Les palétuviers peuvent agir comme une sentinelle contre les dommages causés par les ouragans ou les tsunamis. Leurs racines s’entrelacent pour former un fourré dense au-dessus de l’eau qui brise les vagues et aide à atténuer la force de l’énergie d’une vague entrante.
Les forêts de mangroves offrent une ligne de défense contre les vagues de tempête causées par les ouragans et les tsunamis. Un nouvel ensemble de données mesure pour la première fois la métrique de performance technique de l’atténuation de la hauteur des vagues par les palétuviers à l’aide d’une étude de modèle physique à l’échelle d’un prototype. Les auteurs ont remporté un prix d’ensemble de données DesignSafe 2022. Crédit image : Kelty et al. doi : 10.17603/ds2-znjw-1f81
UN étude dans la revue Science a constaté que le tsunami cataclysmique de l’océan Indien en 2004, qui a tué plus de 227 000 personnes, a causé moins de dégâts dans les zones de forêts côtières comme les mangroves. Des études plus récentes ont également montré que les mangroves protégeaient les communautés et les structures lors des épisodes de ruissellement des ouragans.
Un nouvel ensemble de données mesure pour la première fois la métrique de performance technique de l’atténuation de la hauteur des vagues par les palétuviers à l’aide d’une étude de modèle physique à l’échelle d’un prototype.
Prix du jeu de données DesignSafe 2022
« PRJ-2143 : Étude expérimentale de la transformation des vagues, des surtensions et des tsunamis sur les rivages naturels” (DOI : 10.17603/ds2-znjw-1f81) — a reçu un 2022 DesignSafe Dataset Award, qui a reconnu les diverses contributions de l’ensemble de données à la recherche sur les risques naturels, telles que la fourniture d’un contexte indispensable pour les possibilités d’ingénierie utilisant les systèmes naturels.
Les auteurs des jeux de données sont Kiernan Keltycbec éco-ingénierie; Tori TomiczekAcadémie navale des États-Unis ; Daniel Cox et Pedro LomonacoUniversité d’État de l’Oregon (OSU).
L’équipe de développement de cyberinfrastructure et de logiciels DesignSafe est située au Texas Advanced Computing Center (TACC) de l’Université du Texas à Austin. TACC fournit des superordinateurs aux chercheurs participants sur les risques naturels pour effectuer des simulations à grande échelle à l’aide de programmes tels que OpenSees, OpenFoam et ADCIRC pour l’analyse des structures et des infrastructures civiles, ainsi que pour effectuer des analyses d’ensembles de données à grande échelle pour l’impact sociétal. Les ensembles de données résultants sont publiés dans le référentiel Data Depot, permettant un accès ouvert via un portail Web.
( a ) Système racinaire tronc-prop entrelacé de R. mangle dans le parc d’État de St. Lucie Inlet, FL. (b) Modèle physique de Rhizophora sp. système racinaire tronc-prop. Crédit : Kelty et al. doi : 10.17603/ds2-znjw-1f81
Forêt de mangrove artificielle
Les scientifiques ont construit une forêt de mangroves artificielles avec des tuyaux en PVC pour les troncs et du polyéthylène réticulé (PEX) pour les racines, la forêt mesurant 18 mètres de largeur transversale. Ils ont placé le modèle forestier dans un réservoir à vagues de 104 mètres de long appelé canal, en utilisant l’installation expérimentale de l’infrastructure de recherche en ingénierie des risques naturels (NHERI) à l’OSU.
Le LiDAR a été utilisé pour créer des balayages laser 3D, quantifier la surface projetée par unité de hauteur et estimer le diamètre effectif du système. Des jauges de vagues, des enregistreurs de pression et des vélocimètres acoustiques Doppler ont enregistré des données sur la hauteur, la force et la vitesse des vagues.
Des photos et des vidéos de chaque essai de l’expérience sont également incluses dans le base de donnéesmis à la disposition du public par DesignSafe.
(a) Construction de la section d’essai de la mangrove modèle, configuration haute densité (HD); vue vers le générateur de vagues avec (b) une configuration de mangrove à haute densité (HD) et (c) une configuration de mangrove à faible densité (LD). Crédit : Kelty et al. doi : 10.17603/ds2-znjw-1f81
Découvertes de prototypes forestiers
«Nous avons constaté une atténuation mesurable de la hauteur des vagues à travers la forêt de 18 mètres. Les mangroves ont eu un effet notable, même sur cette petite largeur transversale », a déclaré Tomiczek.
Pour des profondeurs d’eau plus faibles dans le réservoir, l’équipe a constaté une plus grande atténuation. De plus, ils ont testé deux densités différentes, le système le plus dense tamponnant davantage les vagues.
« Cela a du sens, mais il est également important de le valider avec les données », a ajouté Tomiczek.
Les lauréats publié les résultats de leur prototype d’étude sur la forêt de mangrove (DOI:10.17603/ds2-znjw-1f81) janvier 2022 dans la revue Frontières des sciences marines.
L’un des principaux enseignements de l’étude était l’importance de la mise à l’échelle lors de la construction d’un modèle physique idéalisé d’un système du monde réel. La Installation NHERI dans l’État de l’Oregon leur a permis de construire le modèle à grande échelle, en utilisant des mesures d’arbres prises à partir de spécimens de mangrove rouge à Rookery Bay, en Floride.
« En utilisant le modèle à grande échelle, nous avons pu montrer que les modèles à échelle réduite fonctionnent, mais seulement si l’on tient compte de la façon dont d’autres choses, telles que le nombre de Reynolds de la turbulence, diminuent », a déclaré Tomiczek.
« Il s’agit du premier ensemble de données qui a étudié l’impact sur les vagues d’un système de mangrove dans un cadre contrôlé à l’échelle du prototype pour les grandes vagues de tempête », a ajouté Kelty.
En plus d’avoir trois emplacements de stockage locaux distincts, les auteurs se sont tournés vers DesignSafe non seulement pour sécuriser les données, mais aussi pour les partager facilement avec d’autres scientifiques via le portail de style glisser-déposer facile à utiliser.
« J’ai vraiment aimé la façon dont l’espace de travail Data Depot nous a permis de télécharger toutes les données régulièrement, où je pouvais consulter des ensembles de données car j’étais à distance pendant l’intégralité des expériences en raison des précautions COVID », a déclaré Tomiczek.
(a) Photographie frontale d’une forêt modèle à haute densité. (b) Image LiDAR scannée. (c) Pochoir extrait montrant les mesures des racines du tronc et des accessoires. (d) Image pixélisée pour calculer la surface projetée par unité de hauteur. Crédit : Kelty et al. doi : 10.17603/ds2-znjw-1f81
Utilisation des données
Les chercheurs espèrent que les modélisateurs numériques utiliseront les données prototypes d’atténuation des vagues de la forêt de mangroves pour valider leurs résultats et gagner du temps en obtenant des données critiques dans leurs efforts pour paramétrer la végétation.
Dit Tomiczek : « C’est une période passionnante et effrayante pour être ingénieur, avec l’élévation du niveau de la mer, l’intensification des ouragans, et plus encore. Nous devons développer des solutions créatives, résilientes et durables. Cette recherche essaie de mettre un peu plus d’ingénierie dans «l’ingénierie avec la nature».
Ce projet a été financé par les subventions de la National Science Foundation # 1519679, # 1825080, # 1661315 et # 2037914, et par le centre de recherche et de développement en génie du US Army Corps of Engineers. Toutes les opinions, constatations et conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation, du United States Army Corps of Engineers ou de la United States Naval Academy.
DesignSafe est une cyberinfrastructure complète qui fait partie de l’infrastructure de recherche en ingénierie des risques naturels (NHERI) financée par la NSF et fournit des outils basés sur le cloud pour gérer, analyser, comprendre et publier des données critiques pour la recherche afin de comprendre les impacts des risques naturels. Les fonctionnalités de l’infrastructure DesignSafe sont disponibles gratuitement pour tous les chercheurs travaillant sur les risques naturels. L’équipe de cyberinfrastructure et de développement de logiciels est située au Texas Advanced Computing Center (TACC) de l’Université du Texas à Austin, avec une équipe de chercheurs sur les risques naturels de l’Université du Texas, du Florida Institute of Technology et de l’Université Rice comprenant le senior équipe de direction.
NHERI est soutenu par plusieurs subventions de la National Science Foundation, y compris le DesignSafe Cyberinfrastructure, Prix #2022469.
La source: DesignSafe
