Dynamique de copépodes dans les écoulements turbulents

Les copépodes sont des crustacés zooplanctoniques très abondants dans les écosystèmes aquatiques. Ils sont un élément important de la chaîne alimentaire, reliant le phytoplancton et les larves de poisson. Les copépodes peuvent nager, et leur nage comporte entre autres des sauts puissants et localisés, souvent utilisés dans le milieu aquatique, pour échapper à leurs prédateurs. Ce comportement de nage, en relation en particulier avec les gradients locaux du champ de vitesse dans leur environnement proche, fait que les copépodes ne peuvent pas être considérés comme des traceurs passifs de l'écoulement. L'influence de ces sauts sur leur répartition spatiale est encore très mal connue. Les travaux présentés dans cette communication font partie d'un travail de thèse soutenue en octobre 2016. Il s'agit de placer des copépodes virtuels (un modèle lagrangien de copépodes) dans un écoulement de simulation numérique directe (DNS) de la turbulence, et de considérer numériquement l'influence du comportement de saut sur la répartition des copépodes dans l'écoulement. Les copépodes virtuels sont placés dans une turbulence homogène et isotrope de nombre de Reynolds (basé sur l'échelle de Taylor) de 80. Ils sont advectés comme des particules passives lagrangiennes, avec des sauts déterminés par la valeur du module du tenseur de déformation dans leur environnement immédiat. Plusieurs paramètres rentrent en compte: le seuil pour déclencher les sauts, la vitesse instantanée des sauts, l'orientation des sauts et le temps de latence entre deux sauts successifs. Différentes simulations sont réalisées, avec 256,000 particules. La répartition spatiale est étudiée via la dimension de corrélation des copépodes; on obtient, pour certaines valeurs des paramètres, une accumulation, ou concentration préférentielle (preferential concentration) assez marquée. L'effet de cette accumulation locale est potentiellement très important écologiquement: cela peut très fortement augmenter le taux de rencontre entre copépodes, et donc l'efficacité de la reproduction. Ces résultats, et leurs implications écologiques, seront discutés dans cette présentation