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Qu’appelle-t-on une nuée ardente ou coulée pyroclastique ? Selon son étymologie, le mot « pyroclastique » est un terme constitué de deux locutions grecques : « pyro » qui veut dire feu et « clasto » qui signifie brisé. Que désigne-t-on ainsi ? Est-ce un genre d’incendie ? Pas tout à fait, ce nuage incandescent se forme sur les volcans en éruption, mais pas n’importe lesquels. Découvrons ensemble comment se forment les nuées ardentes, leur composition et les dangers qu’elles représentent pour les sociétés humaines.
Les nuées ardentes : un nuage de cendres à très haute température
Les volcanologues distinguent deux types d’éruptions volcaniques :
Effusives : de la lave fluide s’épanche sur les flancs du volcan depuis le cratère principal ou des évents secondaires.
Explosives : il s’agit d’un mélange très chaud de gaz toxiques et de particules solides qui s’échappent du volcan à la suite d’une déflagration. Leur température est comprise entre 300 et 800 °C.
Les coulées pyroclastiques font partie de la famille des nuées ardentes. Elles surviennent généralement durant les phases explosives. Cependant, au lieu de s’élever, ce mélange très dense dévale les versants du volcan, telle une avalanche. Elles peuvent se mouvoir de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres par seconde. Cette variation dépend de leur composition. Turbulentes, voire violentes, elles se déplacent à très grande vitesse lorsqu’elles sont chargées en particules légères comme les cendres. Les volcanologues les nomment des déferlantes pyroclastiques.
Si en revanche elles sont formées de débris plus grossiers, elles dévalent les pentes plus lentement et couvrent un terrain moins important autour du cratère. On les nomme dans ces circonstances des coulées pyroclastiques.
Une nuée ardente sur les flancs de l’Etna, le plus grand volcan actif d’Europe. Crédit photo : Adobe Stock
Les éruptions explosives : un magma très visqueux
La formation des nuées ardentes dépend de la viscosité du magma qui alimente le volcan. Le magma est composé de roches en fusion et de gaz. Lorsque sa teneur en silice est très élevée, il se présente sous une forme plus visqueuse. Les gaz contenus dans ce magma épais restent prisonniers, ils n’arrivent pas à s’échapper. Celui-ci a alors du mal à se frayer un passage jusqu’au sommet du volcan. Il va alors s’accumuler dans la chambre magmatique ou la cheminée du volcan. La pression va augmenter sous le volcan, à l’image d’une cocotte-minute, jusqu’à faire céder progressivement la roche volcanique. De nombreuses fissures et failles s’ouvrent progressivement dans les entrailles du volcan, souvent à proximité de la bouche du cratère. Quand la pression devient trop forte, une explosion se produit.
Lors de l’explosion, deux phénomènes peuvent se produire : une colonne éruptive et/ou une nuée ardente. Les deux phénomènes peuvent se succéder. Les nuages de cendres s’élèvent dans les airs. Ils sont constitués de gaz volcaniques et de fragments de lave solidifiés que l’on nomme des téphras. Cette structure peut se transformer en coulée pyroclastique dès lors que la combinaison de gaz et de particules solides devient plus dense que l’atmosphère qu’il traverse. Le nuage de cendres s’effondre alors sous son propre poids. On parle d’effondrement de la colonne. Le mélange d’air et de gaz va alors dévaler les pentes du volcan à vive allure : il se produit une nuée ardente.
Les coulées pyroclastiques sont des nuages de cendres et de débris à haute température qui se déplacent à vive allure le long des flancs d’un volcan.
Les nuées ardentes : des aléas naturels dangereux
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Panache de cendres et nuée ardente à proximité du cratère Voragine sur l'Etna. Crédit photo : Adobe Stock
Couloir de nuée ardente sur l'île de Montserrat aux abords du volcan de la Soufrière aux Antilles. Crédit photo : Adobe Stock
Une nuée ardente sur les flancs de l'Etna, le plus grand volcan actif d'Europe. Crédit photo : Adobe Stock
Nuée ardente dévalant les pentes du volcan Sinabung en Indonésie. Crédit photo : Suhairy Tri Yadhi on Pexels
Corps pétrifié de Pompéi suite à l'éruption du Vésuve en 79 après J.C. Crédit photo : Gina Fitzpatrick, Pexels
Les vestiges de la ville de Pompéi au pied du Vésuve. Crédit photo : Adobe Stock.
Les coulées pyroclastiques : un dangereux aléa naturel
La formation des nuées ardentes résulte de facteurs difficilement prévisibles. À titre d’exemple, le 30 mai 1991 au Japon, le mont Uzen fit quarante et une victimes dont deux volcanologues français : Maurice et Katia Krafft. Le volcan émettait jusqu’à trente cinq nuées ardentes par jour. Pour protéger la population, une zone de sécurité fut donc délimitée. Le couple Krafft venu pour filmer les coulées pyroclastiques décida de se rendre dans une vallée pour tourner leurs images. Malheureusement, alors que les époux Krafft filmaient, une partie du cratère s’effondra. Une nuée ardente plus puissante que les précédentes se déclencha.
Corps pétrifié de Pompéi suite à l’éruption du Vésuve en 79 après J.C. Crédit photo : Gina Fitzpatrick, Pexels
Les coulées pyroclastiques responsables de la destruction des villes d’Herculanum et de Pompéi en l’an 79 après Jésus-Christ sont aussi très connues. Le 24 août, quatre nuées ardentes ont dévalé coup sur coup les flancs du Vésuve. La dernière, plus intense que les précédentes, a atteint la ville de Pompéi en pleine nuit. La population fut surprise dans son sommeil. L’empereur de l’époque, Titus, envoya très vite des secours sur place, mais il y eut très peu de rescapés. Il faudra attendre la construction du canal du Saro entre 1592 et 1600 pour que l’on redécouvre la ville ensevelie. Pourtant, ce ne sera qu’en 1748 que les premières véritables fouilles seront entreprises. Au total, 15 000 corps pétrifiés ont été retrouvés. Pour la ville d’Herculanum située au pied du Vésuve, le décès des habitants a été causé principalement par la chaleur des nuées ardentes. Cependant, pour ce qui est de Pompéi, les dernières recherches tendent à penser que la nuée ardente avait perdu en puissance et en température. Les résultats de simulations informatiques ont démontré qu’elle aurait stagné entre 17 et 20 minutes sur la ville. Ce serait sa densité en cendres et en gaz toxiques qui aurait entraîné le plus de morts en asphyxiant les victimes.
Les vestiges de la ville de Pompéi au pied du Vésuve. Crédit photo : Adobe Stock.
Aujourd’hui, de nombreux volcans de type explosif sont considérés comme « endormis » : leur activité ne semble pas visible à première vue. Les plus dangereux sont sous surveillance, à l’image du Vésuve en Italie dont la dernière éruption date de 1944. Le réveil du volcan napolitain menace 700 000 habitants dans la région de Naples. Un autre volcan assez célèbre est le mont Fuji sous son manteau de neige au Japon. Son explosion la plus récente a commencé en décembre 1707 et s’est terminée en février 1708.
Plus la phase de sommeil d’un volcan est longue, plus les chances d’un réveil virulent augmentent. Avec l’augmentation de la densité de population, les zones à risque volcanique restent sous surveillance permanente afin de pouvoir évacuer les habitants à temps en cas d’éruption imminente.
Les volcans et leurs nuées ardentes constituent des catastrophes naturelles assez difficiles à prévoir. Aujourd’hui, les volcanologues peuvent déceler une montée de magma sous le volcan et prévoir si une éruption est imminente. Les coulées pyroclastiques constituent avec les lahars les risques volcaniques majeurs.
RETENEZ
Les coulées pyroclastiques sont des nuages de cendres et de débris à haute température qui se déplacent à vive allure sur les flancs d’un volcan.
Les nuées ardentes se forment sur les volcans explosifs.
Elles représentent un risque naturel majeur pour les sociétés humaines qui vivent à proximité des volcans.
Le pôle Nord est un repère universel. Pour autant, le pôle Nord que le géographe indique sur ses cartes n’est pas le même que le Nord indiqué par l’aiguille d’une boussole. Comment différencie-t-on le pôle Nord géographique du pôle Nord magnétique ? Quelle est l’origine du champ magnétique ? Pourquoi et jusqu’où les pôles magnétiques se déplacent-t-ils ? Quelles sont les conséquences de ces déplacements ?
Pôle Nord géographique et pôle Nord magnétique : quelle différence ?
Dans le langage courant, le pôle Nord et le pôle Sud font référence aux pôles géographiques. Ainsi, le pôle Nord géographique correspond au point le plus au Nord de notre planète. Il représente l’intersection de l’axe de rotation de la Terre avec sa surface. Il s’agit d’un point fixe où se croisent les fuseaux horaires et les méridiens. Situé au milieu de l’Arctique, il correspond au nord indiqué sur les cartes.
Il existe également des pôles magnétiques. Le pôle Nord magnétique est le point de convergence des lignes de force du champ magnétique qui entourent notre planète. Le champ magnétique terrestre y pointe vers le bas et c’est vers ce pôle Nord magnétique que l’aiguille aimantée d’une boussole s’aligne. Contrairement au pôle Nord géographique, le pôle Nord magnétique se déplace en permanence. Et pour comprendre ce phénomène, il faut revenir aux origines des pôles magnétiques.
Le champ magnétique terrestre trouve son origine au centre de la Terre et plus précisément dans le noyau externe. Ce dernier est situé entre 2 885 km et 5 155 km de profondeur, entre le noyau interne, solide, et le manteau inférieur. Le noyau externe est un océan de métal liquide constitué, notamment, de fer et de nickel, et qui abrite des mouvements de convection.
L’origine de cette convection pourrait être solutale, c’est-à-dire issue d’une variation de concentration, plutôt que thermique (variation de température). En effet, la concentration en fer-nickel du noyau externe n’est pas homogène. Au contact du noyau interne, constitué lui aussi d’un alliage fer-nickel, la cristallisation du fer et du nickel entraîne une augmentation de la concentration en éléments dissous à la base du noyau externe. Ces éléments dissous, plus légers que le fer et le nickel, engendrent une remontée du liquide métallique depuis la base du noyau externe vers le sommet. Ces mouvements, couplés à la force de Coriolis générée par la rotation de la Terre, sont à l’origine de mouvements de convection complexes qui affectent le noyau externe. Le fer étant un élément conducteur, la convection génère des courants électriques permanents dans le noyau externe. Ce sont ces courants électriques qui sont à l’origine du champ magnétique terrestre.
Les mouvements de convection solutale présents dans le noyau terrestre externe, associés à la force de Coriolis dûe à la rotation de la Terre, sont à l’origine du champ magnétique terrestre. Crédit photo : A. Z. Colvin, via Wikimedia Commons.
Les lignes du champ magnétique s’échappent du pôle Sud et suivent la courbure de la Terre jusqu’au pôle Nord où elles replongent vers le noyau. Toutes les lignes du champ magnétique situées au-dessus de 1000 km d’altitude constituent la magnétosphère.
Les pôles magnétiques ont la bougeotte
La dérive des pôles
Le noyau externe de la Terre est en perpétuel mouvement et évolution. D’infimes variations de la température ou de la concentration du noyau déstabilisent le champ magnétique à intervalles réguliers. La position des pôles magnétiques n’est donc pas fixe.
La première mesure de la position du pôle Nord magnétique remonte à 1831. Il se trouvait alors dans l’Arctique canadien. Depuis, il se déplace inlassablement vers l’est et la Sibérie. La vitesse de déplacement historique de 0 à 15 km/an a subi une accélération majeure entre les années 1990 et 2005. Depuis cette période, le pôle Nord magnétique se déplace de 50 à 60 km/an. Et depuis 2017, et alors qu’il se déplaçait jusqu’ici vers le Nord géographique, le pôle Nord magnétique se dirige désormais vers le Sud géographique.
Évolution de la position du pôle Nord magnétique au cours du temps : en bleu la position modélisée, en rouge la position mesurée. Crédit photo : Adobe Stock
Les mouvements de convection du noyau externe de la Terre génèrent le champ magnétique terrestre, véritable bouclier protecteur pour notre planète et le vivant.
Quand les pôles perdent le Nord : inversions et excursions
Les déplacements du champ magnétique terrestre peuvent être les prémices d’un phénomène plus important : l’inversion. C’est un phénomène dont l’occurrence est bien connue des scientifiques. Plusieurs inversions se sont déjà produites et les chercheurs en ont retrouvé la signature dans des coulées volcaniques. Lorsqu’une coulée de lave s’épanche à la surface de notre planète, les minéraux magnétiques qu’elle contient (magnétites, oxydes de fer) s’orientent, comme l’aiguille d’une boussole, dans la direction du pôle Nord magnétique. En refroidissant, la roche fige définitivement cette orientation. Des coulées volcaniques vieilles de plusieurs millions d’années renferment ainsi des minéraux orientés vers le pôle Sud magnétique, soit en sens inverse du champ magnétique terrestre actuel. Ces observations, particulièrement visibles sur les laves des fonds océaniques, témoignent du phénomène d’inversion du champ magnétique terrestre. La dernière inversion, dite de Brunhes-Matuyama – du nom des géophysiciens français et japonais qui ont étudié le phénomène – aurait eu lieu il y a 780 000.
Le long des dorsales océaniques, les laves s’épanchent de part et d’autre des fissures qui laissent remonter le magma. Ces laves deviennent de plus en plus anciennes à mesure qu’elles s’éloignent de la dorsale (a : environ -5 millions d’années ; b : environ -3 ou -2 millions d’années, c : aujourd’hui). Lors de leur émission, elles impriment la polarité du champ magnétique ambiant qui règne alors sur Terre : en couleur, des laves à polarité magnétique normale (pôle Nord magnétique orienté vers le pôle Nord géographique), en blanc, des laves à polarité inverse (pôle Nord magnétique orienté vers le pôle Sud géographique). Crédit photo : Wikimedia Commons.
L’inversion du champ magnétique est souvent associée à une baisse de son intensité. La fréquence des inversions est très variable. Ces 10 derniers millions d’années, le taux moyen d’inversion était de 4 à 5 inversions par millions d’années. Il y a 500 millions d’années en revanche, le taux aurait été cinq fois supérieur.
Il arrive qu’une inversion ne s’installe pas durablement et que le champ rebascule rapidement vers sa position initiale. Ce phénomène est appelé une excursion. Les excursions sont plus fréquentes que ne le sont les inversions et durent moins longtemps. L’une des dernières excursions du champ magnétique terrestre date d’il y a environ 42 000 ans. Elle est connue sous le nom d’excursion de Laschamps, du nom d’un petit village du Massif Central où des laves datant de cette période ont enregistré une orientation du champ magnétique vers l’Antarctique. Si cette excursion est un épisode classique de la longue l’histoire du champ magnétique terrestre, elle est particulièrement connue des scientifiques pour les changements climatiques majeurs qu’elle aurait générés.
Le champ magnétique est une bulle qui nous protège
Le champ magnétique terrestre constitue un véritable bouclier qui protège notre planète des ondes et des particules néfastes qui proviennent de l’Univers. Son affaiblissement lors des périodes d’inversion ou d’excursion peut entraîner des conséquences dramatiques pour l’écosystème. Ainsi, une récente étude suggère que l’excursion de Laschamps serait à l’origine d’un endommagement de la couche d’ozone sous l’effet des particules solaires. Ces dernières sont d’ordinaire déviées vers les pôles par le champ magnétique terrestre. Lors de l’excursion de Laschamps, les rayonnements cosmiques auraient attaqué et aminci la couche d’ozone, laissant ainsi passer des quantités importantes d’ultraviolets (UV). Cette excursion aurait également été accompagnée de bouleversements climatiques majeurs : refroidissements importants dans certaines régions du globe, développement de la calotte glaciaire, conditions d’aridité extrêmes dans d’autres régions ou encore des orages intenses. Ces phénomènes auraient fortement ralenti la croissance des végétaux et entraîné la disparition de plusieurs espèces végétales et animales. L’excursion de Laschamps pourrait même être le point d’orgue de la disparition de l’homme de Néandertal.
Aujourd’hui, l’accélération du déplacement du pôle Nord magnétique vers la Sibérie pourrait affecter les espèces migratrices comme les cétacés. Mais le champ magnétique terrestre est également à l’origine d’un des phénomènes les plus extraordinaires à observer sur Terre : les aurores polaires.
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Le pôle Nord géographique représente l’intersection de l’axe de rotation de la Terre avec sa surface (Nord indiqué sur les cartes).
Le pôle Nord magnétique est le point de convergence des lignes de force du champ magnétique terrestre (Nord indiqué par les boussoles).
Le champ magnétique terrestre est généré par des mouvements de convection présents dans le noyau externe de la Terre.
L’intensité et la polarité du champ magnétique varient au cours du temps.
Le champ magnétique terrestre protège la planète des rayonnements cosmiques.
L’île de Pâques, également appelée Rapa Nui, signifie dans la langue autochtone, « le nombril du monde ». En effet, cette étendue de terre mystérieuse de 164 km², à mi-chemin entre le Chili et la Polynésie française, fascine le monde entier. Connue pour ses célèbres statues Moaïs, l’île de Pâques classée aujourd’hui au patrimoine mondial de l’UNESCO, a connu un bouleversement environnemental sans précédent. Zoom sur l’île de Pâques, l’un des territoires les plus isolés au monde.
Île de Pâques : histoire volcanologique du site
Cette île, de forme triangulaire, est située au sud de l’océan Pacifique, à 4 200 km de Tahiti et à 3 500 km du Chili. D’origine volcanique, Rapa Nui est le résultat d’une activité éruptive de 3 volcans désormais éteints qui ont émergé de l’océan Pacifique. À l’est, le mont Poike est apparu, il y a 3 millions d’années. Un million d’années plus tard, plus au sud-ouest, le volcan Rano Kau s’impose, reconnaissable à son cratère à fond plat de 1,5 km de large, occupé par de nombreux lacs. Ce dernier est le plus grand volcan de l’île, mais également le plus haut avec ses 511 mètres d’altitude. Sans son éruption, aucune jonction n’aurait été possible entre les deux premiers volcans. Sa lave a ainsi permis de souder les trois cratères en une seule île. Aujourd’hui, ses laves solidifiées couvrent 80 % du territoire. Une fois l’activité volcanique éteinte, la végétation s’est ensuite développée.
Les mystérieux Moaïs de l’Île de Pâques
Il est difficile de ne pas parler de l’île de Pâques sans évoquer ses célèbres et mystérieuses statues : les Moaïs. Sculptés dans les tufs volcaniques de la carrière du volcan Rano Raraku, presque 1 000 Moaïs auraient été érigés entre 1510 et 1645 par les premiers habitants de l’île (Hanau-Eepe) bien avant l’arrivée des côlons. Plus de 400 statues gisent encore aujourd’hui dans cette carrière.
Les Moaïs de Rapa Nui ont été sculptés dans les tufs volcaniques de la carrière du volcan Rano Raraku. Crédit photo : Adobe Stock
Certains scientifiques affirment que les Moaïs servaient à indiquer les sources d’eau de l’île. D’autres encore avancent que leur construction favorisait la fertilité des sols, l’agriculture et par conséquent une production importante de nourriture. En effet, une étude poussée du terrain a montré qu’une ancienne culture de bananes, de taro et de patates douces existait. Composée de différents éléments tels que du calcium et du phosphore, la terre de la carrière Rano Raraku était la plus riche de l’île et a ainsi favorisé la croissance des végétaux. Une source d’eau douce mêlée à une extraction du tuf volcanique aurait permis de stimuler la croissance des plantes. Selon les scientifiques, il y aurait donc un lien étroit entre la richesse des terres, l’agriculture et l’édification des moaï.
Néanmoins, certains mystères demeurent toujours. À ce jour, aucun scientifique ne peut encore confirmer comment ces statues ont été transportées jusqu’au littoral.
Rapa Nui : une catastrophe écologique
Lorsque les premiers habitants polynésiens de l’île de Pâques ont colonisé cette terre entre les XIIème et XIIIème siècles, celle-ci était couverte de forêts qui ont disparu au cours du temps.
Il existe une hypothèse selon laquelle la population aurait coupé tous les arbres de l’île afin de construire et d’ériger les impressionnants Moaïs, si emblématiques de l’île de Pâques, en l’honneur de leurs clans. La colonisation des Hollandais en 1722, l’introduction de bétail et d’espèces invasives telles que les rats, l’agriculture et le confinement des autochtones dans des zones restreintes ont bouleversé l’environnement et son écosystème entre le XVIème et le XVIIIème siècle. Le palmier et les grands arbres ont disparu pour ne laisser la place qu’à quelques buissons.
Les avis des scientifiques diffèrent sur l’origine de ces bouleversements environnementaux. En 1992, les géographes et botanistes John Flenley et Paul Bahn élaborent une théorie. Après avoir étudié les pollens de la flore pascuane au cours des 37 000 dernières années, les scientifiques affirment que l’île de Pâques aurait subi une expansion démographique incontrôlée. Par conséquent, l’île a été surexploitée et la forêt a totalement disparu au cours du XVème siècle. Pour Grant McCall (1994) et Rosalind Hunter-Anderson (1998), tous les deux anthropologues, attribuent en grande partie la déforestation de l’île à une crise climatique (El Niño-Southern Oscillation). Par ailleurs, une importante sécheresse aurait pu jouer un rôle déterminant dans la déforestation et l’équilibre de la société insulaire.
En étudiant les 3 000 dernières années de l’histoire écologique de l’île de Pâques, les scientifiques ont démontré que la déforestation se serait faite de façon progressive.
Les statues Moaïs de Rapa Nui auraient été érigées par les premiers habitants de l’île de Pâques pour qu’ils s’assurent de bonnes récoltes.
L'île de Pâques et ses mystérieuses statues Moais.
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Environ 1 000 Moaïs auraient été érigés entre 1510 et 1645 par les premiers habitants de l’île avant l’arrivée des côlons. Crédit photo : Adobe Stock
Les Moaïs de Rapa Nui ont été sculptés dans les tufs volcaniques de la carrière du volcan Rano Raraku. Crédit photo : Adobe Stock
Les célèbres Moaïs de l'île de Pâques situés le long du littoral. Crédit photo : Adobe Stock
Les archéologues ne savent pas précisément comment ces statues monumentales ont été transportées jusqu'au littoral. Crédit photo : Adobe Stock
Certains scientifiques pensent que les statues Moais auraient été érigées pour assurer la fertilité des sols et de bonnes récoltes sur l'île de Pâques. Crédit photo : Adobe Stock
Île de Pâques : un écosystème fragile et menacé
Réchauffement climatique
Comme sur les autres îles, les effets du changement climatique se font ressentir sur Rapa Nui. L’élévation du niveau de la mer et l’érosion des côtes à cause des submersions marines (suite aux tempêtes) transforment progressivement les zones littorales de l’île. De plus, Rapa Nui subit de nombreuses pénuries d’eau douce en raison de la réduction des précipitations et de l’assèchement progressif des sols. La flore native est malheureusement en danger d’extinction.
Biodiversité de l’île de Pâques
La flore et surtout la faune de l’île de Pâques sont très pauvres. Le territoire recense seulement 48 espèces végétales insulaires, dont 14 introduites par les Rapanuis (ethnie polynésienne). Les arbres visibles sur l’île aujourd’hui ont tous été introduits au cours du siècle dernier, car l’île de Pâques de la fin du XIXème siècle en était totalement dénuée. Pourtant, à l’arrivée des Polynésiens, la zone était couverte de forêts d’un cousin du cocotier du Chili (Jubaea chilensis) nommé Paschalococos disperta, une espèce endémique de l’île, aujourd’hui disparue. Les plantes envahissantes telles que le mélinis (Melinis minutiflora) pionnière et pyrophile ou le lantana (Lantana camara) impénétrable et épineux viennent dorénavant prendre la place des plantes natives ce qui a un impact sur le paysage et la biodiversité locale. Par ailleurs, la situation de la mer à proximité des côtés de Rapa Nui est préoccupante. En effet, la pêche illégale a en effet provoqué une forte diminution des espèces marines autochtones comme le thon rouge du sud ou la murène.
Certains scientifiques pensent que les statues Moais auraient été érigées pour assurer la fertilité des sols et de bonnes récoltes sur l’île de Pâques. Crédit photo : Adobe Stock
Zone maritime dorénavant protégée
Afin de protéger davantage cet espace menacé, le gouvernement chilien a organisé la création d’un sanctuaire marin de plus de 720 000 km² autour de l’île en 2017. Il est ainsi protégé de toute activité humaine menacée par l’introduction d’espèces invasives, la hausse du tourisme et la surpêche. En effet, les écosystèmes coralliens de l’île de Pâques possèdent des espèces de poissons uniques au monde tels que le poisson-papillon ou le poisson-ange. Ainsi, le mode de vie des Rapanuis est préservé en soutenant une pêche artisanale. La préservation et la restauration de la biodiversité si particulière de l’île de Pâques est aujourd’hui devenue essentielle. Cette sanctuarisation est d’autant plus intéressante qu’elle est à l’initiative des Pascuans, qui ont développé au fil de leur histoire une conscience écologique très forte.
Depuis 1995, le parc national de Rapa Nui, qui couvre environ 40% de la superficie de l’île, est protégé et inscrit au Patrimoine mondial de l’UNESCO. La communauté Rapanui veille précieusement sur les traces de ce patrimoine culturel et naturel et constitue localement un pouvoir parallèle aux autorités chiliennes. Fort heureusement, le parc national de Rapa Nui présente toujours un degré élevé d’authenticité. Reste à savoir combien de temps encore.
RETENEZ
L’île de Pâques ou Rapa Nui est une île volcanique sous gouvernance du Chili.
Les statues Moais de l’île de Pâques auraient été érigées entre le XVI et XVIIème siècles par les premiers habitants de l’île afin de leur assurer de bonnes récoltes.
Avant l’arrivée des colons, Rapa Nui était une île boisée. L’expansion démographique et l’édification des Moaïs auraient participé à la déforestation de l’île au fil des siècles.
Un nouveau champ des possibles pour l’astronomie s’est ouvert le 12 juillet 2022. La NASA a dévoilé la première image réalisée par le télescope James-Webb, un bijou de technologie spatiale. Il s’agit du cliché le plus profond de l’espace où nous pouvons observer un amas d’étoiles et de galaxies qui datent de plusieurs milliards d’années. De quoi donner le vertige. Quelles sont les caractéristiques de ce nouvel observatoire cosmique ? En quoi va-t-il révolutionner la science des astres ? Décollage immédiat pour un voyage intergalactique !
Le projet spatial du télescope James-Webb
La genèse du plus grand télescope spatial du monde
Le télescope James-Webb, aussi abrégé en JWST pour James-Webb Space Telescope, a été baptisé en hommage à James Edwin Webb (1906 – 1992), le deuxième administrateur de la NASA. Ses faits d’armes sont multiples et comportent, entre autres, la direction des missions lunaires Apollo.
JWST est le fruit d’une trentaine d’années de recherches. Plusieurs pays et agences ont participé à son élaboration, dont les mastodontes de l’exploration spatiale que sont la NASA (National Aeronautics and Space Administration), l’ESA (European Space Agency) et l’ASC (Agence Spatiale Canadienne). Après avoir déboursé environ 10 milliards de dollars, le télescope, d’une taille et d’une puissance inégalables, est né. Il a ensuite été intégré à la fusée européenne Ariane 5 qui l’a propulsé dans l’espace. Le lancement de ce télescope spatial de 6 200 kg a eu lieu le 25 décembre 2021 depuis le CSG (Centre spatial guyanais).
Lancement de la fusée Ariane 5 avec à son bord le télescope James-Webb. Crédit photo : ESA, CNES, Arianespace Optique Vidéo du CSG, J. – M. Guillon
Les défis astronomiques à relever pour James-Webb
Dès sa mise en orbite, le télescope s’est attelé à ses 4 missions principales qui sont de :
découvrir les toutes premières galaxies ou objets lumineux qui se sont formés après le Big Bang ;
appréhender la naissance, l’évolution et la mort des galaxies ;
analyser la formation des étoiles jusqu’à l’élaboration des systèmes planétaires ;
mesurer les propriétés physiques et chimiques de ces systèmes et étudier les formes de vie qui pourraient s’y trouver.
L’opération de stabilisation s’étant bien réalisée, JWST s’est attelé à ses premières missions d’observation des astres. Il peut compter sur le soutien du télescope spatial Hubble, qui poursuit ses propres collectes et analyses de données.
James-Webb est-il plus performant qu’Hubble ?
Le télescope spatial Hubble est le prédécesseur de James-Webb. Lancé en 1990 Hubble est toujours en activité, mais est-ce vraiment bien nécessaire depuis que JWST a pris le relais ?
Pour étudier l’espace et les corps célestes, James-Webb dispose d’un miroir primaire 2.7 fois plus large qu’Hubble en terme de diamètre, lui conférant un meilleur pouvoir de récupération de la lumière. Il est également doté d’instruments infrarouges, ce que ne possède pas Hubble. Enfin, JWST pourra, à l’inverse de son confrère :
agir à une plus grande distance de la Terre ;
maintenir une température négative pour assurer un fonctionnement idéal ;
garantir une précision de pointage ;
offrir une capacité d’observation supérieure.
Cependant, Hubble demeure un outil capital, car il est en mesure d’observer le spectre de la lumière visible, ce que ne peut faire les instruments du JWST. C’est pourquoi les données récoltées de ces deux télescopes se compléteront à merveille.
Une comparaison des miroirs des télescopes Hubble et James-Webb. Crédit photo : NASA
Comment fonctionne le télescope spatial JWST ?
La spécificité de James-Webb : l’infrarouge
Le télescope a été pensé pour analyser l’infrarouge, qui est un rayonnement électromagnétique divisé en plusieurs sous-domaines que sont l’infrarouge proche, moyen et lointain. JWST est très performant en ce qui concerne le premier et le deuxième palier. Ses instruments analysent les longueurs d’ondes voisines de la lumière visible et qui sont émises par des éléments générant de la chaleur. Or, dans l’Univers, il existe des corps si froids qu’ils ne produisent que peu d’énergie, mais ils déploient une très forte lumière, ce qui les rend observables dans l’infrarouge.
Par exemple, les naines brunes et les jeunes étoiles formées au cœur des nébuleuses font partie des objets célestes les plus difficiles à observer. Mais JWST est en mesure de les étudier plus en détails.
Le spectre électromagnétique de la lumière. Crédit photo : Agence spatiale canadienne, NASA/J. Olmsted, STScI.
La lumière, dans l’espace, s’étire au fur et à mesure que l’Univers grandit. En effet, et en premier lieu, la lumière des étoiles est émise dans les longueurs d’ondes ultraviolettes (UV) et le spectre visible (courtes longueurs d’ondes). En second lieu, avec le temps, la lumière des astres se diffuse vers les plus grandes longueurs d’ondes, tout particulièrement dans le domaine de l’infrarouge. Ce phénomène est appelé « cosmological redshift » ou le décalage cosmologique vers le rouge. C’est pourquoi les plus anciens corps célestes sont désormais visibles grâce à James-Webb. Le télescope agit comme une sorte de machine à remonter dans le temps.
Il est à noter que les équipements de JWST produisent, eux aussi, un rayonnement infrarouge. Pour éviter de fausser les résultats qu’il génère, il doit maintenir une température négative d’environ – 233 °C. Cette capacité lui permet de se concentrer sur l’observation d’une multitude de corps célestes, qu’ils soient de plus ou moins grande taille et/ou qu’ils soient plus ou moins éloignés.
Les scientifiques ont pensé à tout. Même le positionnement de James-Webb dans l’espace n’a pas été choisi par hasard. Il gravite à un emplacement idéal qui lui permet d’être très performant.
L’intérêt du point cosmique de Lagrange L2
James-Webb orbite autour du Soleil, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Il est situé à une localisation qui s’appelle le point de Lagrange L2. C’est un point spatial imaginaire où les forces gravitationnelles du Soleil et de la Terre sont équilibrées, ce qui présente de nombreux avantages pour le télescope :
La stabilité acquise permet à ses pare-soleils une protection optimale contre la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune.
Le point L2, la Terre et le Soleil sont alignés tous les trois en même temps, combinant ainsi leurs forces gravitationnelles. De ce fait, le télescope peut se stabiliser et limiter sa consommation de carburant.
L’environnement du point de L2 offre les meilleures performances en matière d’invariabilité de température. JWST est ainsi idéalement placé pour faire des observations dans le domaine de l’infrarouge.
Le point de Lagrange L2 permet au télescope James-Webb de récolter efficacement ses données. Crédit photo : Agence spatiale européenne, Agence spatiale canadienne.
Face à la précision du lancement de la fusée Ariane 5, James-Webb a économisé beaucoup d’énergie, ce qui a rallongé sa durée d’existence. Les scientifiques pensaient au départ qu’il pouvait être opérationnel pendant environ 5 ans. Désormais, ils parlent plutôt d’une longévité pouvant atteindre 15 à 20 ans. Un temps précieux, où les instruments du télescope vont pouvoir déployer toute leur puissance afin de récolter un maximum d’informations sur l’Univers.
« Le télescope spatial James-Webb sera le prochain grand télescope spatial, conçu pour répondre aux questions existentielles sur l’Univers et réaliser des découvertes révolutionnaires dans tous les domaines de l’astronomie. C’est une mission comme il ne s’en présente qu’une par génération. » (ESA)
L'exploration du cosmos et le télescope James-Webb
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Vue d'artiste du télescope James Webb de la NASA. Crédit photo : NASA, GSFC, Adriana M. Gutierrez (CI Lab)
Composition atmosphérique de l'exoplanète WASP-96b. Des traces d'H2O de l'exoplanète WASP-96b ont été révélées grâce au télescope James Webb. Crédit photo : NASA, ESA, ASC, STScI
Lancement de la fusée Ariane 5 avec à son bord le télescope James Webb. Crédit photo : ESA, CNES, Arianespace Optique Vidéo du CSG, J. - M. Guillon
Le spectre électromagnétique de la lumière. Crédit photo : Agence spatiale canadienne, NASA/J. Olmsted, STScI.
Installation du NIRCam dans le châssis du télescope James Webb. Crédit photo : NASA, Chris Gunn
Le point de Lagrange L2 permet au télescope James Webb de récolter efficacement ses données. Crédit photo : Agence spatiale européenne, Agence spatiale canadienne.
Cliché du Quintette de Stephan pris par le télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, ASC, STScI.
Le télescope James Webb va apporter de précieuses informations concernant les noyaux actifs de galaxies. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI)
Vue d'artiste détaillant le pliage du télescope James Webb à bord d'une fusée Ariane 5. Crédit photo : ESA, D. Ducros
Une comparaison des miroirs des télescopes Hubble et James Webb. Crédit photo : NASA
Les instruments de mesure de l’observatoire spatial et ses miroirs
Fort d’une coopération mondiale, le projet a pu bénéficier des dernières technologies qui ont été intégrées dans 4 instruments de mesure :
Le spectrographe infrarouge proche (NIRSpec) : découvre les objets célestes, définit leur nature et leur composition ;
L’instrument infrarouge moyen (MIRI) : étudie notre Système solaire et les systèmes planétaires et bloque, quand cela s’avère nécessaire, la lumière des étoiles pour se concentrer sur d’autres astres ;
Le dispositif d’imagerie infrarouge proche (NIRCam) : pousse au maximum la qualité du miroir primaire de Webb pour obtenir des images nettes et profondes ;
Lfcomp’imageur proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS) : est un outil analysant les exoplanètes et leur composition moléculaire (eau, oxygène, CO2, etc.).
Installation du NIRCam dans le châssis du télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, Chris Gunn
L’élément central de James-Webb est son immense miroir, aussi appelé miroir primaire. Il est fait à partir d’un oxyde de béryllium, un métal léger et résistant aux variations de température. Une couche d’or recouvre ses 18 segments hexagonaux qui mesurent en tout 1 315 m de côté. Son bouclier thermique, situé en dessous, fait quant à lui la taille d’un court de tennis.
Face au dilemme du transport, les ingénieurs ont développé une technologie qui s’apparente à l’origami. Le dispositif peut se plier et se déplier et a pu ainsi intégrer la coiffe de la fusée Ariane. Cela représente une prouesse technique, car le miroir peut se déployer dans l’espace sans altérer son fonctionnement, ni celui de ses instruments de mesure.
Vue d’artiste détaillant le pliage du télescope James-Webb à bord d’une fusée Ariane 5. Crédit photo : ESA, D. Ducros
James-Webb, star de la révolution astrale et scientifique
L’étude des exoplanètes
Une exoplanète est une planète qui tourne autour d’une étoile en-dehors de notre Système solaire. Depuis 1995, plus de 5 000 exoplanètes ont été détectées. Certaines détiennent des propriétés physico-chimiques intéressantes, c’est pourquoi James-Webb s’est penché sur la composition de l’exoplanète WASP-96b, évoluant dans la constellation du Phénix.
Elle a été découverte en 2014 et est située à 1 150 années-lumière de la Terre. Composée en majeure partie de gaz, sa température dépasse les 500 °C, car elle orbite très près de son étoile hôte. Cependant, JWST a su révéler la structure moléculaire de l’atmosphère de l’exoplanète. Elle détient des traces d’eau et l’équivalent de nuages et de brume.
Composition atmosphérique de l’exoplanète WASP-96b. Des traces d’H2O de l’exoplanète WASP-96b ont été révélées grâce au télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, ASC, STScI
Même si le télescope Hubble a été capable, lui aussi, de découvrir une signature d’H2O en 2013 pour une autre exoplanète, JWST se démarque par l’analyse très précise de WASP-96b. Les chercheurs confirment qu’il est capable de décomposer la lumière d’une exoplanète et de fournir un rapport détaillé des différents gaz présents dans son atmosphère. Il sera donc en mesure de détecter un environnement similaire à celui de notre planète bleue, même situé à des milliers d’années-lumière.
Trappist-1 : un système exoplanétaire très prometteur
Dans la constellation du Verseau, un système exoplanétaire, nommé Trappist-1, retient toute l’attention des astronomes. Situé à environ 40 années-lumière de la Terre, il est composé d’une naine rouge, une étoile très commune dans le paysage stellaire. Elle abrite 7 exoplanètes de taille et de masse comparables à la Terre. Trois d’entre elles gravitent dans la zone d’habitabilité de leur étoile, c’est-à-dire une zone théorique, où, selon les modèles astrophysiques, la température peut permettre à l’eau de rester à l’état liquide à leur surface. En effet, les recherches ont montré qu’elles étaient telluriques, autrement dit rocheuses et qu’elles pourraient disposer d’éléments chimiques nécessaires à l’émergence du vivant.
Découvert en 2015 par le télescope belge TRAPPIST (the TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope), il s’agit à ce jour du seul système exoplanétaire rocheux découvert dans le cosmos. Cependant, il n’existe encore aucune information concrète concernant la composition atmosphérique de ces astres. James-Webb va alors tenter d’apporter des réponses. Il a été prévu que le système Trappist-1 fasse l’objet de 11 % des observations du télescope spatial. Il sera notamment à la recherche de bio-signatures, c’est-à-dire des molécules chimiques comme le méthane et l’oxygène, deux éléments chimiques nécessaires pour que se développe le vivant, comme sur Terre.
De nouvelles pistes pour comprendre les trous noirs supermassifs ?
JWST a fourni des photos spectaculaires dont un cliché aux détails inédits du Quintette de Stephan. Il s’agit d’un groupement de 5 galaxies évoluant dans la constellation Pégase :
NGC 7320 est située à 40 millions d’années-lumière de la Terre.
NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B et NGC 7319 sont éloignées d’environ 290 millions d’années-lumière de la Terre.
Cliché du Quintette de Stephan pris par le télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, ASC, STScI.
Ces 4 dernières sont particulièrement actives du fait de leurs interactions gravitationnelles, engendrant des sillons d’étoiles, de gaz et de poussière. En outre, Webb est parvenu à capturer une image de la collision des galaxies NGC 7318B et NGC 7318A. À terme, elles sont vouées à n’en former plus qu’une seule.
Par ailleurs, la galaxie NGC 7319 abrite un noyau actif de galaxie, c’est-à-dire un trou noir supermassif qui capte activement de la matière. Sa masse est estimée à 24 millions de fois celle du Soleil.
Le télescope James-Webb va apporter de précieuses informations concernant les noyaux actifs de galaxies. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI)
Les chercheurs s’intéressent beaucoup aux quasars, de jeunes galaxies comptant de nombreuses étoiles et de grandes quantités de poussières. Ils sont caractérisés par leur distance très lointaine de la Terre et l’énergie phénoménale qui émane de leur trou noir situé au centre de la galaxie. La puissance du quasar absorbe la matière proche qui aurait pu constituer de nouvelles étoiles. Or, l’observation de ce phénomène et l’impact des quasars sur leur galaxie hôte reste un mystère non élucidé à ce jour dans l’histoire de l’astronomie moderne. Les prouesses du télescope James-Webb pourraient bien, là encore, changer la donne.
RETENEZ
James-Webb est le plus grand et le plus puissant télescope jamais envoyé dans l’espace.
Grâce à sa puissance d’observation, il peut détecter la lumière infrarouge générée par les galaxies les plus lointaines.
James-Webb a pour mission principale d’en apprendre plus sur l’histoire de la formation et de l’évolution de l’Univers.
Le télescope sera notamment à la recherche d’exoplanètes, des planètes situées hors de notre Système solaire.
Après une trentaine d’années de développement et de nombreux défis techniques, le télescope James-Web (JWST) a commencé à scruter l’Univers. Sa mission, et non des moindres, tenter de dévoiler les secrets les mieux gardés du cosmos. Une première moisson de clichés a été dévoilée aux yeux du monde entier au cours de l’été 2022. Les superlatifs ne manquent pas. Jamais l’Univers n’est apparu aussi net et détaillé, pour le plus grand plaisir des astronomes mais aussi du grand public. Avec James-Webb, l’astronomie est, ni plus ; ni moins, entrée dans une nouvelle ère. Et l’aventure ne fait que commencer tant les espoirs sont immenses. Partez à la découverte des premières révélations du James-Webb à travers la description d’une série de clichés à couper le souffle.
Le télescope James-Webb dévoile l’immensité du cosmos avec une précision inégalée
Le premier champ profond de l’Univers photographié en juin 2022 par le télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
Voici la première image du télescope James-Webb, dévoilée au monde entier le 12 juillet 2022 par la NASA. Il s’agit d’un cliché inédit : le plus net et le plus détaillé de l’Univers lointain capturé à ce jour. Sans aucun doute, on y recense les galaxies les plus lointaines jamais observées dans l’histoire de l’astronomie.
Connue sous le nom de « Webb’s First Deep Field », cette image montre en détail une portion infime de l’Univers observable. En effet, ce cliché représente approximativement la taille d’un grain de sable tenu à bout de bras par une personne au sol, soit un 1/25 millionième de l’intégralité de la voûte céleste.
Cet champ profond de l’Univers, pris par la caméra proche infrarouge de James-Webb (NIRCam), est en fait une image composite réalisée à partir de nombreux clichés capturés à différentes longueurs d’onde. La prise de cette image historique a demandé environ 12 heures de travail au James-Webb, là où le télescope Hubble demandait des semaines de traitement.
L’image montre de nombreux objets superposés à différentes distances.
Au premier plan figurent des étoiles de la Voie Lactée, notre Galaxie, reconnaissables à leurs 6 aigrettes bleues avec des pointes de diffraction de la lumière, produites par les bords du miroir hexagonal du télescope.
Au second plan, on aperçoit des galaxies blanchâtres, plus lointaines par rapport à notre point de vue. Elles font partie de l’amas de galaxies SMACS 0723 tel qu’il est apparu il y a 4,6 milliards d’années.
La masse combinée de cet amas de galaxies agit comme une lentille gravitationnelle, déformant et magnifiant des galaxies beaucoup plus éloignées derrière lui, à l’arrière-plan de l’image. Ainsi, elle prennent des formes courbées et sont visibles en orange. La plupart apparaissent comme des ovales flous, mais quelques-unes ont des bras spiraux distinctifs.
Ces galaxies de fond nous renvoient leur lumière des profondeurs de l’espace et du temps, il y a environ 13 milliards d’années, soit peu de temps après la naissance de l’Univers ou Big Bang.
Avec James-Webb, les chercheurs commenceront bientôt à en savoir plus sur la masse, l’âge, l’histoire et la composition de ces galaxies, car le télescope est à la recherche des galaxies les plus lointaines, donc les plus anciennes de l’Univers.
Les « falaises cosmiques » de la nébuleuse de la Carène
La nébuleuse de la Carène est un immense nuage de gaz et de poussières au sein duquel naissent des étoiles. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
Ce qui ressemble à des montagnes escarpées par un soir de lune est en fait le bord d’une jeune région de formation d’étoiles dans la nébuleuse de la Carène. Capturée dans l’infrarouge par la caméra NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope spatial, cette image révèle des zones de naissance d’étoiles jusqu’alors masquées.
Appelée « falaises cosmiques », cette région est en fait le bord d’une gigantesque cavité gazeuse au sein de NGC 3324, située à environ 7 600 années-lumière de la Terre. La zone caverneuse a été creusée dans la nébuleuse par le rayonnement ultraviolet intense et les vents stellaires provenant de jeunes étoiles extrêmement massives et chaudes situées au centre de la bulle, au-dessus de la zone représentée sur cette image. Le rayonnement à haute énergie de ces étoiles sculpte la paroi de la nébuleuse en l’érodant lentement.
Nébuleuse de la Tarentule : un pouponnière pour la formation des étoiles
La région de formation d’étoiles de la nébuleuse de la Tarentule photographiée sous un jour nouveau par James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Dans cette mosaïque de 340 années-lumière (al) de largeur, la caméra proche infrarouge de James-Webb (NIRCam) montre la région de formation d’étoiles de la nébuleuse de la Tarentule sous un jour nouveau. Il apparaît sur ce cliché des dizaines de milliers de jeunes étoiles jamais vues auparavant.
La région la plus active semble étinceler de jeunes étoiles massives, qui apparaissent en bleu pâle. Parsemées parmi elles, des étoiles encore enfouies, apparaissant en rouge. Elles doivent encore émerger du cocon poussiéreux de la nébuleuse.
Plus loin de la région centrale des jeunes étoiles chaudes, le gaz plus froid prend une couleur rouille, indiquant aux astronomes que la nébuleuse est riche en matière complexe.
Ce gaz dense est le matériau qui formera les futures étoiles. Lorsque les vents des étoiles massives balaient le gaz et la poussière, une partie de ceux-ci s’accumule et, avec l’aide de la gravité, forme de nouvelles étoiles.
Le Quintette de Stephan et ses flux intergalactiques
Le Quintette de Stephan est un amas de galaxies qui tournent les unes autour des autres. Deux d’entre-elles sont en train d’échanger leurs flux intergalactiques et de fusionner. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
Ensemble, les cinq galaxies du quintette de Stephan sont également connues sous le nom de groupe compact Hickson 92 (HCG 92). Bien que l’on parle de « quintette », seules quatre de ces galaxies sont réellement proches les unes des autres et prises dans une danse cosmique.
La cinquième galaxie, la plus à gauche, appelée NGC 7320, est bien au premier plan par rapport aux quatre autres. Cette galaxie se trouve à 40 millions d’années-lumière de la Terre, tandis que les quatre autres galaxies, à droite (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B et NGC 7319), se trouvent à environ 290 millions d’années-lumière. Cela reste assez proche en termes cosmiques, comparé à des galaxies plus lointaines situées à des milliards d’années-lumière.
Cette proximité permet aux astronomes d’être aux premières loges pour assister à la fusion et aux interactions entre galaxies proches. Dans la partie centrale de l’image, NGC 7318A et NGC 7318B sont en train de fusionner (points blancs brillants et très proches) et échanger leurs flux intergalactiques, un processus suspecté de jouer un rôle déterminant dans leur évolution.
Le quintette de Stephan se présente ainsi comme un fantastique « laboratoire » pour étudier les processus fondamentaux de formation des étoiles et l’interaction des gaz interstellaires entre les différentes galaxies du cosmos.
De plus, le centre de la galaxie la plus élevée du groupe (NGC 7319) abrite un noyau galactique actif, ou trou noir supermassif de 24 millions de fois la masse du Soleil et 40 millions de fois plus lumineux, qui dévore activement de la matière.
En prime, les instruments du James-Webb (NIRCam et MIRI) ont révélé une vaste mer de plusieurs milliers de galaxies lointaines en arrière-plan, rappelant les champs profonds du télescope Hubble.
Le télescope spatial James-Webb a dévoilé des clichés de l’Univers avec une précision inédite.
Les premiers clichés du télescope James-Webb
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La région de formation d'étoiles de la nébuleuse de la Tarentule photographiée sous un jour nouveau par James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Le Quintette de Stephan est un amas de galaxies qui tournent les unes autour des autres. Deux d'entre-elles sont en train d'échanger leurs flux intergalactiques et de fusionner. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
La nébuleuse de l'Anneau austral est le résultat de l'explosion d'une étoile en fin de vie (supernova) qui a expulsé son enveloppe d'hydrogène dans l'espace. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
La nébuleuse de la Carène est un immense nuage de gaz et de poussières au sein duquel naissent des étoiles. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
La galaxie de la Roue de Chariot s'est formée à la suite d'une collision à grande vitesse avec une autre galaxie, il y a environ 400 millions d'années. Elle est dans un état transitoire. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
L'exoplanète HIP65426 b a été capturée grâce aux deux coronographes du télescope James-Webb, de minuscules filtres qui bloquent la lumière des étoiles. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)
Le premier champ profond de l'Univers photographié en juin 2022 par le télescope James-Webb. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
Galaxie de la Roue de chariot et sa morphologie transitoire
La galaxie de la Roue de Chariot s’est formée à la suite d’une collision à grande vitesse avec une autre galaxie, il y a environ 400 millions d’années. Elle est dans un état transitoire. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Cette galaxie s’est formée à la suite d’une collision à grande vitesse avec une autre galaxie, il y a environ 400 millions d’années. La roue de Chariot est composée de deux anneaux, un anneau intérieur brillant et un anneau extérieur coloré. Les deux anneaux s’étendent vers l’extérieur à partir du centre de la collision, comme des ondes de choc.
Toutefois, une grande partie de la galaxie spirale qui existait avant la collision demeure, y compris ses bras en rotation. C’est ainsi que sont apparus les « rayons » rouges que l’on perçoit entre les anneaux intérieurs et extérieurs et qui ont inspiré le nom de la galaxie : la roue de Chariot.
Ces teintes rouges brillantes, que l’on retrouve non seulement dans la galaxie de la roue, mais aussi dans la galaxie spirale compagne en haut à gauche, sont dues à une poussière incandescente riche en matière stellaire.
Au milieu des tourbillons de poussière rouges, on trouve de nombreux points bleus individuels, qui représentent des étoiles ou des poches de formation d’étoiles.
Les observations du James-Webb ont capturé la galaxie de la roue dans un stade très transitoire. La forme que prendra définitivement celle-ci reste un mystère. Cependant, cet instantané donne une perspective sur ce qui est arrivé à la galaxie dans le passé et sur ce qu’elle pourrait devenir dans le futur.
La nébuleuse de l’Anneau austral ou la mort d’une étoile
La nébuleuse de l’Anneau austral est le résultat de l’explosion d’une étoile en fin de vie (supernova) qui a expulsé son enveloppe d’hydrogène dans l’espace. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, STScI
Cette image fantasmagorique représente la nébuleuse de l’Anneau austral, un nuage de gaz et de poussières interstellaires. Les nébuleuses jouent une rôle déterminant dans la naissance de futures étoiles et de planètes.
L’astre brillant au cœur de la nébuleuse est en réalité un système double formé d’une étoile et d’une naine blanche, c’est-à-dire un résidu d’étoile en fin de vie.
Après que le noyau de cette étoile en fin de vie ait gonflé et explosé, il a expulsé son enveloppe extérieure d’hydrogène dans l’espace, tandis que son cœur s’est rétracté sur lui-même. A terme, il ne resta plus qu’un noyau d’étoile chaud qui a évolué lentement vers une naine blanche : une étoile de petite taille, froide, et avec une faible luminosité.
L’enveloppe d’hydrogène est visible sur la photo en orange, tandis que le halo bleu provient du plasma d’hydrogène électrisé par la naine blanche qui continue à briller au cœur de la photo, bien que non visible sur la photo.
La faible lumière de cette naine blanche est masquée par la lumière de son étoile compagnon, quant à elle bien visible au centre de l’image (étoile blanche avec ses 6 aigrettes bleues).
En observant les nébuleuses, James-Webb permettra d’appréhender la mort programmée de notre propre Soleil, dans environ 6 milliards d’années. L’explosion de notre étoile en fin de vie (supernova) produira alors un cliché similaire à celui-ci : une naine blanche et une nébuleuse qui pourra potentiellement engendrer de nouvelles étoiles et planètes.
James-Webb ouvre la voie à de nouvelles observations d’exoplanètes
L’exoplanète HIP65426 b a été capturée grâce aux deux coronographes du télescope James-Webb, de minuscules filtres qui bloquent la lumière des étoiles. Crédit photo : NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)
Pour la première fois, des astronomes ont utilisé le télescope spatial James-Webb de la NASA pour prendre une image directe d’une planète située en dehors de notre Système solaire.
L’exoplanète représentée sur l’image de Webb, appelée HIP 65426 b, a une masse de six à douze fois celle de Jupiter. Elle est assez jeune : 15 à 20 millions d’années seulement contre 4,5 milliards d’année pour la Terre. L’exoplanète est une géante gazeuse, ce qui signifie qu’elle n’a pas de surface rocheuse et ne pourrait pas être habitable. Les astronomes ont découvert la planète en 2017 à l’aide de l’instrument SPHERE sur le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral au Chili.
Comme HIP 65426 b est environ 100 fois plus éloignée de son étoile hôte que la Terre ne l’est du Soleil, elle est suffisamment éloignée pour que James-Webb puisse observer facilement la planète.
Pour les astronomes, prendre des images directes d’exoplanètes est un véritable défi car les étoiles sont beaucoup plus lumineuses que leurs planètes. La planète HIP 65426 b émet une lumière 10 000 fois plus faible que son étoile hôte dans le proche infrarouge.
L’image a été prise dans différentes bandes de lumière infrarouge par les instruments NIRCam et MIRI du télescope. Ils sont notamment équipés de deux coronographes, de minuscules filtres qui bloquent la lumière des étoiles, permettant au télescope de prendre des images directes de certaines exoplanètes comme celle-ci. Dans le cas présent, l’exoplanète est vue à travers quatre filtres lumineux qui capturent la lumière de manière différente (encarts en bas de l’image). Ainsi la morphologie et les couleurs de l’exoplanète changent quelque peu.
Bien que ce ne soit pas la première image directe d’une exoplanète prise depuis l’espace – le télescope spatial Hubble a capturé des images directes d’exoplanètes auparavant – HIP 65426 b indique la voie à suivre pour l’exploration des exoplanètes par James-Webb.
RETENEZ
Le télescope spatial James-Webb (JWST) a dévoilé des clichés de notre Univers avec une précision inégalée.
Grâce à ce télescope performant, les astronomes vont pouvoir en apprendre plus sur l’âge et l’histoire de l’Univers.
James-Webb va braquer ses instruments sur des exoplanètes, des planètes situées hors du Système solaire afin d’étudier leur composition chimique.
Au milieu du XIXème siècle, les premiers rapports d’expédition faisant état de l’observation de neige en Tanzanie provoquent la stupéfaction. Personne ne veut croire qu’à ces latitudes tropicales du continent africain, de l’or blanc puisse exister. La légende était alors en marche autour du mont Kilimandjaro. Avec ses dimensions monumentales et son altitude de 5 895 mètres, faisant de lui le point culminant de l’Afrique, ce volcan en impose dans la savane. Mais ce sont bien les glaciers et les neiges éternelles coiffant son sommet qui ont forgé sa célébrité. Joyau de la Nature et objectif plébiscité par de nombreux randonneurs, le toit de l’Afrique n’en reste pas moins un site fragile menacé par l’activité humaine. Comment ce massif volcanique est-il né et quelle évolution a-t-il traversée ? Découvrez les processus qui ont jalonné la formation du mont Kilimandjaro, les richesses qu’il renferme, mais aussi les dangers qui pèsent sur lui.
La formation géologique du mont Kilimandjaro
Un volcan enfanté par la vallée du Grand Rift
Le mont Kilimandjaro entame sa formation il y a près d’un million d’années au cœur de la vallée du Grand Rift. Cette immense faille parcourt une grande partie de l’Afrique de l’Est depuis la mer Rouge au nord jusqu’au lac Malawi au sud. Un perpétuel mouvement s’y joue, provoqué par la séparation de la plaque somalienne de la plaque africaine. Cette activité tectonique a favorisé la remontée de magma, qui est parvenu à jaillir de trois ouvertures dans le sol de l’actuelle Tanzanie. Trois volcans sont alors apparus, donnant naissance à ce qui allait devenir le massif du Kilimandjaro. Ces édifices volcaniques entrent dans la catégorie des stratovolcans. Formés par une succession d’éruptions explosives et effusives, ils se caractérisent par des versants pentus et un dôme situé à leur sommet.
Le Kilimandjaro, un alignement de plusieurs volcans
Le Kilimandjaro est à proprement parler un massif volcanique formé de plusieurs volcans, dont trois principaux.
Dans le langage courant, il désigne en réalité le volcan du Kibo. Plus récent géologiquement, il est aussi le plus élevé avec son pic Uhuru, d’une altitude de 5 895 mètres. Ce sommet fait de lui le point culminant du continent. Sa partie supérieure prend la forme d’un large plateau sommital au sein duquel les traces d’une caldeira de 2,5 km de diamètre sont encore visibles. Une caldeira désigne un vaste cratère circulaire provoqué par une éruption très explosive. Une paroi rocheuse de 200 mètres de haut encercle cet espace. En contrebas, une activité volcanique subsiste au cœur de ce plateau. Deux cratères concentriques et emboîtés laissent échapper quelques fumerolles sulfureuses : l’Ash Pit et le cratère Reusch. Le volcan n’est donc pas considéré comme totalement éteint, bien que sa dernière éruption majeure ait eu lieu il y a probablement plus de 135 000 ans.
Le Shira, situé à l’extrémité ouest du massif, est le plus ancien et le moins accidenté des sommets. À la suite d’un effondrement, il prend la forme d’un cratère d’explosion, progressivement aplani par l’érosion.
Tout à l’est, s’établit le Mawenzi autour d’un culot de lave refroidi. Sous l’effet de l’érosion, il devient par la suite un pic rocheux abrupt.
Avec ses 5 895 mètres d’altitude, la mont Kilimandjaro est le point culminant de l’Afrique. Crédit photo : Stephan Bechert on Unsplash
Les neiges du Kilimandjaro, origine de sa célébrité
Plus que son altitude impressionnante, c’est la présence de neige sur son sommet qui assure à ce massif un émerveillement et une renommée mondiale. Observée pour la première fois en 1848 par le missionnaire allemand Johannes Rebmann, sa découverte crée la polémique et une certaine réserve. Les géographes européens de l’époque allèrent même jusqu’à le soupçonner d’avoir confondu du calcaire avec de la neige. Il faudra attendre une dizaine d’années et de nouvelles explorations pour confirmer définitivement la présence de neiges éternelles aux abords du sommet du Kilimandjaro.
Le spectacle étonnant des glaciers sous l’Équateur
La présence de neige sous des latitudes proches de l’Équateur est pourtant bien avérée et confère au Kilimandjaro sa dimension mythique. Au milieu de la savane africaine, trône ainsi ce massif volcanique imposant et solitaire, auréolé de ses neiges éternelles étincelantes.
Des glaciers cantonnés au Kibo surmontent en effet la montagne. On en dénombre douze, qui s’étendent le long de ses versants. Ils offrent un contraste saisissant entre la pâleur de leurs blocs et l’opacité de la lave figée.
À cet endroit du globe, le rayonnement des ultraviolets frappe la surface terrestre en ligne directe. Les zones de glace fondent ainsi verticalement, et sculptent les glaciers de manière très étrange. Leur aspect acéré très caractéristique ferait presque penser à une œuvre cubiste.
Les glaciers du Kibo et leur forme caractéristique. Crédit photo : guillaumeastruc / Adobe Stock
Des neiges « éternelles » menacées de disparaître
Le glacier du Kilimandjaro vit aujourd’hui une phase de retrait rapide qui le rapproche inexorablement de sa disparition. Sa fonte s’est amorcée dès 1850, mais elle connaît une accélération sans précédent ces dernières décennies. Depuis le début du XXème siècle, la masse de glace a diminué de 80 %. À ce rythme effréné, on estime que les glaciers auront totalement disparu du sommet vers 2040. Les cratères du Kibo conserveront leur aspect majestueux, mais le volcan devrait perdre une partie de sa superbe avec la disparition de son manteau blanc.
Images satellites illustrant le recul des glaciers du Kilimandjaro entre 1993 et 2000. Crédit photo : Images courtesy Jim Williams, NASA GSFC Scientific Visualization Studio, and the Landsat 7 Science Team
Le réchauffement climatique est indéniablement responsable de cet impressionnant recul des glaciers. Cependant, la principale raison résiderait plutôt dans le phénomène de la déforestation. Avec l’intensification des activités humaines au pied du volcan telles que l’élevage et l’agriculture, l’humidité atmosphérique a fortement chuté autour du massif. Les répercussions se font sentir jusqu’au sommet qui enregistre une régression significative des précipitations. Dans cette situation, le rythme de formation de la glace ne compense plus celui de la fonte. La hausse globale des températures conjuguée au recul des précipitations consécutif au resserrement de la couverture végétale explique la disparition imminente des glaciers.
AU MILIEU DE LA SAVANE AFRICAINE TRÔNE LE MONT KILIMANDJARO, MASSIF VOLCANIQUE IMPOSANT ET SOLITAIRE, AURÉOLÉ DE SES NEIGES ÉTERNELLES ÉTINCELANTES.
L’étagement des végétations en fonction de l’altitude. Crédit photo : Jambo Kilimandjaro
Le mont Kilimandjaro dominant la savane. Crédit photo : André / Adobe Stock
Images satellites illustrant le recul des glaciers du Kilimandjaro entre 1993 et 2000. Crédit photo : Images courtesy Jim Williams, NASA GSFC Scientific Visualization Studio, and the Landsat 7 Science Team
Dans la forêt tropicale du Kilimandjaro, dense et humide. Crédit photo : Stephane Pothin / Adobe Stock
Avec ses 5 895 mètres d'altitude, la mont Kilimandjaro est le point culminant de l'Afrique. Crédit photo : Stephan Bechert on Unsplash
Le parc national du Kilimandjaro est classé au patrimoine mondial de l'Unesco. Crédit photo : Adobe Stock
Un séneçon géant, spécimen observable uniquement aux abords du Kilimandjaro. Crédit photo : guillaumeastruc / Adobe Stock
Les glaciers du Kibo et leur forme caractéristique. Crédit photo : guillaumeastruc / Adobe Stock
Une biodiversité parfaitement adaptée à l’altitude
Le randonneur qui se lance dans l’ascension du Kilimandjaro est rapidement frappé par la diversité des paysages qu’il rencontre. Au fur et à mesure que le sol s’élève, des sortes d’étages naturels se succèdent, avec leur population animale et végétale propre.
Les plaines
Aux abords de la montagne, des plaines s’imposent dans le panorama. Situées à des altitudes oscillant entre 600 et 1800 mètres, elles se caractérisent par un climat chaud et sec et des paysages de savane. Les étendues d’herbes dominent la végétation, mais on observe également des arbustes et des arbres, comme le baobab africain ou différentes sortes d’acacias. Cette flore abrite de nombreux oiseaux et mammifères.
La forêt de montagne
De 1800 à 3000 mètres d’altitude, s’étend l’étage montagnard. La forêt tropicale prolifère dans cet espace, faisant place à une végétation épaisse et humide. Sous la canopée, on peut observer des genévriers, des albizias ou encore d’impressionnantes fougères arborescentes. Une riche population d’oiseaux et de mammifères y a élu domicile, comme le babouin, le léopard et la mangouste.
Dans la forêt tropicale du Kilimandjaro, dense et humide. Crédit photo : Stephane Pothin / Adobe Stock
La lande
Entre 3000 et 4000 mètres d’altitude, l’étage alpin se déploie avec ses ambiances de landes et de maquis. Une végétation plus trapue se développe, composée de plantes à fleurs et d’arbustes comme la bruyère arborescente. De nombreuses espèces de passereaux aux couleurs très vives occupent ce territoire. L’aigle huppard y est également présent, chassant différentes sortes de rongeurs qui peuplent ces paysages.
Le désert alpin
Aux alentours des 4000 à 5000 mètres d’altitude, la nature fait place au désert alpin, aussi appelé étage afro-alpin. Une atmosphère sèche et un climat rude prédominent dans cet environnement. La végétation qui parvient à s’y développer se limite à des espèces parfaitement adaptées pour des conditions rigoureuses. Le séneçon géant, plante endémique au Kilimandjaro, constitue l’exemple le plus remarquable de cette flore coriace. Quant à la faune, elle se cantonne à quelques rapaces capables de s’aventurer dans ces territoires hostiles, comme la buse rounoir, l’aigle des steppes et le gypaète barbu.
Un séneçon géant, spécimen observable uniquement aux abords du Kilimandjaro. Crédit photo : guillaumeastruc / Adobe Stock
Les neiges éternelles
Au-delà des 5000 mètres d’altitude, un décor désolé domine le dernier étage nommé nival. Cette appellation souligne son rapport direct à la neige. Ses ambiances minérales ne laissent quasiment aucune place à toute forme de vie. Seuls quelques rares lichens et araignées parviennent à subsister dans cet environnement inhospitalier.
Le Kilimandjaro, un patrimoine naturel menacé à protéger
Le mont Kilimandjaro mérite le qualificatif de site naturel remarquable à bien des égards. Volcan imposant de près de 100 km de long, il est visible par temps clair depuis Nairobi, la capitale du Kenya distante de 200 km. Sa situation isolée dominant des paysages de savane, son sommet enneigé et sa très grande altitude parachèvent son caractère unique.
Toutefois, le massif manifeste des signes de fragilité qui mettent en péril la richesse de sa biodiversité. Conscientes de cette situation délicate, les autorités ont pris des mesures pour protéger l’intégrité naturelle du volcan.
Un site naturel en proie à des dangers multiples
Le massif du Kilimandjaro demeure très vulnérable du fait de nombreuses menaces ayant pour dénominateur commun l’activité humaine.
L’agriculture aux abords de la montagne provoque une pression sur les terres boisées et augmente les risques d’incendie. Elle génère par ailleurs un risque accru de pollution de l’air, de l’eau, et l’apparition d’espèces envahissantes.
Le tourisme de masse apparu avec la notoriété acquise par l’ascension du Kilimandjaro suscite également son lot de nuisances environnementales. Le prélèvement illégal de ressources ou encore le dépôt sauvage de déchets comptent parmi les conséquences néfastes de cet afflux de visiteurs.
Le changement climatique exerce aussi une tension sur le site. La fonte des glaces apparaît comme la manifestation la plus évidente, mais la hausse des températures est également nocive pour la biodiversité du lieu.
La création d’un parc national pour sanctuariser le mont Kilimandjaro
Face aux dangers de plus en plus pressants sur l’écosystème de l’édifice volcanique, le Parc national du Kilimandjaro voit le jour en 1973. En 1987, son inscription au patrimoine mondial de l’UNESCO est entérinée. Le périmètre de cette zone protégée comprend l’ensemble du massif situé au-dessus de la limite supérieure de la forêt. L’instauration de cette réserve naturelle implique la mise en place d’un plan de gestion. Des gardes forestiers sont notamment formés et déployés pour assurer l’exécution sur le terrain des actions concrètes de surveillance et de préservation de l’environnement.
Le mont Kilimandjaro dominant la savane. Crédit photo : André / Adobe Stock
Le parc a pour but de sanctuariser le site naturel du Kilimandjaro et ainsi préserver son caractère exceptionnel. L’atteinte de cet objectif se décline en plusieurs axes :
protéger l’intégrité visuelle de ce site naturel spectaculaire ;
conserver la couverture forestière de la montagne ;
défendre la biodiversité de cet écosystème.
Au beau milieu de la savane africaine, sa silhouette massive, solitaire et sa parure blanche en son sommet ont propulsé le Kilimandjaro dans la légende. Reste à savoir si le mythe entourant ce grandiose volcan africain survivra à la disparition inévitable des neiges qui ont construit sa célébrité.
RETENEZ
Le mont Kilimandjaro est le point culminant du continent africain, avec un sommet culminant à 5 895 mètres.
Ce volcan est né dans la vallée du Grand Rift, suite à la séparation de la plaque somalienne et de la plaque africaine.
Sa célébrité tient principalement à la présence de neiges éternelles sous forme de glaciers à son sommet, fait rare sous les tropiques.
Ses glaciers sont voués à disparaître rapidement à cause du réchauffement climatique et des activités humaines menées aux abords du volcan.
Le Parc National du Kilimandjaro est créé est inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO.
UNESCO Centre du patrimoine mondial [En ligne]. mondial UC du patrimoine. Parc national du Kilimandjaro; [cité le 9 sept 2022]. Disponible: https://whc.unesco.org/fr/list/403/
En géographie, les déserts sont caractérisés par des paysages secs, avec peu de précipitations. On les définit souvent comme des endroits sableux où règne la chaleur. Mais ils peuvent être également de glace, voire de pierre. Cependant, ils ont un point commun : un taux démographique très bas, voire inexistant, et une forte aridité. Alors, comment se forment les déserts ? Comment différencier ces différentes zones désertiques ? Pour mieux comprendre l’origine de ces milieux arides et leurs caractéristiques, on vous explique tout dans cet article.
Analyser les climats désertiques
Aridité : comprendre la sécheresse
Les déserts les plus chauds se trouvent essentiellement de part et d’autre de l’équateur, à environ 30° de latitude. En effet, l’air qui retombe à cet endroit est beaucoup plus dense et possède moins d’eau. Il se produit donc moins de précipitations. Mais ces déserts parviennent à recevoir un peu d’humidité grâce au brouillard qui se forme lorsque l’air chaud se condense au-dessus de l’océan, plus froid.
Selon la quantité d’eau reçue, les déserts peuvent être :
Hyperarides : moins de 50 mm d’eau par an. C’est le cas pour une partie du Sahara se trouvant entre l’Algérie et le Mali.
Arides : entre 50 mm et 250 mm de précipitations par an, comme l’Atacama au Chili.
Semi-arides : entre 250 et 500 mm de pluie par an, telle que la toundra.
Suivant leur localisation, les déserts ne bénéficient donc pas du même pourcentage de précipitation. Ce qui apporte indéniablement une chaleur plus ou moins intense. Dans tous les cas, une sécheresse s’installe durablement.
Désert du Diable, à Puna de Atacama, Argentine. Crédit photo : Maurizio-AdobeStock
Température : des extrêmes importants
En France, nous recevons en moyenne 2 000 heures de soleil par an. Certains déserts, comme le Sahel par exemple, peuvent subir plus de 3 000 heures d’ensoleillement sur une année. Le soleil chauffe constamment l’air et le sol. Les températures élevées conduisent à une évaporation conséquente.
Cependant, s’il fait chaud en journée, les nuits, elles, se rafraîchissent et peuvent atteindre des températures très basses. En effet, les nuages ne sont pas présents la nuit, il n’existe donc plus de barrière pour bloquer la chaleur émise par le sol qui est tout simplement renvoyée vers l’espace. Le sable, lui, possède une faible capacité calorifique, ce qui veut dire qu’il conserve mal la chaleur emmagasinée dans la journée. Dès que le soleil disparaît, chaque grain de sable s’isole et cela accélère la dissipation de la forte température. Ainsi, il n’est pas rare qu’il gèle en pleine nuit dans ces déserts dits chauds.
Comme ils reçoivent moins de lumière du soleil, les déserts polaires ont une température moyenne beaucoup plus basse. Au pôle Nord, en Arctique, elle se situe autour de 0 °C, mais en hiver elle peut chuter jusqu’à -40 °C. Tandis qu’en Antarctique, qui se situe au pôle Sud, la température moyenne est encore plus basse. En effet, elle se situe autour de -28 °C pendant l’été austral, mais en hiver elle est plutôt autour de -60 °C.
Comprendre comment se forment les déserts
Point de vue géologique
La plupart des déserts naissent à l’issue du processus de la tectonique des plaques. La collision des plaques océaniques et continentales crée alors des massifs montagneux, façonnant alors une barrière naturelle qui empêche la formation de précipitations.
D’autres zones arides doivent leur formation à la dérive des masses continentales au cours du temps, des hautes latitudes vers les basses latitudes. L’exemple parfait est celui de l’Australie qui se trouvait autrefois dans une région où les précipitations étaient abondantes. C’est en se déplaçant vers le nord, dans une zone subtropicale aride, que le continent australien se transforma en désert.
Tous les déserts ne se ressemblent pas, et l’on peut trouver, parfois dans la même zone aride, différents types de milieux désertiques :
Les déserts de pierres, nommés reg, représentent les paysages désertiques les plus répandus. On y trouve d’immenses espaces de graviers et de cailloux.
Les déserts de sable, appelés erg. Il s’agit de champs de dunes, modelés sans cesse par les vents dominants. Erg est le terme principal utilisé en géographie. Les Touaregs du Sahara parlent, quant à eux, de edeyen pour désigner ces dunes de sable.
Les déserts de glace relèvent d’un climat polaire. L’Arctique et l’Antarctique font partie des biomes polaires, avec la toundra. Ils se différencient des déserts chauds par des températures extrêmement basses toute l’année, et une évapotranspiration importante.
Les déserts de sel : il s’agit de lacs temporaires dont les sédiments sont composés essentiellement de sel. Ces zones sont exploitées pour extraire du nitrate de potassium ou encore du salpêtre, comme c’est le cas dans le salar d’Uyuni en Bolivie.
Désert du Sahara et massif montagneux du Hoggar en Algérie. Crédit photo : Adobe Stock
La diversité des dunes
Les déserts de sable peuvent être très divers. Beaucoup d’entre eux offrent des paysages spectaculaires grâce à des dunes aux formes très différentes. Une dune peut se déplacer de 30 cm par an, et cela change constamment le paysage des déserts. Le vent pousse les grains vers le sommet puis ils redescendent sur le côté opposé. Ainsi la dune progresse à son rythme, selon la force et la direction du vent.
Il existe différents types de dunes :
En demi-lune : il s’agit de la forme la plus commune. La formation de ce type de dunes résulte d’une vent dominant dont la direction reste toujours la même. Ces dunes de sable sont plus larges que courtes.
Linéaires : elles sont représentatives des régions où les vents soufflent dans deux directions contraires. Plus longues que larges, elles peuvent mesurer 400 kilomètres de long sur 600 mètres de large. Ces dunes sont rarement isolées.
En étoile : on les trouve dans les régions où les vents vont dans toutes les directions. De formes pyramidales, ces dunes grandissent plus souvent en hauteur que sur les côtés.
À coupole : plutôt rares, elles se forment en marge des déserts et sont de forme ovale ou circulaire.
En parabole : typiques des zones arides côtières, ces dunes ressemblent à des U. Elles ont pour origine un élément, souvent de la végétation, qui stoppe la progression du sable tandis que la partie centrale continue à avancer.
On peut trouver ces différents types de dunes sous trois formes : simple (petites collines), composée (grandes dunes surmontées de dunes plus petites), ou complexe (plusieurs types de dunes différents).
Dunes dans le désert de Namibie. Crédit photo : Sugrit / Adobe Stock
Situer les différents déserts
Où se trouvent les déserts chauds ?
Les déserts chauds sont des déserts subtropicaux ou tropicaux. On les trouve au niveau des latitudes comprises entre 30° et 35° nord et sud. C’est dans ces zones que l’on trouve une ceinture permanente d’anticyclones subtropicaux dynamiques, ce qui en fait des zones à haute pression. Ces anticyclones sont responsables de l’air chaud et asséchant. Effectivement, l’air qui descend au niveau du sol est très sec, car il a perdu une grande quantité d’humidité au-dessus des zones équatoriales.
Les vents dominants de ces régions, les alizés (soufflant d’est en ouest), sont également responsables de la chaleur et de la sécheresse. L’aridité de ces déserts est accentuée par la continentalité ou encore par l’ombre pluviométrique due à un relief. L’ombre pluviométrique est un phénomène qui se produit sur une barrière montagneuse qui n’est pas soumise au flux direct des masses d’air humide. Un côté de la montagne reçoit beaucoup de précipitations, alors que le côté protégé du vent reste beaucoup plus sec.
Ce phénomène explique la sécheresse de nombreux déserts, qu’ils s’agissent des déserts chauds ou des déserts froids.
Localisation des déserts les plus froids
Les déserts froids se forment aux latitudes les plus élevées. Certains de ces déserts se trouvent dans des lieux très éloignés de sources d’eau comme les océans et se forment à l’intérieur des terres, comme ceux situés en Asie centrale.
D’autres déserts polaires sont séparés des océans par des chaînes de montagnes ou des reliefs importants, ce qui amène une faible quantité d’humidité et donc peu de précipitations.
La nuit, le ciel dégagé du désert permet à la chaleur emmagasinée la journée de s’échapper. Dans le désert du Sahara, la température peut alors passer de 49 °C à -18 °C, au cours de la même journée.
La diversité des déserts : des milieux extrêmes
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Désert du Sahara et massif montagneux du Hoggar en Algérie. Crédit photo : Adobe Stock
Désert du Diable, à Puna de Atacama, Argentine. Crédit photo : Maurizio-AdobeStock
La végétation du désert s'est adaptée au manque d'eau et à la sécheresse. Crédit photo : Ray Redstone, Adobe Stock
Panorama des dunes de sable du désert du Sahara. au coucher du soleil. Crédit photo : Adobe Stock
Dunes dans le désert de Namibie. Crédit photo : Sugrit / Adobe Stock
Jeune dromadaire, animal typique des déserts arides. Crédit photo : Christophe Aymand, Tous droits réservés.
Désert polaire en Antarctique. Crédit photo : Wayne / Adobe Stock
Début du désert au sud du Maroc. Crédit photo : Christophe Aymand, Tous droits réservés
Une arche de pierre dans le désert de Wadi Rum. Crédit photo : tobago77, Adobe Stock
Le canyon de Red Rock dans le désert Mojave. Crédit photo : Chee-Onn Leong, Adobe Stock
Connaître la typologie des différents déserts
Lorsqu’on nous parle de désert, nous avons tendance à penser directement au Sahara. Bien qu’il soit l’un des déserts les plus grands et les plus chauds du globe, il n’est pas le seul, d’autant que les déserts peuvent répondre à des critères bien différents. L’Antarctique est également un désert, bien qu’il soit plus polaire. La géographe Monique Mainguet est parvenue à réaliser un classement typologique de ces paysages.
Les déserts chauds côtiers
Ces déserts sont souvent brumeux, et toutes les conditions météorologiques y sont particulières. Ils résultent de la formation d’anticyclones, de masses d’air de basse température et des remontées d’eau des profondeurs de l’océan. Ces dernières sont appelées upwellings. Le désert d’Atacama et celui du Namib sont des exemples typiques de ce type de zone désertique.
Les déserts tropicaux et subtropicaux sans hivers notables
Le Sahara ou encore le désert australien font partie de ces déserts tropicaux et subtropicaux. Ce type de désert se caractérise par un fort ensoleillement et une forte évaporation. La faible humidité (15 à 35 %) participe à la sécheresse des lieux. Les températures moyennes dépassent régulièrement les 30 °C, pouvant aller jusqu’à 49 °C en journée au Sahara.
Les déserts d’abri de basse latitude aux hivers tempérés
Leurs caractéristiques météorologiques se rapprochent de celles des déserts tropicaux ou subtropicaux : une chaleur très forte et un ensoleillement prononcé. Mais ces lieux désertiques sont situés à l’abri des montagnes, ce qui a tendance à bloquer les dépressions qui arrivent de l’océan. Lorsque l’air atteint le sommet du relief, il se refroidit et s’assèche. En dévalant le versant sous le vent de la montagne, cette masse d’air froid et sec se réchauffe progressivement à mesure qu’il se rapproche du sol : le vent devient chaud. C’est ce qu’on appelle l’effet de Foehn. Par exemple, ceux des Mojaves ou le Sonora aux États-Unis sont des déserts d’abri.
Les déserts continentaux à fortes amplitudes thermiques et hivers froids
Placés également à l’abri des chaînes montagneuses, ils se trouvent sous des latitudes tempérées. Le désert de Gobi ou celui de Karakoum sont, comme une grande partie de ces déserts continentaux, situés en Asie centrale. Les hivers y sont très froids et les étés souvent extrêmement chauds. L’amplitude thermique annuelle de ces régions connaît d’importantes variations.
Les déserts polaires froids
Les zones arctiques et antarctiques connaissent très peu de précipitations. En effet, la présence d’anticyclones alimentés en air glacial et très sec empêche la pluie de se former. La plupart des déserts polaires sont recouverts de champs de glace ou de calottes glaciaires toute l’année. La toundra, bien différente, peut soutenir une vie végétale et animale en été : il s’agit plus d’une typologie de désert subpolaire semi-aride.
Désert polaire en Antarctique. Crédit photo : Wayne / Adobe Stock
Découvrir la biodiversité des zones désertiques
La faune et la flore de ces milieux désertiques, qu’ils soient chauds ou froids, ont su montrer une capacité d’adaptation remarquable. Les espèces végétales et animales ont développé des critères anatomiques et physiologiques leur permettant de supporter des conditions climatiques extrêmes.
Une faune riche et diversifiée
Les températures extrêmes et l’environnement offrant peu de cachettes, les animaux vivant dans les déserts chauds sont souvent des espèces nocturnes. La journée, la température du sol est très élevée puis l’air suffoquant, ce qui rend les animaux actifs surtout la nuit. Cela leur permet de profiter de la fraîcheur. Certaines espèces animales ont développé des compétences hors-norme comme la fourmi argentée du Sahara, Cataglyphis bombycinus, qui peut marcher sur le sol brûlant du désert, à plus de 70°.
Les animaux les plus typiques des déserts chauds sont les fennecs, les dromadaires, les serpents, mais aussi les scorpions, tous capables de s’adapter à ces zones hostiles. Les gazelles, quant à elles, ont tendance à rester là où poussent des épineux.
Jeune dromadaire, animal typique des déserts arides. Crédit photo : Christophe Aymand, Tous droits réservés.
En ce qui concerne les déserts polaires, la faune a aussi évolué pour s’adapter aux conditions froides. C’est le cas des baleines, des phoques ou encore les renards et les lièvres polaires qui ont dû s’acclimater pour apprendre à se nourrir et se cacher des prédateurs. Comme les ours polaires, qui, grâce à leur épaisse fourrure blanche, peuvent se fondre dans le paysage et se protéger du froid avec les couches de graisses se trouvant sous leurs poils.
Une végétation hors du commun
Les plantes du désert ont dû trouver des techniques leur permettant de vivre avec très peu d’eau. Elles ont trouvé des adaptations pour économiser l’eau et limiter la transpiration. Puiser l’eau du sol est également difficile dans ces milieux arides, stocker le maximum d’eau quand il est possible d’en avoir est alors indispensable.
La végétation typique qui évolue dans les déserts chauds est appelée xérophyte. Il s’agit notamment des plantes succulentes et grasses, cela veut dire qu’elles ont la capacité d’absorber le plus d’eau possible par leurs racines et parviennent à la garder en réserve dans leurs tiges ou leurs feuilles. Le cactus en est l’exemple parfait. Ces épines sèches lui permettent d’évaporer très peu d’eau contrairement aux plantes à feuilles.
Les végétaux des déserts chauds ont développé un ensemble de stratégies indispensables à leur survie. Par exemple, certaines plantes parviennent à pousser pendant les saisons humides puis leur graines ne germent plus pendant la saison sèche. Elles repoussent à nouveau dès que l’humidité est suffisante. On les appelle les annuelles. Quant à elles, les plantes pérennes vivent toute l’année mais peuvent toutefois arrêter de pousser pendant les saisons sèches.
La végétation du désert s’est adaptée au manque d’eau et à la sécheresse. Crédit photo : Ray Redstone, Adobe Stock
Concernant les déserts froids, une petite minorité de plantes s’est adaptée aux conditions extrêmes. L’Antarctique abrite une multitude de lichens, de champignons, de bryophytes (petites mousses vertes) et d’algues. Ces plantes ne possédant pas de racines, elles peuvent survivre dans des lieux pauvres en nutriments. En effet, leurs besoins sont moins importants que les végétaux vasculaires qui, eux, ont un système racinaire complexe. Seules deux espèces de plantes vasculaires sont présentes sur ce continent : la canche antarctique et la sagine antarctique. Elles ont développé des capacités d’adaptation pour pallier le manque de lumière et de chaleur.
Comprendre l’impact des activités humaines sur la désertification
Comprendre le phénomène de progression des déserts
Chaque année, près de 40 000 km² de terres se transforment en zones désertiques, soit l’équivalent de la superficie de la Suisse. Ce phénomène est connu sous le nom de désertification ou avancée des déserts et s’aggrave considérablement ces dernières années, notamment à cause des activités humaines.
La principale cause de cette désertification est liée à l’agriculture intensive. En effet, la désertification survient lorsque les terres agricoles sont surexploitées, principalement sous les climats secs et où les écosystèmes sont déjà fragilisés. La culture intensive et l’élevage du bétail épuisent les terres de leurs nutriments, puis emmagasinent les sels toxiques.
Début du désert au sud du Maroc. Crédit photo : Christophe Aymand, Tous droits réservés
Les pratiques agricoles déraisonnées, et plus globalement les activités économiques restent les principaux problèmes de l’accentuation de la désertification. La disparition de la mer d’Aral en est, malheureusement, un parfait exemple. Pour la culture du coton, ses ressources en eau ont été puisées à un niveau tel qu’il ne reste seulement plus que 10 % de sa superficie originelle.
Mais l’action de l’homme n’est pas le seul responsable de la progression des déserts. Le vent y contribue fortement. Phénomène météorologique naturel, il accentue les problèmes en emportant sur son passage les éléments nutritifs des sols. En déplaçant les dunes de sable déjà existantes, il permet au fur et à mesure du temps une avancée inévitable des déserts.
De plus, la végétation qui meurt laisse alors le sable et la terre à nue, ce qui reflète davantage la chaleur. Ainsi la formation des courants ascendants d’air humide, à l’origine des nuages et de la pluie, est plus rare : le processus de désertification s’accentue.
Découvrir les alternatives pour ralentir la désertification
Pour tenter de stopper, ou tout du moins de ralentir la progression des déserts, plusieurs idées ont été mises en place dans diverses régions du monde :
La Grande Muraille verte : lancée en 2007, ce projet a pour but de planter des arbres sur une ligne sur 7 800 km entre Dakar et Djibouti, afin de créer une barrière forestière pour ralentir la progression du désert.
En Chine, Pékin lutte pour ralentir l’avancée du désert de Gobi en plantant des arbres depuis 2014. En 2020, des milliards d’arbres avaient déjà été plantés, soit 30 % du projet.
En France, des palissades de bois (appelées ganivelles) sont installées à proximité des dunes le long des côtes, comme au bassin d’Arcachon, pour faire office de brise-vent. Pour parfaire cette installation, des couvertures de débris végétaux ont été installées sur les dunes. Ce système ingénieux permet de piéger les graines et assure une bonne rétention d’eau pour la croissance des plantes.
La progression des déserts est en constante augmentation dans le monde, et les populations tentent comme elles peuvent de s’adapter. Ces zones arides aux températures extrêmes ne facilitent pas non plus l’épanouissement du vivant.
RETENEZ
La formation des déserts est liée à l’aridité du climat (faible précipitations) et des températures extrêmes (valeurs positives et/ou négatives).
Il existe 3 grands types de déserts : les déserts de pierre (reg), les déserts de sable (erg) et les déserts de glace des zones polaires.
Malgré des conditions climatiques extrêmes, les zones désertiques possèdent une certaine biodiversité qui a su s’adapter au manque d’eau.
Les activités humaines, tout particulièrement l’agriculture intensive, participent à la progression des déserts dans le monde entier.
L’Homme tente de stopper cette désertification par plusieurs moyens, notamment en plantant des barrières d’arbres.
Il y a 4000 ans, les mangroves étaient déjà connues des peuples australiens et amérindiens qui les utilisaient pour leurs nombreuses ressources. En Occident, leur première mention écrite en 305 av. J.-C. est attribuée à Androsthène de Thasos, scribe d’Alexandre le Grand. Mais la surface de cette forêt sur pilotis autrefois gigantesque ne cesse de diminuer. En effet, plus de 35 % des mangroves ont disparu en 20 ans. Nimbées de mystères, résilientes, riches en faune et en flore, elles sont aujourd’hui menacées par la pollution, le défrichage et l’implantation de bassins à crevettes. Zoom sur la mangrove, réservoir de biodiversité exceptionnelle en péril.
La formation d’une mangrove
Cette formation végétale est caractéristique des régions tropicales et subtropicales. Elle borde ¼ des côtes tropicales, principalement entre les latitudes 25°N et 25°S. On retrouve des mangroves en Australie, de l’Indonésie aux Philippines, en passant par Madagascar, le Niger, jusqu’en Amérique Centrale et le long de la côte brésilienne.
Répartition des littoraux à mangrove dans le monde (in Taureau, 2017 [12] d’après Alongi, 2009 [13] ; Hogarth 2007 [14] et Tomlinson, 1994 [15]), ResearchGate
La formation d’une mangrove dépend de plusieurs conditions. Cette forêt littorale pousse dans des eaux saumâtres et pauvres en oxygène. Les mangroves naissent suite à l’accumulation de sédiments qui se déposent à chaque marée basse sur le littoral. Ces derniers, mélangés à l’eau venant du front de mer, protègent de la houle la partie du banc de sable située le long du rivage. C’est là que se dépose la vase, formée de sédiments qui étaient alors en suspension dans la mer, et d’excédents de nutriments provenant du ruissellement terrestre.
Les mangroves ne sont pas stables. Elles se déplacent de quelques mètres à chaque saison. Soumises au flux et reflux des marées, elles sont inondées à chaque marée haute. Les courants marins grignotent les bancs de vase situés à l’arrière du rivage. Ce faisant, les sédiments protègent les mangroves à l’avant pour former une nouvelle zone sur laquelle des arbres vont s’implanter.
Vue satellite de la région des Sundarbans et ses mangroves au Bangladesh et en Inde. Crédit photo : NASA image created by Jesse Allen, Earth Observatory, using data obtained from the University of Maryland’s Global Land Cover Facility., Public domain, via Wikimedia Commons
Cette instabilité oblige la végétation à s’adapter. Une espèce s’est particulièrement acclimatée à ce milieu atypique : le palétuvier.
Le palétuvier : un hôte omniprésent de la mangrove
Appartenant à la famille des Rhizophoracées, le palétuvier est une halophyte, c’est-à-dire une plante adaptée aux milieux salés grâce au processus de l’osmose. Par un système de transfert de molécules d’eau, les palétuviers luttent contre le sel présent dans l’eau de mer. Ils la filtrent pour en excréter le surplus de salinité, notamment à la base des feuilles.
Même si l’on en compte entre 60 et 70 espèces à travers le monde, la mangrove regroupe 3 grandes espèces de palétuviers :
Le Rhizophoramangle ou palétuvier rouge se déploie plutôt à l’intérieur des mangroves d’estuaires, dans les zones de balancement des marées.
L’Avicenniagerminans ou palétuvier blanc forme des peuplements arbustifs de 4 à 5 mètres de haut. C’est l’espèce la plus adaptée aux estrans, zones du littoral recouvertes périodiquement par la marée.
Le Lagunculariaracemosa ou palétuvier gris s’est adapté aux mangroves côtières à fort taux de salinité.
Ces arbres développent une grande capacité d’adaptation dans un environnement naturel hostile à la végétation. Sur le palétuvier rouge, les fruits, ou propagules, ont la forme d’une gousse. Arrivés à maturité, ils se détachent de l’arbre pour se planter dans la vase, sans risquer d’être emportés par la marée. Cependant, dans les zones soumises à de forts courants marins, les propagules dérivent sur plusieurs kilomètres dans une eau très saline avant de s’enraciner. Le palétuvier est vivipare, c’est-à-dire que la graine a déjà germé lorsque le fruit tombe au sol.
Le palétuvier présente une autre caractéristique : ses racines aériennes apparentes en forme d’arceaux. Telles des échasses, elles lui permettent de s’ancrer dans la vase afin de ne pas être emporté par la marée. Ces racines aériennes sont couvertes de lenticelles, de petits pores permettant l’apport d’oxygène. Piégées dans le limon, les racines des palétuviers développent des pneumatophores. Semblables à des excroissances, ce sont des capteurs d’oxygène à marée basse, garnis de lenticelles.
Le palétuvier : l'arbre emblématique de la mangrove
Véritable forêt amphibie, la mangrove doit faire preuve d’ingéniosité pour survivre. La richesse nutritive du sol favorise une croissance très rapide des arbres. Adultes, certains peuvent atteindre jusqu’à 30 mètres de haut.
La mangrove est un écosystème exceptionnel qui ne cesse de régresser, fragilisé par les activités humaines et le réchauffement climatique.
Un refuge naturel favorable à un écosystème marin et terrestre très riche
Les mangroves couvrent les zones intertidales, ou zones de bord de mer recouvertes à marée haute et découvertes à marée basse. Ces écosystèmes uniques sont des zones de repères pour de nombreuses espèces vivantes. Poissons et invertébrés marins y migrent pour s’y nourrir et se reproduire.
En effet, ce réservoir de biodiversité est une nurserie : c’est un refuge pour les poissons coralliens juvéniles, les jeunes requins, ou encore les tortues. Les racines de palétuviers forment un véritable réseau labyrinthique dans lequel les alevins trouvent refuge et grandissent à l’abri des prédateurs.
C’est également une importante zone de nidification pour les oiseaux, notamment des sternes. Ces oiseaux marins pondent leurs œufs directement sur le sol, ce qui les rend extrêmement vulnérables.
Les mangroves offrent également des zones de refuge et de reproduction pour bon nombre d’espèces terrestres. C’est notamment le cas du tigre du Bengale, en danger d’extinction. C’est aussi le cas de la loutre géante d’Amazonie, considérée comme une espèce en danger par le WWF (Fonds Mondial pour la Nature).
La fréquentation croissante des mangroves par l’Homme constitue une réelle menace pour de nombreux animaux.
La mangrove : une position stratégique entre terre et mer
Les mangroves rendent de nombreux services aux sociétés humaines, et leur préservation est essentielle dans la lutte contre le réchauffement climatique.
Un puits de carbone
Les mangroves stockent environ 34 millions de tonnes de carbone (CO2) par an. Il s’agit de l’écosystème qui absorbe le plus de CO2 au monde. Les feuilles des palétuviers l’absorbent avant de le rejeter dans l’eau. Ce sont de véritables puits de carbone à ciel ouvert, indispensables à la régulation du climat.
Un filtre antipollution et purificateur naturel
Les racines des palétuviers filtrent l’eau et la purifient, tout en empêchant les sédiments d’être emportés par les vagues. Le limon retient les polluants et les métaux lourds. En 2018, une expérience réussie a été menée à Mayotte. Sur l’île, les mangroves ont servi de « filtres » aux eaux usées, selon l’étude menée par Emma Michaud, écologue marine au CNRS.
Une barrière de protection naturelle
Les mangroves forment une barrière de protection contre les ouragans et les cyclones qui menacent les villes côtières. Elles servent aussi à lutter contre l’érosion des sols et les chaleurs extrêmes. La montée des eaux liée au réchauffement climatique représente une réelle menace pour les zones urbaines, privées des zones tampons que constituent les mangroves.
La mangrove : un réservoir de biodiversité menacé
Cette forêt amphibie ne cesse de reculer d’année en année. Selon François Fromard, directeur de recherche émérite au CNRS, dans certaines régions, la mangrove est remplacée à 80% par des bassins à crevettes. Les palétuviers sont coupés pour laisser la place à des fermes à crevettes. Tous les 6 mois, des eaux chargées de toxines sont relâchées dans les flots environnants. Au fil des ans, le taux de nocivité est tel que les palétuviers meurent, tandis que les bassins saturés en toxines sont abandonnés pour en construire d’autres.
En 2019, selon Energy Observer, la production mondiale de crevettes a atteint un niveau record : 74 millions de tonnes. Elle devrait atteindre les 92 millions de tonnes en 2022.
La mangrove est encore souvent considérée par les populations locales comme un réservoir quasi inépuisable de nourriture et de bois de chauffage. C’est une zone de pêche surexploitée qui déséquilibre tout l’écosystème terrestre et marin.
Certains organismes, tel que le WWF, mènent des campagnes de protection et de valorisation de la mangrove. À Madagascar, un programme de restauration des mangroves et de gestion durable de la pêche des filières « poissons » et « crabes » a été mis en place dès le milieu du 20ème siècle. Ce programme permettrait d’augmenter les volumes de pêche de plus de 10 %.
Si elle semble inatteignable et parfaitement résiliente, la mangrove n’en demeure pas moins une forêt fragile qui doit être préservée. En effet, de nombreuses espèces animales et végétales en dépendent. De la même manière, la biodiversité des zones tropicales dépend en très grande partie de la préservation de la mangrove.
RETENEZ
Cette forêt amphibie entre terre et mer borde 1/4 des côtes tropicales.
La mangrove évolue dans la zone de balancement des marées. Elle sert de lieu de reproduction et de refuge pour de nombreuses espèces animales.
L’arbre emblématique de cette écosystème marin est le palétuvier qui vit sur pilotis grâce à ses racines aériennes.
La mangrove est l’écosystème qui absorbe le plus de dioxyde de carbone (CO2) dans le monde.
Cette forêt littorale est menacée par les activités humaines (pollution, déboisement, implantation de bassin à crevettes).
UNESCO Centre du patrimoine mondial [En ligne]. mondial UC du patrimoine. Message de Mme Audrey Azoulay, Directrice générale de l’UNESCO, à l’occasion de la Journée internationale pour la conservation de l’écosystème de la mangrove (26 juillet 2022); [cité le 17 août 2022]. Disponible: https://whc.unesco.org/fr/actualites/2455/
Chaque jour, l’homme utilise les énergies fossiles pour se déplacer, faire fonctionner les usines, se chauffer ou encore fabriquer des vêtements. Sans la découverte et l’utilisation du charbon, du pétrole et du gaz, les progrès humains auraient été plus limités durant ces derniers siècles. Aujourd’hui ces énergies sont décriées. Elles participent activement aux émissions de gaz à effet de serre qui détruisent les écosystèmes planétaires. Mais, savez-vous quelles sont les origines des énergies fossiles et comment elles se sont formées ? Et finalement, comment l’activité humaine a pu transformer des ressources naturelles en poison pour notre planète ?
La lente formation des énergies fossiles
Pour bien comprendre la formation des énergies fossiles, il faut remonter le temps à environ 350 millions d’années avant notre ère. C’est à cette époque lointaine que le charbon, le gaz et le pétrole se sont formés dans des processus très lents et naturels. Le plus incroyable reste que les énergies fossiles n’auraient jamais pu voir le jour sans deux éléments clés : les espèces animales et végétales.
La formation du charbon : de l’ère du carbonifère à nos jours
Il faut bien imaginer qu’aux périodes du Carbonifère et du Permien, la Terre était alors composée d’immenses régions tropicales, très humides et à la végétation dense. Au fil du temps, les débris d’arbres, de fougères et d’autres végétaux se sont déposés naturellement sur le sol. Rapidement, ces résidus se sont enfouis sous une couche d’eau.
Représentation d’une forêt à l’époque du Carbonifère. Crédit photo : Adobe Stock
Puis, cette matière organique végétale s’est ensevelie plus profondément dans le sol au gré de l’apport en nouveaux sédiments, pour ensuite se mélanger et recouvrir totalement la couche. Ainsi, un nouveau support apparaît à la surface pour donner vie à une nouvelle végétation.
Sous terre, le mélange formé de sédiments et de végétaux a commencé sa transformation. Il est passé progressivement à l’état de roche, sous l’effet de trois actions :
l’augmentation de la température au fil de l’enfouissement,
la transformation des molécules organiques par des bactéries. En effet, celles-ci ont libéré l’oxygène (O2), l’hydrogène (H2) et l’azote(N2) contenus dans les tissus des végétaux et augmenté leur concentration de carbone (C),
et la faible teneur en dioxygène dans l’eau qui a empêché la décomposition et favorisé la fossilisation.
C’est ainsi que le charbon s’est formé durant plusieurs millions d’années. Au fil des temps géologiques, une succession de couches se sont déposées pour former aujourd’hui le sous-sol terrestre, alternant entre strates de charbon et roches sédimentaires.
Les différentes étapes de la formation du charbon. Crédit photo : Adobe Stock
Durant ces différents stades de sédimentation et d’enfouissement, la teneur en carbone du charbon évolue avec la profondeur. Ainsi, on peut retrouver :
la tourbe, au plus proche de la surface (50 à 55 % de carbone),
le lignite, entre 0 et 2 mètres de profondeur (55 à 75 % de carbone),
la houille, de 4 à 8 mètres (75 à 90 % de carbone),
et l’anthracite, du carbone presque pur, à environ 12 mètres du sol (plus de 90 % de carbone).
Le charbon augmente sa teneur en carbone au fil de son enfouissement. Crédit photo : Dosto, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Le charbon reste là où il est né. Parfois, les formations géologiques vont former des veines qui peuvent faire varier l’épaisseur du charbon de quelques centimètres à une centaine de mètres.
D’où viennent le pétrole et le gaz ?
Pour le pétrole et le gaz, le processus est légèrement différent. Tout commence par la mort d’organismes vivants, il y a 20 à 350 millions d’années. Théoriquement, à cette époque reculée, lorsqu’un être meurt, il se décompose de deux manières :
soit il est mangé par des bactéries ou des charognards,
soit il est exposé à l’air ambiant ou à des eaux chargées en oxygène et il se transforme en engrais naturel qui permettra la croissance de nouvelles plantes.
Toutefois, 0,1 % de ces êtres vivants ne rentrent pas dans ce schéma. À la fin de leur existence, ils viennent se déposer au fond de l’océan, très pauvre en oxygène et avec peu de courant. Cette matière organique, presque totalement préservée, vient se mêler à des minéraux (argile, sables fins, etc.) et au plancton marin mort. Ce mélange forme des couches successives de boue qui vont durcir et se transformer à terme en roches sédimentaires.
Sous le poids des différentes couches, cette roche s’enfonce de plus en plus dans la croûte terrestre. Plus elle descend, plus la température et la pression augmentent. L’azote et l’oxygène disparaissent progressivement. La matière se transforme alors en kérogène, une matière liquide composée d’eau, de dioxyde de carbone et d’hydrogène.
Arrivé entre environ 3 800 et 5 000 mètres sous terre et sous l’effet de fortes chaleurs, le kérogène devient plus léger. Il a tendance à remonter. Si rien ne l’arrête, il peut suinter à la surface de la Terre ou se transformer en bitume. Parfois, il peut se retrouver piégé dans une roche étanche qui forme un réservoir. C’est à ce moment-là que le mélange décante lentement et que trois matières se distinguent : le gaz, plus léger, remonte en premier, suivi du pétrole et enfin de l’eau. Ce sont ces poches qui vont être forées par l’homme pour en extraire le gaz ou le pétrole.
Des millions d’années sont nécessaires pour que se forment pétrole et gaz. Crédit photo : Adobe Stock
Les énergies fossiles n’auraient jamais pu voir le jour sans deux éléments clés : les espèces animales et végétales.
Les énergies fossiles
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Les rejets de CO2 liés aux activités humaines sont à l'origine du réchauffement climatique. Crédit photo : Adobe Stock
Exploitation de gaz et de pétrole sur une plateforme offshore. Crédit photo : Adobe Stock
Représentation d’une forêt à l’époque du Carbonifère. Crédit photo : Adobe Stock
Un mine de charbon à ciel ouvert. Crédit photo : Adobe Stock
Des millions d’années sont nécessaires pour que se forment pétrole et gaz. Crédit photo : Adobe Stock
Les différentes étapes de la formation du charbon. Crédit photo : Adobe Stock
Plateforme pétrolière de nuit. Crédit photo : Adobe Stock
Pollution maritime au pétrole. Crédit photo : Adobe Stock
L’homme et les hydrocarbures
L’histoire de l’homme et des hydrocarbures est très récente. Leur extraction et leur utilisation sont intimement liées à l’activité industrielle humaine depuis quelques siècles seulement.
Une brève histoire de l’exploitation du charbon
Le charbon est exploité dans des mines souterraines ou à ciel ouvert, creusées sur plusieurs centaines de mètres de profondeur. Selon son taux de carbone, le charbon est utilisé dans différents domaines :
En sidérurgie, le coke (du charbon quasiment pur), sert à fabriquer la fonte.
L’anthracite est utilisé pour le chauffage domestique.
Le lignite est utilisé surtout pour des chaudières industrielles.
La tourbe, sous forme de briques séchées, sert au chauffage de certaines maisons (en Irlande, par exemple).
Au milieu du XIXème siècle, le déclin du charbon se fait sentir. Son extraction est difficile, ses rejets de particules sont trop importants et s’avèrent nocifs pour la santé et l’environnement. Il est remplacé d’abord par le pétrole, puis progressivement par le gaz. Aujourd’hui, il est utilisé principalement pour la production d’électricité, dans des centrales thermiques, notamment en Chine.
Un mine de charbon à ciel ouvert. Crédit photo : Adobe Stock
Gaz et pétrole, des énergies récentes et omniprésentes
Extraction et transport
Le gaz et le pétrole sont extraits grâce à des forages ou des puits. De grands tuyaux vont creuser le sol jusqu’à atteindre le réservoir. La pression naturelle est couplée aux machines pour éjecter le liquide ou le gaz convoité. Le plus compliqué est ensuite de déplacer ces ressources naturelles qui se trouvent généralement assez loin de leur lieu d’utilisation final.
Le pétrole est acheminé par voie maritime ou par oléoduc. Le gaz, quant à lui, a longtemps été impossible à transporter et à exploiter. Aujourd’hui il transite via des gazoducs ou par liquéfaction grâce à un réseau de 4 millions de kilomètres de conduites dans le monde.
Exploitation de gaz et de pétrole sur une plateforme offshore. Crédit photo : Adobe Stock
Usages
Le pétrole, une fois raffiné, fournit une base indispensable à de nombreux produits : matières plastiques, solvants, cosmétiques, textiles, détergents, caoutchoucs, adhésifs, certains médicaments, bitume, engrais, pesticides, etc. En 2011, 59 % de la production mondiale de pétrole servait exclusivement aux transports. Le fioul, un dérivé du pétrole, est largement consommé pour le chauffage, dans certaines centrales thermiques et comme carburant pour les bateaux et certaines machines agricoles.
Le gaz sert à la production électrique, au chauffage des maisons et bureaux, aux chaudières industrielles. Il intervient en tant que matière première pour la chimie et dans les transports sous forme de GNL (Gaz Naturel Liquéfié).
Le côté sombre des énergies fossiles et leurs impacts sur l’environnement
Un danger pour l’homme…
L’exploitation du charbon à ciel ouvert défigure les sites et pollue l’atmosphère locale par ses rejets de poussières et de particules fines.
Les galeries des mines souterraines de charbon sont de véritables pièges pour l’homme. La liste des accidents est longue : inondations, effondrements, élévation mortelle de la température (les coups de poussière), et le tristement fameux » coup de grisou « . Il s’agit de poches de méthane impossibles à détecter qui se mélangent à l’air des galeries et explosent au contact du feu.
De plus, le forage et le transport du pétrole provoquent de nombreux accidents graves comme les marées noires. Mais au-delà des incidences sur l’homme, l’autre problème de taille des énergies fossiles tient à leur combustion.
Pollution maritime au pétrole. Crédit photo : Adobe Stock
… et pour la planète
Pour délivrer leur énergie, le pétrole, le gaz et le charbon doivent être brûlés. Cette combustion rejette du gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère. Le CO2 fait partie des émanations plus connues sous le nom de « gaz à effet de serre ».
Il est important de savoir que les émissions de gaz à effet de serre existent sur Terre depuis la nuit des temps, avant même que l’espèce humaine n’apparaisse. Un cycle naturel permet de garder leur concentration stable. Par exemple, la photosynthèse régule la teneur en CO2 et la pluie vient équilibrer les émissions de vapeur d’eau. Le CO2 est donc indispensable à l’épanouissement de la vie sur Terre.
Mais, depuis les débuts de la révolution industrielle, l’activité humaine a considérablement modifié ces concentrations de gaz. En effet, lors de la combustion des énergies fossiles, d’énormes quantités de CO2 sont rejetées dans l’atmosphère. Ces gaz artificiels ne sont pas réutilisés dans le cycle naturel des écosystèmes de notre planète. Ils restent piégés dans l’atmosphère. Ainsi, 65 % de l’effet de serre additionnel vient du gaz carbonique. Le charbon représente à lui seul plus de 40 % de ces émissions, 31 % pour le pétrole et le gaz, 20 %.
Les rejets de CO2 liés aux activités humaines sont à l’origine du réchauffement climatique. Crédit photo : Adobe Stock
Le véritable problème est que le surplus de gaz carbonique met un siècle environ avant de disparaître de l’atmosphère. En découvrant et en utilisant les énergies fossiles, l’homme a mis la main sur un trésor empoisonné. Depuis l’ère industrielle, pas moins de 2 500 milliards de tonnes de CO2 ont été rejetées dans l’air par l’utilisation croissante de gaz, de pétrole et de charbon. En conséquence, notre planète subit un phénomène désormais bien connu et inquiétant : le réchauffement climatique. Voilà pourquoi désormais de nouvelles solutions sont de plus en plus plébiscitées pour remplacer les hydrocarbures. Les énergies renouvelables comme le solaire, l’éolien ou encore la géothermie, par exemple, constituent des alternatives sérieuses pour la survie de la vie sur terre.
RETENEZ
Les espèces végétales et animales sont à l’origine de la formation des gisements d’hydrocarbures (énergies fossiles).
Le formation du gaz, du pétrole et du charbon a débuté il y a environ 350 millions d’années. Il s’agit de ressources naturelles épuisables.
La combustion des énergies fossiles par les activités humaines dégage des émissions de gaz à effet de serre (GES).
Les GES participent au réchauffement climatique global.
65 % de l’effet de serre additionnel provient du gaz carbonique (C02).
Un volcan peut-il forcément tuer sans être en éruption ? Quel est le lien entre un volcan et une coulée de boue dévastatrice ? Si les éruptions fascinent autant qu’elles font peur, un autre phénomène naturel lié à l’activité volcanique terrestre doit être pris en compte dans la prévention des risques volcaniques : les lahars. Pourquoi ces aléas naturels sont-ils aussi dangereux pour les sociétés humaines ?
Le lahar : une coulée de cendres et de roches volcaniques destructrice
Nom masculin d’origine indonésienne, le lahar désigne des coulées torrentielles boueuses, composées d’eau et de matériaux solides de diverses tailles. Un lahar peut se produire pendant une éruption, ou en dehors d’une phase d’activité volcanique (phase post-éruptive). Son origine peut être multiple. En effet, l’eau à l’origine de la formation des lahars, peut provenir du volcan en éruption, des rebords d’un lac de cratère qui se sont rompus, de l’eau de pluie ou de la fonte de la neige ou de la glace.
Le lahar suit ensuite l’inclinaison du terrain et entraîne avec lui tous types de fragments volcaniques expulsés par le volcan, tout particulièrement des cendres et des blocs volcaniques. Les lahars empruntent donc le lit des rivières et les zones de dépressions. Ils peuvent s’écouler à des vitesses pouvant atteindre des dizaines de km/h pour les plus rapides d’entre eux. Les lahars se produisent à proximité des volcans explosifs – c’est-à-dire ceux qui émettent de la cendre – et préférentiellement en milieu intertropical car les pluies y sont abondantes.
Par ailleurs, un lahar peut se déclencher plusieurs années après une éruption, à condition que les pentes du volcan soient recouvertes d’assez de cendres et que les eaux de pluie tombent en quantité suffisante.
Pourquoi ce phénomène naturel est-il si dangereux ?
Un lahar représente un risque majeur pour les populations et les infrastructures. En effet, si sa force est suffisamment puissante, il peut emporter dans son sillage des personnes, des routes, des ponts ou encore des bâtiments. Ce sont souvent des lahars qui sont responsables des plus grandes catastrophes volcaniques.
A titre d’exemple, aux Philippines, les lahars du mont Pinatubo se produisirent pendant près de 10 ans suite à l’éruption de 1991, tant le volume de matériel volcanique déposé par le volcan était abondant. Au total, des centaines de milliers de familles ont été affectées, dont plus de 40 000 individus durent être relogés (Gaillard et al., 1998). Le matin du 1er octobre 1995, suite au passage du typhon Mameng, des lahars de plus de 6 mètres de hauteur se sont formés sur les pentes du Pinatubo. Ils ont enseveli la ville de Bacolor située à une trentaine de kilomètres au sud-est du volcan, tuant des centaines de personnes. Les matériaux mobilisés par les lahars ont élevé la ville à son niveau actuel d’environ 37 mètres au-dessus du niveau de la mer.
Video explicative de la formation des lahars. Crédit vidéo : VolFilm – Les lahars: la menace (version française), avec le soutien du GFDRR.
Les lahars dans la culture indonésienne : entre subsistance et spiritualité
Les populations indonésiennes entretiennent une synergie avec les volcans. En 2004, sur les pentes du volcan Merapi en Indonésie, une procession religieuse informelle réclamait le retour des lahars qui s’étaient raréfiés depuis quelques saisons. Ceux-ci revêtent une importance particulière pour les cultures locales et leurs assurent un moyen de subsistance. En effet, les lahars représentent une ressource minérale très riche en sable et blocs volcaniques, utile pour la construction des bâtiments et assurent la fertilité des terres agricoles environnantes (culture du riz notamment).
La dimension spirituelle des volcans et des lahars est très ancrée dans la culture indonésienne. Chaque année, une procession officielle est donnée en l’honneur des lahars. Le labuhan ndalem est encadré par la cour du sultan de Yogyakarta. La procession est dirigée par une personnalité chamanique appelée juru kunci afin de garantir la pérennité des bonnes relations entre les hommes et l’esprit protecteur du volcan.
Les lahars sont des écoulements boueux composés de matériaux et d’eau. ILS présentent un risque accru pour les populations qui vivent à proximité des volcans explosifs.
Dépôts de lahars sur les flancs du mont Pinatubo aux Philippines. Crédit photo : Adobe Stock
Les risques de lahars
L’exemple de la gestion des risques de lahars en Indonésie
Les lahars constituent à la fois une source de bienfaits mais également un danger pour les communautés locales car ils sont fréquents et difficilement prévisibles. La population doit donc se protéger du risque naturel que représentent les lahars.
A titre d’exemple, en Indonésie, les autorités locales ont mis en place une politique de prévention pour protéger les populations installées à proximité des volcans actifs. Il s’agit notamment de sensibiliser et préparer les individus à la survenue de lahars dévastateurs afin de réduire leur vulnérabilité. In fine, le but est de développer la résilience des communautés locales, c’est-à-dire leur permettre de continuer à vivre à proximité du volcan malgré la menace volcanique qui pèse sur eux, tout en continuant à profiter de ses bienfaits.
Le schéma suivant montre comment les scientifiques estiment les risques de lahars sur les pentes du volcanMerapi en Indonésie, selon la nature du terrain étudié et la répartition des populations locales. Les populations les plus menacées par les lahars sont celles qui résident dans les fonds de vallées, à proximité des cours d’eau, ou dans les zones de dépressions naturelles. Les zones en rouge sur la carte sont les zones où la population est la plus vulnérable aux lahars, compte tenu de la topographie, de la densité de population (dense habitat urbain), et d’infrastructures humaines stratégiques (zone d’enjeux élevés).
Estimations des risques liés aux lahars sur les flancs du volcan Merapi dans les années suivants l’éruption de 2010. Conception : E. de Bélizal, 2016 ; Géoconfluences, 2019
Le cas de l’arc antillais
En France, une base de données(French Antilles Historical Lahar, BDfahl) a été constituée afin de surveiller une zone à risque : les Antilles. En effet, l’arc antillais compte 22 volcans actifs. La constitution de cette base de données est donc une nécessité dans la prévention des risques volcaniques. Il s’agit avant tout d’une démarche historienne puisqu’elle recense tous les épisodes de lahars depuis le début de l’ère chrétienne jusqu’à aujourd’hui à partir de descriptions visuelles ou d’analyse des dépôts volcaniques. L’objectif principal est de pouvoir anticiper ou localiser la survenue probable des lahars. Certains lahars firent même avancer le trait de côte de certaines îles, comme ce fut le cas en Martinique suite à l’éruption de la Montagne Pelée en 1902. En effet, les matériaux volcaniques charriés par les lahars ont agrandi la superficie de l’île.
RETENEZ
Les lahars se forment dans les cours d’eau à proximité des volcans. Ils sont composés d’un mélange d’eau et de matériaux en forte concentration.
Ils sont fréquents à proximité des volcans explosifs de la zone intertropicale.
Les lahars peuvent se former pendant ou après une éruption volcanique (phase post-éruptive).
Ils représentent une ressource naturelle pour les communautés locales : matériaux de construction, fertilité des sols.
Les lahars constituent un risque élevé pour les populations implantées sur les flancs des volcans.
Lalubie G. Les Lahars et les laves torrentielles historiques aux Antilles françaises : un risque hydro-volcano-géomorphologique majeur. Physio-Géo Géographie physique et environnement [En ligne]. 25 janv 2013 [cité le 14 juill 2022];(Volume 7):83‑109. Disponible: https://journals.openedition.org/physio-geo/3479
