SWAM: Evaluación del impacto de plantas desalinizadoras en la ecología oceánica

Para hablar sobre este nuevo equipo-proyecto, conversamos con Mireille Bossy, investigadora principal del equipo-proyecto CALISTO y del Centro Inria de la Université Côte d’Azur en Francia y coordinadora del proyecto SWAM, del lado francés, y Kerlyns Martínez, investigadora de la Universidad de Concepción y coordinadora del proyecto del lado chileno. 

El foco principal del proyecto es el estudio de los impactos ecológicos en los océanos producidos en los procesos de desalinización, utilizando modelos estocásticos simples que combinan física y biología para su medición.

Kerlyns Martínez: La propuesta del equipo asociado SWAM es producto de la destacada colaboración entre el equipo CALISTO e investigadores de la Universidad de Valparaíso, junto con otros colaboradores en Chile. Héctor Olivero y yo hemos sido visitantes frecuentes del centro Inria de la Université Côte d’Azur, en Sophia Antipolis, desde 2016 y 2017, respectivamente. Nuestras colaboraciones han sido continuas desde nuestros tiempos como estudiantes de doctorado y postdoctorado hasta el presente. Hemos trabajado en estrecha colaboración con Mireille Bossy en varios temas interesantes, especialmente proponiendo nuevos modelos estocásticos para describir fenómenos físicos en flujos turbulentos y mecánica de fluidos computacional, explorando fenómenos de sincronización en neurociencia y abordando problemas de aproximación numérica para una familia particular de procesos estocásticos. En 2024, extendemos esta colaboración al supervisar conjuntamente a un estudiante de ingeniería que participó en el programa de pasantías de Inria Chile, y esperamos continuar con esta dinámica en el futuro.

Mireille Bossy: Conozco a Kerlyns y Héctor desde hace varios años y hemos colaborado en diversos temas, pero nunca los tres juntos. Cuando ambos asumieron sus cargos en la Universidad de Valparaíso, me emocionó verlos trabajando juntos, y fue Kerlyns y Héctor quienes trajeron este tema a CALISTO: contribuir a la comprensión/modelado de las perturbaciones en las poblaciones marinas (larvas, algas, etc.). 

Aunque la tarea ya es muy rica al centrarse sólo en la dinámica de poblaciones, la adición del modelado de la perturbación del flujo ambiente, a través de las herramientas que está desarrollando CALISTO, se articula bien con este tema y completa el rango de escalas físicas involucradas, incluso si el perímetro del proyecto se vuelve muy amplio.

Kerlyns Martínez: Nuestro objetivo es desarrollar modelos estocásticos basados en la física y la biología para investigar los desafíos ambientales que plantean los procesos de desalinización en diferentes escalas. Nos estamos centrando tanto en enfoques de campo cercano como de campo lejano. En el contexto de campo cercano, estamos estudiando la modelización de la pluma resultante de la descarga de una planta desaladora, que es un aspecto crítico del impacto ambiental de la planta. Planeamos utilizar herramientas de dinámica de fluidos computacional para simular la dispersión de salmuera y entender los factores de variabilidad utilizando enfoques Eulerianos-Lagrangianos. En el enfoque de campo lejano, nuestro objetivo es comprender cómo los cambios en los niveles de salinidad y temperatura pueden afectar la dinámica de las especies integrando la estocasticidad y la cuantificación de la incertidumbre en los modelos de dinámica de poblaciones.

Mireille Bossy: Se están desarrollando diferentes enfoques de modelización para predecir el tamaño, la ubicación y la estructura de las áreas con alta concentración de sal tras la descarga en el mar. Sin embargo, estos son en gran medida problemas abiertos, en parte debido a la falta de datos provenientes de observación y experimentación. A través de nuestra experiencia común en este proyecto, estamos desarrollando/adaptando enfoques estocásticos (también podemos decir enfoques estadísticos), los cuales tienen la ventaja de combinarse con diversas fuentes de incertidumbre que caracterizan este problema. Además, dichos métodos probabilizan la respuesta del modelo, lo cual es una característica interesante cuando se desea evaluar un riesgo.

Kerlyns Martínez: En el contexto del equipo SWAM, la cooperación científica internacional ofrece ventajas significativas. En Chile, la desalinización es un tema crucial, ya que algunas regiones están experimentando actualmente una escasez de agua dulce, que es esencial tanto para el consumo humano como para la industria minera. La falta de una regulación formal de las plantas desalinizadoras podría impactar significativamente la biodiversidad, afectando también a otras industrias importantes como la pesca. 

Kerlyns Martínez: Esperamos desarrollar modelos estocásticos simples que combinan física y biología para comprender cómo los procesos de desalación afectan a los ecosistemas marinos. Al centrarnos en la dispersión de la salmuera y en los cambios en la salinidad y temperatura del agua, estos modelos básicos sentarán las bases para modelos más avanzados que evalúen los riesgos y los impactos ambientales de las actividades industriales. También esperamos que estos modelos fundamentales inspiren a nuevos estudiantes a participar en trabajos académicos e industriales y contribuyan con soluciones reales a problemas como el desarrollo sostenible en regiones con escasez de agua.

Mireille Bossy: Los mecanismos y equilibrios físicos y biológicos involucrados cerca de las costas son numerosos y complejos, debido a las diferentes escalas espaciales y temporales, así como a la complejidad de tener en cuenta y simular las corrientes marinas y los ciclos biológicos. Por lo tanto, quiero mantenerme modesto acerca de los impactos que se pueden lograr en un proyecto de tres años. Estamos abordando estos problemas desde dos frentes. Por un lado, queremos realizar simulaciones que acoplen una descripción Lagrangiana de la dispersión de sal y los efectos de estratificación inducidos, sobre batimetrías representativas de instalaciones existentes o planificadas. Esto requiere pasos de validación numérica que pueden ser muy complicados. Por otro lado, queremos desarrollar modelos estocásticos de poblaciones biológicas, en particular, para el estudio de los efectos de las fluctuaciones en la salinidad.

Kerlyns Martínez: Tanto los equipos chileno como francés trabajan juntos de manera efectiva para enriquecer el proyecto SWAM. Desde la Universidad de Concepción, la Universidad de Valparaíso y la Universidad Católica de Chile, podemos aportar experiencia en modelización de peligros costeros, impactos impulsados por el clima y ecología marina, lo cual es crucial para evaluar experimentos y analizar datos, como batimetría e identificación de especies que podrían verse afectadas por cambios en la salinidad y temperatura cerca de la costa chilena. Por otro lado, desde el equipo Calisto, contamos con expertos en la física de flujos complejos y dinámica de fluidos computacional, que son esenciales para proponer modelos adecuados. Además, lideran en modelización estocástica y análisis numérico, ayudándonos a proporcionar modelos predictivos robustos.

Mireille Bossy: El proyecto se basa en una experiencia complementaria (en modelización estocástica, física y biología), pero también en herramientas de simulación complementarias: la simulación directa, que es más fundamental y ayuda a desarrollar los modelos, y la simulación de dinámica de fluidos computacional, que busca satisfacer necesidades más orientadas a la ingeniería. También es una contribución de herramientas experimentales, con las instalaciones ya operativas en Valparaíso.

Kerlyns Martínez: Es una gran oportunidad. Significa que nuestra investigación es relevante y puede tener un impacto en problemas ambientales importantes. Este programa nos brinda la oportunidad de colaborar aún más estrechamente y de utilizar nuestro conocimiento combinado en diferentes áreas. Para mí, es un honor formar parte de un programa que fomenta la colaboración entre científicos de todo el mundo, ayudándonos a expandir nuestras conexiones, inspirar a más estudiantes y apoyar la investigación.