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Processus de Surface et Dynamique des Paysages à l’Institut de Physique du Globe de Paris

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,

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Processus de Surface et Dynamique des Paysages à l’Institut de Physique du Globe de Paris

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. roche mère tectonique

  3. sol altération roche mère tectonique

  4. sol érosion altération roche mère tectonique

  5. Conservation de la masse [Dietrich et al., 2003] sol érosion altération roche mère tectonique z h Lois d’érosion et d’altération ?

  6. atmosphère CO2 précipitations biosphère sol érosion altération roche mère tectonique Couplages entre tectonique, climat, altération, érosion et vivant ?

  7. atmosphère CO2 précipitations biosphère sol érosion altération rivière roche mère tectonique 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, ....

  8. Altération + précipitation CaSiO3 + CO2 = CaCO3 + SiO2+ matériaux solides La machine chimique Terre…

  9. Le cycle géologique sols Formation chaîne de montagne transport Dépot Altération, érosion, transport « terrains stratifiés » 

  10. 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. side view view from above Experimental approach: - tracking of individual particles - link stochastic motion of individual particles and the resulting averaged transport

  11. Grands fleuves = systèmes diffusifs • forte fraction de sédiments fins • débits importants ➔ transport quasi-permanent “pas de seuil” L temps caractéristique de transfert de sédiments 100 km Delta du Ganges et du Brahmapoutre

  12. [Métivier & Gaudemer, 1999] temps caractéristique des grands fleuves asiatiques (300 000 à 500 000 ans) périodes des oscillations climatiques au quaternaire: - 20 000 ans - 40 000 ans - 100 000 ans >> Grands fleuves = systèmes diffusifs

  13. 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 ADCP flow velocity profile

  14. Rivières en zone de relief = systèmes à seuils seuil de transport par charriage rivière de Capesterre (Guadeloupe) - 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?

  15. Flood of the rivière aux herbes (Basse Terre, Guadeloupe) Hurricane Marylin (1995) • Suivi temporel des flux de matière sur du long terme • Développement instrumental Hydrograph of the Capesterre river April 2004 (data DIREN) During the Hurricane Marylin, H reached up to 4m!

  16. 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 Isotopes • Stables, 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

  17. Guadeloupe Observatory Volcanic rocks : 5% of the Earth’s surface, 30-40% of the CO2 consumption flux (Louvat, 1997; Dessert et al., 2003)

  18. 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.

  19. Suivi temporel de la charge en suspension test on the Marnes river

  20. Suivi temporel de la charge dissoute Impact très fort des crues sur la composition chimique des rivières test on the Marnes river

  21. 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.

  22. Résultat 2. Premiere estimations des flux d’érosion mécanique Bilans de masse et estimation du transport solide 200 t/km2/an • Bilan de masse géochimique: • Bilan de masse géophysique: 800 t/km2/an 1500 t/km2/an 900 t/km2/an 4000 t/km2/an Rad et al., 2007 (1mm/an = 2700 T/km2/an)

  23. Antilles Mec/chim : 3 à 16 du Nord au Sud Dénudation totale : 100 mm/1000 ans - 2000 mm/1000 ans.

  24. CZEN : réseau international de bassins versants Topography Climate Lithology Time Biology

  25. Anderson et al., 2003 CZEN network

  26. 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.

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