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Le rôle de l’alimentation en sable dans la dynamique des dunes linéaires : un changement de paradigme ? Approche croisée des apports de la modélisation et des observations de terrain (Erg de Fachi-Bilma, Niger, Tchad)

The role of sand availability in the dynamics of linear dunes: a change in paradigm? Contributions of modeling and field observations (Erg de Fachi-Bilma, Niger, Chad)
Yann Callot et Maël Crépy
p. 225-235

Résumés

Depuis un demi-siècle, il a été montré que l'orientation des dunes ne s'expliquait pas systématiquement par la distribution des vents efficaces. Un nouveau modèle physique, vérifié expérimentalement, montre que l’orientation des dunes vives dépend de l’accélération de l’écoulement par la dune et de deux mécanismes de croissance dunaire. Chacun de ces mécanismes s'exprime selon la disponibilité en sable vif et produit des dunes d'orientations différentes. Une couverture sableuse vive continue entraîne la formation de dunes linéaires et génère des dunes transverses sous des régimes de vents monodirectionnels, et parfois longitudinales sous des régimes complexes. L’apparition de discontinuités de la couverture de sable vif provoque une modification des édifices, démontrant que le vent n’est pas le seul facteur influant sur la forme et l’orientation des dunes. La démonstration du rôle de la fourniture en sable conduit à un changement de paradigme. Des exemples sont pris dans l’erg de Fachi-Bilma (Niger) : des dunes linéaires obliques se surimposent à de très grandes dunes longitudinales ou transverses couvertes de dunes peu élevées et peu pentues. La granulométrie de surface grossière de ces dernières stabilise les plus grandes dunes et provoque le déficit en sable vif conditionnant la morphologie des dunes linéaires qui s'y superposent. Ce paradigme enrichit la compréhension des ergs à différentes échelles de temps, en particulier dans le Sahel. Il permet de tenir compte de la couverture sableuse pour expliquer la formation des différentes générations de dunes et apporte de nouveaux éléments pour la géomorphologie et la géoarchéologie des milieux arides.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 29 avril 2018, reçu sous sa forme révisée le 16 septembre 2018 et définitivement accepté le 08 octobre 2018

Texte intégral

Merci à Nicolas Jacob pour les fructueux échanges avec lui sur le sujet et à Leah Holguin pour sa correction des textes en anglais.

1. Introduction

1Le problème de l’orientation des dunes est une histoire ancienne. Les dunes sont depuis longtemps objets de curiosité, d'abord pour les voyageurs, puis pour les aménageurs et les chercheurs dès le XIXe siècle. (Malte-Brun, 1860 ; Rolland, 1890 ; Beadnell, 1909). La compréhension de leur genèse et de leurs déplacements fut difficile au début, en l’absence de moyens réels d’investigation. Les plus élevées paraissaient si démesurées qu’elles étaient attribuées à la présence de collines rocheuses sous le sable : « Une opinion assez répandue chez les Sahariens est que les grandes dunes ont un squelette rocheux » (Aufrère, 1931). Mais elles étaient par ailleurs souvent jugées mobiles, capables d’engloutir les caravanes... Les relations entre les vents et les grands édifices restaient elles aussi hypothétiques (Aufrère, 1931). L’étude de la dynamique et des formes éoliennes est devenue plus physique avec l’ouvrage fondateur de Bagnold (1941), ou l’approche plus pragmatique de Fryberger (1979), jusqu’aux très nombreux travaux amorcés dans les années 1980-90 (McKee, 1979 ; Lancaster, 1995 ; Livingstone et Warren, 1996 ; Goudie et al., 1999) et qui se poursuivent de nos jours. L’imagerie satellitaire a fourni une masse considérable d’informations et la couverture en accès libre d’une définition inférieure ou égale à une dizaine de mètres est actuellement presque complète sur les régions arides.

2Les formes dunaires étudiées ici seront surtout les formes « vives », parce que constituées de sables « vifs ». Correspondant à la capacité de transport maximale par le vent, ils sont le plus souvent très bien classés, avec une médiane entre 125 et 200 µm (Cailleux et Tricart, 1959). La mobilité de leur matériel différencie ces dunes des édifices à granulométrie de surface plus grossière. Les vents eux-mêmes vont théoriquement agir sur le terrain selon la résultante du déplacement potentiel du sable, c’est-à-dire le déplacement d’un grain de sable induit par les vents en l'absence d'obstacles et sur une surface lisse non sableuse. La résultante peut être trouvée de deux manières :

3(i) à partir du traitement de relevés de vents selon une formule calculant la quantité d’énergie disponible pour ce transport, selon la formule de Fryberger (1979) modifiée par Callot (1987) et par Callot et Oulerhi (1996) :

              

q.α.V²(VVt)

4α exprime un rapport de proportionnalité - et non pas d’égalité -, V = vitesse du vent à 10 m de hauteur (en m/s), Vt = seuil d'impact de la vitesse du vent à 10 m (vitesse minimale à 10 m pour maintenir le sable en saltation, fixée entre 5 et 6 m/s pour les sables de dunes vives).

5(ii) à partir de l’observation sur le terrain de stries de corrasion ou de barkhanes, dunes mobiles en croissant dont le déplacement suit cette résultante (Clos-Arceduc, 1969). La comparaison entre les deux méthodes dans des secteurs où les deux types de données sont disponibles montre que le calcul physique donne les mêmes résultats que l’observation (Callot et Oulerhi, 1996).

6Depuis un demi-siècle (Clos-Arceduc, 1969), il a pourtant été montré, notamment par l’utilisation des photographies aériennes, que l'orientation des dunes ne pouvait pas systématiquement s'expliquer à partir de la distribution des vents efficaces. Les images verticales ont confirmé ce que l’on observait au sol, la relation entre les édifices dunaires orientés et les vents s'exprime selon trois modes principaux : (i) le développement de formes allongées de dunes vives rectilignes appelées sifs, seifs ou longitudinal dunes dans la terminologie anglo-saxonne, La terminologie utilisée ici (Mainguet et Callot, 1978 ; Callot, 2008) décompose les dunes vives en sifs, i.e., « sabres » en arabe (fig. 1). Le sif est une dune allongée à crête aiguë souvent courbe en plan de longueur d’échelle décamétrique à hectométrique. Une des combinaisons de sifs donne un silk : cordon sableux rectiligne dans son ensemble mais plus ou moins onduleux dans le détail, formé par l’alignement de sifs bout à bout, d’échelle hectométrique mais le plus souvent kilométrique et pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilomètres. Cette terminologie présente l’intérêt de distinguer les éléments constitutifs de la forme résultant de leur combinaison : les sifs non alignés constituent d’autres formes non orientées comme les aklés et les ghourds, i.e., dunes en étoiles, star dunes en anglais (Callot, 2008) ; (ii) la formation de dunes dites « transverses », grossièrement perpendiculaires à la résultante des vents efficaces ; (iii) la mise en place de très grandes formes allongées de type Draa, comme celles de l’ouest du Grand Erg oriental. D’une échelle de dimension et de combinaison des formes supérieure, souvent des alignements de ghourds, elles ont une orientation ne correspondant généralement pas à celle de la résultante des vents efficaces. Celle-ci peut être très faible dans certaines régions à vents multidirectionnels qui font presque « tourner en rond » le sable sur une surface lisse. Étant d’un ordre de dimension supérieur, ces formes ne seront pas abordées ici.

7Si on donne à longitudinal un sens strict (un alignement exact avec l’action du vent seul), qualifier les silks de dunes longitudinales pose un des problèmes abordés ici : cela implique une connaissance précise des régimes de vent. L’appellation linear dune de certains auteurs anglo-saxons (Cooke et al., 1993) est donc plus appropriée : purement descriptive, elle respecte la distinction obligatoire en sciences entre observation et interprétation et ne présuppose pas la genèse des dunes.

8Les travaux de Clos-Arceduc (1969), fondés sur une photo-interprétation rigoureuse, ont prouvé l’obliquité des dunes dites « longitudinales », c’est-à-dire la divergence entre la direction des dunes vives très allongées et celle de la résultante des vents efficaces, avec une déviation pouvant atteindre 30° à 40° (fig. 1) ; elle est identique dans une même région, dextre ou senestre selon que les édifices dévient vers la droite ou la gauche pour un observateur tourné dos au vent. Cette obliquité a été confirmée par l’étude systématique par photo-interprétation des formes dunaires de l’erg de Fachi-Bilma (Mainguet et Callot, 1978) qui sera le site privilégié dans la suite de ce texte. Cette divergence entre la direction de l’allongement des dunes et l’orientation de la résultante des vents efficaces avait été interprétée (Clos-Arceduc, 1969 ; Mainguet et Callot, 1978) comme une interaction entre le vent et un obstacle, assez semblable à l’effet de sillage d’un bateau, rendue plus complexe par le fait que l’obstacle est constitué de grains apportés par le vent, et qu’il est de ce fait un obstacle de forme, voire de position, variable.

Fig. 1 – Sifs et silks.
Fig. 1 – Sifs and silks.

Fig. 1 – Sifs et silks.   Fig. 1 – Sifs and silks.

Sifs, courbures élémentaires des dunes vives, organisés en silks à forte divergence dextre par rapport à la résultante des vents efficaces exprimée par la bissectrice de l’angle des ailes d’une barkhane en bordure nord de l’erg de Fachi-Bilma (19°22’ N – 12°21’E). Image Google Earth, Digital Globe du 28/11/2013.
Sifs, elemental curvatures of active dunes, organised in silks, which show great right divergence from the resultant of efficient winds shown by the bisector of the wings of a barchan, North of Fachi-Bilma sand sea (19°22’ N – 12°21’E). Google Earth image, Digital Globe, 2013/11/28.

9Cette intuition née du contact avec le terrain et du recours à l'imagerie zénithale étant impossible à prouver empiriquement avec les méthodes traditionnelles de géomorphologie, il a fallu des décennies avant de nouvelles avancées majeures à son sujet, grâce aux travaux de physiciens géomorphologues. Un modèle physique récent, vérifié expérimentalement en laboratoire (Courrech du Pont et al., 2014), apporte un nouvel éclairage sur la formation des dunes linéaires obliques en prouvant que la résultante des vents n'est pas l'unique facteur de formation dunaire et que la fourniture en sable vif ainsi que l'état de la surface sur laquelle repose l'édifice jouent aussi un rôle dans l'orientation des dunes linéaires. Ce modèle offre de nouvelles clefs d'interprétation de certains types d'édifices dunaires et s'apparente à un nouveau paradigme dans l'étude de la morphogenèse éolienne. Afin de donner la mesure des implications de ce nouveau paradigme pour les travaux de géomorphologie en milieux arides, nous proposerons d'abord une synthèse des résultats des travaux de modélisation et de leur vérification expérimentale en milieux contrôlés, puis une application aux situations observées empiriquement dans l'erg de Fachi-Bilma (Niger). Enfin, nous montrerons que les avancées offertes par cette modélisation ouvrent de nouvelles perspectives dans l'étude paléoenvironnementale de la formation des ergs sahéliens.

2. De nouvelles avancées par l'approche expérimentale et modélisante

10Parmi les physiciens géomorphologues modélisant la genèse des formes de reliefs, certains portent l’essentiel de leurs efforts sur le développement des modèles ; d’autres les valident d’une part par l’expérimentation en milieu contrôlé, d’autre part en comparant leurs résultats avec les formes existant dans la nature. Ils distinguent trois types de relations entre les formes dunaires, qu’elles soient vives ou non, et la résultante des vents efficaces (Hunter et al., 1983 ; Rubin et Hunter, 1987) : (i) longitudinales si elles sont orientées comme la résultante des vents efficaces avec une marge de ± 15° ; (ii) transverses si elles sont orientées comme la perpendiculaire à la résultante des vents efficaces avec une marge de ± 15° ; (iii) obliques dans tous les autres cas.

11Cette classification proche de celle exposée plus haut et mise en évidence par l’observation de terrain sera utilisée dans la suite du texte.

2.1. Approche expérimentale

12Une approche de ce type a été mise en œuvre pour modéliser les formes dunaires en sable vif. Les modalités d’élaboration de ces modèles numériques de la catégorie des automates cellulaires (Zhang et al., 2012) ne seront pas abordées ici ; nous nous limiterons aux validations expérimentales et sur le terrain. L’étude a tout d'abord été tournée vers une modélisation des dunes en étoiles, ou ghourds (Zhang et al., 2012). Puis Courrech du Pont et al. (2014) ont entrepris de modéliser et de recréer en modèle réduit les formes de dunes observées par exemple dans l’erg de Fachi-Bilma (fig. 1). L’expérience a été réalisée en donnant un mouvement de va-et-vient à un plateau contenant du « sable », en fait un sédiment de granulométrie homogène (90 µm), dans un bassin allongé rempli d’eau. Dans le sens aller, le plateau circule vite dans un sens pour imposer une vitesse suffisante de « l’écoulement » et très lentement dans le sens du retour pour que ce dernier soit sans effet sur le transport sableux. Une table tournante montée sous le plateau permet de simuler des directions différentes de l’écoulement.

13La simulation prend en compte plusieurs paramètres. En premier lieu, on considère qu’il existe un écoulement principal et un écoulement secondaire, bien plus faible - le ratio est de 1/5 dans le cas présenté en Figure 2. L'angle entre ces deux écoulements est aussi une variable du modèle ; des angles obtus (130° pour la Figure 2) donnent des formes particulièrement nettes. En second lieu, le modèle tient compte d'un autre paramètre : la fourniture en sable. La Figure 2 montre les résultats de trois expériences effectuées dans des conditions quasiment identiques : seule la fourniture en sable disponible varie.

14Dans la première expérience (fig. 2A), le plateau est vide, sauf en un point où on dépose un cône de sable, qui est renouvelé à 40 % tous les 20 cycles de circulation. On simule ainsi une source de sable localisée sur une surface dépourvue de sédiment transportable. Deux types de formes apparaissent : (i) des édifices de petite taille circulent dans la direction de la résultante des « vents » efficaces, à l'image d'un train de barkhanes ; (ii) un édifice allongé correspondant aux flèches et aux silks décrits plus haut et présentant une déviation senestre de 30°, due à l’action du « vent secondaire ». Cette déviation est due à l’accélération de l’écoulement à la crête des dunes sous des conditions de vents multidirectionnels : elle n’est pas semblable à celle du flux sur un terrain libre de dunes et non saturé en sable, parce que le flux à la crête est fortement influencé par la présence de l’édifice dunaire, et différemment suivant l'orientation des vents. Les auteurs montrent qu’au niveau de la crête des silks, la direction du « flux » correspond strictement à l’orientation de la dune. La démonstration physique et son application expérimentale rejoignent l’intuition autrefois improuvable.

15Dans la seconde expérience (fig. 2B), une couche continue de sable est disposée sur le plateau et au fur et à mesure que des espaces libres de sable apparaissant entre les édifices qui s’élaborent peu à peu, du sable est rajouté en permanence de façon à simuler des conditions de fourniture illimitée de matériel meuble. Le sable s’organise très rapidement (moins de 34 cycles) en édifices transverses qui croissent en taille, avec une plus grande variabilité dans les orientations, due probablement à l’apparition de faces sur des édifices plus « gros », donc plus complexes que de simples « rides ».

16Dans la troisième expérience (fig. 2C), les conditions initiales sont identiques à la seconde expérience (fig. 2B), mais aucun ajout n’est effectué en cours d’expérience. Dans une première phase, le résultat est d’abord strictement identique à la seconde expérience à 202 cycles (fig. 2B-C), formant des édifices grossièrement transverses tant que la couche de sable est continue sur les plateaux. Mais, puisque le stock de sable n’est pas renouvelé et que ce dernier s’accumule sur les édifices, des discontinuités apparaissent au fond du plateau. Elles correspondent à l’apparition de surfaces interdunaires libres de sable dans un champ de dunes. Il se produit alors une réorientation immédiate des édifices, exprimée par la partie verticale du graphique α (°) de leurs orientations. Il se forme alors des édifices allongés, bien plus rectilignes que les édifices transverses de la seconde expérience (fig. 2B), et présentant une déviation senestre d’une quarantaine de degrés par rapport à la résultante des vents efficaces. Il n’est donc pas possible de les qualifier de longitudinaux ou de transverses : ils appartiennent au type des dunes obliques.

Fig. 2 – Trois expérimentations (A, B, C) en modèle réduit de la genèse de formes dunaires (d’après Courech du Pont et al., 2014, modifié).
Fig. 2 – Three experiments (A, B, C) in reduced model of the dune formation (after Courech du Pont et al., 2014, modified).

Fig. 2 – Trois expérimentations (A, B, C) en modèle réduit de la genèse de formes dunaires (d’après Courech du Pont et al., 2014, modifié).   Fig. 2 – Three experiments (A, B, C) in reduced model of the dune formation (after Courech du Pont et al., 2014, modified).

1. Simulation de deux vents divergents ; 2. Bissectrice de l’angle des deux vents ; 3. Résultante vectorielle des vents ; t. Nombre de cycles d’aller-retour du bac ; α (°). Angle entre la direction résultante des vents et l’orientation des « dunes ».
1. Simulation of two divergent winds; 2. Bisector of the angles of the two winds; 3. Resulting vector of the winds; t. Number of cycles; α (°). Angle between the resultant direction of the winds and the orientation of the dunes.

17Les formes obtenues dans des conditions de « vent » strictement identiques étant radicalement différentes, l’expérimentation valide la modélisation en montrant que la disponibilité en sable vif et la continuité ou la discontinuité des couverts sableux sont aussi des facteurs essentiels conditionnant l’organisation et l’orientation des dunes.

18Il n’est présenté ici qu’un exemple. Les résultats obtenus durant cette expérimentation peuvent être très différents selon l’orientation et le rapport entre l’intensité des deux « vents » (Gao, 2013 ; Gao et al., 2015). Si ce sont typiquement des dunes transverses sous des régimes de vents monodirectionnels, cela peut aussi être des dunes longitudinales sous des régimes de vents plus compliqués. Mais dans tous les cas, l’apparition de discontinuités de la couverture sableuse provoque une modification brutale des édifices qui s’orientent alors dans une direction qui annule les flux perpendiculaires à la crête, un alignement qui est donc toujours proche de la résultante des flux.

2.2. Vérifications de terrain

19Parallèlement aux travaux théoriques et de laboratoire, une expérience « grandeur nature » a été réalisée dans les déserts de Chine en arasant au bulldozer 16 ha de dunes et en mesurant de manière continue la formation des nouvelles dunes et les vents de surface (Ping et al., 2014). Elle a confirmé à l’échelle réelle la validité des prédictions du modèle.

20Dans un second temps de leur recherche, ces chercheurs ont poussé plus loin la modélisation en « recréant » mathématiquement la formation complète de silks ; ils ont également cherché à vérifier si les formes modélisées (finger dunes, ou « dunes en doigt » dans leurs travaux) correspondaient à des silks « réels », que ce soit dans leur forme et dans leur fonctionnement. L'erg de Fachi-Bilma, où ces dunes ont un développement exceptionnel, a été retenu. Sollicité pour une collaboration, Yann Callot a fourni des données de terrain collectées lors d’une mission dans cet erg en 1975-76, impossibles à récolter de nos jours : photographies au sol, photographies aériennes anciennes, granulométrie des silks et du substrat sableux des grandes ondulations de l’erg (Lucas et al., 2015) qui ont permis de vérifier l’exactitude du modèle. L’analyse diachronique y montre par ailleurs que les silks croissent à leur extrémité sous le vent. Cette situation n'est pas unique et s'observe également, par exemple dans les déserts chinois où d'autres vérifications de terrain des prédictions du modèles ont été effectuées (Lü et al., 2017), ou dans la Great Sand Sea en Libye.

2.3. Rôle de la fourniture en sable vif dans l'orientation des dunes linéaires

21L'identification du rôle de la fourniture en sable vif dans l'orientation des dunes linéaires a constitué un apport majeur pour l'étude de la morphogenèse éolienne. Les implications géomorphologiques de cette nouvelle approche sont ainsi originales et déterminantes. L’expérience en laboratoire et la modélisation montrent que le vent n’est pas la seule variable qui détermine l’orientation des dunes : la disponibilité en sable et la continuité ou la discontinuité des couvertures de sable vif la modifient avec des variations angulaires se comptant en dizaines de degrés, les faisant passer du secteur « transverse » au secteur « oblique » dans l’expérimentation présentée, comme le montre le graphique α (°) de la Figure 2C. Cette prise en compte du vent et de la fourniture en sable au cours d’une même expérience modélisatrice fournit donc une double explication de l’orientation des dunes. S’il a été dit précédemment que l'intuition d'une influence des édifices eux-mêmes sur l’orientation, reconnue sur le terrain, y était improuvable, elle est maintenant démontrée expérimentalement. Mais, dans l’orientation des dunes, le rôle tout aussi important de la pénurie sédimentaire générant une discontinuité de la couverture sableuse est un apport complètement nouveau et important, assimilable à un changement de paradigme. Il est donc essentiel d'en prendre la mesure et d'appliquer les principales conclusions de la modélisation dans l'étude des édifices dunaires, en ce qu'elles permettent de nouvelles avancées dans l'interprétation de la genèse des dunes linéaires obliques après des décennies sans progrès majeurs.

3. Applications à l'erg de Fachi-Bilma

22Cette nouvelle grille de lecture a été appliquée au cas de l’erg de Fachi-Bilma dans sa partie nigérienne (fig. 3). Situé entre les deux massifs montagneux de l’Aïr à l’ouest et du Tibesti à l’est, il a plusieurs caractéristiques d’un grand intérêt : proche de la bordure sahélienne du Sahara, son climat passe de l’hyperaride dans sa partie septentrionale à un aride décroissant vers le sud dans sa partie méridionale (Dubief, 1963). Si sa limite nord avec le Ténéré est assez nette, ses limites méridionales sont difficiles à préciser dans une couverture sableuse de plus en plus fixée passant sans solution de continuité aux étendues dunaires fixées du Sahel. Il a enfin une position particulière sous le vent du Tibesti : ce massif dévie l’alizé continental ou Harmattan, vent très dominant, en deux flux le contournant par le NO et le SE pour confluer en formant l’erg. Enfin, il est constitué pour l’essentiel de grandes ondulations non vives.

Fig. 3 – L’erg de Fachi-Bilma.
Fig. 3 – Fachi-Bilma sand sea.

Fig. 3 – L’erg de Fachi-Bilma.   Fig. 3 – Fachi-Bilma sand sea.

A : Carte de localisation, Afrique du NO ; B : Région centrale du Sahel ; C : Erg de Fachi-Bilma ; 1. Aires à grandes ondulations longitudinales ; 2. Aires à grandes ondulations transversales ; 3. Aires à quadrillage par combinaison des deux types d’ondulations ; 4. Traces au sol des deux flux de l’Harmattan contournant le Tibesti. Fonds d’images Google Earth.
A: Location map, North West Africa; B: Central area of the Sahel; C: Fachi-Bilma erg; 1. Area of large longitudinal undulations; 2. Area of large transverse undulations; 3. Gridded area formed by the combination of two types of undulations; 4. Traces on the ground of the two fluxes of the Harmattan, which bypass the Tibesti. Background image from Google Earth.

3.1. Conditions de formation des édifices dunaires du nord de l'erg de Fachi-Bilma

23Les formes ont été étudiées entre l’oasis de Fachi et Bilma. Dans cette région, il n’y a pas d’édifices transverses, ce qui peut s’interpréter comme un signe d’absence de périodes où la fourniture en sable vif a été suffisante pour atteindre le stade B de l’expérimentation en laboratoire, ou que le régime des vents ne forme pas des édifices transverses. L’explication actuelle de l’insuffisance de la fourniture en sable vif est liée aux caractéristiques des dunes de l’erg. On y observe uniquement deux types d’édifices très différents. Le premier est constitué de grandes ondulations « longitudinales » NE-SO, longues de plusieurs dizaines de kilomètres pour une distance de crête à crête de 2 à 5 km. Elles ont un modelé de surface original, caractéristique des zibars (Lancaster, 1995) décrits dans cette région par Warren (1972). Ces formes de grande taille en surface et très faiblement pentues, i.e., quelques mètres de hauteur pour 100 à 500 m de largeur (fig. 4-5) se caractérisent par l’opposition entre : (i) une couche superficielle très mince (< 1 cm) et à granulométrie bimodale où domine une fraction grossière (fig. 6B) à médiane autour de 900 µm (Callot, 1987) qui empêche tout soulèvement de sable par le vent, sauf lors de tempêtes exceptionnelles ; (ii) une couche sous-jacente constituée d’un sable très mal trié (fig. 6C) « protégé » par la couche superficielle montre que celle-ci est un pavage de déflation, état de surface fort mince en raison de l’absence totale d’éléments grossiers supérieurs à 2 mm. Le second type consiste en des édifices linéaires de type silks orientés ENE-OSO surimposés sur les édifices « fixes » (fig. 4, 5) avec une divergence dextre par rapport à l’orientation des grandes ondulations. Ils ont une granulométrie typique de sables vifs remarquablement bien triés (fig. 6A).

Fig. 4 – Silks surimposés sur des zibars à l’est de Fachi.
Fig. 4 – Superimposed silks on zibars to the east of Fachi

Fig. 4 – Silks surimposés sur des zibars à l’est de Fachi.   Fig. 4 – Superimposed silks on zibars to the east of Fachi

(image Google Earth, Digital Globe du 05/06/2016).
(Google Earth image, Digital Globe, 2016/06/05).

Fig. 5 – A Fachi, surface de zibars sur une grande ondulation longitudinale.
Fig. 5 – Near Fachi, surfaces of zibars on a large longitudinal undulation.

Fig. 5 – A Fachi, surface de zibars sur une grande ondulation longitudinale.   Fig. 5 – Near Fachi, surfaces of zibars on a large longitudinal undulation.

Au second plan, silks surimposés sur les ondulations (Photo FM., Y. Callot, 1975).
In the background, silks superimposed on the undulations (Photo: F.M., Y. Callot, 1975).

Fig. 6 – Erg de Fachi-Bilma à l’est de Fachi.
Fig. 6 – Fachi-Bilma to the east of Fachi.

Fig. 6 – Erg de Fachi-Bilma à l’est de Fachi.   Fig. 6 – Fachi-Bilma to the east of Fachi.

Courbes granulométriques d’un silk (A) et d’un zibar entre les silks, sable du 1er cm sommital (B) et entre 5 et 10 cm de profondeur (C) (d’après Callot, 1987).
Granulometry results of the study of a silk (A) and of a zibar between the silks sand from the top 1st cm (B) and between 5 and 10 cm deep (C) (after Callot 1987).

24L’interprétation de la formation d’un tel erg s’appuie sur ce contraste entre les édifices « anciens » à zibars et les dunes vives « récentes » (des silks dans la région) et tient compte de ce que les modèles nous apprennent sur les zibars (Gao et al., 2016) en reconstituant les conditions de formation de leur état de surface et leur rôle dans l’évolution des grands édifices transverses. Ce paysage dunaire en apparence « figé » est en fait fragile, car susceptible d’être rapidement fixé ou érodé : la masse des formes vives est négligeable par rapport à celle des ondulations, indiquant que l’on se trouve dans une région à fort déficit en sable vif où la formation actuelle de dunes transversales est impossible. Sa compréhension sur le temps long fait intervenir les variations paléoclimatiques des précipitations, dont on peut rappeler la plus récente :

25• Lors de la phase aride liée à la dernière pulsation froide, la limite du Sahara s'étant déplacée de près de 500 km vers le sud (Rognon, 1994), la région faisait partie du grand erg couvrant le nord du Sahel actuel, conséquence d'une aridité renforcée à la toute fin du dernier maximum glaciaire et au Dryas ancien (25-15 ka BP environ) ;

26• Le développement de conditions plus humide au cours de l’Holocène (Optimum humide ; DeMenocal et al., 2000) a permis une couverture végétale suffisamment dense pour figer les formes et tarir les sources de sables vifs dans certains secteurs, entraînant une déflation généralisée dans les régions voisines faiblement végétalisées, qui a réalisé un tri granulométrique de surface générant (ou régénérant) des zibars.

27• Lors du retour à l’aridité, les surfaces des dunes, plus ou moins couvertes de végétation, ont été parcourues par un faible transit sédimentaire de sable vif en raison de la rareté du matériel disponible, fourni uniquement par des disparitions du pavage de déflation localisées dans le temps et dans l'espace, qui libéraient les sables fins sous-jacents. Ces sables se sont organisés en édifices linéaires.

28Ce dernier cycle a été précédé par des cycles identiques, et n’a probablement procédé qu’à une réactivation de formes antérieures. En effet, l’incapacité des grandes ondulations longitudinales à zibars à fournir du sable vif est « précaire » en raison de la minceur du « pavage de déflation » qui n’est qu’un état de surface pouvant être détruit par un vent de sable ou des précipitations particulièrement violents. Cela rend le système très réactif aux changements, car il est facilement érodable. Mais en même temps, ces « déchirures » libèrent de faibles quantités de sable vif, car l’hétérogénéité du matériel sous-jacent (fig. 5C) favorise une reconstruction assez rapide du pavage de déflation. Cette fragilité explique aussi la formation des grandes ondulations NE-SO, par creusement dans la masse sableuse. Elles constituent donc probablement des formes d’ablation stricto-sensu, strictement longitudinales.

29Si l’opposition entre les ondulations à zibars et les silks, tant par leur orientation que par les sables qui leurs sont associés, était connue, elle ne permettait pas de comprendre le rôle de la discontinuité des surfaces de sable vif dans la formation, par un même vent (et par une même résultante des flux) d'édifices d'orientations différentes. Le modèle montre qu’il existe une relation génétique entre les deux formes via la mise en évidence du rôle de la discontinuité : c’est le contraste granulométrique entre les deux types d’édifices, générant une pénurie de sables vifs, qui rend compte de l’obliquité des silks, associé probablement à des interactions entre édifices, qui forment les bouquets de silks, comme dans la Figure 1. En fait, le nouveau paradigme donne plus de cohérence à l’interprétation en incluant toutes les formes dans un même système plus robuste. Le terme de système est justifié par une autre spécificité de l’erg de Fachi-Bilma : le passage d’aires à grands édifices purement longitudinaux (parce que d’ablation ?) au nord à des aires à grands édifices transverses de plus en plus nombreux vers le sud, toutes deux couvertes par des zibars et des silks (fig. 7).

Fig. 7 – Erg de Fachi-Bilma : passage des grandes dunes longitudinales aux dunes transverses au SE de Fachi.
Fig. 7 – Fachi-Bilma sand sea: transition from large longitudinal dunes to transverse dunes, SE of Fachi.

Fig. 7 – Erg de Fachi-Bilma : passage des grandes dunes longitudinales aux dunes transverses au SE de Fachi.   Fig. 7 – Fachi-Bilma sand sea: transition from large longitudinal dunes to transverse dunes, SE of Fachi.

L’angle NO de l’image est à 45 km à l’ESE de Fachi. Image Google Earth, Digital Globe du 02/06/2008).
The NW angle of the image is located 45km to the ESE of Fachi. Google Earth images, Digital Globe 2008/06/02).

3.2. Contribution à l'étude de l'environnement et du paléoenvironnement macro-régional

30Ces variations de la morphologie des grands édifices dunaires peuvent être interprétées à l’aide des implications fortes que ce nouveau paradigme peut avoir pour une approche paléoenvironnementale de la formation et de l’évolution des ergs. Dans une lecture « à rebours » des formes actuelles, on peut déduire de leur morphologie et de leur orientation les conditions de leur genèse et de leur maintien (flux, fourniture suffisante ou insuffisante en sable vif, continuité ou discontinuité des couverts de sable vif) : elle conduit par exemple à un questionnement sur les conditions de formation de « sources » de sable vif suffisamment abondantes dans le passé pour avoir construit les grands édifices dunaires transverses. Leur formation induit effectivement une fourniture en sable continue, ainsi qu'une continuité du couvert de sable vif, jusqu'à la stabilisation des édifices transverses et leur fossilisation, posant à la fois la question de l'origine d'une telle quantité de sables vifs et des conditions climatiques propices à leur transport et à leur dépôt.

31Cette lecture peut être également utilisée pour la compréhension des modalités de transport entre les zones « sources » et les aires de fixation des dunes sous leur couverture de zibars, transport dont la durée est une variable essentielle. Au sud de l’erg de Fachi-Bilma à partir des premiers édifices comme ceux de la Figure 7, l’importance des aires à dunes transverses, que l’on retrouve parfois jusqu’à la frontière avec le Nigéria, implique des conditions climatiques très différentes de l’actuel, notamment des phases extrêmement arides seules capables de produire - ou de libérer - le matériel transportable et de l’exporter en quantités suffisantes pour qu’il s’accumule en couche continue permettant l’accumulation transverse. Reste la question des sources de sable, qui dépasse largement l’objet de cet article, mais pour laquelle on peut évoquer des pistes :

32• La fourniture assez peu abondante des grands flux de sable de l’alizé continental (fig. 3) contournant le Tibesti par le nord-ouest à travers le plateau du Djado et expliquant la formation des silks remarquables au nord de l’erg de Fachi-Bilma.

33• La fourniture de sable du contournement du Tibesti par le même alizé à l’est, puis au sud-est, et revenant vers la partie méridionale de l’erg de Fachi-Bilma. Elle était plus abondante probablement en raison des variations climatiques très fortes entre les phases très humides du Méga-Tchad (Leblanc et al., 2006) et les phases hyperarides, comme celle de l’erg ogolien de la fin de la dernière période froide pendant laquelle le vent a pu mobiliser les matériaux meubles immergés auparavant sous le lac - où les restes d’édifices dunaires transverses sont abondants par exemple dans le Kanem - et les emporter sur plusieurs centaines de kilomètres durant plusieurs milliers d’années. La nécessité d’une fourniture abondante pour que se soient formées les vastes étendues de paléodunes transversales que l’on observe au Sahel jusqu’à des latitudes très méridionales (13°11’N au sud du Niger) a alors une forte signification paléoclimatique.

34L’exemple de la dynamique éolienne autour et sous le vent du Tibesti est particulièrement frappant, au point qu’il a donné lieu à une reconstitution des formes dunaires théoriquement possibles à partir du modèle de formation des dunes et d’un modèle des vents (Gao et al., 2015). Il permet également de saisir l’importance d’une variable essentielle pour la compréhension des formes : l’ampleur des formes dunaires, l’étendue des grandes structures éoliennes les organisant obligent à s’interroger sur l’âge de leur mise en place. Des datations OSL de sables ou de paléosols sont envisageables pour le déterminer, mais ne constituent pas l'unique option. La détermination d'âges de formations dunaires a pu être réalisée dans le Grand Erg occidental en Algérie grâce à la fossilisation des traces d’un erg ancien (Plio-Pléistocène ?) en continuité avec les formes actuelles (Callot, 1988), puis très précisément pour l’Holocène mais sans pouvoir le dater pour le Pléistocène supérieur, par la présence de formes lacustres intercalées dans des dépressions interdunaires (Callot et Fontugne, 2008) : la stabilité de celles-ci montre par défaut celle des systèmes dunaires les séparant.

4. Discussion et perspectives

4.1. Rôle de la discontinuité des couverts de sable vif dans l'orientation des dunes obliques

35Les observations de terrain et l'analyse d'images satellitaires confirment les conclusions tirées des modèles et expérimentations des physiciens géomorphologues. Des flux strictement identiques peuvent produire, dans la nature, deux types distincts d'édifices dunaires en fonction de la fourniture en sable vif et de l'état des couvertures de sable vifs. Si la couverture est continue et que les quantités de sables qui entrent dans le système sont supérieures ou égales aux quantités qui en sortent, des dunes transverses se formeront. À l'inverse, en situation de discontinuité de la couverture et de déficit en sables vifs, ce sont des dunes obliques qui se forment. La formation de pavages de déflation, en tarissant certaines sources de sables vifs, contribue donc à l'évolution des ergs et à la transformation des édifices dunaires sous le vent.

36Le cas d'application à l'erg de Fachi-Bilma ne fait qu’esquisser les apports futurs de cette nouvelle approche de la géomorphologie des dunes vives, prélude à des recherches plus ciblées tenant compte des effets de discontinuités et de fourniture en sables vifs. Le nouveau paradigme permet d'expliquer le remarquable effet d'échelle que l'on observe à Fachi-Bilma, où le contraste entre des granulométries inférieures pour l’essentiel à 2 mm sur une épaisseur centimétrique bouleverse la dynamique d’édifices dunaires de dimensions décamétriques à kilométriques : c'est la présence ou l'absence de pavage de déflation qui produit et/ou maintient l'un ou l'autre des types de formes dunaires. L'application de cette grille de lecture aux formes dunaires héritées de l'erg de Fachi-Bilma, de même qu'aux formes héritées de l'erg ogolien, apporte donc de nouveaux éléments utiles à la reconstitution de leur histoire environnementale.

4.2. Un nouveau paradigme pour la recherche en paléoenvironnements des milieux arides

37Cette nouvelle grille de lecture peut donc apporter une contribution majeure à l'étude paléoenvironnementale de nombreux ergs du globe. Pour pouvoir l'appliquer à un erg, il est essentiel que celui-ci présente deux caractères essentiels : (i) le maintien de formes dunaires fossiles ou au moins anciennes et peu actives suffisamment apparentes pour permettre de les qualifier (longitudinale/transverse/oblique) et d'en proposer une cartographie, même sommaire ; (ii) la présence d'éléments datables, en particulier par OSL, ce qui ne pose pas de problèmes en raison de la nature siliceuse de la plupart des formations dunaires.

38L'ensemble des ergs présentant actuellement des dunes obliques, et donc nécessairement des zones dépourvues de couverture de sables vif, potentiellement occupées par des formes fossilisées se prêterait parfaitement à ce type d'analyse, à l'image des ergs de Fachi-Bilma (Niger) et de Kumtagh (Chine). De même, d'anciens massifs dunaires situés en marge des zones arides et stabilisés aujourd'hui par la végétation, tels que les marges sud de l'ancien erg ogolien sur la zone de contact entre le Sahara et le Sahel, constitueraient des terrains d'application. L'une des principales limites à ce type d'application est donc budgétaire et tient au coût de mise en place de programmes de datation OSL.

39En retournant le raisonnement, la reconstitution paléoenvironnementale des régions situées au vent d'un erg permet de construire des hypothèses concernant le type d'édifices qui s'y trouvaient, même en l'absence de formes fossiles visibles, en raison de leur érosion ou de leur enfouissement. Il est en effet possible de déduire de l'histoire environnementale des espaces situés au vent de l'erg une fourniture potentielle en sable vif et des états de couverture (continue ou discontinue) probable à différentes périodes, et donc des types d'organisation et d'orientation des édifices dunaires. L'identification de sources de sédiments (en particulier les étendues d'eau à niveau variable et les cours d’eau pérennes ou intermittents) ainsi que de leur variabilité au fil du temps, et de zones limitant le transport éolien ou fixant les sédiments (en particulier les couverts végétaux) est essentielle dans cette approche qui permet d'envisager les conditions d'alimentation en sable vif d'un erg et le type de dunes qu'on y trouvait pour des périodes données : prépondérance des dunes transverses (source, étendue, fourniture illimitée, couverture continue, pas de déficit), e.g., seconde expérience (fig. 2B) ; formation de dunes obliques (source étendue, fourniture limitée, couvert discontinu, déficit), e.g., troisième expérience (fig. 2C) ; ou même développement de barkhanes (source localisée, couvert discontinu), e.g., première expérience (fig. 2A).

4.3. Une application possible à la géoarchéologie et à l'étude des interactions sociétés/milieux ?

40Cette approche ouvre également des portes dans l'étude des interactions entre sociétés et environnements en région aride à une échelle de temps historique. Le temps des aménagements humains induit en effet des variations majeures de la fourniture en sables vifs, mais sur des temps plus brefs et sur des espaces plus réduits que les grands changements environnementaux quaternaires. Pourtant, l'extension agricole en milieu aride (oasis et implantations sur les marges désertiques), en piégeant de très grandes quantités de sédiment, peut tarir certaines sources de sable vif et agir ainsi sur les formes éoliennes au cœur et à proximité des zones cultivées. Cela a été démontré dans la région de Douch en Égypte où la fixation des sédiments sur les champs depuis 2 500 ans et la mobilité ou la stabilité des zones cultivées a provoqué au fil des siècles des modifications brutales du système morphogénétique (Crépy, 2016 ; Crépy et Callot 2016). Elles ne peuvent être comprises qu'à condition de tenir compte de ruptures localisées dans le temps et dans l'espace de la fourniture en sable vif et de discontinuités dans l'alimentation en sédiment des formes éoliennes situées sous le vent des zones agricoles. De plus, les changements ainsi produits ont modifié les conditions d'implantation agricole en modifiant les états de surface.

41Sur une échelle de temps plus courte, le site de Sedrata à Ouargla (Algérie) pose également la question de l'évolution des formes éoliennes et des édifices dunaires en lien avec les activités humaines. Cette ville médiévale abandonnée au XIIIe siècle (Aillet et al., 2011) est aujourd'hui presque complètement recouverte de dunes. Une diminution de l’apport éolien par les cultures ou par des aménagements de lutte contre l'ensablement a pu entraîner un cercle vertueux permettant l’apparition de nouvelles formes dunaires plus aisées à contrôler, voire une stabilisation progressive des formations dunaires, et donc l'extension du site sous le vent (Callot, 2017).

42De tels processus entraînent nécessairement un amoindrissement des stocks de sable vif sous le vent des sites ou des ensembles de sites contigus, dont la surface va de quelques kilomètres carrés (Sedrata) à plusieurs centaines (région de Douch). Au-delà d'un certain seuil (durée et/ou surface d'implantation), qui reste à définir, il est donc possible que ces processus influent sur la formation des édifices dunaires sous le vent, modifiant l'orientation des dunes et l'organisation de certaines portions d'erg. Si l'impact local de l'exploitation agricole en contexte oasien est bien connu, l'effet de l'extension des oasis sur les ergs situés sous le vent n'a encore jamais été examiné et aucune étude géoarchéologique ou géohistorique en milieu aride n'a, pour l'heure, pris en compte ces éléments, faute d'outils. Les apports de la modélisation et des approches expérimentales en milieux contrôlés fournissent aujourd'hui des pistes pour bâtir de tels outils, à même d'apporter un nouvel éclairage sur les modalités d'interaction/rétroaction entre sociétés et environnement en milieu aride.

5. Conclusion

43La modélisation physique et l'expérimentation ont récemment démontré le rôle de la fourniture en sable vif et de l'état continu ou discontinu du couvert sableux dans la genèse et l'orientation de certaines dunes. Elles ont ainsi permis de répondre à la question des facteurs influant sur l'orientation des dunes obliques, après plusieurs décennies sans avancées majeures, et ont confirmé des intuitions initialement improuvables sur le terrain. Loin de refermer la question, ce nouveau paradigme ouvre des perspectives particulièrement stimulantes dans le cadre de l'étude de l'histoire environnementale de nombreux ergs du globe. Il offre en effet de nouvelles méthodes pour aborder les paléoenvironnements arides et nourrit également les questionnements sur les interactions entre sociétés et milieux dans ces environnements extrêmes. Il apparaît donc essentiel de s'en saisir de l'appliquer à nos terrains, au vu de sa contribution tant à la géomorphologie qu'à la géoarchéologie des milieux arides. Il invite également à une réévaluation, qui n'a pas pu être menée dans cet article, des différentes méthodes actuelles de lutte contre l'ensablement ou contre la désertification reposant sur le piégeage des sédiments éoliens. En effet, elles ont été développées avant que le rôle de la fourniture en sable vif et de la discontinuité n'ait été mis en évidence, et peuvent mener à des effets imprévus en désorganisant les formations dunaires sous le vent. Tenir compte de ces nouveaux apports pourrait permettre de développer de nouvelles solutions innovantes.

44Au-delà de ces résultats, l'approche dont rend compte cet article est aussi remarquable par les collaborations qu’elle a impliquées et qu’elle impliquera plus encore dans le futur entre des chercheurs issus de différents champs disciplinaires. Le modèle, déjà né d'une convergence parmi les géomorphologues modélisateurs entre des chercheurs travaillant sur la reconstitution de formes en modèles réduits et d’autres modélisant mathématiquement, permet aujourd'hui un rapprochement avec des géomorphologues de terrain et des chercheurs venus d’autres branches des Sciences de la Terre au sens large, notamment les paléoenvironnementalistes et les paléoclimatologues. L’apport est réciproque : les recherches de terrain s’interprètent mieux à l’aide des informations nouvelles fournies par le nouveau paradigme ; elles peuvent aussi le nourrir en lui fournissant des informations sur l’âge de formation des édifices dunaires et de leur structure par la datation de formes non dunaires (paléosols ou paléolacs par exemple) mises en place entre les édifices et scellant leur position dans le temps, données qui peuvent être essentielles pour aller plus avant dans la compréhension des systèmes éoliens.

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Annexe

English Abridged Version

For a long time, the genesis and the displacement of dunes stayed undiscovered, because of the lack of means of investigation (Aufrère, 1931). The study of aeolian dynamics and landforms became more linked with physics through the key book of Bagnold (1941), or with the more pragmatic approach of Fryberger (1979), and with numerous works initiated during the 1980's and the 1990's (McKee, 1979; Lancaster, 1995; Livingstone et Warren, 1996; Goudie et al., 1999).

Since the end of the 1960's, it has been demonstrated through fieldwork and photointerpretation of aerial imagery that the distribution of efficient winds cannot be the only factor in the orientation of active dunes. Three types of relationships between oriented dunes and winds has been brought to light: (i) active rectilinear dunes whose the terminology used here (Mainguet et Callot, 1978; Callot, 2008) separates theses active dunes into sifs (sabre in Arabic), the elemental curvature of the dune, and silks (fig. 1): a sandy cordon due to an endwise alignment of sifs, which is rectilinear in general, but more or less wavy in plan. Most of these dunes show a deviation of several dozen degrees from the resultant of the efficient winds. To qualify the silks as longitudinal, if we use a strict meaning of "longitudinal" (Hunter et al., 1983; Rubin and Hunter, 1987), leads to one of the issues addressed in this paper: it implies a precise knowledge of the wind regime. Thus, their designation as linear dunes (Cooke et al., 1993) better respects the distinction between observation and interpretation inherent in scientific practice; (ii) dunes designated as transverse, which are roughly perpendicular to the resultant of the efficient winds; (iii) very large and complex elongated forms of the draa type, in which directions are generally not in adequacy with that of the resultant of the efficient winds.

A new physical model verified through experiments in the laboratory (Courrech du Pont et al., 2014), solved this issue by showing that active dune orientation depends on the acceleration of the flux of the dune itself and on two dune growth mechanisms. Each of these mechanisms can be expressed in function of the active sand availability and produces different orientations of dunes. An experiment of a reduced model of this formation of active sand dunes has been conducted in water with a mobile plate and two divergent directions (130°) of flux. It showed (fig. 2) the role of active sand supply in their formation and in their orientation: (i) some sand punctually disposed of and regularly renewed on a plane surface (fig. 2A) generates barchans as well as a linear dune divergent (30°) from the resultant of the efficient fluxes; (ii) in a plate filled with a uniform layer of active sand, regularly renewed (fig. 2B), some transverse dunes are formed and grow without any change in nature or orientation; (iii) in a plate filled with a uniform layer of active sand, but without any renewal (fig. 2C), when some discontinuities appear in this layer, a brutal reorientation of the dune occurs, as shown in the vertical part of the graph α (°). Some linear dunes appear much more rectilinear than the transverse dunes in the second experiment (fig. 2B). Their orientations are marked by a left deviation (around 40°) from the resultant of the efficient fluxes. Thus, they cannot be called longitudinal.

This reduced experiment has been validated by a life-size experiment in the field (Ping et al. 2014), and then by mathematically recreating the complete process of silks formation (Lucas et al., 2015). It has also been applied to different wind regimes and to diverse regions of the world (Gao et al., 2015). It proved that a continuous cover of active sand generates linear dunes in which orientation maximises the fluxes that are perpendicular to their crests: thus, it can create transverse dunes in conditions of unidirectional winds, and sometimes it forms longitudinal dunes if the wind is more complex. In any case, the appearance of discontinuity in the active sand cover induces a modification of the dunes: they take an orientation that cancels the fluxes perpendicular to the crest and align themselves along a direction quite similar to the resultant of the fluxes.

This new reading grid can be applied to the northern part of the Fachi-Bilma sand sea, in Niger (fig. 3-5). The predominant wind is the Harmattan or continental trade wind. The study focuses on the dunes between the oasis of Fachi and Bilma. Silks of active sand (fig. 5A) are superimposed on great longitudinal undulations (several kilometres long) covered by zibars (Warren, 1972), of coarse grain-size, whose formation has been modelled as well (Gao et al., 2016). The desert pavement that covers the zibars (fig. 5) induces a great deficit of active sand in the erg. This is why all the active dunes in this place are oblique linear dunes similar to those of Figure 2A. On the contrary, more to the south, ancient and more abundant sand supply led to the formation of large transverse dunes, which are currently stabilized under the zibars.

The implications of this new approach are so important to geomorphology that it could create a paradigm shift in the study of dunes. It shows that the wind is not the only factor in dune morphology and orientation: active sand availability modifies their orientation by dozens of degrees. Older works in the field have led to the hypothesis that dunes themselves could have a role in their orientation; it is now proven. Moreover, the model demonstrates the major role of sand availability and states conditions of the active sand cover. This has strong implications on palaeoenvironmental approaches to the formation and the evolution of sand seas, because we can use it in a countdown analysis of the present dunes, by searching the conditions that allow their formation. For example, we can apply it to the formation of the transverse dunes and deduct their sources and/or the climate conditions that led to their transport and deposition. For the Fachi-Bilma erg, the difference between its northern and its southern parts can be interpreted as the opposition between first, a flux of the harmattan bypassing the Tibesti massif by the NW, with little sand to transport; secondly, a flux of the same wind bypassing the Tibesti by the east and the south, passing through the regions where the paleoclimate variations have been very important during the Pleistocene and the Holocene (variations of the southern limit of the Sahara and of active sand seas, extension/reduction of the mega-Chad). Theses variations induced an abundant production of active sand, which is necessary to explain the vast extent of transverse palaeo-dunes observed in the Sahel (down to 13°11'N in the south of Niger).

This example shows the great potential of this new approach to a palaeoenvironmental perspective. Moreover, it could improve the understanding of some interactions and retroaction between societies and environment in arid land, because of the impact of anthropogenic factors on active sand availability (Crépy and Callot, 2016; Callot, 2017).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Sifs et silks. Fig. 1 – Sifs and silks.
Légende Sifs, courbures élémentaires des dunes vives, organisés en silks à forte divergence dextre par rapport à la résultante des vents efficaces exprimée par la bissectrice de l’angle des ailes d’une barkhane en bordure nord de l’erg de Fachi-Bilma (19°22’ N – 12°21’E). Image Google Earth, Digital Globe du 28/11/2013. Sifs, elemental curvatures of active dunes, organised in silks, which show great right divergence from the resultant of efficient winds shown by the bisector of the wings of a barchan, North of Fachi-Bilma sand sea (19°22’ N – 12°21’E). Google Earth image, Digital Globe, 2013/11/28.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 1,0M
Titre Fig. 2 – Trois expérimentations (A, B, C) en modèle réduit de la genèse de formes dunaires (d’après Courech du Pont et al., 2014, modifié). Fig. 2 – Three experiments (A, B, C) in reduced model of the dune formation (after Courech du Pont et al., 2014, modified).
Légende 1. Simulation de deux vents divergents ; 2. Bissectrice de l’angle des deux vents ; 3. Résultante vectorielle des vents ; t. Nombre de cycles d’aller-retour du bac ; α (°). Angle entre la direction résultante des vents et l’orientation des « dunes ». 1. Simulation of two divergent winds; 2. Bisector of the angles of the two winds; 3. Resulting vector of the winds; t. Number of cycles; α (°). Angle between the resultant direction of the winds and the orientation of the dunes.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-2.png
Fichier image/png, 1,7M
Titre Fig. 3 – L’erg de Fachi-Bilma. Fig. 3 – Fachi-Bilma sand sea.
Légende A : Carte de localisation, Afrique du NO ; B : Région centrale du Sahel ; C : Erg de Fachi-Bilma ; 1. Aires à grandes ondulations longitudinales ; 2. Aires à grandes ondulations transversales ; 3. Aires à quadrillage par combinaison des deux types d’ondulations ; 4. Traces au sol des deux flux de l’Harmattan contournant le Tibesti. Fonds d’images Google Earth. A: Location map, North West Africa; B: Central area of the Sahel; C: Fachi-Bilma erg; 1. Area of large longitudinal undulations; 2. Area of large transverse undulations; 3. Gridded area formed by the combination of two types of undulations; 4. Traces on the ground of the two fluxes of the Harmattan, which bypass the Tibesti. Background image from Google Earth.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 4,3M
Titre Fig. 4 – Silks surimposés sur des zibars à l’est de Fachi. Fig. 4 – Superimposed silks on zibars to the east of Fachi
Légende (image Google Earth, Digital Globe du 05/06/2016). (Google Earth image, Digital Globe, 2016/06/05).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 900k
Titre Fig. 5 – A Fachi, surface de zibars sur une grande ondulation longitudinale. Fig. 5 – Near Fachi, surfaces of zibars on a large longitudinal undulation.
Légende Au second plan, silks surimposés sur les ondulations (Photo FM., Y. Callot, 1975). In the background, silks superimposed on the undulations (Photo: F.M., Y. Callot, 1975).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 504k
Titre Fig. 6 – Erg de Fachi-Bilma à l’est de Fachi. Fig. 6 – Fachi-Bilma to the east of Fachi.
Légende Courbes granulométriques d’un silk (A) et d’un zibar entre les silks, sable du 1er cm sommital (B) et entre 5 et 10 cm de profondeur (C) (d’après Callot, 1987). Granulometry results of the study of a silk (A) and of a zibar between the silks sand from the top 1st cm (B) and between 5 and 10 cm deep (C) (after Callot 1987).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 140k
Titre Fig. 7 – Erg de Fachi-Bilma : passage des grandes dunes longitudinales aux dunes transverses au SE de Fachi. Fig. 7 – Fachi-Bilma sand sea: transition from large longitudinal dunes to transverse dunes, SE of Fachi.
Légende L’angle NO de l’image est à 45 km à l’ESE de Fachi. Image Google Earth, Digital Globe du 02/06/2008). The NW angle of the image is located 45km to the ESE of Fachi. Google Earth images, Digital Globe 2008/06/02).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12365/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 2,3M
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Pour citer cet article

Référence papier

Yann Callot et Maël Crépy, « Le rôle de l’alimentation en sable dans la dynamique des dunes linéaires : un changement de paradigme ? Approche croisée des apports de la modélisation et des observations de terrain (Erg de Fachi-Bilma, Niger, Tchad) », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 24 - n°3 | 2018, 225-235.

Référence électronique

Yann Callot et Maël Crépy, « Le rôle de l’alimentation en sable dans la dynamique des dunes linéaires : un changement de paradigme ? Approche croisée des apports de la modélisation et des observations de terrain (Erg de Fachi-Bilma, Niger, Tchad) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 24 - n°3 | 2018, mis en ligne le 22 novembre 2018, consulté le 15 janvier 2019. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/12365 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.12365

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Auteurs

Yann Callot

Université Lumière Lyon 2, UMR5133 Archéorient, M.O.M. Maison de l'Orient et de la Méditerranée, Antenne de Jalès – 07460 Berrias-Casteljau, France (yann.callot@univ-lyon2.fr). Tél : +33 (0)4 72 71 58 43.

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Maël Crépy

Université Lumière Lyon 2, UMR5133 Archéorient, M.O.M. Maison de l'Orient et de la Méditerranée – 7 rue Raulin, 69365 LYON cedex 7, France (crepy.mc@gmail.fr).

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