Processus de Surface et Dynamique des Paysages à l’Institut de Physique du Globe de Paris
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Processus de Surface et Dynamique des Paysages à l’Institut de Physique du Globe de Paris J. Ammann, L. Barrier, M. Benedetti, C. Dessert, J. Gaillardet, Y. Gamblin,Y. Gaudemer, E. Gayer, A. Groleau, E. Lajeunesse, A. Limare, P. Louvat, F. Metivier, C. Narteau, F. Prevot, M. Simoes, A. Vieira
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Processus de Surface et Dynamique des Paysages à l’Institut de Physique du Globe de Paris. J. Ammann, L. Barrier, M. Benedetti, C. Dessert, J. Gaillardet, Y. Gamblin,Y. Gaudemer, E. Gayer, A. Groleau, E. Lajeunesse , A. Limare, P. Louvat, F. Metivier, C. Narteau, - PowerPoint PPT Presentation
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Processus de Surface et Dynamique des Paysages
à l’Institut de Physique du Globe de Paris
J. Ammann, L. Barrier, M. Benedetti, C. Dessert, J. Gaillardet, Y. Gamblin,Y. Gaudemer, E. Gayer, A. Groleau, E. Lajeunesse, A. Limare, P. Louvat, F. Metivier, C. Narteau, F. Prevot, M. Simoes, A. Vieira
roche mère
tectonique
roche mère
sol
tectonique
altération
roche mère
sol
tectonique
altération érosion
roche mère
sol
tectonique
altération érosion
h
z
Conservation de la masse[Dietrich et al., 2003]
Lois d’érosion et d’altération ?
précipitations
roche mère
sol
atmosphère
biosphère
CO2
tectonique
altération érosion
Couplages entre tectonique, climat, altération, érosion et vivant ?
précipitations
roche mère
sol
atmosphère
rivière
biosphère
CO2
tectonique
altération érosion
Etudier les rivières (composition chimique, transport de matière, ...) est un outil fantastique pour sonder l’évolution de la surface de la Terre: tectonique, érosion, cycle du carbone, écosystèmes, ....
CaSiO3 + CO2 = CaCO3 + SiO2+ matériaux solides
La machine chimique Terre…
Altération + précipitation
sols
transport
Dépot
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Le cycle géologique
« terrains stratifiés »
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Physics of bedload transport• Bedload up to 60% of total sediment transport• controls the river morphology
• Physics underlying bedload is poorly understood• Transport laws used in models are empirical.
Experimental approach: - tracking of individual particles - link stochastic motion of individual particles and the resulting averaged transport
side view
view from above
Grands fleuves = systèmes diffusifs
Delta du Ganges et du Brahmapoutre100 km
L
temps caractéristiquede transfert de sédiments
• forte fraction de sédiments fins • débits importants
➔ transport quasi-permanent “pas de seuil”
temps caractéristiquedes grands fleuves asiatiques (300 000 à 500 000 ans)
périodes des oscillations climatiques au quaternaire: - 20 000 ans- 40 000 ans- 100 000 ans
>>
[Métivier & Gaudemer, 1999]
Grands fleuves = systèmes diffusifs
Fleuve T transfert (ans)
Huang -He 3.2 105
Mekong 5.4 105
Brahmapoutre 2 105
ADCP flow velocity profile
Geochemical fractionation of suspended load in the Amazon
Simultaneous measurement of vertical profiles of: - flow velocity (adcp) - suspended load concentration - sediment grain size - sediment chemical composition
connections between weathering and sediment transport
Rivières en zone de relief = systèmes à seuils
- Les flux de matières (sédiments, chimie, carbone, etc..) long terme ➔ distribution statistique des crues
- Comment estimer et mesurer ces flux?
- Comment faire le lien entre ces flux long terme et des variables macroscopiques pertinentes ? (temps de retour des crues, relation fréquence-amplitude, ....)
- Comment s’opère le couplage altération-érosion-climat dans ces conditions?
rivière de Capesterre (Guadeloupe)
seuil de transportpar charriage
200
150
100
50
0
H (cm)
1/01/04 1/03/04 1/05/04 1/07/04 1/09/04 1/11/04 1/01/05dat
Hydrograph of the Capesterre river April 2004 (data DIREN)
During the Hurricane Marylin, H reached up to 4m!
Flood of the rivière aux herbes (Basse Terre, Guadeloupe)Hurricane Marylin (1995)
• Suivi temporel des flux de matière sur du long terme
• Développement instrumental
Projet d’Observatoire de l’Eau et de l’Erosion aux Antilles (OBSERA)
• Several teams both inside and outside IPGP
Géochimie et Cosmochimie, Géochimie des IsotopesStables, Géochimie des Eaux, LDFG (IPGP)
IUEM (Brest), CGS (Strasbourg), LST(Lyon), LMTG (Toulouse)
• Joint and multidisciplinary monitoring of several caribbean watersheds, used as natural laboratories for studying:
• Dynamics of erosion at the catchment scale Timescales of erosion? Feedback between chemical and mechanical erosion? Impact of flash floods on long term denudation rates?
• Weathering and erosion influence on climate Origin of CO2
consummed by weathering? What controls chemical fluxes? The organic carbon dynamics in rivers?
• Observatory of Water and Erosion in the Antilles
Guadeloupe Observatory
Volcanic rocks : 5% of the Earth’s surface, 30-40% of the CO2 consumption flux (Louvat, 1997; Dessert et al., 2003)
Estimate of long term erosion rates in Guadeloupe
• method = estimate the volume of rock eroded from catchments of known age (Lajeunesse et al. in prep)
• Good agreement with denudation rates estimated by a geochemical mass balance method (Rad et al. 2006)
• Denudations rates: 150 ➡ 800 mm.ky-1
Basse Terre = one of the highest erosion rates on Earth
Commentaire Jerome : je mettrais plus ici une carte montrant le gradient N-S de précip, d’age, de relief et insisterait sur la notion de laboratoire naturel. Mais systèmes catastrophiques…Les taux de dénudation sont montrés plus bas.
Suivi temporel de la charge en suspension
Suivi temporel de la charge dissoute
Impact très fort des crues sur la composition chimique des rivières
Some key-results:
• Measurements of carbon fluxes
- consumption of CO2 is relatively low in the Lesser-Antilles due to shield effect of thick soils.
-Estimation des flux de dénudation chimique et physique, couplages.
-Carbone organique. Rôle des évènements extrèmes sur la séquestration de C organique (Thèse E. Lloret, M. Benedetti).
-Déterermination de temps de transferts grâces aux séries de l’Uranium.
Les Antilles comme un labiratoire naturel de la compréhesion du cycle géologique du carbone.
Bilans de masse et estimation du transport solide• Bilan de masse géochimique: • Bilan de masse géophysique:
(1mm/an = 2700 T/km2/an)
200 t/km2/an
800 t/km2/an
1500 t/km2/an
4000 t/km2/an
900 t/km2/an
Résultat 2.Premiere estimations des flux d’érosion mécanique
€
τ t[X]roche = [X]rivière + Smec[X]solide
Rad et al., 2007
AntillesMec/chim : 3 à 16 du Nord au Sud
Dénudation totale : 100 mm/1000 ans -2000 mm/1000 ans.
Climate
Top
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phy
Bio
logyTim
e
Lithology
CZEN : réseau international de bassins versants
Anderson et al., 2003 CZEN network
•Enjeux pour l’IPGP :•Diversifier les activités de nos
observatoires vers des surveillance du cycle de l’eau, en lien avec les universités, l’INRA, la Diren, le Parc National, le BRGM.
•Etre les artisans d’un réseau national, européen et international de bassins versants. Utiliser les richesses de l’INSU.
