soltan009
08/01/2013, 16h15
http://s2.lemde.fr/image/2012/12/13/534x267/1806301_3_e732_le-reseau-des-affluents-de-la-riviere-ohio-a_006a4099286d6285fbd797dcc08e02a9.jpg
Chacun sait que les petits ruisseaux font les grandes rivières. Que les grandes rivières font les gros fleuves. Mais pourquoi, quels que soient les terrains, sur la Terre ou sur Mars, les réseaux hydrographiques adoptent-ils toujours cette forme (http://www.lemonde.fr/forme/) d'arborescence si caractéristique qui évoque un arbre avec son tronc, ses branches et ses brindilles, et pas une pyramide ou une toile d'araignée, par exemple ? Qu'est-ce qui cause ces ramifications à l'origine des reliefs, que ce soit de profonds canyons ou des paysages ondulant doucement ?
Jusqu'à présent, seuls les aspects géométriques et statistiques du phénomène ont été abondamment traités, en prouvant notamment que ces structures sont fractales, c'est-à-dire qu'elles apparaissent identiques, quelle que soit l'échelle avec laquelle on les considère. Mais des explications physiques manquent pour justifier (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/premier-groupe/justifier) ces formes. Une équipe américaine du Massachusetts Institute (http://www.lemonde.fr/sujet/acf1/massachusetts-institute.html) of Technology (MIT), aux Etats-Unis, propose, dans la revue Nature du 6 décembre (http://www.nature.com/nature/journal/v492/n7427/full/nature11672.html), d'y remédier. Son travail (http://www.lemonde.fr/sciences/article/2012/12/13/dx.doi.org/10.1038/nature11672) consiste en une modélisation dont les résultats ont été comparés avec succès à deux terrains réels en Californie (le plateau Gabilan) et en Pennsylvanie (le plateau Allegheny). Alors que ces deux paysages présentent une organisation des rivières similaire, les vallons de l'Ouest sont quatre fois plus petits que ceux de l'Est américain, et le relief est "découpé" à plus petite échelle. Des constats dont le modèle proposé rend bien compte.
http://s2.lemde.fr/image/2012/12/13/534x0/1806303_5_9612_images-correspondants-aux-deux-paysages-etudies_6131de610fc487809b8165bccc6c1d1b.jpg Deux phénomènes d'érosion
C'est le résultat d'une compétition entre deux phénomènes d'érosion bien connus. D'une part, l'effet de creusement par la rivière, ou incision, et, d'autre part, l'effet de comblement des chenaux, ou reptation, lorsque les sols glissent le long des pentes dans les fonds de vallée. Les chercheurs ont montré que si le premier phénomène est bien plus faible que le second, alors il n'y aura pas de création d'affluents et les vallées auront toutes la même taille : les ruisseaux se comblent plus vite qu'ils ne creusent de nouvelles ravines. Au contraire, à partir (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/partir) d'un certain seuil, lorsque l'eau incise beaucoup plus la roche, des affluents peuvent apparaître.
Mais, nouvel apport de ce travail, il existe un second seuil, dépendant de la taille des bassins versants, pour que ce phénomène de branchements multiples ait lieu. Si les pentes des vallées sont trop courtes, impossible de créer de nouveaux chenaux : le réseau ne présentera pas de branches secondaires. A contrario, des pentes plus importantes sont des terrains propices aux ramifications.
"Sans être révolutionnaire, ce travail est une avancée pour comprendre (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/comprendre) le lien entre la géométrie d'un relief et les phénomènes physiques d'érosion", indique Jean-Luc Peiry (http://www.lemonde.fr/sujet/1c9c/jean-luc-peiry.html), chercheur CNRS au Geolab, à Clermont-Ferrand.
"Certes, ces phénomènes d'incision et de mouvement des sols sont connus. Mais c'est la première fois que nous pouvons en faire (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/faire) une analyse quantitative et que nous prévoyons l'existence de ces seuils", explique Mathieu Lap (http://www.lemonde.fr/sujet/e605/mathieu-lap.html)ôtre, aujourd'hui en thèse au California Institute (http://www.lemonde.fr/sujet/acc8/california-institute.html) of Technology (Caltech) et qui a contribué à cette étude lorsqu'il était en master au MIT.
Ainsi, l'équipe a mesuré sur le terrain les valeurs des différents paramètres pour les comparer (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/premier-groupe/comparer) aux seuils mis en évidence. Pour l'effet du transport de matière, ils ont estimé les taux d'érosion des sols par l'analyse d'isotopes radioactifs rares. Pour l'effet d'incision, ils ont utilisé un de leurs précédents résultats qui fait un lien entre l'espacement entre les vallées et ce paramètre. Le verdict est que les deux terrains peuvent effectivement présenter des embranchements, mais qu'en Californie l'effet de l'érosion des rivières est sept fois plus grand qu'en Pennsylvanie (alors que l'autre paramètre est du même ordre de grandeur), ce qui explique la différence quantitative entre les deux paysages.
Le relief californien est plus "disséqué". "Cela montre que la structure est surtout contrôlée dans ces cas par les propriétés d'érodabilité des roches et par la répartition des pluies pendant l'année", résume Mathieu Lapôtre.
Chacun sait que les petits ruisseaux font les grandes rivières. Que les grandes rivières font les gros fleuves. Mais pourquoi, quels que soient les terrains, sur la Terre ou sur Mars, les réseaux hydrographiques adoptent-ils toujours cette forme (http://www.lemonde.fr/forme/) d'arborescence si caractéristique qui évoque un arbre avec son tronc, ses branches et ses brindilles, et pas une pyramide ou une toile d'araignée, par exemple ? Qu'est-ce qui cause ces ramifications à l'origine des reliefs, que ce soit de profonds canyons ou des paysages ondulant doucement ?
Jusqu'à présent, seuls les aspects géométriques et statistiques du phénomène ont été abondamment traités, en prouvant notamment que ces structures sont fractales, c'est-à-dire qu'elles apparaissent identiques, quelle que soit l'échelle avec laquelle on les considère. Mais des explications physiques manquent pour justifier (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/premier-groupe/justifier) ces formes. Une équipe américaine du Massachusetts Institute (http://www.lemonde.fr/sujet/acf1/massachusetts-institute.html) of Technology (MIT), aux Etats-Unis, propose, dans la revue Nature du 6 décembre (http://www.nature.com/nature/journal/v492/n7427/full/nature11672.html), d'y remédier. Son travail (http://www.lemonde.fr/sciences/article/2012/12/13/dx.doi.org/10.1038/nature11672) consiste en une modélisation dont les résultats ont été comparés avec succès à deux terrains réels en Californie (le plateau Gabilan) et en Pennsylvanie (le plateau Allegheny). Alors que ces deux paysages présentent une organisation des rivières similaire, les vallons de l'Ouest sont quatre fois plus petits que ceux de l'Est américain, et le relief est "découpé" à plus petite échelle. Des constats dont le modèle proposé rend bien compte.
http://s2.lemde.fr/image/2012/12/13/534x0/1806303_5_9612_images-correspondants-aux-deux-paysages-etudies_6131de610fc487809b8165bccc6c1d1b.jpg Deux phénomènes d'érosion
C'est le résultat d'une compétition entre deux phénomènes d'érosion bien connus. D'une part, l'effet de creusement par la rivière, ou incision, et, d'autre part, l'effet de comblement des chenaux, ou reptation, lorsque les sols glissent le long des pentes dans les fonds de vallée. Les chercheurs ont montré que si le premier phénomène est bien plus faible que le second, alors il n'y aura pas de création d'affluents et les vallées auront toutes la même taille : les ruisseaux se comblent plus vite qu'ils ne creusent de nouvelles ravines. Au contraire, à partir (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/partir) d'un certain seuil, lorsque l'eau incise beaucoup plus la roche, des affluents peuvent apparaître.
Mais, nouvel apport de ce travail, il existe un second seuil, dépendant de la taille des bassins versants, pour que ce phénomène de branchements multiples ait lieu. Si les pentes des vallées sont trop courtes, impossible de créer de nouveaux chenaux : le réseau ne présentera pas de branches secondaires. A contrario, des pentes plus importantes sont des terrains propices aux ramifications.
"Sans être révolutionnaire, ce travail est une avancée pour comprendre (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/comprendre) le lien entre la géométrie d'un relief et les phénomènes physiques d'érosion", indique Jean-Luc Peiry (http://www.lemonde.fr/sujet/1c9c/jean-luc-peiry.html), chercheur CNRS au Geolab, à Clermont-Ferrand.
"Certes, ces phénomènes d'incision et de mouvement des sols sont connus. Mais c'est la première fois que nous pouvons en faire (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/troisieme-groupe/faire) une analyse quantitative et que nous prévoyons l'existence de ces seuils", explique Mathieu Lap (http://www.lemonde.fr/sujet/e605/mathieu-lap.html)ôtre, aujourd'hui en thèse au California Institute (http://www.lemonde.fr/sujet/acc8/california-institute.html) of Technology (Caltech) et qui a contribué à cette étude lorsqu'il était en master au MIT.
Ainsi, l'équipe a mesuré sur le terrain les valeurs des différents paramètres pour les comparer (http://conjugaison.lemonde.fr/conjugaison/premier-groupe/comparer) aux seuils mis en évidence. Pour l'effet du transport de matière, ils ont estimé les taux d'érosion des sols par l'analyse d'isotopes radioactifs rares. Pour l'effet d'incision, ils ont utilisé un de leurs précédents résultats qui fait un lien entre l'espacement entre les vallées et ce paramètre. Le verdict est que les deux terrains peuvent effectivement présenter des embranchements, mais qu'en Californie l'effet de l'érosion des rivières est sept fois plus grand qu'en Pennsylvanie (alors que l'autre paramètre est du même ordre de grandeur), ce qui explique la différence quantitative entre les deux paysages.
Le relief californien est plus "disséqué". "Cela montre que la structure est surtout contrôlée dans ces cas par les propriétés d'érodabilité des roches et par la répartition des pluies pendant l'année", résume Mathieu Lapôtre.