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Sahara, sur les traces du désert

Plus grand désert chaud de la planète, le Sahara était encore, il y a près de 6 000 ans, une savane tropicale, qui comptait de nombreux lacs. Pour la première fois, à partir de l’étude d’un lac tchadien, une équipe internationale de chercheurs vient de montrer combien son assèchement a été progressif. Découverte importante, à l’aune des réflexions sur l’évolution climatique et écologique.

Le lac Yoa, situé au nord du Tchad en Afrique© Uwe George

Avec 8 millions de km2, c’est aujourd’hui le plus grand désert chaud du monde. Pourtant, il y a 10 000 ans, le Sahara a connu une époque verdoyante, à laquelle les scientifiques se réfèrent, en parlant de Sahara vert. Ses paysages actuels de dunes et de sable étaient alors recouverts de lacs et de végétation qui formaient une savane tropicale. Cet environnement favorable permettait à une faune abondante d’y vivre : éléphants, hippopotames, gazelles, crocodiles, etc. Plus étendue que l’Australie, cette vaste région était aussi habitée, comme en témoignent notamment les peintures rupestres qu’on y a retrouvées.

Cette période verte résultait d’une phase de réchauffement climatique. Phénomène qui, en accentuant le contraste thermique entre l’océan et le continent, avait provoqué l’intensification de la mousson jusqu’au cœur du continent nord-africain. Les climatologues ignorent à quoi exactement ressemblait le Sahara vert. "En tout cas, ce n’était pas la Normandie," pointe Anne-Marie Lézine, directrice de recherche au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE, CNRS). Ils savent, en revanche, que cet épisode humide a pris fin il y a moins de 6 000 ans. Comment alors s’est passé le processus de désertification ?

La question est longtemps restée en suspens. Et faute d’archives naturelles conservées dans cet environnement aride, la transition vers le désert actuel demeurait jusque-là source de spéculations. De fait, sur le sujet, les scientifiques sont encore partagés. Selon une hypothèse généralement admise, la couverture végétale se serait dégradée de manière rapide à l’échelle géologique, en quelques siècles seulement. Mais ce postulat vient d’être infirmé par l’étude pluridisciplinaire d’une équipe internationale de chercheurs, dirigée par le géologue allemand Stefan Kröpelin, de l’université de Cologne. En effet, l’étude montre avec précision, à partir de l’analyse des sédiments du lac Yoa, au Tchad (chapitre 1), que l’aridification s’est étalée sur plusieurs millénaires et que la disparition des plantes a été progressive (chapitre 2).

Cette découverte se révèle importante parce qu’elle contribue à une meilleudesert sahara tunisieDes promeneurs en dromadaires dans le Sahara tunisien.
© Alexey Krapukhin
re compréhension des évolutions climatiques et écologiques (chapitre 3). Pour débattre de la question, sensible à l’heure du réchauffement de la planète, en septembre dernier un colloque a réuni à l'Académie des sciences de l’Institut de France, paléontologues, archéologues et spécialistes du climat et de l’environnement. L'événement était organisé par Anne-Marie Lézine, chargée d’analyser les dépôts sédimentaires du lac Yoa.


Palynologue, Anne-Marie Lézine est directrice de recherche au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE), une unité mixte de recherche (CNRS, CEA et université Versailles-Saint-Quentin) qui réunit quelque 250 personnes. Localisé sur deux sites, Saclay et Gif-sur-Yvette, ce laboratoire polyvalent a acquis une réputation internationale pour ses travaux sur le climat, l’environnement et leurs interactions avec l’activité humaine.

01.La mémoire du lac Yoa

Les conditions humides à l’origine du Sahara vert sont liées à des fluctuations astronomiques, c’est-à-dire aux variations de la trajectoire terrestre autour du Soleil, comme l’explique le climatologue Hervé Le Treut, directeur du Laboratoire de météorologie dynamique (LMD) : "L’axe de rotation de la Terre tourne et la forme que décrit la Terre en tournant autour du Soleil n’a pas toujours été identique à l’actuelle. Aussi, à cette période appelée Holocène, la Terre se trouvait plus près du Soleil pendant l’été, tandis qu’elle l’est aujourd’hui pendant l’hiver." Résultat : l’évaporation au-dessus de l’océan Atlantique était telle qu’elle donnait lieu sur l’hémisphère nord à d’intenses moussons, lesquelles déversaient leurs pluies jusqu’au cœur du Sahara. Avec l’affaiblissement progressif de l’insolation, il y a environ 6 000 ans, les moussons se sont peu à peu réduites et les précipitations ont cessé sur le Sahara conduisant à son assèchement.

Installation de la plate-forme de forage - Lac YoaInstallation de la plate-forme de forage, avant le carottage, au centre du lac Yoa. Il a été effectué à une profondeur de 26 m, par une partie de l'équipe internationale conduite par Stefan Kröpelin (unité de recherche africaine de l'université de Cologne).
© Stefan Kröpelin / Université de Cologne

Mais si les fluctuations astronomiques à l’origine du Sahara vert sont bien connues, le processus de transition vers le désert actuel l’est beaucoup moins. L’aridification a-t-elle été brutale ou lente ? "Faute d’archives sédimentaires en Afrique sèche, nous n’avions jusque-là pas trace du passage du Sahara vert au désert que l’on connaît aujourd’hui," explique Anne-Marie Lézine. En clair, les sources d’information relatives à ce processus ont disparu. La plupart des lacs se sont asséchés, empêchant que les sédiments en suspension dans l’eau ne se déposent dans les fonds lacustres. Et ces lacs n’ont donc pas de série sédimentaire continue dans le temps. En outre, l’érosion éolienne a contribué à effacer ces dépôts. Quant aux arbres, morts, ils ne permettaient pas d’avoir recours à la dendroclimatologie, cette science qui s’appuie sur les cernes de croissance des arbres pour décoder l’histoire du milieu (à lire Dendrochronologie : les arbres nous parlent). Comment, dès lors, retrouver la mémoire de l’environnement ?


En 2000, une équipe encadrée par Peter de Menocal, professeur au département des Sciences de la Terre et de l’environnement à l’université de Columbia (New York) procède à des forages en mer, à l’ouest des côtes mauritaniennes. Après analyse des deux carottes de sédiments marins prélevées, Peter de Menocal constate une soudaine augmentation des arrivées de poussière saharienne. Selon lui, le désert se serait ainsi installé rapidement, consécutivement à une dégradation brutale de la couverture végétale. "Une conclusion un peu hâtive, à partir d’un seul carottage," selon Anne-Marie Lézine.

D’autant qu’il s’agit de sédiments marins, qui ne traduisent pas directement l’évolution de la végétation. De fait, le petit lac tchadien raconte, lui, une toute autre histoire. Publiée dans la revue Science en mai dernier, celle-ci n’a d’ailleurs pas manqué de provoquer une certaine controverse dans le milieu scientifique. "De très haute résolution, les enregistrements sédimentaires du lac Yoa transmettent une image beaucoup plus précise de ce qui s’est passé," assure la chercheuse.

Situé dans un des secteurs les plus arides du Sahara central, et d’une superficie de 3,5 km2, le lac Yoa ne ressemble à nul autre. En dépit d’une évaporation considérable (6 m de hauteur d’eau par an) et de précipitations négligeables (0 à 20 mm de pluie/an), il ne s’est jamais asséché, alimenté par les eaux du gigantesque aquifère nubien qui s’étend sur l’Égypte, la Libye, le Soudan et le Tchad. Les chercheurs ont ainsi effectué un carottage jusqu’à 6 m dans ces sédiments lacustres et recueilli de précieux indices. "C’est la première série continue de sédiments sur les 6 000 dernières années dont nous disposons. Elle nous a permis de fixer précisément la chronologie des événements," insiste Anne-Marie Lézine. Un fragment de mémoire environnementale qu’ils ont ensuite décrypté pour reconstituer l’évolution climatique et écologique de la région durant cette période.

Mais pour retrouver cette mine d’informations, encore fallait-il pouvoir accéder au lac Yoa, unique en son genre. Or la zone est réputée difficile et dangereuse, notamment à cause des mines héritées du conflit entre le Tchad et la Libye. De plus, depuis l’enlèvement par les rebelles tchadiens de l’ethnologue et archéologue Françoise Claustre en 1977, les scientifiques français ne sont plus autorisés à s’y rendre.

02.Quand le pollen parle

Algue, Pediastrum simplexDes colonies d’algues (Pediastrum simplex), présentes dans les niveaux bas de la carotte, correspondent à des sédiments datant de plus de 5 000 ans. Elles disparaissent dans les niveaux supérieurs. Ceci atteste d'un tarissement progressif de l'apport en eau douce du lac Yoa.
© LSCE
Avant de parvenir aux résultats publiés
, l’équipe de Stefan Kröpelin a travaillé pendant près de dix ans et s’est rendue sur place à plusieurs reprises. "Ce type d’expéditions exige une grosse infrastructure, dans des conditions locales souvent difficiles," résume Anne-Marie Lézine. Voitures, camion, barge, matériel de carottage : les moyens mis en œuvre nécessitent en outre d’importants financements dont ne disposent pas toujours les chercheurs.

Une fois prélevées, les carottes sont coupées en "tranches", avant d’être confiées à des spécialistes. "Pour l’analyse palynologique, nous ne conservons que la matière organique : les grains de pollen, les algues d’eau douce, les larves de moustiques… " C’est à partir de ces indices que les chercheurs ont retracé peu à peu les étapes de l’installation du désert. Mais comment, à partir de ces grains de pollen, identifier la plante-mère qui leur correspond, afin de reconstituer la végétation ? Pour le savoir, les scientifiques n’ont d’autre solution que de comparer les grains de pollen trouvés avec ceux qui existent aujourd’hui : "Nous travaillons sur les analogues actuels, à partir d’une banque de données qui nous fournit des informations sur la relation entre le pollen et la plante qui le produit," (à découvrir Morphologies du grain de pollen) poursuit la palynologue. Avec les imperfections que cela comporte. "Nous déterminons surtout les plantes au niveau du genre et de la famille, plus rarement au niveau de l’espèce."

En examinant les couches successives de grains de pollen contenus dans les sédiments, les chercheurs constatent ainsi que l’aridification a résulté d’un lent processus : la disparition des plantes qui avaient colonisé le désert lors de la période humide précédente s’est étalée sur une période comprise entre 5 600 et 2 700 ans avant aujourd’hui. Ainsi, la végétation tropicale de forêts-galeries le long des cours d’eau, diminue progressivement, avant de disparaître il y a 4 700 ans, puis c’est au tour des plantes sahéliennes, qui disparaissent après - 4 100 ans. Enfin, le désert que nous connaissons aujourd’hui s’installe il y a environ 2 700 ans, et l’aridité augmente.

Une évolution complexe liée à deux facteurs majeurs qui ont "freiné" l’assèchement du Sahara. D’une part, "les êtres vivants ne répondent pas tous à la même vitesse au changement climatique. Les uns résistent mieux que d’autres et certaines plantes ont une très forte capacité d’adaptation," pointe la chercheuse. D’autre part, la végétation joue aussi un rôle non négligeable dans le système climatique, comme le rappelle Hervé Le Treut : "Son influence se traduit essentiellement de deux manières : à partir de ses racines, la végétation facilite le transfert d’eau du sous-sol vers l’atmosphère et par sa présence, elle réduit la réflexion du rayonnement solaire."

Les recherches sur le lac Yoa montrent aussi combien chaque écosystème répond différemment au changement climatique. Ainsi, la lenteur de l’évolution du milieu terrestre contraste singulièrement avec la brutalité de la transition en milieu aquatique. Cinq fois plus salé que la mer, le lac Yoa a enregistré un changement soudain entre 4200 et 3900 ans avant aujourd’hui, passant d’un environnement d’eau douce à un environnement hyper-salin. Ainsi, si l’évolution de l’écosystème terrestre se révèle assez linéaire, l’écosystème aquatique, en revanche, bascule d’un coup, à partir d’un certain point : "Nous sommes ici face à ce qu’on appelle un effet de seuil," affirme Anne-Marie Lézine.

En même temps que disparaissent les plantes Grain de pollen, Ribulus terrestrisPollen (Ribulus terrestris) trouvé dans des sédiments datant d'il y a plus de 2 700 ans. Il correspond à une plante herbacée de climat sec des régions sahélo-soudanienne et soudano-sahélienne, poussant sur les sols sableux.
© LSCE
tropicales et s’installe le désert, s’observe également la disparition des algues d’eau douce et des fougères qui poussent en bordure des lieux humides. "Un faisceau d’indices qui atteste d’un tarissement progressif de l’apport en eau douce dans le lac, ce qui ne signifie pas forcément, poursuit Anne-Marie Lézine, que les précipitations ont cessé. Le lac contenait alors encore de l’eau douce, comme en témoigne le développement des diatomées." Mais les rivières qui approvisionnaient le lac jusque-là ont dû s’assécher à cette période. Et le transport des algues n’était donc plus assuré par les cours d’eau.

Mais pour Anne-Marie Lézine, le lac Yoa n’a pas encore livré tous ses secrets : "il nous faut poursuivre les carottages et forer plus profondément, afin de connaître maintenant l’origine du Sahara vert."

03.Connaître le passé pour anticiper l’avenir

Si les déserts sont limités géographiquement, leur étude recouvre des enjeux majeurs. De fait, "ils sont un des milieux les plus emblématiques de la machine climatique, déclare Hervé Le Treut. Les variations d’extension des déserts tout au long de l’histoire de la planète constituent un révélateur essentiel des mécanismes qui agissent sur notre environnement global. En outre, leur impact sur les sociétés humaines est très fort."

D’où la nécessité d’approfondir les explorations de ces zones extrêmes. "L’environnement aujourd’hui est le fruit de son histoire climatique, fait valoir Anne-Marie Lézine. C’est pourquoi il est important de comprendre ce qui s’est passé. Au regard des analyses menées sur le lac Yoa, l’assèchement récent du Sahara ne peut plus être considéré comme un exemple type de changement climatique et écologique abrupt." Des conclusions qui viennent donc corriger les travaux actuels de modélisation du climat.

Depuis une trentaine d’années, les modèles climatiques, programmes informatiques, se sont révélés être des outils d’une grande acuité dans l’analyse de l’impact des gaz à effet de serre, reconstituent le climat passé et anticipent son évolution future. "Un modèle climatique est une sorte de planète artificielle numérique que l’on fait fonctionner, à partir d’équations fondamentales de la physique. Mais on ne peut pas tout simuler," précise Hervé Le Treut.
Désert du Sahara L'étude de la composition géochimique des sédiments, ainsi que les restes d'organismes aquatiques et végétaux, ont permis aux chercheurs de comprendre comment le "Sahara vert" était devenu un désert chaud.
© Stockxpert

Ainsi, à l’échelle globale des modèles répond celle, locale, de l’analyse de la végétation. "Nous avons besoin des modèles pour réinterpréter nos données. De même, recueillir et transmettre des informations précises concernant la végétation peut contribuer à affiner les modèles," résume la palynologue. Complémentaires, ces deux approches conjuguées permettront donc de mieux cerner l’évolution climatique et écologique. D’autant que le scénario du lac Yoa peut avoir des équivalents, en d’autres lieux de la planète.

Le réchauffement de l’hémisphère nord à l’origine du Sahara vert ne saurait cependant être comparé à celui enregistré aujourd’hui sur la planète. "Les modèles montrent que le réchauffement qui résulte de l’augmentation des gaz à effet de serre peut avoir des conséquences très différentes de celui qui a donné naissance au Sahara vert : dans des conditions de réchauffement global, les déserts sont au contraire susceptibles de s’étendre," souligne Hervé Le Treut. Mais les scientifiques s’accordent sur l’urgence d’intensifier les recherches sur les archives du climat, pour mieux prévoir le futur. Appréhender les effets des changements sur les écosystèmes aidera en outre à développer des stratégies de conservation appropriées. "L’analyse des capacités de tolérance des êtres vivants permettra de mettre en œuvre des politiques d’utilisation raisonnée des ressources," veut espérer Anne-Marie Lézine.

Enfin, il revient aux archéologues d’identifier comment les populations se sont adaptées à ces changements et à quel rythme. Car les sociétés parviennent généralement à trouver des solutions. Et la migration n’est pas la seule option qu’elles retiennent. "Les hommes ne quittent pas les zones désertiques, note Anne-Marie Lézine. Lorsque l’eau se raréfie, ils s’installent par exemple dans des villes et construisent des systèmes d'irrigation. Quelle est la limite du supportable et de l’insupportable ? " La question a son importance, à l’heure du réchauffement climatique...

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