L'impact des événements extrêmes d'El Niño sur le transport sédimentaire des Andes péruviennes occidentales


 AHLeGall    06/10/2017 : 08:46

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Une équipe franco-péruvienne, comprenant des chercheurs de l’Institut des géosciences de l'environnement (IGE/OSUG, CNRS / IRD / UGA) / INPG), du laboratoire Géosciences Rennes (Géosciences Rennes/OSUR, CNRS / Université Rennes 1) et du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES / BRGM), vient de montrer que l’érosion des Andes occidentales proches de l’Équateur est induite, pour l’essentiel, par les événements El Niño extrêmes.

Une équipe franco-péruvienne, comprenant des chercheurs de l’Institut des géosciences de l'environnement (IGE/OSUG, CNRS / IRD / UGA) / INPG), du laboratoire Géosciences Rennes (Géosciences Rennes/OSUR, CNRS / Université Rennes 1) et du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES / BRGM), vient de montrer que l’érosion des Andes occidentales proches de l’Équateur est induite, pour l’essentiel, par les événements El Niño extrêmes. Dans ce contexte, quel sera l’impact du changement climatique ? La question est à l’étude.

>>> Lire le communiqué de presse CNRS

Le climat est l'un des facteurs majeurs qui contrôlent les transports de sédiments sur les continents. Les différentes caractéristiques du climat n’ont cependant pas tous le même poids dans ce contrôle. La variabilité spatio-temporelle des pluies est l’une des caractéristiques majeures dont l’impact - en termes d’érosion et de transfert des sédiments - reste à définir. Connaître cet impact à l’aide de données sur l’efficacité du transport de sédiment dans différents contexte climatique est un enjeu important pour quantifier l’impact du changement climatique sur les flux de matière globaux.

Sur la côte ouest de l’Amérique du sud, l'effet d'El Niño, joue un rôle essentiel – mais jusqu’ici non caractérisé - sur l'érosion fluviatile et le transport des sédiments dans les Andes occidentales. Grâce à l’élaboration d’un jeu de données original de la production de sédiments en suspension (Suspended Sediment Yield - SSY) au Pérou (1968-2012), une équipe franco-péruvienne de chercheurs montre que la SSY annuelle des bassins versants cotiers du Pérou augmente de 3 à 60 fois, selon la latitude du lieu, pendant les événements El Niño extrêmes (Extreme El Niño Events - EENE) comparativement aux années normales. Il en résulte que l’essentiel de l’érosion des Andes occidentales proches de l’Equateur est induit par les évènements El Niño. Ce résultat, publié en septembre 2017 dans Scientific Reports (Nature), illustre l'influence des événements climatiques extrêmes qui modulent le transport des sédiments fluviaux et influencent l'évolution du paysage dans cette région du monde, parfois de façon catastrophique. Ceci pose la question de l’impact du changement climatique dans une perspective d’une modification des précipitations futures. 

De nombreuses études sur les bilans de masse de l'érosion à l'échelle mondiale, régionale ou locale mettent en évidence le contrôle des contraintes géologiques, climatiques et anthropiques sur les taux d'érosion. En effet, certains des taux d'érosion les plus élevés enregistrés se produisent dans les chaînes de montagnes tropicales, où les tremblements de terre et les précipitations intenses sont fréquents. Cette observation nous interroge sur l'impact de tels événements extrêmes, en comparaison aux conditions moyennes, sur l'équilibre des masses des chaînes de montagne. Cette question est d’autant plus cruciale au regard des conséquences du changement climatique qui peut affecter la fréquence et l’intensité des précipitations, dans de nombreux endroits à l'échelle locale ou régionale. Le versant occidental de la chaîne de montagne andine est l’un des endroits les plus appropriées pour étudier cette question, en raison de sa grande variété de conditions climatiques visible notamment dans la variabilité spatiale des précipitations du nord au sud tout le long de la côte. Cette variabilité est en partie contrôlée par l'ENSO (El Niño Southern Oscillation). L'étude de l'impact d'El Niño sur la production sédimentaire à l'exutoire des bassins andins occidentaux peut donc aider à décrypter les caractéristiques pluviométriques qui contrôlent la tendance à court et à long terme des flux de sédiments.

La chaîne de montagne des Andes qui s’étend du nord au su sur 9000 km couvre un large éventail de zones climatiques, depuis les déserts secs de Sechura et d'Atacama jusqu'au bassin humide de l'Amazone. Les Andes péruviennes de l'ouest sont situées dans une région où de fréquentes inondations et des tremblements de terre récurrents et importants se produisent, qui, à leur tour, influencent les flux de sédiments dans cette région montagneuse. C'est aussi une région où se produisent des processus hydrologiques et climatologiques extrêmes de périodicité irrégulière en partie sous l'impulsion de l'ENSO dont le marqueur direct est la température de surface de l’océan pacifique. Lorsqu'un phénomène El Niño ou La Niña domine l'oscillation australe (Southern Oscillation - SO), des températures océaniques exceptionnellement chaudes ou froides se produisent dans le Pacifique tropical. En conséquence, El Niño et La Niña ont des impacts significatifs sur le climat des Andes. 

Tout au long de l'histoire humaine des Andes, les événements El Niño ont causé des destructions catastrophiques : les périodes de septembre 1982 à août 1983 et de septembre 1997 à août 1998 sont classées comme les événements météorologiques les plus violents depuis la dernière période glaciaire du début de l'Holocène. Les éléments quantitatifs basés sur les indices ENSO permettent de les définir comme des "Extreme El Niño Events" (EENE), qui ont un fort impact sur les écosystèmes, l'agriculture et des phénomènes météorologiques extrêmes à l'échelle mondiale. Au cours des 35 dernières années, l'EENE a influencé la climatologie, l'hydrologie et aussi la sédimentologie des bassins versants tout le long des Andes, mais avec un impact qui varie spatialement. Les conséquences sont catastrophiques : les terres agricoles, les maisons, les ponts et les routes sont détruits, avec de forts impacts économiques ; les inondations et les épidémies tuent des milliers de personnes et d'animaux. 

En outre, bien que les zones de haute montagne (au-dessus de 1000 m), qui drainent à l'ouest, ne couvrent que 7% du territoire péruvien, celles-ci fournissent de l'eau douce à 64% des 31 millions d'habitants. Pour tirer parti de cette ressource naturelle, les gouvernements nationaux successifs ont investi des milliards de dollars dans la construction de huit systèmes hydrauliques polyvalents le long de la côte péruvienne pour l'exploitation de l'eau douce. Mais la forte charge de sédiments en suspension qui se produit pendant les EENE met en danger les infrastructures et la disponibilité de l'eau, ce qui intensifie les conflits locaux pour l'accès à l'eau et affecte les écosystèmes aquatiques. Cette situation est d’autant plus critique que certaines études suggèrent que la récurrence et la gravité des EENE augmenteront à fur et à mesure du réchauffement planétaire.


Sur quelles données se baser pour mesurer et évaluer ce phénomène ?

Jusqu' à présent, il n'existait pas de base de données complète ou robuste sur le transport des sédiments dans les bassins versant situés sur la côte pacifique à l'ouest du Pérou. En effet, aucune institution péruvienne ne contrôle, ne traite ni ne fournit une base de données hydro-sédimentologiques nationale avec des méthodes uniformisées. Les données sont donc souvent incomplètes et peu disponibles, ce qui empêche une évaluation claire et solide du transfert de sédiments au Pérou des Andes centrales vers le plan côtier et l'océan Pacifique. On ne sait pas précisément comment l'EENE influe sur les processus hydro-sédimentaires et les dangers associés au transfert des sédiments du continent vers l'océan. Pour tenter de combler cette lacune, cette étude compile une large base de données sur la SSY au Pérou et cherche à savoir si l’EENE est l'agent principal responsable de la variabilité spatiale et temporelle des SSY le long des Andes occidentales.

Principaux résultats

L'impact des événements extrêmes d'El Niño sur le transport des sédiments dans les Andes péruviennes occidentales a été étudié par compilation d’un vaste ensemble de données quotidiennes sur les sédiments en suspension (1968-2012) de 20 bassins versants montagneux. Pendant les années normales, l'effet orographique des Andes provoque un fort gradient dans les précipitations, le ruissellement (1,2-23,8 l/km2/an) et la SSY (123-2000 t/km2/an). On constate que la distribution spatiale de la SSY annuelle moyenne est corrélée à la distribution spatiale des précipitations et du ruissellement de l'eau. Bien que la côte péruvienne se trouve dans l'une des régions du monde les plus actives sur le plan tectonique, la distribution spatiale des tremblements de terre historique (sismicité) n'est pas corrélée à la distribution spatiale de SSY, ce qui suggère que les tremblements de terre ne sont pas l'un des principaux facteurs qui influencent la SSY à l'échelle régionale.

Inversement, pendant les années atypiques, i.e. au cours des l'EENE (1982-1983 et 1997-1998), l'intensité et la distribution spatiale des précipitations, du ruissellement et des précipitations changent radicalement, en particulier dans le nord du Pérou. Dans le nord du Pérou, les régions sèches à arides, situées en aval et près du littoral, reçoivent de 14 à 170 fois les précipitations moyennes normales, tandis que les régions humides, situées près de la ligne de partage principale, reçoivent jusqu' à 3 fois les précipitations moyennes au cours des années normales. S’y ajoute la présence de plaines alluviales étendues et plates en aval, qui emmagasinent les sédiments par temps sec, mais les relâchent par temps humide. Une augmentation de la fréquence des SSY de 3 à 60 fois, ainsi qu’une inversion de la distribution spatiale de ces SSY se produisent pendant les années EENE : les parties en aval des bassins versants contribuent alors à la majeure partie du débit global de sédiments. Par contre, dans le centre et le sud du Pérou, la réaction du transport des sédiments à l'EENE est moins prononcée. Les auteurs l’expliquent par l'absence d’inversion de la distribution spatiale des précipitations pendant l'EENE et par l'absence de vastes plaines alluviales capables de tamponner le transport des sédiments pendant les années normales.



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Dans cette étude, 20 bassins versants, d'une superficie de 638 à 16 949 km2, ont été étudiés le long de la côte ouest du Pérou.
Données sur la production des sédiments en suspension (SSY) le long des Andes. Les cercles indiquent l'emplacement des stations hydro-sédimentologiques, alors que leur taille est proportionnelle à la SSY. Les cercles rouges et les cercles gris représentent les données de cette étude et de la littérature, respectivement. La ligne pointillée noire sépare les bassins versants du Pacifique et de l'Atlantique. A droite : la localisation des 20 stations/bassins hydrographiques étudiés dans les Andes du nord, du centre et du sud du Pérou.


Les variations temporelles de la SSY sont plus fortement influencées par des EENE peu fréquents que par des événements normaux ou modérés. Au cours des années EENE, 82 à 97 % de la SSY annuelle a lieu entre janvier et avril. Au cours de cette courte période, le montant cumulé de la SSY en 3,5 jours est égal au total annuel de la SSY dans une année normale. Associé au transport de sédiments en suspension, on observe également une forte augmentation du transport des fonds de lits de rivière pendant l'EENE, comme en témoigne la sédimentation dans les réservoirs.

Quid des évènements futurs ?

Il n'y a pas eu d'EENE depuis août 1998. Depuis près de deux décennies (1998-2015), des matériaux érodés dans les portions supérieures des bassins versants se sont donc déposés sur les rives des cours d'eau et le long des pentes des collines. Par conséquent, le prochain EENE pourrait transporter plus de sédiments que les deux derniers EENE. Un réseau de surveillance hydro-sédimentologique a donc été mis en place dans le nord-ouest du Pérou pour évaluer la charge totale de sédiments lors d'inondations extrêmes et/ou EENE. Les travaux futurs se concentreront sur l'influence des sédiments en suspension et des fonds de lits de rivières sur la charge totale des sédiments pendant les inondations et/ou les EENE.

Dans l'ensemble, l’étude illustre l'influence de la variabilité interannuelle du climat et des événements climatiques extrêmes qui modulent le transport des sédiments fluviaux et influencent l'évolution du paysage. Les auteurs montrent également que, sur une échelle de temps de plusieurs décennies, les zones désertiques peuvent avoir des taux moyens d'érosion et de transport de sédiments équivalents à ceux des régions tempérées, en raison des fortes précipitations cycliques . En outre, l’étude montre que des phénomènes climatiques extrêmes comme El Niño peuvent périodiquement remobiliser les sédiments qui se déposent habituellement dans la plaine alluviale, ce qui limite l'effet tampon potentiel des bassins de l'avant-pays. Toutefois, cet impact des événements climatiques extrêmes varie spatialement et peut dépendre de la pente et des propriétés hypsométriques des bassins versants concernés. Les résultats obtenus suggèrent également que l’interprétation des conditions climatiques et de la variabilité, à partir des archives sédimentaires, nécessitent une résolution temporelle plus courte que le temps de récurrence classique des événements extrêmes cycliques. Cela remet donc en question l’utilisation des archives de sédimentation à résolution annuelle ou pluriannuelle pour détecter l'influence des conditions climatiques sur les taux d'érosion et de transport des sédiments.



Source 
The impact of extreme El Niño events on modern sediment transport along the western Peruvian Andes (1968–2012). Sergio B. Morera, Thomas Condom, Alain Crave, Philippe Steer & Jean L. Guyot, Scientific Reports 7, Article number: 11947 (2017). doi:10.1038/s41598-017-12220-x



Contact OSUR
Alain Crave (Géosciences Rennes) / @
Philippe Steer (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)





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