Archives sédimentaires dans les lagunes du Golfe d’Aigues‑Mortes. Estimation de l’aléa de tempête depuis 2000 ans
Résumés
Avec l’augmentation récente de la population mondiale et des infrastructures en domaine littoral, les tempêtes et les cyclones sont devenus un des risques majeurs à l’échelle globale. La Méditerranée, et plus particulièrement le Golfe du Lion, ne sont pas épargnés par ces phénomènes. La tempête de 1982 par exemple, de catégorie 2 sur l’échelle de Saffir-Simpson est responsable du décès de quinze personnes et de plus de 400 millions d’euros de pertes économiques. La prévision de ces événements à partir de modèles climatiques est devenue primordiale. Le problème majeur dans cette approche est le manque de recul dans le temps pour calibrer ces modèles. Notre approche a donc été de reconstituer ces tempêtes du passé à partir de l’étude d’archives sédimentaires (paléotempestologie). Les lagunes du littoral languedocien sont les réceptacles de matériels terrigènes provenant des bassins versants en période de crues, mais aussi de sables transportés par la mer en période de tempêtes. L’étude des archives sédimentaires dans l’étang de Pierre Blanche nous a permis d’identifier et de reconstituer l’alternance des événements les plus extrêmes au cours des 2000 dernières années. La fréquence de ces tempêtes semble varier dans le temps et une augmentation significative est constatée durant la fin du Petit Âge Glaciaire.
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Cette recherche a été supportée par le programme ECLICA financé par l’INSU (ACIFNS «Aleas et Changement Globaux», L. Dezileau). Les auteurs remercient IFREMER Palavas d’avoir permis le stockage des carottes dans leur chambre froide ainsi que le docteur A.Bengana et son équipe pour avoir réalisé la radiographie X au département de «la Clinique du Milénaire». Merci aussi au LMC14 d’avoir réalisé les mesures 14C et au SARM pour les analyses en éléments traces et majeurs. Et enfin à M. Barbier et à tous les membres du programme ECLICA pour leurs investissements et leur discussion constructive au cours de cette étude.
1 - Introduction
1Le littoral, situé à l’interface entre la terre et la mer, est une zone très dynamique et directement soumise aux phénomènes marins, et donc particulièrement sensible aux aléas majeurs littoraux tels que l’érosion et la submersion marines. Ces aléas sont étroitement liés lors des événements de tempêtes, en effet la surélévation du plan d’eau et la plus grande énergie des houles accélèrent l’érosion. Le recul du littoral et la disparition des cordons dunaires rendent les aménagements plus vulnérables face à la submersion marine. L’étude de l’impact des tempêtes actuelles sur le littoral méditerranéen a montré que ces événements extrêmes jouent un rôle fondamental quant à la morphologie et l’évolution du trait de côte actuel (Bruzzi, 1998; Moron & Sabatier, Projet IMPLIT 2007). Avec l’augmentation récente de la population mondiale et des infrastructures en domaine littoral, l’impact des tempêtes et des cyclones est donc un des risques majeurs à l’échelle mondiale (Sarewitz et al., 2003; Pielke et al., 2005; Turner et al., 2006). La Méditerranée, et plus particulièrement le Golfe du Lion, ne sont pas épargnés par ces phénomènes. La tempête de 1982 par exemple, de catégorie 2 sur l’échelle de Saffir‑Simpson est responsable du décès de quinze personnes et de plus de 400 millions d’euros de pertes économiques. La prévision de ces événements à partir de modèles climatiques est devenue primordiale. Le problème majeur dans cette approche est le manque de recul dans le temps pour calibrer ces modèles. Ce manque d’enregistrement historique quantitatif documentant ces événements climatiques extrêmes au cours des derniers millénaires ne permet pas d’évaluer de façon fiable cet aléa. C’est pourquoi d’autres méthodes doivent être employées pour estimer la fréquence de ces événements sur le long terme (Goldenberg et al., 2001; Webster et al., 2005). Cette étude rentre dans le cadre du projet ECLICA (projet INSU/ACI FNS «Aléas et changements globaux», coordinateur L. Dezileau) qui vise à identifier et estimer la récurrence des événements extrêmes (crues, tempêtes) qui ont affecté la partie occidentale du bassin méditerranéen au cours de l’Holocène à partir de l’étude d’archives sédimentaires prélevées par carottages dans les lagunes et deltas du Languedoc‑Roussillon. L’identification des événements sédimentologiques brefs de fortes amplitudes associés aux paléotempêtes à l’échelle des derniers milliers d’années est une thématique relativement nouvelle dans cette région du pourtour méditerranéen.
2Le littoral du Languedoc-Roussillon est caractérisé par des lagunes résultant de l’interaction entre un processus de régularisation du trait de côte par migration de barrières littorales et le lent comblement de ces zones par les apports fluviatiles (Certain et al., 2004). Ces lagunes sont les réceptacles à la fois de matériels terrigènes provenant des bassins versants en période de crues mais aussi de sables venus de la mer en période de tempêtes. L’étude du complexe lagunaire de l’étang de Pierre Blanche, nous a permis de reconstituer l’alternance de ces événements catastrophiques de tempête au cours des derniers siècles à partir de l’analyse de carottes sédimentaires (Sabatier et al., 2008; Dezileau et al., 2008). Notre démarche a pour but ici, d’évaluer le risque tempête au cours des deux derniers millénaires et l’évolution de ce risque au regard des changements climatiques passés.
2 - Site d’étude
3L’environnement laguno-littoral du Languedoc-Roussillon offre des systèmes sédimentaires dans lesquels les matériaux peuvent s’accumuler à des vitesses d’accumulation relativement élevées (Monna et al., 1995; Sabatier et al., 2008), en particulier lors de dépôts de crues ou de tempêtes.
4L’étang de Pierre Blanche fait partie du complexe lagunaire palavasien; c’est une lagune allongée de 267 ha et de 55 cm de profondeur moyenne (fig. 1). La bordure sud-est de cette lagune est constituée par un cordon littoral sur plus de 5 km. Cette lagune est soumise à une forte influence marine, surtout durant les événements de tempêtes. Il n’existe pas de connexions directes avec la mer et le maximum de marée «moyenne» est de l’ordre de 50 cm. Ces phénomènes hivernaux associant des vents de secteur S-E à S-W supérieur à 20 m/s, une forte houle et une surcote importante, sont relativement rares (1 à 5 événements par an). Cependant certaines de ces tempêtes, comme celles du 6-8 novembre 1982, peuvent atteindre des vents de 46 m/s (catégorie 2 sur l’échelle de Saffir-Simpson).
5Sabatier et al. (2008) montrent que les archives sédimentaires des lagunes palavasiennes enregistrent principalement les événements de tempêtes les plus intenses, avec une faible période de retour, ces événements extrêmes sont identifiés jusqu’à 600 m à l’intérieur de la lagune. Les carottes sédimentaires étudiées ici ont été prélevées à 500 m du bord de la lagune (fig. 1).
Fig. 1: Carte de l’étang de Pierre Blanche avec la localisation, en ronds gris des quatre carottes courtes selon un transect N-S (PRO 10, PRO 14,PRO 12 et PRO 15), et l’étoile noire de la carotte longue PB06.
3 - Paléotempestologie
6La paléotempestologie est une méthode décrite pour la première fois par Liu and Fearn, (1993). Cette méthode consiste à reconstituer les tempêtes et les cyclones du passé à partir d’archives sédimentaires; elle utilise des traceurs géologiques comme la granulométrie, la géochimie ou les bio-indicateurs. Cette méthode est en grande partie basée sur l’étude des «overwashs» en anglais ou «cônes de tempête» en français qui se forment à la suite d’un cyclone en arrière d’un cordon littoral sableux. Un cône de tempête est formé par l’activité de la houle, principalement liée aux vents, qui érodent le cordon dunaire et déposent un niveau de sable dans une lagune. L’épaisseur de cette couche de sable est importante sur le bord de la lagune et diminue avec l’éloignement. Les extensions horizon- tales de ces niveaux sableux sont soumises à différents facteurs comme l’intensité et la durée de la tempête, la hauteur des vagues, la direction du vent par rapport au lido, l’épaisseur du lido et la quantité de sable disponible, la configuration de la côte avec la présence ou non de passe, la morphologie de la lagune ainsi que la succession de plusieurs événements extrêmes. De nombreuses études se sont concentrées sur l’étude de la récurrence des cyclones en Amérique du Nord, dans les Caraïbes (Liu & Fearn, 1993, 2000; Donnelly et al., 2001; Scott et al., 2003; Donnelly et al., 2004; Donnelly & Woodruff, 2007; Scileppi & Donnelly, 2007) et dans le Pacifique (Goff et al., 2000; Hayne & Chappell 2001; Nott, 2004). Peu d’études concernent les côtes méditerranéennes (Blanc, 1985; Dezileau et al., 2005; Sabatier et al., 2008). La paléotempestologie permet de calculer la récurrence des tempêtes les plus extrêmes au cours du temps, souvent exprimée, en pourcentage, ou probabilité d’avoir un événement par an (Liu & Fearn, 2000).
4 - Méthodes d’analyse
7Quatre carottes courtes (inférieures à 1 m) ont été prélevées manuellement à l’aide de tubes en PVC selon un transect N-S (PRO 10, PRO 14, PRO 12 et PRO 15). Une carotte longue de 7,5 m a été extraite à partir de la plateforme de carottage UWITEC (PB06, fig. 1). Cette carotte prélevée en mars 2006 traverse l’intégralité du remplissage holocène de la lagune. Ces différentes sections ont ensuite été radiographiées, photographiées et découpées tous les centimètres avant analyse. Dans la carotte PB06, le contenu malacologique a été étudié tous les deux centimètres (fraction supérieure à 1 mm) ainsi que la granulométrie laser (fraction inférieure à 150 µm, Beckman Coulter LS 13 320). Le 210Pb et le 137Cs ont été mesurés sur les archives sédimentaires à partir d’un spectromètre gamma CANBERRA BEGe 3825 pour obtenir une chronologie des 100 dernières années. La méthode de datation par le 210Pb a été établie pour la première fois en 1963 par Golberg, depuis cette étude plusieurs modèles ont été définis et sont résumés par Appleby & Oldfield, (1992). Le modèle le plus simple suppose un flux de 210Pb en excès et un taux de sédimentation constants, ce qui signifie que la concentration initiale en (210Pbex) reste constante sur la période de temps étudiée (Golberg, 1963; Krishnaswami et al., 1971). La méthode de datation basée sur le 137Cs (Robbins & Edgington, 1975) suppose que la profondeur présentant l’activité maximale en 137Cs dans le sédiment correspond à la date de 1958, pic de production atmosphérique du 137Cs dans la région étudiée (Radakovitch et al., 1999). Pour les périodes plus anciennes, des analyses 14C ont été réalisées au LMC14 sur des échantillons de coquilles lagunaires (Laboratoire de Mesure 14C, ARTEMIS) à l’Institut du CEA à Saclay (Commisariat de l’Energie Atomique, projets ECLICA et INTEMPERIES, coordinateur L. Dezileau). Les âges 14C ont été convertis en âges calibrés AD grâce au programme de calibration Calib 5.0.2 à 2σ (Hughen al., 2004).
5 - Résultats
5.1 - Stratigraphie sédimentaire
8Les carottes sédimentaires prélevées dans la lagune de Pierre Blanche présentent un matériel sédimentaire relativement fin. Elles sont principalement constituées d’argile et de limons fins de couleur gris contenant des coquilles lagunaires de types Hydrobia acuta, Abra ovata, Cerastoderma glaucum. Ces sédiments sont en majeures parties formés de smectite et de kaolinite, on note aussi la présence de cristaux de gypse néoformés. Certains niveaux présentent une forte abondance en débris végétaux ainsi que des graines de Ruppia maritima, la matière organique peut atteindre des concentrations de 4 % (en moyenne 2 %) tandis que la perte en eau est d’environ 50 %. Intercalés au milieu de ces sédiments fins on note la présence de niveaux gris foncé plus grossiers, silt à sable fin d’épaisseur variant entre 1 et plus de 10 cm. Ces couches sont constituées de grains de quartz, feldspath, biotite ainsi que de quelques minéraux lourds comme le zircon et l’apatite; ces passées sableuses contiennent également de l’illite et de la chlorite. Dans ces niveaux de sable on retrouve une faune supportant des conditions environnementales plus marines avec par exemple Bittium recticulatum et Rissoa ventricosa. La corrélation de ces niveaux de sable entre les différentes carottes (fig. 2) permet de mettre en évidence la continuité latérale de ces cortèges sableux sur des distances pouvant atteindre plus de 800 m. Les niveaux sableux décrits par Sabatier et al., (2008) dans le premier mètre sont retrouvés dans la carotte longue PB06.
Fig. 2: Stratigraphie sédimentaire des carottes PRO12, PRO15, PB06, PRO14 et PRO10, classé de gauche à droite en fonction de l’éloignement du cordon littoral.
(Hughen et al., 2004) et exprimés en année calibré A.D./B.C.
5.2 - Chronologie
9Sabatier et al. (2008) ont démontré qu’il est possible d’utiliser le modèle CFCS sur les intervalles sédimentaires strictement lagunaires au cours des 100 dernières années. Les données 210Pb donnent des taux de sédimentation qui varient entre 4.2 ± 0.7 et 3.0 ± 0.4 mm.an-1 entre le centre (carotte PRO15) et le bord (carotte PRO12) de la lagune. Le 137Cs, malgré sa haute mobilité dans les eaux interstitielles des sédiments marins (Charmasson et al., 1998; Radakovitch et al., 1999), peut être utilisé pour obtenir un taux de sédimentation fiable dans ce type d’environnement (Sabatier et al., 2008). Ces vitesses de sédimentation sont respectivement de 4.4 à 2.8 mm.an-1 pour les carottes PRO15 et PRO12, ce qui est en accord avec les données obtenues par le 210Pb.
10Pour cette étude sept datations radiocarbone ont été réalisées sur l’espèce Cerastoderma glaucum, trois sur la carotte PRO15 et 4 sur la carotte PB06, ces données sont reportées dans le tableau 1 et la figure 2. Siani et al. (2000) a montré que les âges réservoirs en Méditerranée occidentale étaient plus importants que l’âge réservoir marin global (Hughen et al., 2004). Cette différence est expliquée par d’importants apports en eau douce provenant de petits fleuves côtiers possédant un bassin versant presque exclusivement constitué de calcaire mésozoïque contenant donc de faibles teneurs en 14C. Les lagunes, zone réceptacle de ces eaux continentales, ont donc logiquement des âges réservoirs encore plus importants que l’océan ouvert (Siani et al., 2000; Zoppi et al., 2001; Sabatier et al., 2008). Les lagunes palavasiennes quant à elles présentent des âges réservoirs de 953 ± 25 14C ans, cette estimation est basée sur la corrélation entre différentes méthodes de datation comme le 210Pb et 137Cs, les événements historiques, ou des coquilles de niveaux archéologiques (Sabatier et al., accepté). Dans cette étude les datations 14C sont donc calibrées en tenant compte de cet âge réservoir (tab. 1).
Tab. 1:Age radiocarbone sur les carottes PRO15 et PB06.
Calibration marine à l’aide de Calib 5.02 à 2_ (Hughens et al., 2004), avec un âge réservoir de 953±30 14C ans (Sabatier et al., 2008 ; Sabatier et al.,accepté).
6 - Discussion
11A partir du croisement entre les archives sédimentaires et les archives textuelles historiques, Sabatier et al. (2008) ont mis en évidence trois événements de tempêtes majeures qui ont pu être datés à 1742, 1839 et 1893 dans le Golfe d’Aigues‑Mortes. La tempête de 1982 (catégorie 2 sur l’échelle de Saffir-Simpson) qui a causé d’énormes dégâts humains et matériels sur le littoral (Blanc, 1985), n’est pas enregistrée dans ces archives sédimentaires. L’étude de photos de terrain montre très clairement que les sables du lido n’ont pas été déplacés sur de longues distances au cours de l’événement (com. pers. Michel Séranne). Il est donc fortement probable que ces événements anciens étaient beaucoup plus puissants que la tempête de 1982.
12Ces tempêtes sont identifiées par une séquence sédimentaire typique avec la succession d’un niveau de sable (cône de tempête), la présence d’espèces marines puis d’espèces lagunaires. Toutefois, le système lagunaire devait être différent dans le passé. Sabatier et al. (sous presse) estiment qu’il y a eu un changement paléo‑environemental majeur autour de 1000 yr cal B.P. Cette date représente le passage d’un système lagunaire plus ouvert sur la mer, avec des passes permanentes coupant le lido, vers un système plus protégé comme nous le connaissons actuellement. Ce changement s’observe dans les archives sédimentaires (fig. 3) à une profondeur de l’ordre de 170 cm, avec une prédominance des espèces lagunaires qui augmentent au détriment des espèces marines.
13Les différents dépôts de sable ou de tempête se retrouvent sur l’ensemble des archives sédimentaires avec une extension latérale importante pouvant atteindre 600 m de distance. Deux informations peuvent être déduites de ce résultat: (1) les tempêtes étaient de fortes intensités et (2) la bonne préservation du signal sédimentaire sur de grandes distances signifie que des reconstitutions paléo- climatiques sont réalisables dans ce type de milieu lagunaire. L’étude de la carotte longue PB06 met en évidence quatre événements extrêmes de tempête. La datation de ces événements (fig. 3) met en évidence que parmi les quatre tempêtes, trois sont déjà décrites par Sabatier et al. (2008) et sont datées à 1742, 1839, 1893. Le dernier événement date de 800 ans cal AD. Il est possible de calculer la probabilité d’avoir un événement extrême par an, même si la rareté de ces tempêtes ne permet pas d’obtenir des données statistiquement significatives. Si nous considérons l’ensemble des données d’une façon homogène, la probabilité d’avoir une tempête, suffisamment puissante pour être enregistrée sur toute la lagune, est non plus de 1 % par an (3 tempêtes durant les 300 dernières années, Sabatier et al., 2008) mais de 0.2 % par an (4 tempêtes en 2000 ans). Cependant, nous savons que depuis le début de notre ère le climat mondial et surtout européen a été perturbé par une période chaude s’étalant de 850-1250 AD nommée l’Optimum Médiéval et une période froide de 1550-1900 AD appelée le Petit Âge Glaciaire (PAG), reportées dans la figure 3 (Esper et al., 2005). Si nous prenons en compte ces périodes climatiques pour calculer la période de retour des tempêtes depuis 2000 ans, on s’aperçoit qu’il n’y a pas d’événements extrêmes durant l’Optimum Médiéval alors que l’on identifie trois tempêtes majeures au cours du PAG. La probabilité d’avoir un événement de tempête durant le PAG est de 0.86 % alors qu’elle n’est que de 0.06 % pour le reste des 2000 dernières années. Il existe donc clairement une augmentation de la fréquence des événements intenses de tempête pendant le PAG, c’est‑à-dire pendant une période climatique à configuration froide.
Fig. 3: Caractérisation des événements de tempêtes dans la carotte PB06 représentée en gris foncé.
De gauche à droite: médiane granulométrique exprimée en micromètre, nombre d’individus de l’espèce lagunaire Hydrobia acuta, nombre d’individus de l’espèce marine Bittium recticulatum, chronologie 14C et événement de tempêtes historiquement connus 1742, 1839 et 1893 (Sabatier et al., 2008). De plus, à droite du graphique l’Optimum Médiéval (MWP: 850-1250 AD) et le Petit Âge Glaciaire (LIA: 1550-1900 AD) sont représentés en gris clair.
7 - Conclusion
14La paléotempestologie, associant des données sédimentologiques, malacologiques et différentes méthodes de datation, permet de mettre en évidence quatre événements extrêmes de tempêtes (au moins de catégorie 3 sur l’échelle de Saffir-Simpson avec des vents pouvant dépasser les 200 km/h) au cours des 2000 dernières années. La chronologie de ces tempêtes obtenues grâce au 210Pb, 137Cs pour des échelles de temps courtes et au 14C pour des périodes plus anciennes, permet de dater ces quatre événements en 1893, 1839, 1742 et autour de 800 ans de notre ère. La répartition de ces tempêtes dans le temps n’est pas homogène. En effet, il y a une augmentation de la probabilité d’avoir un événement extrême par an d’un facteur supérieur à 10 durant le «Petit Âge Glaciaire», avec 0.86 % alors qu’elle n’est que de 0.06 % sur les 2000 dernières années.
Table des illustrations
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| Titre | Fig. 1: Carte de l’étang de Pierre Blanche avec la localisation, en ronds gris des quatre carottes courtes selon un transect N-S (PRO 10, PRO 14,PRO 12 et PRO 15), et l’étoile noire de la carotte longue PB06. |
| URL | http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5400/img-1.jpg |
| Fichier | image/jpeg, 112k |
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| Titre | Fig. 2: Stratigraphie sédimentaire des carottes PRO12, PRO15, PB06, PRO14 et PRO10, classé de gauche à droite en fonction de l’éloignement du cordon littoral. |
| Crédits | (Hughen et al., 2004) et exprimés en année calibré A.D./B.C. |
| URL | http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5400/img-2.jpg |
| Fichier | image/jpeg, 64k |
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| Crédits | Calibration marine à l’aide de Calib 5.02 à 2_ (Hughens et al., 2004), avec un âge réservoir de 953±30 14C ans (Sabatier et al., 2008 ; Sabatier et al.,accepté). |
| URL | http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5400/img-3.jpg |
| Fichier | image/jpeg, 40k |
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| Titre | Fig. 3: Caractérisation des événements de tempêtes dans la carotte PB06 représentée en gris foncé. |
| Légende | De gauche à droite: médiane granulométrique exprimée en micromètre, nombre d’individus de l’espèce lagunaire Hydrobia acuta, nombre d’individus de l’espèce marine Bittium recticulatum, chronologie 14C et événement de tempêtes historiquement connus 1742, 1839 et 1893 (Sabatier et al., 2008). De plus, à droite du graphique l’Optimum Médiéval (MWP: 850-1250 AD) et le Petit Âge Glaciaire (LIA: 1550-1900 AD) sont représentés en gris clair. |
| URL | http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5400/img-4.jpg |
| Fichier | image/jpeg, 65k |
Pour citer cet article
Référence papier
Pierre Sabatier et Laurent Dezileau, « Archives sédimentaires dans les lagunes du Golfe d’Aigues‑Mortes. Estimation de l’aléa de tempête depuis 2000 ans », Quaternaire, vol. 21/1 | 2010, 5-11.
Référence électronique
Pierre Sabatier et Laurent Dezileau, « Archives sédimentaires dans les lagunes du Golfe d’Aigues‑Mortes. Estimation de l’aléa de tempête depuis 2000 ans », Quaternaire [En ligne], vol. 21/1 | 2010, mis en ligne le 01 mars 2013, consulté le 16 mai 2026. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/5400 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.5400
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