PAYSAGE  de désert de dunes. Désert de Thar, Rajasthan,  INDE . © MADZAK Catherine

Quand le vent fait danser le sable !

Qui n’a pas observé ces banderoles de grains de sable osciller à la surface d’une plage par jour de grand vent ? Ce phénomène de saltation vient d’être reproduit numériquement pour la première fois par des chercheurs de l’Inra et du CNRS. Leurs travaux, publiés dans le Journal of Geophysical Research le 12 juillet 2013, confirment de précédentes hypothèses sur l’origine de ces mouvements en lien avec la turbulence du vent près de la surface. Les chercheurs peuvent ainsi mieux reproduire l’érosion éolienne des surfaces, à l’origine de nombreuses problématiques environnementales.

Mis à jour le 16/07/2013
Publié le 15/07/2013
Mots-clés : EROSION - SABLE

Lorsque le vent est suffisamment fort, des grains de sable sont soulevés et entraînés par le vent avant de retomber rapidement vers le sol sous l’effet de leur poids. En impactant le sol, ces grains rebondissent, éjectent d’autres grains, et ainsi de suite. Ce processus forme au-dessus du sol une couche d’air dense en grains de sable appelée couche de saltation. La saltation est à l’origine de la formation des dunes de sable en zones désertiques et de l’émission dans l’atmosphère de poussières libérées lors de l’impact des grains de sable avec la surface. Chacun de nous a pu observer ce processus de saltation par jour de grand vent sur une plage sous la forme de banderoles de grains de sable oscillantes près de la surface tels des serpents.

Un modèle numérique confirme pour la première fois le rôle du vent

Simulation de grains de sable en saltation (vue de dessus).. © Dupont, Bergametti, Marticorena, Simoens, Inra
Simulation de grains de sable en saltation (vue de dessus). © Dupont, Bergametti, Marticorena, Simoens, Inra

Des chercheurs de l’Inra et du CNRS ont développé une modélisation de la saltation d’un sol en reproduisant l’interaction complète entre le mouvement de plusieurs millions de grains de sable et le vent instantané ainsi que les interactions des grains avec la surface. La simulation a reproduit la présence de ces banderoles de sable telles qu’observées dans la nature. Il apparaît que ces structures sont la conséquence d’une interaction complexe entre le temps de réponse des grains de sable, la durée de vie des rafales de vent et la modification de l’écoulement par la présence des grains. Ces structures résultent de l’éjection massive de grains de sable suite à l’impact de grains accélérés par les rafales de vent. Ainsi, ces banderoles peuvent être vues comme une empreinte des rafales de vent passées. La simulation a de plus montré que la taille de ces banderoles diminue avec la vitesse moyenne du vent et augmente avec la taille des grains de sable composant le sol. Si on suspectait que ces structures pouvaient être liées à la turbulence du vent ceci n’avait jamais été démontré auparavant.

Une première étape pour caractériser l’érosion du sol

Plus généralement, ces recherches permettront de mieux comprendre et simuler l’érosion éolienne des sols. Les déplacements de sable qui en résultent affectent certaines zones côtières et posent de sérieux problèmes de gestion dans les zones semi-arides. L'érosion éolienne est également à l'origine de l’émission de poussières dans l’atmosphère. Les émissions, le transport dans l'atmosphère et le dépôt de ces poussières ont de nombreuses conséquences agronomiques et environnementales qu’il est important de quantifier et de prédire. La perte en fertilité des sols agricoles est l’une de ces conséquences qui devrait s’accentuer dans les années à venir dans les zones semi-arides sous l’effet combiné du changement climatique et de la modification de l’usage des sols liée aux activités humaines. D’un point de vue météorologique et climatique, la présence de poussières dans l’atmosphère impacte la formation des nuages et le bilan radiatif terrestre (1). Les tempêtes de sable et de poussières produisent des diminutions de visibilité qui affectent directement les activités humaines. Enfin, ces poussières atmosphériques ont aussi des conséquences sanitaires liées à leur inhalation par les êtres humains, à la détérioration de la qualité de l’air et à la propagation d’agents potentiellement pathogènes. Les résultats de ces recherches sont un premier pas vers une meilleure représentation des émissions de poussières dans les modèles météorologiques et climatiques.

(1) Rapport entre l’énergie reçue par la Terre (principalement provenant du Soleil) et celle libérée vers l’espace.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Sylvain Dupont (05 57 12 24 33) Écologie Fonctionnelle et Physique de l'Environnement
  • Gilles Bergametti (01 45 17 15 60) Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (UMR CNRS 7583 Universités Paris Diderot et Paris Est, Créteil)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 67)
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Environnement et agronomie
Centre(s) associé(s) :
Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux

Référence

S. Dupont, G. Bergametti, B. Marticorena and S. Simoëns. Modelling saltation intermittency. J. Geophys. Res., 12 juillet 2013. DOI : 10.1002/jgrd.50528.