Les montagnes jeunes en zone tropicale, telles l'Himalaya, subissent une érosion intense qui tend à appauvrir l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) en dioxyde de carbone (Table complète - Table étendue). À partir d'un bilan géochimique couvrant l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments...) du bassin de l'Himalaya, depuis la source, les formations himalayennes, jusqu'au lieu de dépôt ultime des sédiments en baie du Bengale (océan Indien), des chercheurs de Nancy et Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville...) ont pu quantifier ces mécanismes et mieux en appréhender l'efficacité.

Les taux d'érosion élevés de l'Himalaya provoquent un transport massif (Le mot massif peut être employé comme :) de débris organiques entraînés par les grands fleuves puis rapidement enfouis dans l'océan Indien (L’océan Indien s'étend sur une surface de 75 000 000 km². Il est limité au nord par l'Inde, le Pakistan...). Ce phénomène stocke du carbone dans un réservoir naturel géologique qu'est un bassin océanique. Publiés dans Nature le 15 novembre (1), ces travaux illustrent le rôle de l'érosion dans le cycle du carbone et la régulation (« Régulation » redirige ici. Pour les autres significations, voir Régulation (homonymie) ) à long terme du climat. Sur des échelles de temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) de quelques dizaines de millions d'années, l'érosion des chaînes de montagne contribue ainsi à refroidir le climat.


Le climat global de la Terre est largement gouverné par la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) de gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi...) à effet de serre présent dans l'atmosphère. En dehors des perturbations intenses que nous connaissons actuellement par l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) massive (Le mot massif peut être employé comme :) de CO2 dans l'atmosphère, à long terme, le cycle du carbone est contrôlé par l'équilibre entre un apport continu de CO2 lié à l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) volcanique et une consommation de CO2 par le cycle biochimique. L'érosion continentale agit directement sur le cycle biochimique en transférant des éléments nutritifs et calcifiants aux océans et en entraînant avec le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie,...) sédimentaire des débris organiques qui, accumulés dans les sédiments océaniques, sont stockés sur des échelles de temps géologiques. Ces accumulations sédimentaires de matières organiques sont d'ailleurs à l'origine des dépôts d'hydrocarbures que nous brûlons actuellement à un rythme élevé. Sur le très long terme, l'érosion continentale joue un rôle prépondérant dans la consommation de CO2 atmosphérique et participe donc à la régulation du climat de la Terre.

Si les principes de ces processus et leur effet sur le cycle du carbone sont connus depuis le 19ème siècle, les flux mis en jeu et l'efficacité des processus restent largement méconnus. Dans le cas de l'Amazone, qui est le grand fleuve le mieux étudié, la majeure partie de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules...) transportée à l'océan (Un océan est représentée, en géographie, par une vaste étendue d'eau salée. En réalité il s'agit plutôt d'un volume,...) est ré-oxydée avant d'être enfouie, réduisant ainsi l'efficacité de l'érosion en terme de consommation de CO2. Quantifier ces processus à l'échelle de grands bassins continentaux est complexe car il est nécessaire de prendre en compte l'ensemble du cycle d'érosion. Sur le système himalayen, une approche de bilan géochimique a été mise en oeuvre depuis la source, c'est-à-dire les roches himalayennes, jusqu'au puits ultime que sont les sédiments de la baie du Bengale.

L'Himalaya: exemple d'un bassin soumis à une érosion physique intense

Les bassins montagneux jouent un rôle prépondérant dans le cycle du carbone. Ils concentrent sur une surface continentale modeste l'essentiel du flux continent-océan, et en particulier le flux sédimentaire. À l'échelle des temps géologiques, les variations d'intensité de l'érosion continentale pourraient être à l'origine des grandes fluctuations climatiques terrestres. Ainsi, la surrection de l'ensemble Himalaya-Tibet et le flux accru d'érosion continentale qui en découle depuis une trentaine de millions d'années pourrait être à l'origine de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en...) glaciaire que connaît la Terre depuis l'Oligocène.

Quantifier la consommation de CO2 atmosphérique par enfouissement de carbone organique en Himalaya a nécessité la prise en compte de l'ensemble du cycle d'érosion. Ceci débute avec la composition des roches érodées qui peuvent contenir du carbone fossile, cela se poursuit par la caractérisation des sédiments transportés par les rivières et l'estimation des flux associés, et enfin se termine par la description des accumulations sédimentaires à l'exutoire du bassin.

Cette étude repose sur des échantillonnages réalisés au Népal, en Inde et au Bangladesh ainsi qu'en Baie du Bengale. La mesure du flux de sédiment fut délicate car les grands fleuves tropicaux sont des milieux difficiles à approcher. Leur échelle est impressionnante: des rivières de plus de 10 km de large au Bangladesh, des vitesses de courant supérieures à 2 m/s et un flux particulaire excédant 1 milliard de tonnes par an. Pour le représenter, il faut imaginer un convoi annuel de camions (Le camion est un véhicule automobile à roues destiné à transporter des marchandises. Le routier (routière) ou...) de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation...) qui s'étendrait sur une fois et demi la distance Terre-Lune.


La difficulté à décrire ces rivières vient aussi de la forte hétérogénéité des sédiments. La composition minéralogique et chimique des sédiments ainsi que leur teneur en carbone organique sont fortement variables dans une section donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) de la rivière. Cela résulte principalement de la ségrégation des particules au cours du transport sous l'effet de gradients hydro-dynamiques. Pour prendre en compte cette hétérogénéité, des échantillonnages de sédiment le long de profils en profondeur ont été réalisés et pour la première fois couplés de manière systématique aux données géochimiques. Enfin, les conditions climatiques concentrent l'essentiel du flux sédimentaire durant la période de mousson (La mousson est le nom d'un système de vents périodiques, actif particulièrement dans l'océan Indien et l'Asie du Sud....) et les échantillonnages ont donc été réalisés durant cette période de fortes précipitations et d'inondations au Bangladesh.

Les échantillonnages détaillés font apparaître une forte dépendance de la teneur en matière organique aux propriétés sédimentologiques, chimiques et minéralogiques des sédiments. Les sédiments de surface, fins et argileux concentrant plus de matière organique que les sédiments grossiers et siliceux de la profondeur. Intégrer cette variabilité à permis d'obtenir une estimation plus juste des flux de carbone organique associés à l'érosion himalayenne: autour de 4 x 1011 mol/an de carbone. Il a fallu ensuite estimer la part de carbone organique fossile issue des roches himalayennes car celui-ci ne contribue pas à la consommation de CO2.

Les observations par spectroscopie Raman et par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur)...) électronique à transmission réalisées à l'ENS de Paris révèlent la présence de ce carbone fossile dans les sédiments de rivière ainsi que dans les sédiments océaniques. Les mesures de teneur en 14C, réalisées sur le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau...) à accélérateur «Artemise» de Gif sur Yvette, permettent d'estimer la proportion de ce carbone fossile hérité des roches sources. Les données obtenues montrent que la teneur en carbone organique est multipliée par 10 de la roche source himalayenne moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la...) au sédiment moyen délivré à l'océan Indien. Cette nouvelle matière organique est composée de débris végétaux «piégés» lors du dépôt des sédiments dans la plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique...) d'inondation (Le terme inondation fait traditionnellement référence au débordement d'un cours d'eau qui submerge les terrains...) ainsi que de matière organique contenue dans les sols de la plaine. Les campagnes d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) océanographique engagées par le BGR avec le navire (Un navire est un bateau de fort tonnage, ponté et destiné à la navigation en pleine mer, c'est-à-dire lorsqu'il est...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) allemand RV-Sonne ont permis un échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie :...) unique des sédiments déposés dans la baie du Bengale. La comparaison de ces sédiments marins avec ceux transportés par le Gange et le Brahmapoutre démontrent leur parenté. Les biomarqueurs organiques et isotopiques analysés au CRPG et au G2R de Nancy montrent de plus que la matière organique enfouie dans le bassin océanique est identique à celle des rivières sans apport significatif de matière organique marine.

Plus surprenant, la teneur en matière organique est la même que celle des sédiments de rivière. Cela implique une préservation quasi totale de la matière organique transportée. Sur ce point l'exemple himalayen diverge radicalement du modèle amazonien pour lequel environ 70% de la matière organique est oxydée dans l'océan. Les causes de cette différence majeure restent à préciser. Dans le détail, la vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) d'enfouissement très élevée en raison de l'intensité du flux particulaire, la géométrie (Selon la définition donnée par Euclide dans ses Éléments, la géométrie serait la science mathématique des figures dans...) fermée de la baie du Bengale qui favorise des conditions anoxiques et probablement le mode d'association de la matière organique aux phases minérales concourent à la préservation exceptionnelle du carbone organique dans le système himalayen. En tout état de cause, l'érosion physique très intense de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) himalayenne joue un rôle prépondérant.

Cette étude du système himalayen montre la spécificité des bassins montagneux à forte érosion physique vis-à-vis du cycle du carbone. Par l'intensité du flux particulaire, ces bassins favorisent l'exportation et l'enfouissement de matière organique des sols et contribuent ainsi a «pomper» le CO2 de l'atmosphère. À travers cette boucle organique du cycle du carbone, la tectonique qui engendre les orogènes et leur érosion tend, sur des périodes qui s'étendent sur plusieurs dizaines de millions d'années, à appauvrir l'atmosphère en CO2 et donc à refroidir le climat.


(1) Article: Efficient organic carbon burial in the Bengal fan sustained by the Himalayan erosional system. Valier Galy, Christian France-Lanord, Olivier Beyssac, Pierre Faure, Hermann Kudrass & Fabien Palhol. Nature. 15 novembre 2007.