Les badlands: une source majeure de sédiments et de carbone organique particulaire
Publié par Adrien le 28/05/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
À partir de plusieurs bases de données et de sédiments fluviatiles - matières en suspension et laisses de crue - provenant du bassin versant du Rhône, trois équipes de recherche issues de laboratoires mixtes du CNRS, de l'IRSN et d'EdF ont démontré que les badlands, des formes remarquables car hautement érodées du relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.), peuvent être considérés comme des hot-spots majeurs de libération de sédiments et de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés...) fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent,...) dans les rivières. Un exemple est ici donné pour les badlands qui se sont développés sur des roches sédimentaires marneuses distribuées dans le bassin versant (Un bassin versant ou bassin hydrographique est une portion de territoire délimitée par des lignes de crête, dont les eaux alimentent un exutoire commun : cours d'eau ou lac. La ligne séparant deux bassins versants adjacents est une...) de la Durance et alimentant significativement le Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le glacier du Rhône, à Gletsch, en Suisse, à l'extrémité...) et le golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Lion (Le lion (Panthera leo) est un mammifère carnivore de la famille des félidés du genre Panthera (félins). Il est surnommé « le roi...).


Contributions et valeurs de différents paramètres (surface, SPM, COP, COPf) de la Durance, des badlands au Rhône. A: surface, B: flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) de MES, C: flux de COP, D: contribution pondérée du COPf au flux de COP.
La détermination des flux de carbone transférés latéralement depuis les surfaces continentales aux océans via les rivières est indispensable pour mieux contraindre le cycle biogéochimique du carbone. Le carbone organique particulaire d'origine fossile (COPf), libéré par altération et érosion des roches sédimentaires présentes à l'affleurement au sein des surfaces continentales, contribue à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de 20 à 25 % à la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne...) particulaire organique exportée depuis les surfaces continentales vers les océans mondiaux. Cependant des inconnus persistent notamment (i) la nature des roches sédimentaires à l'origine de ces décharges fossiles, (ii) leur teneur en carbone organique (Corg), (iii) leur distribution spatiale, et (iv) le devenir de ce Corg dans les océans. Parmi les candidats pouvant libérer une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) notable de COPf dans les cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), nous nous sommes focalisés sur les roches sédimentaires formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) des badlands, correspondant à des formes remarquables du relief (cliché) et présentant des taux d'érosion les plus importants observés sur les surfaces continentales. Pour tester cette hypothèse, notre attention s'est portée sur les badlands formés par des marnes jurassiques, et distribuées dans le bassin versant (En géomorphologie, un versant est une surface topographique inclinée, située entre des points hauts (pics, crêtes, rebord de plateau, sommet d'un relief) et des points bas (pied de versant, talweg).) de la Durance, l'un des affluents du Rhône qui est lui même un des pourvoyeurs majeurs de matériel continental à la Méditerranée. Ces badlands recouvrent près de 1.0 % de la surface du bassin versant de la Durance et seulement 0.2% de celle du Rhône.


Badlands marneux, localement appelés Terres Noires, au voisinage de l'observatoire de Draix (Alpes de Haute Provence). © Y. Copard
EdF, l'IRSN, le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) MOOSE (observatoire SORA, IR ILICO), l'observatoire de Draix (SOERE RBV, IR OZCAR) et l'Observatoire des Sédiments du Rhône (Zone Atelier Bassin du Rhône, LTER-France) ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de...) des échantillons et des bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) portant sur les débits, les concentrations (sédiment et COP) et des mesures d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) 14C. Ceci a été complété par des mesures de l'activité 14C et de géochimie organique (pyrolyse Rock-Eval 6) effectuées sur des échantillons de sédiment en transit dans le cours du Rhône et de la Durance. La contribution en COPf, dont l'activité 14C est nulle, a été estimée par modélisation en estimant un âge moyen (100 à 1000 ans) du COP biosphérique (montrant une activité 14C), de la Durance et du Rhône. Nos principaux résultats se déclinent en 3 points:

1- Pour la période 1990-2014, nous avons été amenés à réévaluer le flux sédimentaire annuel du Rhône et de la Durance à 6.4 +/- 4.3 Mt et 2.1 +/- 0.9 Mt puis à actualiser leur flux annuel de COP à 145 +/- 89 kt et 12 +/- 5 kt. Malgré leur très faible surface contributive, les badlands fournissent 15 % de la charge sédimentaire rhodanienne et 3 % du flux de COP.

2- Comme la contribution du flux journalier de COP au flux annuel de COP du Rhône n'est pas constante, nous avons calculé un coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel,...) de pondération restituant l'importance de ces flux journaliers (lors d'un prélèvement) au flux annuel correspondant. Associé à ces coefficients et en estimant des âges moyens du COP biosphérique, nous avons pu restituer la teneur en Corg fossile véhiculée par le Rhône (0.31 wt. %), la Durance (0.28 wt. %) ainsi que celles des badlands (0.53 wt. %). La contribution du COPf au COP a alors été estimée à 26% pour le Rhône, 49% pour la Durance et 93% pour les badlands. Ainsi, le flux annuel de COPf atteint de 38 +/- 15 kt (Rhône), 6 +/- 3 kt (Durance) et 4.5 +/- 1.5 kt (badlands).

3- Nous avons pu calculé que ces badlands contribuent à près de 75 % à la charge en COPf à l'exutoire de la Durance, tandis que, malgré leur insignifiante surface contributive (0.2 %), ils contribuent à hauteur de 12 % au COPf exportée vers le Golfe du Lion.


Compilation du rapport COPf/COP de différents cours d'eau rangés selon la taille de leur bassin versant, en rouge les données provenant du Rhône, de la Durance et des badlands duranciens.
A l'échelle méditerranéenne, ces formations marneuses s'étendent au delà du bassin versant de la Durance, impliquant que les contributions avancées pour le Rhône devront être revues à la hausse. Enfin, la dilution (La dilution est un procédé consistant à obtenir une solution finale de concentration inférieure que celle de départ, soit par ajout de solvant, soit par prélèvement d'une partie de la...) du COP constatée pour le Rhône dans de nombreux travaux, et comparativement à d'autres fleuves mondiaux, a certainement pour origine ces badlands appauvris en Corg.

A une échelle globale, nous pensons que, même pour une très faible surface contributive, les badlands doivent être considérés comme des "hot-spots" continentaux responsable de la libération massive (Le mot massif peut être employé comme :) des sédiments et de COPf dans les fleuves et par conséquent marquant significativement l'empreinte géochimique des sédiments fluviatiles apportés par les surfaces continentales aux océans. La contribution du COPf du Rhône est équivalente à celle des petits fleuves côtier localisés sur les marges actives (e.g. Californie, Taiwan, Nouvelle-Zélande) et jusqu'à présent responsables de la majorité des décharges organiques fossiles. Sur la base de nos résultats, les grands fleuves sont aussi capables d'alimenter significativement en COPf les environnements marins. Enfin, ce carbone plus réfractaire que le COP biosphérique, échappe aux processus de dégradation dans la colonne d'eau et dans les sédiments et doit donc être préservé dans les sédiments marins. La prise en compte de cette composante fossile devrait modifier la vision que nous avons de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du carbone organique particulaire à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues »....) / océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) que ce soit dans la colonne d'eau mais aussi dans les sédiments.

Ce travail a été financé par le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) INSU-EC2CO (DEMON) et le LABEX DRIIHM de l'OHM Vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme allongée et façonnée dans le relief par un cours d'eau (vallée fluviale) ou...) du Rhône. Il se poursuit actuellement avec un projet INSU EC2CO-LEFE (APERHO).
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