Thèse soutenue

Phytoplankton vertical dynamics in the presence of advection
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Auteur / Autrice : Vinicius Beltram Tergolina
Direction : Gilmar Mompean
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
Date : Soutenance le 16/02/2022
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Mécanique de Lille - Joseph Boussinesq
Jury : Président / Présidente : Mohamed-Najib Ouarzazi
Examinateurs / Examinatrices : Stefano Berti, Enrico Calzavarini, Salima Rafaï, Elena Alekseenko
Rapporteurs / Rapporteuses : Emilio Hernández-Garcia, Filippo De Lillo

Résumé

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Les systèmes de transport de réaction apparaissent dans de nombreux domaines de recherche et applications, par exemple: cinétique de réaction chimique dans les fluides, dynamique du plancton, diffusion des infections. Alors que la dynamique de réaction des espèces à avoir été largement étudiée en milieux homogènes, leur compréhension dans des environnements hétérogènes particulièrement pertinents pour les problèmes écologiques, est à nouveau limite. Dans ce projet que nous proposons à élucider, au moyen de simulations numériques de systèmes d'advection - réaction - diffusion, la réciproque complexe entre dans l'hétérogénéité de l'environnement (des limites de ressources telles que la disponibilité de la lumière dans la colonne d'eau dans la mer ou dans un lac) et transport par un écoulement de fluide, qui contrôle l'apparition des fleurs de phytoplancton dans les milieux aquatiques shakes. L'accent est mis sur le rôle des écoulements structurés dans l'espace et le mélange turbulent et la persistance des populations d'algues, ainsi que sur la répartition verticale / horizontale détaillée de la population. Pour étudier ces problèmes, les écoulements turbulents résultant des modèles de simulation à grandes échelles (LES) de l'équation de Navier-Stokes ou des modèles cinématiques seront pris en compte. Une telle approche devrait permettre d'accéder aux détails à différentes échelles des mécanismes d'interaction qui déterminent la dynamique du phytoplancton. En raison du large éventail d'échelles patiales et temporelles impliquées, cela représente une tâche très difficile et constitue le principal aspect original du projet. Dans le but d'améliorer le réalisme biologique et physique, la complexité du modèle augmentera progressivement. En analysant le comportement temporel des systèmes modèles adoptés, il sera finalement possible d’explorer les mécanismes contrôlant l’apparition de conditions environnementales agissant comme précurseurs de proliférations d’algues. Cette étude devrait fournir des indications sur la manière de mieux prendre en compte la complexité des mouvements de fluides, par rapport aux modèles de dynamique des populations généralement utilisés dans les études fondamentales et appliquées à des échelles supérieures aux structures spatiales (turbulentes) du flux. En particulier, nous visons à caractériser les principaux effets dus aux fluctuations des turbulences et donc à la possibilité de rendre compte d’une phénoménologie plus riche. Les résultats seront alors utiles pour établir de nouvelles contraintes pour améliorer les modèles de réseau alimentaire en écologie marine. L'amélioration de la possibilité de prédire et, potentiellement, de contrôler les proliférations de phytoplancton a également un impact sociétal majeur, par ex. pour la gestion de l'eutrophisation induite par l'homme (augmentation de la croissance des algues due aux excès d'utrients) des écosystèmes marins d'eau douce et côtiers.