Autour des étoiles immobiles, courent les barkhanes

Lors d’un billet précédent, j’avais montré que les grandes dunes, star dunes en anglais, étaient fixes à l’échelle historique, voire géologique. Cela avait quelque peu surpris, tant les esprits sont imbibés de dunes mythiques engloutissant les voyageurs égarés. Cette croyance a une origine : il existe aussi des dunes qui bougent, mais leur volume est négligeable comparé à celui des sables fixes.

La présence des deux sortes de dunes est simple à comprendre. Dans certaines régions, les vents soufflent presque tout le temps dans la même direction. On parle de vents très dominants, voire « monodirectionnels » (Callot 2008). Des parties importantes des déserts sont affectées par des vents de ce type : ce sont surtout les alizés, qui ont des directions très constantes, de secteur NE dans l’hémisphère nord, SE dans l’hémisphère sud. Les plus « parfaites » régions à vents dominants sont les bordures océaniques ouest des déserts, comme le Sahara atlantique, le Namib, la côte pacifique de l’Amérique du Sud. L’alizé « maritime » devient N-S ou S-N et les vents y sont plus forts qu’à l’intérieur du désert. Certains secteurs du Western Desert égyptien, comme la dépression de Kharga, ont eux aussi des vents N-S très constants. Á la périphérie du Tibesti, l’alizé, dévié par le relief, contourne le massif avec des directions si constantes depuis des milliers d’années qu’elles se sont inscrites dans la topographie et se voient parfaitement sur les images satellitaires.

La plupart des exemples présentés ici seront pris sur la bordure atlantique du Sahara, où se trouve un « fleuve » de sable exceptionnel, dit « du Cap Juby » (figure 1). Il naît sur les plages situées à l’est du Cap Juby, près de Tarfaya, et se prolonge sur plus de 300 km en direction du SSE (Clos-Arceduc 1969, Callot et Oulerhi 1996) ; ce secteur se prolonge au sud, dans la région de Nouadhibou (Mauritanie).

Dans ces régions, le sable, déplacé dans une direction privilégiée, va s’accumuler d’une manière originale. La dune la plus caractéristique est la barkhane (figure 2), « signature » des vents monodirectionnels.

Vue en plan, la barkhane est une dune en forme de croissant. Elle possède deux ailes, dites senestre et dextre selon qu’elles se trouvent respectivement à gauche et à droite de la bissectrice.

La genèse de cette dune est simple (figures 3 et 4). Elle naît par accumulation de sable en un point, liée à l’incapacité du vent de transporter tout le matériel qu’il a en charge. Il se forme alors un tas sans forme bien définie, parfois appelé « dune en bouclier ». Ce tas perturbe le flux éolien jusqu’à ce qu’apparaisse une dissymétrie ; il devient alors un bouclier barkhanique, qui va lui-même devenir un dièdre barkhanique, puis une barkhane.

Figure 3 : Passage du Bouclier à la Barkhane (d’après Callot, 2008). A :aile dextre ; B :aile senestre.

Figure 4 : Région de Boulanouar (Mauritanie, image Google Earth) : différents états des édifices. En bas à droite, un bouclier barkhanique commence à présenter une dissymétrie sous le vent. En bas à gauche, il devient un bouclier barkhanique avec une amorce de pente croulante. En haut, une barkhane « vraie ». Le nord est à gauche. Longueur des dunes, environ 100m.

La spécificité de la barkhane est qu’elle avance, dans une direction précise qui est celle de la bissectrice de l’angle de ses deux ailes (figure 3), correspondant à la résultante des vents efficaces du lieu où elle est située. Comment le fait-elle ? Par écroulements successifs. Le sable monte le long de la pente au vent et s’accumule tant en retombant sur le versant raide sous le vent que « l’angle d’avalanche » est atteint (figure 5). Le sable s’écroule en formant une coulée qui rétablit l’équilibre en s’accumulant à la base de la dune. Ce sont ces glissements successifs qui font avancer la dune.

Figure 5 : Comment avance une barkhane : par coulées successives… Sur une très petite barkhane, comme celle qui est présentée ici, haute d’environ 1,5m, le phénomène est très rapide. Cela permet d’observer plusieurs phases du processus avant qu’il s’efface. Le sable arrivant au vent s’accumule sur le versant raide jusqu’au moment où la pente est telle qu’une coulée de sable se produit. A droite, la coulée est en cours, à gauche on voit la trace d’une coulée antérieure, au milieu celle d’une coulée encore plus ancienne.Région de Tarfaya (Maroc), photo Yann Callot

Autre particularité, les barkhanes ne vont pas toutes à la même vitesse. Elles se déplacent d’autant plus lentement qu’elles sont hautes car lorsqu’une barkhane grandit, le vent agit sur une surface croissant selon une fonction au carré, alors que le volume croît au cube. Le rapport entre la surface exposée au vent et le volume à transporter étant diminué, le déplacement est ralenti. On a cherché depuis longtemps à calculer cette vitesse, notamment pour protéger des infrastructures. C’est d’ailleurs pour protéger la voie ferrée allant des mines de fer de Zouerate au port de Nouadhibou, dans le NW de la Mauritanie qu’André Coursin, dès 1964, a montré après de nombreuses mesures que la vitesse de déplacement des barkhanes suivait une formule simple :

              V =   300 / H        où :

              V = déplacement moyen annuel de la barkhane, en m/an ;

              H = hauteur de la barkhane, en mètres.

Cela signifie qu’une dune de 30 m de hauteur avance de 300/30 = 10 m/an alors qu’une dune de 10m de hauteur avance de 300/10 = 30 m/an ; les petites dunes avancent donc plus vite que les grandes.

Cette formule ne peut être généralisée, car le coefficient (ici 300) varie d’une région à l’autre en fonction du régime des vents ; il doit donc être recalculé pour chaque site étudié.

Figure 6 : Barkhane, dite « Dune Coursin » près de Boulanouar (NW de la Mauritanie). Suivie depuis les années 1950, elle fournit des informations sur un demi-siècle de déplacements de la barkhane. En haut : vue verticale (Image Google Earth du 18/02/1984) ; en bas : vue au sol en 1996 (photo Yann Callot).

Grâce à ces travaux, la Mauritanie possède un site de mesure exceptionnel. En effet, lors de ses nombreuses expérimentations, Coursin construisit un mur derrière une barkhane pour tenter de l’arrêter. Cela ne servit à rien, mais le mur existe encore (on le voit sur les images satellitaires haute définition). La dune existe aussi et on a la chance que sa taille n’a pas varié depuis (figure 6). On peut donc mesurer son déplacement sur plus d’un demi-siècle, avec des résultats qui confirment la validité de la formule de Coursin.

Cette particularité des déplacements des dunes était autrefois utilisée par certains habitants du Sahara Atlantique (Oulerhi, 1992). Dans cette région fort peu sûre, lorsqu’ils avaient vent de l’arrivée de pillards ou de collecteurs d’impôts – mais parfois aussi pour stocker – il mettaient leurs biens devant une barkhane d’une taille correspondant à la durée de « disparition » souhaitée, et ils les récupéraient après le passage de celle-ci. Parfois, ils ne prêtaient pas attention à une petite barkhane qui arrivait derrière celle qu’ils avaient transformée en « réserve » ; la petite rattrapait la grande, et ils devaient attendre un peu plus longtemps…

Dernière spécificité des barkhanes, elles peuvent être dissymétriques, avec une aile plus allongée que l’autre. Cet allongement était interprété autrefois comme le résultat de l’action d’un vent secondaire. Clos-Arceduc (1965) a invalidé cette hypothèse en montrant que des barkhanes très proches possèdent des ailes à allongements opposés.

L’explication est simple. Nous venons de voir que les vitesses de déplacement des dunes étaient variables selon leur taille. Comme les petites dunes vont plus vite que les grandes, elles les rattrapent et se « fondent » en elles (figures 7-8-9). Si elles arrivent exactement dans l’axe, elles disparaissent, mais si elles sont décalées, elles vont alors s’incorporer dans l’aile et l’agrandir, donnant parfois des édifices très allongés (figure 10). Clos-Arceduc (1969) explique que même si la petite barkhane ne touche pas la grande en la dépassant, elle est bloquée par l’effet de dérive de cette dernière qui freine le vent. Elle reste sur place et il se forme des alignements obliques de dunes en « ailes de canard ».

Ne sont présentés ici que les cas simples. Sur le terrain, des cas bien plus complexes apparaissent lorsque les dunes sont nombreuses, mélangées. Un seul exemple (figure 11) suffira probablement pour démontrer les difficultés de gestion de ces espaces. Et je je ne parle pas des pires cas, où on ne comprend plus rien…

Pour conclure, qu’est-ce qu’une barkhane et plus généralement une dune mobile ? Elles ont toutes les deux été considérées comme des véhicules de sable, par assimilation entre le déplacement de l’édifice et sa fonction. En fait, elles correspondent à un ralentissement du mouvement du sable : il migre bien plus vite s’il n’est pas incorporé à la barkhane, puisqu’il va rester bloqué dans celle-ci durant un laps de temps d’autant plus important que la dune sera de grande taille. La barkhane est donc un stock mobile de sable dans un milieu où le sable migre rapidement, mais où il est trop abondant pour pouvoir migrer aussi vite en totalité. Elle correspond à une saturation de la capacité de transport par le vent face à une quantité de sable trop importante. Il en dépose une partie pour « un moment », et continue de transporter tout ce qu’il peut…

Il n’empêche que lorsque des barkhanes avancent vers un site occupé par l’homme de quelque manière que ce soit (une route, des cultures, des habitations, voire une fouille archéologique  – si, si, cela existe, j’en connais un cas parfait !), les arrêter est très difficile, en raison des masses déplacées, qui se comptent en milliers, voire en millions de tonnes, et de l’impossibilité d’arrêter le vent, ainsi que, le plus souvent l’alimentation en sable. Mais ceci est une autre histoire…

P.S. Si la compréhension du mouvement des sables et plus généralement des objets granulaires intéresse des lecteurs sans formation en mathématiques et en physique, il existe un ouvrage essentiel, très clair, sans aucune formule, mais avec des tonnes de pédagogie :

Jacques Duran : Sables émouvants, La physique du sable au quotidien. Belin, 2003, 192 p.

Bibliographie :

Callot Y. 2008. Formations éoliennes : Dynamique éolienne et formations éoliennes en domaine aride et semi-aride, in Dewolf Y., Bourrié G. (dir.) Les formations superficielles,  Ellipses, 293-317.

Callot Y., Oulerhi T. 1996. Géodynamique des sables éoliens dans le Nord-Ouest saharien : relations entre aérologie et géomorphologie, Geodinamica Acta 9/1, 1-12.

Clos-Arceduc A. 1965. Essai d’explication des formes dunaires sahariennes, Publ. Institut Géographique National, Paris, Etudes de Photo-Interprétation 4, 66 p.

Coursin A. 1964. Observations et expériences faites en avril et mai 1956 sur les barkhanes du Souehel el Abiodh (région est de Port-Etienne), Bulletin de l’Institut Français d’Afrique Noire XXVI, sér. A, 989-1022.

Oulerhi T. 1992. Étude géodynamique des migrations de sable éolien dans la région de Laayoune (Nord du Sahara marocain), Thèse Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), Mémoires des Sciences de la Terre, 92-12, 223 p.

L’auteur :
Yann Callot est Professeur de Géographie – Université Lumière – Lyon 2.
UMR 5133 – Archéorient, MSH Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon.

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