Voici pourquoi les motifs géométriques des marais salants du monde entier se ressemblent tellement

Les salines du monde entier – comme celles de Badwater Basin dans la Death Valley, en Californie – forment des polygones de taille similaire.

Rudy Sulgan/La banque d'images/Getty Images Plus

Par Matthew R. Francis

5 avril 2023 à 7h00

De la Vallée de la Mort au Chili en passant par l'Iran, des polygones de sel de taille similaire se forment dans les playas du monde entier - et les flux de fluides souterrains pourraient être la clé pour résoudre le problème de longue date du pourquoi.

Des formes géométriques telles que des pentagones et des hexagones se forment spontanément dans un large éventail de contextes géologiques. La boue séchée, la glace et la roche se fissurent souvent en polygones, mais ces modèles ont tendance à varier considérablement en taille.

Alors pourquoi toutes les playas sont-elles si persistantes ? La réponse se trouve sous terre, la physicienne Jana Lasser et ses collègues proposent le 24 février dans Physical Review X. Avec des modèles mathématiques sophistiqués, des simulations informatiques et des expériences réalisées à Owens Lake en Californie, l'équipe a relié ce qu'elle a vu à la surface avec ce qui se passe en dessous.

"Les écoulements de fluides et la convection souterraine sont les seuls capables d'expliquer pourquoi les modèles se forment", explique Lasser, de l'Université de technologie de Graz en Autriche.

Cette approche 3D était essentielle pour expliquer l'universalité des polygones salés.

Les salines se forment dans les endroits où les précipitations sont rares et où il y a beaucoup d'évaporation (SN : 12/5/07). L'eau souterraine remontant à la surface s'évapore, laissant une croûte de sels et d'autres minéraux dissous dans l'eau. Le plus frappant, ce processus se traduit par de basses crêtes de sel concentré qui divisent la playa en polygones : principalement des hexagones avec une poignée de pentagones et d'autres formes géométriques.

Le type de sel varie d'une playa à l'autre. Le sel de table, ou chlorure de sodium, domine dans certaines playas, mais d'autres ont plus de sels de sulfite. Et les croûtes de sel elles-mêmes varient en épaisseur de quelques millimètres à plusieurs mètres. Cette variation semble être la raison pour laquelle les tentatives précédentes pour décrire les modèles des playas ont échoué.

Que les croûtes aient une épaisseur d'un mètre ou d'un millimètre, les salines présentent des polygones de 1 à 2 mètres de diamètre. Les modèles précédents basés sur la fissuration, l'expansion et d'autres phénomènes qui décrivent comment la fracture de la boue et de la roche produisent à la place des polygones dont la taille varie en fonction de l'épaisseur de la croûte.

Lorsque l'eau souterraine s'évapore de la surface, elle concentre le sel dans l'eau souterraine restante. Cette eau salée, maintenant plus dense et plus lourde, coule, forçant d'autres eaux moins denses vers le haut. Lasser et ses collègues ont montré qu'au fil du temps, la circulation, connue sous le nom de convection, a tendance à pousser les panaches descendants d'eau plus salée dans un réseau de nappes verticales. La surface au-dessus de ces feuilles accumule plus de sel, de sorte que d'épaisses crêtes de sel s'y développent. Des croûtes de sel plus minces se forment entre les deux, là où l'eau moins salée remonte, formant spontanément les polygones caractéristiques partagés par les playas du monde entier.

Les équations utilisées par les chercheurs décrivent la salinité relative de l'eau souterraine, la pression à l'intérieur du fluide et la vitesse à laquelle l'eau circule. Les simulations informatiques qui ont embrassé toute la complexité du problème 3D ont commencé sans croûte de sel ni polygones et ont produit quelque chose qui ressemble beaucoup à de vraies playas.

"Ce modèle de dynamique des fluides a beaucoup plus de sens qu'un modèle qui ignore ce qui se passe sous la surface", déclare le physicien Julyan Cartwright du Conseil national espagnol de la recherche, basé à Grenade et n'ayant pas participé à la recherche.

Des tests à Owens Lake ont aidé l'équipe à vérifier et à affiner le modèle. "La physique, c'est bien plus que de s'asseoir devant un ordinateur", dit Lasser, "et je voulais faire quelque chose qui implique des expériences."

Le lac s'est asséché dans les années 1920 lorsque l'eau a été détournée vers Los Angeles. Les minéraux déposés sur le plat de sel restant comprennent de grandes concentrations naturelles d'arsenic, qui s'envole avec la poussière soulevée par le vent, créant de graves risques pour la santé. Entre autres efforts d'assainissement, de la saumure a été pompée sur le lit du lac pour essayer de créer une croûte de sel plus stable (SN : 28/11/01). Cette intervention humaine a permis aux chercheurs de tester leurs idées de manière contrôlée.

"Toute la zone est détruite", dit Lasser, "mais pour nous, c'était l'environnement de recherche parfait."

Des questions ou commentaires sur cet article ? Envoyez-nous un e-mail à [email protected] | FAQ sur les réimpressions

J.Lasser et al. Polygones salins et convection en milieu poreux. Physical Review X. Publié en ligne le 24 février 2023. doi : 10.1103/PhysRevX.13.011025.

Notre mission est de fournir au public des informations précises et engageantes sur la science. Cette mission n'a jamais été aussi importante qu'aujourd'hui.

En tant qu'organisation de presse à but non lucratif, nous ne pouvons pas le faire sans vous.

Votre soutien nous permet de garder notre contenu gratuit et accessible à la prochaine génération de scientifiques et d'ingénieurs. Investissez dans le journalisme scientifique de qualité en faisant un don aujourd'hui.