Peser les sédiments depuis l'espace
Publié par Adrien le 19/09/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Des chercheurs de Géosciences Rennes (CNRS / Université de Rennes 1), du Groupe de recherche de géodésie spatiale (GRGS) et du Center for space research (Austin, Texas) ont montré que l'accumulation des sédiments transportés dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé...) par les plus gros fleuves du monde (Le mot monde peut désigner :) pouvait être mesurée par gravimétrie spatiale, avec le satellite (Satellite peut faire référence à :) GRACE. Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure quantification de l'érosion des continents, très dépendante du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...), de la tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures géologiques d'échelle kilométrique et plus (chaînes de montagnes,...) et des activités anthropiques.

L'érosion rabote continuellement le 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.) continental, produisant des particules sédimentaires qui vont être transportées jusqu'aux océans par les fleuves. Déterminer l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et la répartition de cette érosion est nécessaire pour mieux comprendre comment la tectonique, le climat mais aussi les activités humaines participent à la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des paysages. En outre l'érosion aboutit aussi à la formation du sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres...) et des granulats, deuxième ressource naturelle la plus exploitée mondialement mais difficilement quantifiable.

Pour quantifier l'érosion des continents et par conséquent, la production de sédiments, l'approche la plus classique consiste à mesurer la concentration de sédiment dans tous les fleuves et en continu. Cette tâche à la fois complexe et couteuse donne des estimations de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme...) sédimentaire notoirement incertaines. Le flux sédimentaire étant le point (Graphie) de départ de nombreuses études géomorphologiques, il importe d'en améliorer la mesure.

Une équipe de chercheurs franco-américaine a montré que cette décharge sédimentaire pouvait être mesurée depuis l'espace par la mission GRACE (Gravity recovery and climate experience). La mission GRACE est une mission conjointe des agences spatiales américaines (NASA) et allemande (DLR). Lancée en 2002, elle fournit des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) globales mensuelles du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme....) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...), avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent. GRACE ne transporte pas d'instrument spécifique tourné vers la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) de la Terre, le système de mesure étant les satellites eux-mêmes, surnommés Tom et Jerry. En effet, ils se poursuivent sur la même orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) à 450 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...), séparés d'environ 250 km. Si une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) est présente à la surface de la Terre, le premier satellite (Satellite peut faire référence à :) est le premier à ressentir la gravité complémentaire et accélère, avant que le second ne le rattrape. La sensibilité de la mesure de distance relative, de l'ordre du micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.), permet la détection de masses équivalentes à une lame d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) d'un centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) d'épaisseur répartie sur un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) dont le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) est de quelques centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...). GRACE a ainsi mis à disposition des données exceptionnelles pour la redistribution de masses fluides (fonte des glaces, suivi des sècheresses, surexploitation des ressources en eau souterraines).


a) Modélisation de la distribution des sédiments (10 µm) déposés annuellement par le Yangtze à son embouchure. b) Signal GRACE (tendance 2003 - 2011) dans la même région avec le contour rose du dépôt sédimentaire montré en a). L'accumulation de masse (bleu) est interprétée comme la conséquence d'un dépôt sédimentaire.

L'apport fondamental de la gravimétrie par rapport aux autres méthodes de télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition d'informations sur un objet ou un phénomène, par l'intermédiaire d'un instrument de mesure n'ayant pas de contact avec...) est lié à l'effet à distance, qui permet de pénétrer dans les couches les plus profondes. Les masses "invisibles", cachées sous la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) ou sous terre peuvent alors être détectées par des mesures gravimétriques en surface ou, comme c'est le cas ici, par satellite. L'intérêt de cette méthode pour l'étude des flux sédimentaires est que, à nos échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), les sédiments transportés par les fleuves finissent par s'accumuler dans l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence...), définissant des zones de sédimentation. L'augmentation régulière de masse due à cette accumulation génère une hausse de l'attraction gravitationnelle localisée à ces zones de sédimentation pouvant être mesurée par GRACE. Cette variation temporelle de gravité peut être convertie en variation temporelle de masse sédimentaire, alors assimilée au flux sédimentaire du fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans l'océan – ou, exceptionnellement, dans un désert, comme pour l'Okavango. Il...) alimentant cette zone de sédimentation océanique. Pour y parvenir, cette étude a combiné des mesures GRACE haute résolution issues d'un nouveau type de traitement des données brutes, et une modélisation détaillée du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route,...) sédimentaire dans les océans.

En se focalisant sur les fleuves qui transportent le plus de sédiments au monde, les chercheurs ont montré la bonne correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt...) entre les estimations de flux sédimentaire faites in situ et celles faites par satellite, notamment pour l'Amazone, le duo Gange-Brahmapoutre, le Yangtze et la Magdalena. Pour les plus petits fleuves, la sensibilité et la résolution de GRACE ne permettent pas de détecter l'accumulation sédimentaire, et d'autres processus comme les transferts hydrologiques ou la tectonique dominent le signal gravimétrique.

Cette nouvelle méthode va encore bénéficier du développement de nouveaux satellites gravimétriques, en particulier GRACE Follow-On, mis en orbite fin mai, et des réflexions en cours sur la Next (NeXT Computer, Inc (devenue NeXT Software, Inc) était une entreprise d’informatique fondée par Steve Jobs en 1985 après son départ d’Apple.) generation gravity mission (NGGM, ESA). Par ailleurs la Chine a récemment investi pour le développement de son propre satellite. L'effervescence que connaissent actuellement les programmes de gravimétrie spatiale et terrestre montre l'intérêt porté à cette méthode et à ses nombreuses applications en sciences de la Terre.
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