Une nouvelle classification pour les dunes éoliennes

Grand séjour d’étude organisé par Sylvain Courrech Du Pont, du 8 au 13 novembre 2021.

Participants

Andreas Baas (King’s College, London), Charles Bristow (University College, London), Sabrina Carpy (Université de Nantes), Philippe Claudin (CNRS), Sylvain Courrech du Pont (Université Paris-Diderot), Mackenzie Day (University of California Los Angeles, USA), Cyril Gadal (Université Paul Sabatier, Toulouse), Andrew Gunn (Stanford University, USA), Patrick Hesp (Flinders University, Australia), Mathieu Lapôtre (Stanford University, USA), Ian Livingstone (University of Northampton, UK), Clément Narteau (Institut Physique du Globe de Paris), Jani Radebaugh (Brigham Young University, UK), David Rubin (University of California Santa-Cruz, USA), Matthew Telfer (University of Plymouth, UK).

Résumé

Comme souvent, les noms des dunes et leurs classifications se sont construits de façon historique puis ont été modifiés au cours de leurs usages, parfois différemment selon les communautés scientifiques. Les classifications actuelles sont en partie insatisfaisantes et quelquefois déroutantes. Par exemple, des aspects dynamiques sont utilisés couramment pour décrire des formes. Le but du séjour était de réunir des scientifiques de disciplines et d’origines variées travaillant sur les dunes pour établir un langage commun et proposer de nouvelles nomenclatures et classifications des dunes.

Abstract

As often, the names of dunes and their classifications have been constructed iteratively, being modified differently depending on the scientific communities. Current classifications are partly unsatisfactory and sometimes confusing. For example, dynamical aspects are commonly used to describe shapes. The purpose of the seminar was to bring together scientists from various disciplines and origins working on dunes to establish a common language and propose new names and classifications for dunes.

Compte rendu

Mi-novembre 2021, quinze chercheurs dont quatre juniors, onze physiquement présents aux Treilles et quatre en visio-conférence se sont réunis pour partager leur vision et progresser ensemble sur « Une nouvelle classification pour les dunes éoliennes ». 

Les dunes sont des objets étudiés par différentes communautés.  Les géologues et géographes recherchent les liens entre les dunes et leur environnement. Les sédimentologues s’intéressent aux dunes comme agents de transport du sable participant au cycle des sédiments à l’échelle de la planète, ou parce que lors de leurs mouvements les dunes construisent des stratifications que l’ont retrouve à flanc de canyon dans les anciens déserts fossilisés. Les physiciens y voient des sujets intéressants de mécanique des fluides et d’écoulement granulaire ou de croissance de forme dans un système dynamique. Les planétologues observent les dunes des planètes et lunes voisines pour percer leur histoire et leur environnement.

Le séminaire a donc regroupé un groupe international composé de géologues, de géographes, de sédimentologues, de planétologues et de physiciens aux pratiques scientifiques différentes (terrain, expériences, simulations numériques, théorie).

Les dunes s’élèvent et se propagent grâce à l’interaction entre le vent et une topographie de sable meuble. Dans l’imaginaire collectif, ces dunes offrent un paysage qui ressemble à une mer mouvementée et les déserts sableux sont appelés des mers de sable. Cependant, l’analogie entre dunes et vagues s’arrête là. Contrairement aux vagues, les dunes ne se propagent que sous l’action du vent, et si le vent s’arrête de souffler, elles ne disparaissent pas mais persistent. Les dunes ne sont pas seulement le fruit des vents présents, mais peuvent intégrer l’histoire des vents sur de longues périodes. Cette propriété explique la richesse des formes et des échelles observées, et fait des dunes des témoins des vents passés. Sur Terre, cette propriété est utilisée pour étudier les paléoclimats et tester les modèles de circulation globale. On se sert également de la forme et de l’orientation des dunes, et plus généralement des motifs d’érosion pour contraindre les modèles climatiques et l’histoire des corps célestes comme Titan, Mars ou Venus pour lesquels on dispose de peu de données climatiques mais où de nombreuses dunes sont observées.

Qu’est-ce qu’une dune précisément au-delà d’être un monticule de sable façonné par le vent ? La dénomination de dune plutôt que ride par exemple est-elle une question de taille ou de processus physique ? Sur Terre et dans l’air, il existe une séparation d’échelle claire entre les rides d’une dizaine de centimètres et les dunes d’une dizaine ou de centaines de mètres. Dans l’eau, cette séparation d’échelle est moins évidente. Et qu’en est-il des « dunes » sur les autres corps célestes ? Sont-elles des analogues des dunes éoliennes, aquatiques ou des rides sur Terre ? 

La découverte et les études de ces dunes extra-terrestres imposent encore plus qu’avant des mises à l’échelle d’origine physique afin de pouvoir comparer les formes et de les relier à des processus de formation. Cela questionne alors la terminologie employée. Qu’est-ce qu’une petite, une grosse dune ? Par rapport à quoi ? Quel est le mètre étalon ? Est-ce la taille moyenne des dunes environnantes, la masse de sable qui peut être déplacée en une année (période des vents) ou bien la taille minimum en dessous de laquelle une dune ne peut pas se développer. Quelle est l’origine physique de cette taille minimum et est-ce la même dans tous les environnements planétaires ? 

Alors que les mécanismes de transport du sable, les tailles et les temps caractéristiques peuvent être différents d’un environnement à l’autre, les formes sont semblables. Les processus généraux de formation en interaction avec l’environnement semblent insensibles aux détails du transport sédimentaire et prévalent quand il s’agit des formes des dunes et de leurs agencements au sein des champs. Ce champ d’étude a beaucoup progressé ces dernières années et il est à présent possible d’établir des liens quantitatifs entre les régimes de vents et les formes et dynamiques des dunes.

La classification des dunes s’est construite historiquement, différemment selon les communautés scientifiques, parfois hermétiques les unes aux autres. Cependant, depuis une quinzaine d’année, les différentes communautés étudiant les dunes se rencontrent, échangent régulièrement et publient ensemble. Il paraît maintenant possible d’établir des classifications partagées par l’ensemble de la communauté.

Durant le séminaire, les chercheurs n’ont pas présenté leur travail de recherche le plus récent mais une revue des études, points de vue et débats sur un thème dont ils sont spécialistes. Ces présentations nous ont permis d’établir « un état de l’art », les bases d’un langage commun mais aussi de connaître les attentes de chacun sur une classification des dunes.  Les communications ont passés en revue trois grands thèmes :

  • Qu’est-ce qu’une dune, du point de vue des géographes, des géologues et des physiciens ?
  • Nomenclature des formes et des dynamiques.
  • Facteurs physiques et environnementaux contrôlant les formes et les dynamiques.

Une part importante du programme a été laissée aux échanges. Il est très vite apparu la nécessité d’établir trois classifications distinctes, complémentaires et que nous voudrions résonnantes permettant de répondre aux trois questions fondamentales :

  • Comment décrire une forme ? 
  • Comment comparer différents environnements (éolien, sous-marin et différentes planètes) ?
  • Comment relier la forme aux contraintes extérieures, le régime des vents et autres contraintes comme la nature du substrat ou l’apport de sable (conditions aux limites) ?

Il en découle :

  • Une première classification basée sur les formes des dunes en lien avec leur environnement où les morphologies dunaires découlent les unes des autres et s’enchaînent comme un morphing.
  • Une seconde classification, basée sur la nature des écoulements et du transport sédimentaire, qui fixe la gamme des tailles possibles et les échelles caractéristiques.
  • Enfin, une classification basée sur les mécanismes de croissance des dunes et de leurs dynamiques qui relie les formes aux contraintes extérieures à travers les processus morphogénétiques.

Durant les deux derniers jours, nous avons posé les fondations de ces classifications en travaillant par petits groupes, puis en les partageant et en en débattant tous ensemble. De l’avis général, nous avons beaucoup appris lors de ce séminaire et initié un travail en commun enthousiasmant. Le lieu bien sûr mais aussi et surtout l’équipe aux Treilles y sont certainement pour beaucoup. 



Citer ce billet
ldiebold (2022, 14 février). Une nouvelle classification pour les dunes éoliennes. Les carnets de la Fondation des Treilles. Consulté le 4 mars 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/qv69

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