DUNES ÉTOILES, géomorphologie

Les dunes étoiles possèdent un dôme central de forme pyramidale et des bras dont les crêtes s’alignent suivant de multiples directions. Façonnées par le transport éolien dans des déserts arides soumis à de fortes variations saisonnières de la direction des vents, ces dunes sont de très grande taille (plus de 100 m de hauteur) et apparaissent le plus souvent sous forme d’essaims pour former d’immenses champs de dunes susceptibles de s’étendre sur des centaines de kilomètres (comme le Grand Erg oriental en Algérie). L’enchevêtrement et la superposition des formes dunaires ayant longtemps fait obstacle à toute modélisation numérique, les dunes étoiles furent systématiquement associées à des écoulements secondaires turbulents engendrés par des interactions entre le vent et la topographie. De nouveaux résultats vont à l’encontre de cette hypothèse (D. Zhang, C. Narteau, O. Rozier et S. Courrech du Pont, « Morphology and dynamics of star dunes from numerical modelling », in Nature Geoscience, vol. 5, pp. 463-467, 2012) et montrent clairement que les dunes étoiles peuvent être produites à partir de flux sédimentaires qui s’établissent uniquement dans la direction des vents dominants. Plus généralement, ils révèlent qu’il existe plusieurs modes de croissance dunaire qui, lorsqu’ils s’expriment simultanément, autorisent la coexistence de dunes d’orientations différentes.

Les progrès en physique granulaire ont apporté de nouveaux éclairages à la géomorphologie. Ainsi, les dunes sont devenues une précieuse source d’informations sur les propriétés du sédiment qui les compose et sur les écoulements qui les mettent en mouvement. Une caractéristique fondamentale des dunes est de conserver une mémoire des vents sur des échelles de temps qui augmentent comme le carré de leur taille. Si le vent souffle successivement dans plusieurs directions, la forme globale des plus grandes dunes intégrera donc l’ensemble de ces écoulements. Par ailleurs, les vents apparents au sommet d’un obstacle ne sont pas seulement fonction de la force du vent incident mais aussi du rapport d’aspect de cet obstacle dans la direction de l’écoulement. Ainsi, un vent qui balaye une dune sur un versant abrupt produira des flux de sable plus importants que le même vent balayant une dune sur un versant de plus faible pente. Le développement et la stabilité des dunes étoiles dépendent de ces phénomènes, parfois de manière très surprenante. Par exemple, il est possible que des ramifications se développent contre un vent dominant si les contributions des autres vents au flux sédimentaire sont, de par leur angle d’incidence, beaucoup plus importantes. Des simulations numériques ont aussi montré que les bras des dunes étoiles ont des caractéristiques morphologiques (hauteur, largeur) et de croissance (vitesse de propagation) qui dépendent étroitement du forçage climatique. Pour des raisons de symétrie, il existe notamment des régimes de vents plus favorables que d’autres à la croissance de ces bras. Un autre paramètre de contrôle est la fréquence avec laquelle les vents changent d’orientation : à mesure que cette fréquence diminue, les dimensions caractéristiques des bras augmentent et leurs vitesses de propagation diminuent.

Ces résultats sur les dunes étoiles sont importants car ils sont applicables à tous les types de dunes qui présentent des ramifications linéaires. Ils relient surtout pour la première fois les formes dunaires à la variabilité des écoulements qui les ont produites et non plus seulement à la direction moyenne des flux sédimentaires. Dès lors, des géométries de dunes complexes peuvent être analysées pour permettre d’appréhender de manière indirecte la variabilité de l’orientation du vent. Cela présente de nombreux avantages dans les environnements extraterrestres où les dunes prolifèrent (par exemple la planète Mars ou le satellite[...]