Déserts : croissance et stabilité des dunes étoiles sous l’effet d’écoulements multidirectionnels
Les dunes étoiles sont des dunes géantes dont les ramifications s’étendent dans de nombreuses directions. A partir de modèles numériques prenant en compte des régimes de vents multidirectionnels, des chercheurs de l’Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS-IPGP) et du laboratoire de Matière et Systèmes complexes (CNRS-MSC) ont montré que les dunes étoiles pouvaient être considérées comme une superposition de dunes longitudinales. L’orientation et le taux de croissance de chaque ramification peuvent alors être prédites en fonction de la configuration des écoulements et de la quantité de sable disponible. Ces nouveaux résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’analyse des champs de dunes et du transport sédimentaire dans les nombreux environnements géophysiques soumis à des écoulements multidirectionnels.
Les dunes étoiles peuvent être décrites comme un enchevêtrement de formes dunaires dont les crêtes et les faces d’avalanche se propagent dans de multiples directions. Elles se composent le plus souvent d’un dôme central sur lequel se développe toute une hiérarchie de plus petites structures n’ayant apparemment aucune orientation privilégiée. Certainement parce qu’elle sont de très grande taille (plus de 100 m de haut) et d’une apparente complexité, les dunes étoiles n’ont fait l’objet, jusqu’à maintenant, que d’une poignée d’études. La majorité de ces études font appel à des écoulements secondaires qui, en fonction de la topographie, créent des courants de recirculation dans des directions obliques à l’écoulement principal. Ces flux seraient à l’origine de la croissance des bras et contrôleraient la forme finale des dunes. Les nouveaux résultats vont à l’encontre de cette hypothèse et montrent clairement que les dunes étoiles peuvent être produites à partir du transport sédimentaire associé à chacune des directions principales de l’écoulement.
Ce travail montre aussi que les ramifications de dunes étoiles ont des caractéristiques morphologiques (hauteur, largeur) et de croissance (vitesse de propagation) qui dépendent du régime de vent. Pour des raisons de symétrie, il existerait par exemple des régimes plus favorables que d’autres à la croissance des ramifications. Un autre paramètre de contrôle est aussi la fréquence avec laquelle les vents changent d’orientation. A mesure que cette fréquence diminue, les dimensions caractéristiques des ramifications augmentent et leurs vitesses de propagation diminuent. Ces résultats sont importants car ils sont applicables à tous les types de dunes et relient pour la première fois les formes dunaires à la variabilité des écoulements. Dès lors, des géométries de dunes complexes pourraient être analyser pour permettre d’appréhender de manière indirecte la variabilité de l’orientation du vent. Cela présente de nombreux avantages dans les environnements extra-terrestres où les dunes prolifèrent et au sein desquels il est encore impossible de mesurer directement les écoulements atmosphériques.
Dune étoile dans le grand Erg Algérien (en haut, © Google Earth) et au sein d’un automate cellulaire dedié au transport sédimentaire (en bas). Des ramifications dans de nombreuses directions soulignent la variabilité des vents. En introduisant une telle variabilité au sein de modèles numériques, il est possible d’analyser la manière dont se développe les crêtes.
voir aussi
www.insu.cnrs.fr/terre-solide/lithosphere-continentale/les-automates-cellulaires-une-maniere-de-modeliser-les-systeme?utm_source=DNI&utm_medium=Newsletters