Le MIT conçoit des récifs offshore respectueux de l’environnement pour protéger les côtes et la vie marine

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Une équipe du MIT espère fortifier les côtes avec des récifs « architecturés » – des structures offshore durables conçues pour imiter les effets tampons des vagues des récifs naturels tout en fournissant également des poches aux poissons et autres espèces marines. (Image :avec l'aimable autorisation de Michael Triantafyllou, et al)

Une équipe du MIT espère fortifier les côtes avec des récifs « architecturés » – des structures offshore durables conçues pour imiter les effets tampons des vagues des récifs naturels tout en fournissant également des poches pour les poissons et autres espèces marines.

La conception du récif de l’équipe est centrée sur une structure cylindrique entourée de quatre lattes en forme de gouvernail. Les ingénieurs ont découvert que lorsque cette structure se dresse contre une vague, elle brise efficacement la vague en jets turbulents qui finissent par dissiper la majeure partie de l’énergie totale de la vague. L'équipe a calculé que la nouvelle conception pourrait réduire autant l'énergie des vagues que les récifs artificiels existants, en utilisant 10 fois moins de matériaux.

Les chercheurs prévoient de fabriquer chaque structure cylindrique à partir de ciment durable, qu'ils mouleraient selon un motif de « voxels » qui pourraient être automatiquement assemblés et fourniraient des poches aux poissons à explorer et à d'autres espèces marines dans lesquelles s'installer. Les cylindres pourraient être reliés pour former un long mur semi-perméable, que les ingénieurs pourraient ériger le long d'un littoral, à environ 800 mètres du rivage. Sur la base des premières expériences de l'équipe avec des prototypes à l'échelle du laboratoire, le récif architecturé pourrait réduire l'énergie des vagues entrantes de plus de 95 %.

"Ce serait comme un long brise-vagues", a déclaré le professeur Michael Triantafyllou. "Si les vagues atteignent six mètres de haut en direction de cette structure récifale, elles auront finalement moins d'un mètre de haut de l'autre côté. Ainsi, cela tue l'impact des vagues, ce qui pourrait empêcher l'érosion et les inondations. "

L'équipe a plutôt cherché des moyens de concevoir un récif artificiel qui dissiperait efficacement l'énergie des vagues avec moins de matériaux, tout en fournissant également un refuge aux poissons vivant le long de toute côte vulnérable.

"N'oubliez pas que les récifs coralliens naturels ne se trouvent que dans les eaux tropicales", a déclaré Triantafyllou. "Nous ne pouvons pas avoir de tels récifs, par exemple dans le Massachusetts. Mais les récifs architecturés ne dépendent pas de la température, ils peuvent donc être placés dans n'importe quelle eau, pour protéger davantage de zones côtières."

La conception architecturale du récif de l’équipe est née de deux problèmes apparemment sans rapport. Les chercheurs de l'ABC développaient des structures cellulaires ultralégères pour l'industrie aérospatiale, tandis que les chercheurs de Sea Grant évaluaient les performances des obturateurs d'éruption dans les structures pétrolières offshore - des vannes cylindriques utilisées pour sceller les puits de pétrole et de gaz et empêcher leur fuite.

Les tests de l’équipe ont montré que la disposition cylindrique de la structure générait une traînée élevée. En d’autres termes, la structure semblait particulièrement efficace pour dissiper les flux de pétrole et de gaz à forte force. Ils se sont demandé :le même agencement pourrait-il dissiper un autre type d'écoulement, dans les vagues océaniques ?

"Nous exploitons ces turbulences et ces puissants jets pour finalement dissiper l'énergie des vagues", a déclaré le co-auteur Jose del Auila Ferrandis.

Une fois que les chercheurs ont identifié une structure optimale de dissipation des vagues, ils ont fabriqué une version à l’échelle du laboratoire d’un récif architecturé constitué d’une série de structures cylindriques, qu’ils ont imprimées en 3D à partir de plastique. Chaque cylindre d'essai mesurait environ un pied de large et quatre pieds de haut. Ils ont assemblé un certain nombre de cylindres, chacun espacé d'environ un pied, pour former une structure en forme de clôture, qu'ils ont ensuite descendue dans un réservoir à vagues au MIT. Ils ont ensuite généré des vagues de différentes hauteurs et les ont mesurées avant et après avoir traversé le récif architecturé.

"Nous avons vu les vagues diminuer considérablement, à mesure que le récif détruisait leur énergie", a déclaré Triantafyllou.

L’équipe a également étudié la possibilité de rendre les structures plus poreuses et plus conviviales pour les poissons. Ils ont découvert que, plutôt que de fabriquer chaque structure à partir d'une plaque de plastique solide, ils pouvaient utiliser un type de ciment plus abordable et plus durable.

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