Désert : quelles dunes sont les plus stables ?

En modélisant un désert où le vent souffle dans deux directions, des chercheurs du CNRS et de l’Université Paris Diderot-Paris7 sont parvenus, pour la première fois, à observer et à mettre en évidence la dynamique de formation et l’évolution de deux types de dunes très grandes : les dunes transverses et les dunes longitudinales. Ils ont démontré que ces dernières ainsi que les barchanes – des dunes en forme de croissant formées dans un régime de vent à une seule direction – sont les plus stables dans le temps. Ces résultats devraient permettre de mieux comprendre le devenir des dunes et des déserts sur Terre, mais également d’en déduire des informations majeures concernant le régime des vents sur Titan ou Mars, par exemple. Menés en lien avec un doctorant du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (CNRS / Observatoire de Paris / UPMC / Université Paris Diderot-Paris7), ces travaux font l’objet d’une publication en juin 2010 dans la revue Geology.

Pour étudier la formation et la stabilité des dunes de sable, l’équipe de Stéphane Douady au Laboratoire de Matière et systèmes complexes (CNRS / Université Paris Diderot-Paris7) a conçu un dispositif ingénieux qui reproduit en miniature, au laboratoire, les dunes bien plus grandes, que l’on observe dans les déserts. Ce modèle expérimental est constitué de billes de verre dont le mouvement impulsé par de l’eau est comparable à celui des grains de sable soumis à un régime de vents. Avantages, ces dunes de billes de verre sont petites (quelques centimètres) et se forment rapidement sous l’eau. Les formes engendrées sont semblables aux dunes générées par les vents, ce qui a permis aux chercheurs d’étudier précisément les mécanismes mis en jeu lors de leur formation.

De précédents travaux réalisés par la même équipe se sont intéressés à la dynamique d’un type de dune : la barchane qui se constitue en régime de vent unidirectionnel (c’est le cas, par exemple, dans le désert sud marocain). En forme de croissant, cette dune se déplace lentement, poussée par le vent. Elle est désormais bien connue et correspond à une situation relativement simple. Aussi, les chercheurs se sont attaqués à mimer en laboratoire des dunes plus complexes, qui se forment dans des conditions où le vent souffle alternativement dans deux directions. Sur le terrain, dans les déserts, ces conditions donnent naissance à deux types de dunes : les dunes transverses, c’est-à-dire alignées perpendiculairement à la direction du vent dominant, ou bien longitudinales (les dunes sont alors parallèles à la direction du vent dominant). La dynamique de leur formation et leur devenir n’avaient encore jamais pu être reproduits et suivis : ces dunes sont très grandes, elles mesurent plusieurs centaines de mètres voire quelques kilomètres de long et leur évolution morphologique est donc très lente.

Grâce au dispositif expérimental qu’ils ont mis au point, les scientifiques ont confirmé que ces deux types de dunes apparaissaient effectivement en régime de vent bidirectionnel. Surtout, ils ont mis en évidence des différences majeures entre elles. D’une part, les dunes transverses se forment lorsque les deux directions du vent sont assez proches tandis que les dunes longitudinales se constituent quand ces deux directions sont beaucoup plus écartées (l’angle entre les deux directions de vent est supérieur à 90°). De plus, sans apport de sable conséquent, les dunes longitudinales restent stables dans le temps alors que les dunes transverses, prises isolément, finissent toujours par se décomposer en plusieurs petites dunes barchanes. Ainsi, les dunes les plus stables dans le temps sont les barchanes et les dunes longitudinales (sans apport extérieur de sable bien entendu).

Ces résultats apportent des éléments essentiels pour mieux comprendre la formation et le devenir des déserts ainsi que la manière dont les vents circulent sur Terre. Ils pourraient également servir à établir quel régime de vents est en vigueur sur d’autres planètes ou satellites (Titan ou Mars, par exemple). Avec ce modèle, les planétologues pourraient notamment vérifier que les vents générés par leurs modèles correspondent bien à la forme des dunes observée par satellite.

Dunes longitudinales reproduites en laboratoire. La taille caractéristique des structures est le centimètre. © Laboratoire de matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris-Diderot-Paris7)