3.5 Impact des changements des paramètres externes depuis un état
3.5.2 Changement de l’intensité des précipitations
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
2
1.5
1
0.5
0
temps (Ma)
V
it
es
se
d
'e
ro
si
o
n
m
o
ye
n
n
e
d
an
s
la
m
o
n
ta
g
n
e
mm/an
XSI =0,7
P = 0,7 m/an
simulat
ion initi
ale 9b
A
P = 0,2 m/an
B
C
D
E
F
P = 0,4 m/an
Changement
climatique
P = 0,5 m/an
XSI = 1
F
IGURE3.10–Vitesse d’érosion moyenne dans la partie montagneuse du système montagne
piémont lorsque le système à l’état stationnaire est soumis à une nouvelle pluviométrie. La
pluviométrie passe d’une valeur initiale P
0 = 0,5 m an
−1
à des valeurs uniformes de pluies
de 0,2m an
−1
(courbe vert foncé), 0,4 m an
−1
(courbe orange) et 0,7m an
−1
(courbe bleue).
Une expérience où la valeur moyenne des pluies reste inchangée mais la variabilité annuelle
augmentée est également présentée (courbe rouge). Dans cette expérience, il pleut seulement
70% du temps. La courbe grise représente l’évolution du système initial (expérience 9b) depuis
une surface plane jusqu’à l’équilibre dynamique relatif au régime permanent. Les lettres A-F
se réfèrent aux cartes topographiques de la figure 3.11.
La figure 3.10 représente le comportement érosif de la partie montagneuse du
système, lorsque la pluviométrie appliquée sur la montagne est changée.
Lorsque la pluviométrie reste uniforme mais augmente, la réponse de la
mon-tagne est de la forme de la courbe bleue. La monmon-tagne connait un pic d’érosion suivi
d’une remise à l’équilibre rapide. Le pic d’érosion est dû au brusque apport d’eau
Compléments et illustrations des interactions montagne-piémont
dans la montagne qui permet le détachement d’une plus grande quantité de
sédi-ments via l’équation d’incision (5) de l’article [Pepin et al., 2010]. Le système atteint
un nouvel état d’équilibre rapidement. Les oscillations haute fréquence autour de
la valeur d’équilibre visible sur la courbe correspondent à des oscillations des cours
d’eau, dans le lit majeur des incisions permanentes du piémont. Le système
mon-tagne piémont entretient les instabilités liées au changement climatique. En effet,
l’augmentation de la pluie moyenne implique des décharges de sédiments dans le
piémont qui rendent instables les incisions permanentes. Ces dernières avulsent
et engendrent des oscillations haute fréquence. Ces oscillations migrent dans la
montagne et ainsi de suite.
Lorsque le climat devient plus aride, l’évolution de la montagne est caractérisée
par les formes des courbes verte et orange (fig. 3.10). La courbe orange présente le
cas où une baisse de la pluviométrie provoque une réponse rapide du système,
com-posée d’une diminution brusque de l’érosion et d’une remise à l’équilibre. Le temps
de réponse du système est alors comparable à celui enregistré lors d’une
augmen-tation de pluviométrie. La courbe vert foncé est typique de la réponse du système
lorsque la perturbation climatique est plus intense. Elle présente une réponse
com-plexe du système avec un temps de réponse beaucoup plus long que dans le cas des
perturbations climatiques précédentes. Ce type de dynamique est atteint lorsque la
pluviométrie moyenne est plus faible qu’une pluviométrie seuil (P
seuil
= 0.4 m an
−1
pour des expériences réalisées avec les mêmes paramètres physiques dont P
0
que
l’expérience 9b ).
Dans le cas oùP = 0.2man
−1< P
seuil, la réponse érosive de la montagne possède
une forme similaire à la courbe grise représentant l’évolution du système depuis
une surface plane jusqu’à l’état d’équilibre. Cette similitude indique que le système
montagne-piémont subit une réorganisation géomorphologique et sédimentaire
im-portante.
La figure 3.11 illustre les différents stades de cette réorganisation. La diminution
brutale de la pluviométrie dans la montagne à l’instant t = 0, provoque l’arrêt de
l’érosion dans la montagne (E moyen étant nul à l’instant t = 0 sur la courbe vert
foncé fig. 3.10) puis de nouveau, son augmentation progressive. Dans le piémont,
la diminution des flux d’eau provoque tout d’abord des encaissements soudains
des cours d’eau dans les incisions permanentes (figs. 3.11-B et 3.10, instant B).
Puis les flux d’eau et de sédiments provenant de la montagne deviennent peu à
peu insuffisants pour préserver des pentes propices au transport des sédiments
dans le piémont. Ce dernier commence à sédimenter (fig. 3.11-C.). La sédimentation
3.5 Impact des changements des paramètres externes depuis un état d’équilibre
200 k a
400 k a
500 k a
700 k a
1700 k a
B
C
D
E
A
0 k a
F
er os ion
déepot
s éediments flu x d'eau
-+
F
IGURE 3.11 – Evolution de la topographie au cours du temps (de A à F) d’un système
montagne-piémont initialement à l’équilibre et dont la pluviométrie moyenne, appliquée sur
la montagne, passe au tempst= 0de 0.5mm an
−1 à 0.2mm an
−1. Les vignettes de gauche
représentent les flux solides, les vignettes de droite les flux d’eau, les lignes noires la
topo-graphie tous les 100m. Cette évolution est typique des systèmes montagne-piémont soumis
à une pluviométrie inférieure à un certain seuil au dessous duquel les incisions permanentes
ne peuvent être conservées.
Compléments et illustrations des interactions montagne-piémont
progressive sur le piémont peut engendrer des ondes de sédimentation dans la
montagne (figs. 3.11-D et 3.10, instant D). Les incisions permanentes s’effacent
dans le piémont, les flux deviennent non chenalisés (fig. 3.11-E.). Enfin, la
re-sédimentation dans le piémont atteint la condition aux limites avale et de nouvelles
incisions permanentes apparaissent, induisant une forte onde d’érosion dans la
montagne suivie par un retour rapide au régime permanent (figs. 3.11-F et 3.10,
instant F).
La courbe rouge de la fig. 3.10 illustre l’évolution de l’érosion moyenne dans
la montagne lorsque le système est soumis à une pluviométrie moyenne égale à
P
0 mais dont la variabilité est plus forte. Elle est représentative de toute
expé-rience dont la variabilité n’est pas nulle. Dans l’expéexpé-rience exposée, il ne pleut que
70 % du temps. Ceci représente un climat dominé par des pluies plus fortes et
moins fréquentes que dans le modèle de référence. L’augmentation de la variabilité
des pluies induit un comportement équivalent au cas où la nouvelle pluviométrie
moyenne est supérieure à P
0 (courbe bleue, fig. 3.10). Les pluies plus fortes bien
que plus rares, augmentent la probabilité de surpasser le seuil d’érosion dans les
lois de transport et d’incision (eqs. 3 et 5Pepin et al. [2010]). Les oscillations haute
fréquence de la courbe verte (fig. 3.10) sont dues aux oscillations des précipitations
et à l’adaptation sédimentaire du système à ces oscillations avant un retour à un
état permanent stable.
Le système montagne-piémont répond de manière différente à un changement
climatique selon le type et l’intensité du changement. Lorsque la pluviométrie ou sa
variabilité augmentent, le système subit un pic d’érosion suivi d’une remise à
l’équi-libre rapide. Cette dernière est caractérisée par des oscillations haute fréquence de
l’érosion dans la montagne dues à l’adaptation du système au changement brusque
de climat. Lorsque la pluviométrie est plus faible qu’un certain seuil ne permettant
pas le maintien des incisions dans le piémont, le système subit un nouveau cycle
d’aggradation du piémont suivie d’incision à l’arrivée de l’onde de sédimentation
aux conditions aux limites aval.
3.5.3 Conclusion
Le système montagne-piémont s’adapte différemment aux changements
uni-formes des facteurs externes que sont la pluviométrie et le soulèvement vertical.
Les résultats présentés ci-dessus sont en accord avec les travaux d’Allen et
Dens-more [2000]. Ces auteurs ont montré que le système montagne-piémont s’adaptait
3.5 Impact des changements des paramètres externes depuis un état d’équilibre
progressivement à un changement tectonique alors qu’il s’ajustait rapidement aux
changements climatiques (constants). Le temps de réponse du système dépend des
caractéristiques de la perturbation mais aussi des paramètres physiques des lois
de transports et d’incision (notamment des paramètresnetm) ainsi que de la taille
du piémont.
Les expériences présentées dans cette section montrent que le changement de
soulèvement vertical implique une réponse stable du système avec aucun
chan-gement géomorphologique. Au contraire, le chanchan-gement climatique implique des
réponses plus instables caractérisées soit par des oscillations hautes fréquences
de l’érosion de la montagne dans le cas de plus fortes pluies ou de plus fortes
variabilités, soit par une réorganisation totale du piémont avec resédimentation et
réincision dans le cas d’un climat plus aride (pluviométrie moyenne faible). Le
chan-gement climatique de part son action directe sur les flux d’eau induit fréquemment
des changements géomorphologiques (réorganisation ou avulsion) dans le piémont
alors que la perturbation tectonique agit indirectement sur les pentes et induit donc
une réponse plus stable du système.
Enfin, la réponse du système montagne-piémont à un changement climatique
peut être rapide et simple (pic d’incision et retour à l’équilibre) ou longue et
com-plexe (réorganisation totale du piémont) en fonction de l’intensité de la perturbation
appliquée.
Compléments et illustrations des interactions montagne-piémont
