De l’argentique au satellite : 60 ans d’observation révèlent les mécanismes de croissance des dunes linéaires.
Planétologie, géophysique, physique et géographie : une collaboration entre chercheurs a permis de dévoiler les mécanismes de croissance des dunes linéaires dans le désert du Ténéré au Niger, en plein cœur du Sahara.
Publiée dans la revue américaine Geology, cette étude a observé sur plus d’un demi-siècle que ces dunes s’allongent de dizaines de mètres par an, suivant une direction très précise. Cette démonstration permet d’apporter de nouvelles contraintes climatiques dans des zones soumises à des régimes de vents complexes.
Ces régimes règnent dans la plupart des environnements naturels où l’on observe des dunes : sur Terre évidemment, mais aussi sur Mars ou Titan, le plus grand satellite de Saturne.
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Les dunes linéaires sont des dunes symétriques dont les crêtes rectilignes s’étirent sur des dizaines de kilomètres. Leur taille varie de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres de haut et, ensemble, elles forment de vastes mers de sable susceptibles d’être observées à l’échelle continentale (ex. Sahara, Péninsule Arabique). Elles s’observent le plus souvent sous des régimes de vents bidirectionnels, très fréquents dans les zones tropicales à cause de l’alternance des saisons. Ces dunes linéaires sont donc très répandues sur Terre, mais leur dynamique a fait l’objet de très peu d’études, à cause de l’absence de compréhension de leurs mécanismes de croissance.
Ce n’est que récemment qu’une équipe de chercheurs a démontré que ces dunes pouvaient croître par simple extension, à partir du transport de sable le long des crêtes. Cependant, ces dunes étant aussi capables de migrer latéralement, leur élongation n’avait jamais pu être mesurée indépendamment sur le terrain. Il était donc nécessaire de trouver un contexte géophysique dans lequel ces dunes étaient ancrées dans le paysage.
Un tel contexte se rencontre dans l’erg de Fachi-Bilma au Niger, en plein cœur du Sahara. De collines, aussi appelées buttes témoins, parsèment le paysage (Fig. 1) ; elles sont autant d’obstacles topographiques qui font face aux flux de sables associés à l’Harmattan, un alizé continental très connu pour être à l’origine des principales émissions de poussières sur Terre.
Derrière ces obstacles topographiques, le sable peut s’accumuler et ainsi produire des sources de sédiment fixes, à partir desquelles les dunes peuvent se développer par simple extension (Fig. 2). Si l’observation pouvait être réalisée à partir d’images satellitaires, il manquait aux scientifiques des données de terrains susceptibles d’étayer leur théorie. Cette partie du monde est une zone de conflit intense dans laquelle l’armée française mène l’opération « Barkhane », en référence aux dunes locales ; une campagne de terrain n’était pas envisageable.
La solution est venue d’une publication du CNRS de 1978, qui a permis de dresser une passerelle entre la géographie et la géophysique. Yann Callot tentait alors d’élucider l’énigme de ces dunes linéaires qu’il avait étudié sur le terrain voici près de quarante ans (Fig. 3). En 1957, l’année de l’indépendance du Niger, l’IGN réalise une campagne aérienne sur la zone d’étude. À l’automne 2014, grâce au consortium GEOSUD, l’équipe de recherche fait une demande d’acquisition stéréoscopique par le satellite franco-italien Pléiades, développé sous l’égide du CNES. Grâce à l’ensemble de ces données, les chercheurs ont donc pu réunir 60 ans d’observation de terrain, des clichés argentiques jusqu’aux satellites à très haute résolution.
En couplant cette imagerie et les résultats de modèles numériques, les chercheurs ont réussi à montrer que les dunes sahariennes s’allongent de plusieurs dizaines de mètres par an sans opérer de migration latérale. Elles forment alors de longs « cordons » dunaires, tout en conservant la même orientation sur de très grandes distances, parfois plus de 50 km (Fig. 4). Ainsi, la position de chaque dune reste stable au cours du temps, mais le taux d’extension de l’extrémité de la dune permet de remonter à l’intensité du transport sédimentaire le long de la crête. L’orientation et la vitesse d’élongation des dunes linéaires peuvent alors être directement reliées aux propriétés des vents (direction et intensité) qui les sculptent.
Dans des zones où les vents sont mal connus, ce type d’observation peut donc apporter de nouvelles contraintes sur le climat et sur le transport sédimentaire. C’est typiquement le cas sur Terre mais aussi sur Mars et sur Titan, le plus grand satellite de Saturne, où de nombreuses dunes linéaires ont été observées (Fig. 5).
Ces résultats sont publiés dans la revue américaine Geology, et viennent appuyer de précédents travaux de la même équipe sur les mers de sable de Titan.
Références :
Antoine Lucas1, Clément Narteau2, Sébastien Rodriguez1, Olivier Rozier2, Yann Callot3, Amandine Garcia1 & Sylvain Courrech du Pont4
Sediment flux from the morphodynamics of elongating linear dunes, Geology
1. Laboratoire Astrophysique, Instrumentation et Modélisation, UMR 7158 CNRS, Université Paris-Diderot, CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France / 2. Institut de Physique du Globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Université Paris Diderot, UMR 7154 CNRS, Paris, France / 3. Laboratoire Archorient-Environnements et Sociétés de l’Orient Ancien, UMR 5133 CNRS, Université Lumière Lyon 2, Lyon, France / 4. Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Sorbonne Paris Cité, Université Paris Diderot, UMR 7057 CNRS, Paris, France
Crédits photos : A. Lucas / Google Earth / Y.Callot