Le désert d'Atacama, conjonction du climat et de la tectonique

Dans un article qui vient de paraître dans la revue Earth and Planetary Science Letters, des chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Paris Diderot/Sorbonne Paris Cité/Labex UnivEarthS), modélisent l'incision des rivières coulant à l'ouest des Andes depuis la bordure de l'Altiplano jusqu'au Pacifique, à travers l'Atacama le désert le plus aride de la Terre. Ils mettent en évidence un seuil géomorphologique qui séparent deux domaines distincts: le nord marqué par de spectaculaires canyons atteignant le Pacifique, alors que plus au sud les rivières se perdent dans le désert sans jamais atteindre la côte. L'évolution du paysage depuis environ 10 millions d'années aurait une origine à la fois climatique (mousson sud américaine) et tectonique liée au fonctionnement de la subduction et à la croissance des Andes.





Sur plus de 1000 km, la côte pacifique du nord Chili et du sud Pérou est marquée par un gigantesque escarpement haut de 1 km environ. Perché au-dessus de cet escarpement à 1-2 km d'altitude, le désert d'Atacama, plateau particulièrement aride, forme le piedmont de la cordillère andine occidentale, elle même bordure ouest de l'Altiplano. Au sud Pérou et à l'extrême nord du Chili, les rivières prenant leur source sur cette bordure ont creusé de spectaculaire canyons, encaissés de presque 1km dans le plateau côtier. L'étude qui vient d'être publiée s'attache à décrire la géométrie de ces rivières. Les chercheurs identifient comme point clé l'existence d'un seuil entre les canyons exoréiques (atteignant le niveau de base océanique) du nord, et les rivières endoréiques (n'atteignant pas l'océan) qui, plus au sud, se perdent sur le plateau de l'Atacama. Ce seuil correspond au canyon de Tana-Tiliviche dont le cours présente une rupture de pente majeure à 25km de la côte (voir photo 3). Les rivières voient donc leur capacité érosive décroitre vers le sud.


Les auteurs mettent cette décroissance en relation avec la répartition spatiale actuelle des précipitations apportées en oblique à travers l'Altiplano par la mousson Atlantique (figure ci-dessus). Au nord, les précipitations, tout en restant faibles, sont suffisamment significatives sur la bordure ouest de l'Altiplano pour permettre la formation de sources et de rivières incisant le plateau de l'Atacama jusqu'à l'océan. Plus au sud, elles deviennent extrêmement faibles expliquant l'hyper-aridité de l'Atacama ; le manque d'eau fait que les rivières n'y ont pas la capacité de creuser leur cours efficacement à travers le relief et ce jusqu'à l'océan.


L'analyse critique des données géologiques et climatiques a permis aux auteurs de modéliser, à l'aide du code APERO**, l'évolution tectonique, climatique et géomorphologique de cette région. Ils concluent que:
- le soulèvement tectonique du piedmont andin a débuté il y a environ 10 millions d'années de façon à peu près synchrone sur un millier de kilomètres ;
- c'est ce soulèvement qui a déclenché l'incision des canyons ;
- le seuil entre drainage exo- et endoréique est corrélé avec le gradient actuel de précipitations apportées à travers l'Altiplano par la mousson Atlantique ;
- ce gradient, ainsi que l'hyper-aridité du désert d'Atacama, sont stables sur des durées de plusieurs millions d'années.

Les chercheurs interprètent le soulèvement tectonique de la marge côtière andine comme un élargissement de la chaîne des Andes vers l'océan en lien direct avec la structure et le fonctionnement de la subduction*, elle même responsables des séismes de forte magnitude (publication à paraître prochainement).

L'initiation du soulèvement serait dû au démarrage d'un processus d'épaississement de la croûte (par sous-placage). Cet épaississement se produirait à 40-50km de profondeur, juste au-dessus de l'interface des deux plaques en subduction et au niveau de la transition entre une zone proche de la surface au comportement sismique et une zone plus profonde non sismique. Ainsi, les chercheurs soulignent que ce type d'étude apporte des éléments pour mieux comprendre la structure de subduction et son évolution sur le long terme.