (https://anr.fr/Projet-ANR-19-CE30-0041)

Mario Humbert ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

– ref. Comment les « avalanches » sous-marines transportent les plastiques jusqu’aux abysses – https://theconversation.com/comment-les-avalanches-sous-marines-transportent-les-plastiques-jusquaux-abysses-289738