ARTICLE
Auteur(s) : Nathalie Combourieu
Nebout1, Viviane
Bout-Roumazeilles2, Isabelle
Dormoy3, Odile
Peyron3
1Laboratoire des sciences du climat
et de l’environnement UMR 1572 CNRS-UVSQ-CEA domaine
du CNRS Avenue de la Terrasse bâtiment 12 91198
Gif-sur-Yvette cedex France
2UMR CNRS 8157 Géosystèmes, université de Lille-I
59655 Villeneuve-d’Ascq cedex France
3Laboratoire de chronoenvironnement UMR 8249 CNRS
25030 Besançon France
La sécheresse est une composante majeure du climat méditerranéen
qui influence considérablement les circulations dans ses fonds
sous-marins [1] et la dynamique de ses écosystèmes végétaux sur les
continents [2]. Elle induit un fort contraste saisonnier été/hiver
du cycle hydrologique. Les dernières décennies ont été
marquées par plusieurs canicules associées à des sécheresses
parfois sans précédent dans les annales historiques. Dernièrement
Vautard et al. [3] ont montré que les canicules de ces dernières
années étaient associées à des déficits hydriques au cours des
hivers précédant la canicule et à l’intensification de la
sécheresse dans le nord du bassin méditerranéen. Cela implique une
situation atmosphérique de « blocage » durant l’été avec la
persistance d’un anticyclone sur la région. Ces premiers
éléments permettent d’entrevoir les causes de ces événements et
ouvrent des perspectives quant à leur prévision future. Il est
certain que la succession de sécheresses intenses aura des
conséquences sur les environnements méditerranéens aussi bien
marins que continentaux et donc influencera le devenir de l’homme
dans ces régions. Il convient donc de collecter toutes les
informations susceptibles de compléter ces premières conclusions.
L’étude des épisodes de sécheresse plus anciens ou dans d’autres
contextes climatiques et qui se sont déroulés sans l’influence
majeure de l’homme est l’une des voies pour affiner ces
conclusions.
De tels épisodes secs sont également intervenus à plusieurs
reprises en région méditerranéenne au cours des périodes passées
et, en particulier, au cours du dernier cycle climatique [4-7].
Ainsi, durant la dernière période glaciaire, à plusieurs reprises,
le froid intense a permis le développement de la calotte polaire,
puis son recul accompagné d’importantes décharges d’icebergs dans
l’Atlantique Nord [8]. Ces épisodes ou « événements de
Heinrich » sont bien définis dans les sédiments marins par le dépôt
de couches lithiques grossières qui témoignent de la fonte
progressive des icebergs [9]. Leurs conséquences sur les
paléoenvironnements océaniques et continentaux peuvent être mises
en évidence grâce à l’étude des carottes de sédiments prélevées
dans les fonds sous-marins. En milieu marin, les eaux de surface
ont été refroidies par la fonte de ces icebergs en route vers le
sud, ce qui a provoqué des bouleversements dans la faune et la
flore microplanctonique [10-12]. En région méditerranéenne, le
climat est devenu plus sec sur les continents, ce qui a provoqué
des modifications importantes de la végétation [4-7, 13, 14]. Nous
proposons, ici, d’illustrer les répercussions de ces événements sur
les paléoenvironnements continentaux de la Méditerranée occidentale
grâce aux analyses palynologiques et minéralogiques réalisées sur
la carotte marine ODP Leg 161 site 976 et de les replacer dans un
schéma climatique général. Les données polliniques du site 976
nous apporteront, de plus, des valeurs de température et de
précipitation pour ces périodes de sécheresses passées.
De tels enregistrements dans les carottes marines nous
permettent, d’une part, de retracer les changements régionaux des
paléoenvironnements avec une haute résolution temporelle et,
d’autre part, des corrélations directes avec les changements
intervenus dans le milieu marin.
Présentation du site
La carotte ODP site 976 a été prélevée en mer d’Alboran (36°12N,
4°18W, figure 1)
sous 1 108 mètres de profondeur d’eau. Elle est proche du
détroit de Gibraltar et donc sous la double influence des systèmes
climatiques atlantique et méditerranéen.
Chronologie du site
La chronologie de ce site a été établie d’abord grâce à 17
datations carbone 14 converties en âges calendaires [4] puis par
comparaison de la courbe des variations du rapport isotopique de
l’oxygène mesurées sur nos échantillons avec, d’une part, celle des
courbes de référence de la carotte marine MD 95-2042 [15] et,
d’autre part, celle des carottes de glace du Groenland [16, 17].
Nous présentons dans cet article les résultats obtenus sur les
20 premiers mètres de cette carotte qui couvrent les derniers 50
000 ans. Les 300 échantillons analysés permettent
d’étudier en détail cette tranche de temps et, en particulier, les
événements rapides de sécheresse intervenus en région
méditerranéenne.
Végétation et climat
La végétation actuelle est organisée en étages selon l’altitude et
les versants. Depuis la côte jusqu’au sommet des massifs montagneux
plusieurs formations végétales se superposent [2] (figure 1) :
- – un étage thermoméditerranéen associant Olea, Pistacia
et quelques représentants de la végétation semi-désertique tels que
Artemisia, Chenopodiaceae, et Ephedra ;
- – un étage mésoméditerranéen représenté d’abord par une
forêt sclérophylle à chêne vert (Quercus ilex) puis par une
chênaie tempérée humide (Quercus, Betula, Fagus, Carpinus, … et
Ericaceae) ;
- – un étage supraméditerranéen avec une forêt froide à
conifères (Pinus, Abies, Cedrus) aux plus hautes altitudes.
Le climat de cette région est de type méditerranéen, caractérisé
par des hivers doux et humides et des étés chauds et secs [18, 19]
(figure 1).
La circulation atmosphérique actuelle de la Méditerranée
sud-occidentale est dominée par les vents de nord-ouest qui
apportent les précipitations et par le vent saharien qui ramène
périodiquement des poussières en provenance du sud (figure 2) [20].
Méthode
Analyses polliniques
Les spectres polliniques ont été obtenus sur la fraction
sédimentaire inférieure à 150 μm, traitée selon la méthode
classique développée par Faegri et Iversen [21]. Selon les
échantillons, entre 150 et 2 000 grains de pollen ont été
comptés, ce qui a permis la détermination de 120 taxons
polliniques. De plus, au moins 100 grains de pollen ont
été comptés en excluant ceux de Pinus, car ce dernier est le plus
souvent surreprésenté dans les sédiments marins car favorisé par
les transports éolien et aquatique. Les pourcentages
polliniques ont été calculés en excluant ce taxon des sommes
polliniques afin de mieux exprimer les variations des autres
éléments des spectres fossiles. L’interprétation des assemblages
polliniques dans les spectres polliniques marins est basée sur le
postulat que la grande majorité des grains de pollen proviennent
des zones de végétation les plus proches du site de dépôt, dans
notre cas des bordures du bassin nord et sud de la mer d’Alboran.
Elle repose également sur la connaissance des données
environnementales et climatiques modernes d’Eurasie et d’Afrique du
Nord [22]. Dans cet article, nous présenterons les variations des
pourcentages des deux associations polliniques majeures :
– la forêt tempérée de type eurosibérienne humide (Quercus,
Alnus, Betula, Fagus, Carpinus, Corylus, Tilia, Ulmus... et
Ericaceae), caractéristique des périodes de réchauffement et
d’humidité ;
– le semi-désert ou la steppe à Artemisia qui détermineront les
phases les plus sèches.
Quantifications climatiques
La méthode des analogues modernes (MAT) a été appliquée aux
spectres polliniques enregistrés dans notre carotte [23].
La MAT est l’une des meilleures approches pour quantifier les
paramètres climatiques à partir des données polliniques fossiles
[23-25]. Son principe repose, d’une part, sur la comparaison entre
les spectres polliniques fossiles et les assemblages polliniques
actuels et, d’autre part, sur la sélection des spectres actuels les
plus proches des spectres fossiles appelés meilleurs analogues.
Dans notre cas, le choix de huit à dix meilleurs analogues modernes
a été effectué [23]. Des valeurs climatiques, en particulier
la température (T) en degré Celsius (°C) et la précipitation (P) en
millimètre sont alors attribuées à chaque spectre pollinique
fossile en calculant une moyenne pondérée des valeurs climatiques
actuelles associées aux assemblages polliniques modernes [23].
La MAT s’appuie sur un référentiel de données polliniques
modernes de haute qualité taxonomique couvrant un large panel
d’écosystèmes et d’environnements actuels et constitué par 3 530
spectres issus d’échantillons polliniques (mousses, sols et sommets
de carottes) qui couvrent une grande variété d’assemblages
polliniques, caractéristiques des environnements méditerranéens
(environ 2 000 spectres provenant de France, d’Espagne, du Maroc,
d’Italie et de Turquie) et eurasiatiques (Peyron et Bordon, données
non publiées). Pinus a été exclu des assemblages polliniques de la
base de données afin d’obtenir des spectres actuels calculés comme
les spectres marins de notre carotte. Chaque spectre pollinique
actuel est associé aux variables climatiques de son site de
prélèvement en utilisant les bases de données climatiques actuelles
[26]. Dans cette étude, nous avons utilisé les paramètres
climatiques suivants, la température du mois le plus froid (MTCO)
et la précipitation annuelle (PANN) ainsi que les températures et
précipitations mensuelles qui seront utilisées pour construire des
diagrammes ombrothermiques comparables à ceux représentant le
climat actuel de la région étudiée.
Minéralogie des argiles
Les analyses minéralogiques ont été effectuées après une
décalcification des échantillons avec de l’acide chlorhydrique,
puis rinçage et séparation par décantation de la fraction
inférieure à 2 μm. Les différents minéraux argileux sont
caractérisés par diffraction aux rayons [6], et leur identification
est basée sur la position de leurs pics sur les diffractogrammes
[27].
Le cortège argileux est composé d’illite, de chlorite, de
smectite et de kaolinite, associées à de la palygorskite dont les
pourcentages ont varié au cours des derniers 50 000 ans et
sont facilement interprétables en termes de modification des
conditions atmosphériques. La palygorskite est un minéral
argileux fibreux, transporté par le vent sur de longues distances
mais dont la structure ne résiste pas au transport fluviatile. Elle
est caractéristique des régions subarides et est classiquement
associée aux transports de poussières en provenance du Sahara [20,
28, 29] (figure
2).
Modifications des paléoenvironnements
et sécheresse
Pendant les derniers 50 000 ans, les courbes climatiques
montrent le grand réchauffement de l’holocène précédé par les
nombreuses oscillations climatiques rapides intervenues dans les
conditions froides du dernier glaciaire pendant lequel la calotte
polaire était bien développée [16, 17].
Les données palynologiques de la carotte ODP site 976
renseignent sur les changements paléoenvironnementaux et
climatiques intervenus en région méditerranéenne au cours des
derniers 50 000 ans [4-7, 13, 14] (figure 3B,D). Pendant
cette période, les enregistrements polliniques montrent une forte
variabilité. Des pourcentages élevés en grains de pollen des
arbres tempérés, d’une part, et des taxons steppiques ou
semi-désertiques, d’autre part, alternent ainsi de façon répétitive
et régulière. Ces oscillations entre le développement de la
forêt et du semi-désert expriment clairement des changements
climatiques récurrents entre épisodes chauds et humides ou
interstades et phases plus froides et sèches ou stadiaires.
Ces dernières sont parfaitement corrélables avec les
oscillations de Dannsgaard-Oeschger répertoriées dans les courbes
de variation du rapport isotopique de l’oxygène dans les carottes
de glace du Groenland [16, 17] (figure 3) et sont
répertoriées également dans d’autres diagrammes polliniques en
région méditerranéenne [5, 13] ainsi que dans les enregistrements
marins [12]. Certaines phases stadiaires sont particulièrement
marquées avec des pourcentages en éléments semi-désertiques
rarement égalés dans les spectres polliniques méditerranéens qui
traduisent une ouverture importante des paysages dans le sud de
l’Espagne et le nord du Maroc. Compte tenu de la chronologie de la
carotte, ces épisodes froids et secs constitueraient la réponse des
paléoenvironnements sud-ouest méditerranéens aux changements
climatiques causés par les « événements de Heinrich » (débâcles
massives d’icebergs en Atlantique Nord [8]).
Au cours de ces événements, les changements de végétation
observés expriment une aridification intense dans les paysages du
sud-ouest de la Méditerranée. Ces périodes sèches seraient
caractérisées par une baisse de PANN de l’ordre de 200 à
400 mm, associée à une baisse de MTCO de l’ordre de 5 à 15° en
dessous des valeurs actuelles, ce qui est considérable dans cette
région (figure
3C,D). Ces résultats sont confirmés par plusieurs
études réalisées dans d’autres carottes marines en Atlantique et en
région méditerranéenne [5] ainsi que sur des séries lacustres
italiennes [13]. De même, des baisses de températures
importantes sont enregistrées également dans les eaux de surface
méditerranéennes pendant les événements de Heinrich [12].
Une étude du cycle saisonnier des températures et précipitation
tel qu’il est reconstitué par les quantifications climatiques (figure 4A) indique
que, au cours de ces événements, la courbe des températures est
caractérisée par des conditions plus froides en hiver et en été.
Le cycle méditerranéen des précipitations, quant à lui, est
modifié avec une baisse généralisée des précipitations d’hiver mais
aussi de printemps et d’automne, périodes généralement sources
d’apport hydriques en région méditerranéenne. Ce changement
majeur du cycle annuel des températures et des précipitations, et
en particulier la répétition de ces années froides, à faible apport
d’eau en hiver et au printemps, a certainement défavorisé le
développement des arbres de la forêt tempérée plus exigeants en
précipitation et de la forêt méditerranéenne dont les essences sont
adaptées à la sécheresse estivale et aux hivers doux.
La régression de la forêt a permis ainsi le développement des
environnements ouverts de type steppique à semi-désertique dont les
exigences climatiques n’étaient pas entravées par ces
modifications. Par comparaison, le cycle climatique annuel,
reconstitué pour la période de l’Holocène ainsi que pour le
réchauffement de Dansgaard-Oeschger (figure 4B,C), nous montre
des conditions de type méditerranéen avec une sécheresse estivale
assez proches de l’actuel (figure 1).
Les apports en palygorskite renforcent l’hypothèse de
l’accentuation de l’aridité dans cette région au cours des
événements de Heinrich. Chacun de ces événements montre des
arrivées de poussières avec des apports accrus en palygorskite dans
les sédiments déposés en mer d’Alboran (figure 3A) [6, 31].
Ce minéral argileux, qui n’est pas un élément majeur des
apports classiques en mer d’Alboran, est facilement détruit par un
transport fluviatile, sa présence atteste d’apports éoliens
importants. La palygorskite est essentiellement présente dans
la ceinture subaride où sa formation est favorisée par des
conditions chimiques particulières [28]. En effet, les régions
arides du Sahara et semi-arides du Sahel et du nord de l’Afrique
sont les principales sources actuelles de poussières vers
l’Atlantique et la Méditerranée [29, 30]. Ces zones
désertiques sont soumises saisonnièrement à de forts vents qui
dispersent de grandes quantités d’aérosols dans l’atmosphère.
Aujourd’hui, la palygorskite est apportée vers la Méditerranée
par les vents sahariens [20] depuis l’Afrique du Nord (Maroc,
Algérie du nord et centrale et sud Sahara) [6]. Associé à ces
apports de palygorskite, le vent a amené des grains de pollen
typiquement nord-africain d’Argania (arbre endémique du Maroc), ce
qui permet de situer l’origine des poussières au Maroc pendant les
phases arides (figure
3).
Interprétations atmosphériques
Nos résultats permettent de proposer un schéma synoptique de la
configuration atmosphérique pendant les périodes de sécheresse
correspondant aux « événements de Heinrich ». Le transport de
palygorskite vers le sud-ouest méditerranéen implique que le régime
de vents d’ouest, tel qu’on le connaît aujourd’hui, était
probablement déplacé vers le nord pendant ces phases d’aridité [6].
La sécheresse intense qui sévit tout au long de l’année au
cours de ces phases arides implique une stabilité anticyclonique
dans le sud-ouest méditerranéen avec la persistance de deux
cellules de haute pression : l’anticyclone des Açores et
l’anticyclone nord-africain. Le contexte climatique glaciaire
était très particulier avec, d’une part, la présence d’une calotte
de glace sur l’Irlande qui tenait à l’écart du continent européen
les dépressions cycloniques et, d’autre part, les déplacements
d’icebergs qui décalaient, vers le sud, les hautes pressions
atlantiques les séparant par un large couloir dépressionnaire de
l’anticyclone du Maghreb oriental. Ainsi, pendant les événements
froids et secs, les hautes pressions étaient associées à une
dépression au-dessus de l’Europe de l’Ouest, et le régime de vents
d’ouest était déplacé vers le Nord (figure 5). L’ensemble
favorisait le transport méridien de poussières désertiques
au-dessus de l’Afrique du Nord-ouest et vers le Sud-ouest de la
Méditerranée. L’arrivée de poussières en mer d’Alboran pendant les
périodes passées de sécheresse serait alors liée à la présence d’un
couloir dépressionnaire entre les deux anticyclones des Açores et
de l’Afrique du Nord.
Aujourd’hui, l’oscillation nord-atlantique (NAO) contrôle le
transport des poussières désertiques et est responsable de la
variabilité climatique actuelle qui serait due à ses différentes
phases [32-34]. En région méditerranéenne, ses changements de
position provoquent des variations de précipitation importantes
d’une année sur l’autre. Quatre situations principales de la NAO
sont le plus souvent décrites [32], parmi lesquelles la situation
dite de NAO positive (figure 5) pendant laquelle
le gradient de haute pression entre l’anticyclone des Açores et la
dépression islandaise implique un déplacement vers le nord des
vents d’ouest [32]. Il en résulte des conditions climatiques
sèches dans le Sud de l’Europe et le Nord de l’Afrique ainsi qu’une
augmentation du transport des poussières désertiques vers l’Ouest
de l’Afrique. Bien que le contexte climatique actuel soit très
différent de celui de la période glaciaire (figure 5), la situation
lors des événements secs passés présente des caractéristiques
proches de celles de NAO positive observée aujourd’hui.
Conclusion
Les enregistrements climatiques et atmosphériques issus de la
carotte marine ODP site 976 montrent que de nombreux épisodes de
sécheresse se sont produits au cours des derniers 50 000 ans.
Ces périodes d’aridité ont été très intenses avec des baisses
de précipitation entre 200 et 400 mm par an, ce qui a
considérablement influencé la composition des paléoenvironnements
continentaux qui sont devenus steppiques à semi-désertiques.
Pendant ces phases, des apports de poussière importants se sont
produits dans le Sud-ouest méditerranéen. Bien que les contextes
climatiques actuels et passés soient très différents, au cours de
ces événements arides passés, la situation atmosphérique présentait
une configuration proche de celle qui prévalait pendant les phases
de NAO positives ; l’aridité est alors accrue en région
méditerranéenne, et le régime de vents d’ouest déplacé vers le
nord. Cette confrontation entre les périodes arides passées et
actuelles, bien qu’elle compare des épisodes de durée différente,
montre l’intérêt de s’intéresser aux phases arides passées.
L’analyse des événements secs du dernier glaciaire, bien que dans
des contextes thermiques différents de l’actuel, montre à quel
point le paysage méditerranéen peut se modifier en réponse à la
répétition de nombreuses années sèches comme celles subies ces
dernières années dans cette région. Il est donc essentiel de
multiplier les études sur de tels événements dans des contextes
variés afin de mieux comprendre leur dynamique et de les prévenir
dans cette région soumise à une pression économique très forte.
Remerciements
Les échantillons qui ont permis d’obtenir ces résultats ont été
fournis par Ocean Drilling Project. Le CNRS nous a apporté son
soutien financier. Nous remercions J.-P. Cazet pour son aide
technique efficace. Cet article est la contribution
no 4005 du LSCE.
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