Les évidences géomorphologiques N’dji dit Jacques DEMBELE Géologie du quaternaire Plan • 1. Présentation générale • 2. Facteurs affectant des processus géomorphologiques • 3. Evidences dans les formes de terrain • 4. Les méthodes d’étude des évidences Présentation générale • La géomorphologie est la science qui étudie les formes de terrain (les modelés) et les processus qui les créent. • C’est une discipline qui est très liée à la géologie du Quaternaire car les modelés qu’elles étudient sont les résultats dans leur plupart de processus Quaternaire. • Les géomorphologues s’intéresse aux formes de terrain suivant deux approches: une approches fonctionnelle se focalisant sur l’étude des processus actuels à l’oeuvre et l’approche historique s’intéressant à la genèse des formes. • Les formes que les géomorphologues étudient occupant des échelles d’espaces et de temps différents: • du globe au grain de sable et de plusieurs millions d’années à quelques seconds. Les formes et les processus à l’échelle globale ne sont pas ceux à l’échelle locale. Il faudra des millions d’années pour qu’une montagne devienne une plaine mais un tremblement de terre ou un glissement de terrain peuvent se dérouler en quelques seconds alors qu’une inondation se déroulera sur des heures voire des jours. • De nos jours les géomorphologues sur le plan méthodologique arrive a leur résultats à travers 5 étapes: • - La morphologie ou la morphographie qui correspond à la description des formes de terrain. • - La morphométrie: la mesure des formes de terrain • - La morphogenèse: l’origine des terrains • - La morphochronologie: l’âge des terrain • - La morphodynamique: les processus et mécanismes à l’oeuvre pour faire évoluer les terrains • Ainsi la géomorphologie contemporaine pour répondre aux questionnements des sciences connexes dont la géomorphologie a changé d’échelle d’analyse en se focalisant sur l’échelle locale ou les relations entre processus et formes peuvent être facilement étudié et ou la géomorphologie peut être utile à l’archéologue, au pédologue, à l’écologiste, au botaniste. • Les vitesses d’opération des processus géomorphologiques ont changé sous l’effet des oscillations climatiques quaternaires à travers différents facteurs : Facteurs affectant les processus géomorphologiques • 1. Les variations des niveaux de base globaux et locaux • 2. Les vitesses d’altération • 3. Les variations des budgets sédimentaires et hydrologiques. Les variations des niveaux de base globaux et locaux • Le concept de niveau de base a été introduit pour la première fois par le géologue John Wesley Powell. • Le niveau de base est le niveau au dessous duquel les fleuves n’érodent plus leur cours. Le niveau de base mondial ou niveau zéro est le niveau de la mer mondiale même si sur le continent il existe des niveaux de base secondaire formés par les lacs ou les mers intérieures. • Les fluctuations du niveau de base est à la base de l’accélération ou de la décélération des processus d’érosion. • Durant la période quaternaire, le niveau des mers a beaucoup fluctué sous l’effet des changements climatiques. Nous avons déjà dit que le quaternaire a été caractérisé par des changements climatiques importants avec la succession des périodes froides ou périodes glaciaires et de périodes chaudes ou interglaciaires. Pendant les périodes glaciaires, les glaciers s’étendent. • Durant le quaternaire, le niveau de la mer a baissé souvent jusqu'à 120m au dessous de son niveau actuel. • Certaines mers comme la Mer Rouge ont complètement disparu. Ce qui a permis aux hommes préhistoriques de marcher de l’Afrique en Asie à travers la zone de la corne de l'Afrique ou de l’Afrique vers l’Europe à travers du Detroit de Gibraltar. • Pendant les périodes chaudes, les interglaciaires, les eaux emprisonnées sous forme de glace fond et est libéré dans les océans. Le niveau de base s'élève. La fluctuation du niveau marin affecte la pente générale des cours d’eau. • Quand le niveau monte, la pente des fleuves diminue, les fleuves déposent les sédiments plus qu’ils n’érodent. Quand le niveau baisse, la pente générale augmente et les fleuves érodent plus qu’ils ne déposent. La conséquence est la création des terrasses fluviales. • à cause de ces changements du niveau de base, le cours de certains fleuves comme le Yangtze en Chine coule en dessous du niveau de base actuel. Le Yangtze coule 6m dans son cours inférieur en dessous du niveau actuel de la mer. • même quand le niveau de la mer ne change pas, le niveau de base peut être affecté par la tectonique qui surélève les cours des fleuves. Mais le résultat est le même. 2.5 50 3.0 0 OblS Sea Level (m) 3.5 4.0 -50- 4.5 -1005.5 Quaternary 0 1 Miocene Pliocene 2 3 4 5 6 7 8 9 A g e (Ma) Figure 2.31 Eustatic sea-level variations over the last 9.5 Ma based on marine oxygen isotope measurements (modified from Miller et al., 2005). Note the distinct cooling trend reflected in the oxygen isotope record that begins c. 2.6 Ma. momentum of the earth (Johnston & Lambeck, 2002; Gross et al., 2005). In addition, temperature and chemical variations within the water column can lead to ‘steric’ (density) changes that affect ocean water volume and thus sea level (Chambers, 2006). Fluctuations in volume and mass of sea water will also influence the hydro-isostatic load (section 2.5.4) on the underlying seabed, a process that may explain the emergence of coral atolls from the Pacific Ocean during the late Holocene, when eustatic sea-level rise was reversed by hydro-isostatic depression (Dickinson, 2004). In addition, long-term changes in sea level can result from changes in the configuration of ocean basins caused either by sediment infill and the consequent displacement of ocean water, or by the lateral movement of lithospheric plates and associated vertical displacements of crust and mantle in the vicinity of subduction zones. Accelerated rates of sea-floor spreading lead to an increase and by the lack of fixed stable reference points from which to determine the height of eustatic sea level for specific times in the past (Moucha et al., 2008). 2.5.2.2 Quaternary eustatic changes More is known about sea-level variations during the late Pliocene and the Quaternary. The Pliocene was generally warmer than the Quaternary by approximately 3°C (annual average) and, with less polar ice cover, eustatic sea level has been estimated to have been between 10 and 25 m higher than present (Haywood & Valdes, 2004). Global sealevels show progressive lowering towards the end of the Pliocene, and this pattern appears to have continued throughout the Quaternary (Figure 2.31). Superimposed on this long-term trend, however, is a cyclical pattern of shorter-term oscillations in eustatic sea level related to the ures that enable a tablished include me coastal fringes Hearty & O’Leary, idence for several Bermuda and the ns are represented ls during cooler n 3.5). The record dence for at least and >20 m above ges 11–5e (Hearty ). In the Mediterarine terraces are reflect episodic mark eustatic seaIS 11, while up to gnized for the last t al., 2003). eustatic sea-level erglacial cycle (the e better preserved, turbed than is the ns are based on a e dated coral reef en isotope data l., 2003). Records milar (Figure 2.33), reflected in records from far field locations, coastal regions MIS 1 M ! S 2 MIS 3 MIS 5 MIS 5 North Atlantic & Equatorial Pacific Papua New Guinea & Barbados Mass balance global ice model Red S e a Red S e a East Equatorial Pacific SPECMAP 0 20 40 60 A g e (ka) 80 100 120 Les vitesses d’altération • Les processus géomorphologiques sont dominés à l’échelle locale par les processus qui se déroulent sur les versants. La préparation du matériel est un élément essentiel de ces processus. • 2 processus d’altération sont reconnus: l’altération chimique et l’altération physique. • Ces deux processus naturels sont tous influencés par les conditions environnementales comme le climat et la végétation. • Pendant les périodes chaudes et humides du Quaternaire, l’altération chimique semble plus développée que l’altération physique. Les processus de latéritisation deviennent plus important avec une évolution rapide des fronts d’altération. Cela est du au développement et à l’expansion du couvert végétal qui favorise l’infiltration de l’eau mais aussi rend disponible une quantité assez importante de matière organique sous forme d’humus. Le rôle de l’acide humique est très important dans l’altération chimique. • Pendant les périodes sèches l’inverse se produit. L’altération physique devient prépondérante et les versants deviennent instables. Le matière altéré s’effrite et est transporté en bas de pente et dans les cours d’eau. • Ce transfert de masse de sédiments se passe au début des périodes sèches jusqu’a ce que le matériel précédemment préparé soit évacué et que les pentes se couvrent de cuirasses. Les variations des bilans sédimentaires et hydrologiques • Un des impacts important des changements climatiques au cours du Quaternaire est la variation des bilans hydrologiques et sédimentaires des cours d’eau. Il est reconnu que le bilan hydrologique et sédimentaire des cours sont fonction de la quantité de pluies qui tombe, de la végétation et de la géologie. • Les changements climatiques en jouant sur la végétation influe directement sur le bilan hydrologique et sédimentaire qui augmente pendant les périodes sèches et diminue pendant les périodes humides. Evidences dans les formes de terrain • 1. La création de terrasses fluviales, lacustres et marines • 2. La métamorphose fluviale et réorganisation des bassins versants • 3. Les vallées fossiles • 4. La descente plus au sud de paysages éoliens Les terrasses Métamorphose fluviale: le cas du fleuve Niger Downloaded from http://sp.lyellcollection.org/ by guest on April 10, 2014 PALAEODRAINAGE OF THE NIGER RIVER sediment load is deposited into the Inland Niger The Large Bend represents the location where two K. P. M. BONNE Fig. 12. Overview of the evolution of the Niger River drainage basin. The coloured areas are the previously separate drainage basins that were significant in the evolution of the Niger River. The green drainage basin is the one that evolves into the present-day Niger River drainage basin. Red circles highlight the locations of the magmatic uplifts that started in the Oligocene. Les variations de niveaux lacustres: cas du lac Tchad GEOMORPHOLOGICAL EVIDENCE c a t c h m e n t limits Ahaggar p r e s e n t - d a y rivers N m o d e r n L a k e C h a d ( 2 8 5 m) L a k e M e g a - C h a d ( - 3 2 5 m) Tibesti 20° N Air' Ennedi Modem Lake . Chad Darfur 10° N 1J0o°s N gg ar over 1000m ag ga r a Ah a Ah dam A 10° E 0 oua 600- 1000m 400 - 600m 200 k m 200 - 400m 20° E Below 200m 85 Les vallées fossiles La descente plus au sud de paysages éoliens L’ensablement Les méthodes d’étude • • • • • • 1. Les méthodes de terrain 2. Les photographies aériennes 3. Les images satellitaires 4. Les images radar 5. Les sonars et prospection sismique 6. Les modèles numériques de Terrain (DEM) les méthodes de terrain • La production d’une carte illustrant le type et la distribution des principales formes de terrain est souvent la première étape de l’investigation de l’histoire quaternaire d’une zone ou d’un site. Cette cartographie peut être élaborée à l’aide des photo aériennes ou des sorties de terrain : pour le travail de terrain il faut un matériel adéquat : • Un cahier de terrain dans lequel, notera les différences observations. Ce cahier de terrain doit être bien tenu car il pourra être utilisé par d’autres générations de géographes plusieurs années après. Les différentes observations doivent être datées. Le cahier de terrain lui même doit comporter le nom, l’adresse et le numéro de téléphone du propriétaire et peut être une proposition de récompense en cas de perte afin que celui qui le ramasse puisse le ramener a son propriétaire. Les notes doivent être prises au crayon dans le cahier afin qu’au cas ou les cahiers sont mouillés les écritures soient toujours lisibles. • Une boussole de terrain pour pouvoir prendre les directions, un récepteur GPS pour la géolocalisation. • Un appareil photo pour prendre des vues des réalités que nous rencontrera et qui ne seront peut être pas là lors de notre prochaine visite. • Des cartes ou images satellitaires de la zone dans laquelle nous faisons le travail de terrain pour y porter les observations. Les cartes doivent être assez détaillés. • Des crayons de papier, des règles pour mesurer • Des sachets en plastiques pour collecter les échantillons quand cela est nécessaire. Pour cela il faudra aussi prendre un feutre indélébile pour écrire les noms et lieux de collecte des échantillons sur les sachets d’échantillons. • De nos jours il est utile d’inclure les outils informatiques : les tablettes et les téléphones portable. Certaines applications qu’on peut installer sur les téléphones ou tablettes androïde peuvent être d’une grande aide sur le terrain : le GPS (GPS status), la boussole avec Compass Pro, le clinomètre avec i, La notation des observations avec Oruxmaps, Sketchbook pro de Samsung ou de Google permettent aussi de dessiner les profils directement sur le terrain. • Sur le terrain • Il faudra définir le type de paysage que nous avons : le paysage peut être fluvial, désertique, semi-désertique lacustre. • Nous devons définir les différentes unités géomorphologiques et celle dans laquelle nous travaillons. Par exemple si c’est un paysage fluvial les différentes unités sont les versants, les terrasses, la plaine inondable, les lits. Les unités géomorphologiques sont composées d’éléments géomorphologiques : par exemple le lit du fleuve sera composé du lit mineur, du lit majeur et du lit d’étiage. Les pentes seront composé du sommet du lit, • Définir quel est le processus géomorphologique le plus prépondérant et quel est l’agent géomorphologique le plus important : l’eau, le vent, la glace, les arbres etc.. • Face au profil il faudra donner l’aspect de la pente, c’est a dire la direction que la pente regarde, les courbures de pentes : courbures de profil et tangentielle : les profils doivent être convexes, concaves ou en plan. Nous devons donner une qualification des gradients de pentes. Nous avons de ce fait utiliser le clinomètre. Les pentes sont classées • -0-2 dégrées : plan • 2-5 dégrées : pentes très faibles • 5-15 pentes douces • 15-25 pentes fortes • 25-35 pentes raides • 35-55 escarpements • 55 et plus : pentes verticales • il faut tracer le profil de pente sur un papier millimétré et aussi placer le matériel visible sur la pente. • Prendre les échantillons nécessaires Les images satellitaires • Où les trouver? • http://earthexplorer.usgs.gov Les MNT ou DEM • Les MNT ou DEM sont des images de télédétection contenant l’information sur l’élévation des points sur la terre. • Ils permettent de produire soit même a moindre cout les cartes du relief comportant les courbes de niveau. • Ils permettent d’effectuer les analyses morphométrique générale et spécifique qui permettent de mettre en évidence l’évolution géomorphologique. • Les DEM gratuits existent: les images ASTER GDEM (Japon) et les images SRTM (NASA, USA). Ils peuvent être téléchargés gratuitement sur le site de http://earthexplorer.usgs.gov • Il existe des logiciels gratuits qui permettent de traiter les données MNT: GRASS GIS, QGIS, SAGA GIS etc.
