Les dunes de sables, une clé pour la compréhension du climat des autres “Terres” du Système solaire

Les dunes de sables, grâce à leurs motifs périodiques visibles depuis l’espace, constituent l’un des paysages les plus reconnaissables sur la Terre et les autres corps planétaires. La périodicité des dunes peut directement être associé aux conditions atmosphériques dans lesquelles les dunes se développent. En comprenant comment ces dunes se forment sur Terre, les scientifiques pourraient déduire de ces mécanismes les paramètres environnementaux qui ont permis l’émergence de dunes spécifiques sur d’autres corps planétaires.

Les champs de dunes sont généralement associés à des motifs périodiques qui font partie des paysages les plus reconnaissables sur la Terre et les autres corps planétaires comme Mars et Titan. Ils sont par ailleurs souvent les premiers paysages observés par les missions d’exploration planétaire.

La périodicité des dunes est directement reliée aux propriétés des vents, de la topographie du paysage et du transport des grains de sable. Comprendre les mécanismes de formations des dunes de sables permettrait donc aux scientifiques d’accéder conditions atmosphériques et environnementales dans lesquelles les dunes se développent, y compris sur d’autres corps du Système solaire. Les dunes de sables constituent ainsi des objets d’étude privilégiés de la recherche en géomorphologie, i.e. la science qui étudie la formation des paysages.

Les dunes de sables périodiques se forment généralement selon le processus d’instabilité. Si beaucoup de questions subsistent sur le fonctionnement précis de ce mécanisme, le processus global est lui bien connu : le vent pousse le sable qui croît puis s’affaisse, formant des dunes perpendiculaires à la direction du vent, et dont la périodicité type émergent grâce à une interaction entre le vent, la topographie du paysage et la taille et le transport des grains de sable. Ce processus d’instabilité a lieu, lorsque qu’une grande « disponibilité de sable » est présent, i.e. quand il y a un grand volume de sable sous les dunes.

Pourtant, on retrouve également des motifs périodiques sur des dunes qui grandissent sur des sols non-érodable, et donc limité en sédiments. Ces dunes s’allongent et s’alignent dans la direction du vent qui les forment, et peuvent s’étendre sur plusieurs kilomètres. Ces dunes se forment ainsi selon un mécanisme de croissance par élongation, conduisant au dépôt à l’extrémité de la dune de sédiments transportés le long de la crête sous l’action de vents contraires. Cependant, contrairement aux dunes de sables formées par instabilités dans des zones à forte disponibilités de sédiments, l’origine de la périodicité des dunes formaient par élongation reste inconnue.

Une équipe de scientifiques, dont des chercheurs de l’IPGP, propose à travers ce résultat, une première tentative pour expliquer l’émergence d’un tel motif régulier. Ils montrent ici, à l’aide de simulations numériques, que le mécanisme de croissance par élongation ne produit pas un motif avec une longueur d’onde spécifique. Les dunes périodiques en élongation semblent être une juxtaposition de structures individuelles, dont l’arrangement est dû à des reliefs réguliers à la limite du champ agissant comme conditions limites. Cela inclut, entre autres, les motifs de dunes résultant de l’instabilité du lit ou la réorganisation de la ligne de crête induite par la migration des dunes. La sélection des longueurs d’onde dans les champs de dunes allongées reflète donc l’interdépendance des motifs dunaires au cours de leur évolution.

Références :

Gadal, C., C. Narteau, S. Courrech du Pont, O. Rozier, et P. Claudin. « Periodicity in Fields of Elongating Dunes ». Geology 48, no 4 (1 avril 2020): 343‑47. https://doi.org/10.1130/G46987.1

Le LabEx UnivEarthS a contribué à cette recherche par le financement de l’ex-projet Exploratoire “Formation des dunes et du climat de Titan” (E1).

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