Présentation

Les formes de terres côtières sont parmi les caractéristiques les plus dynamiques et les plus frappantes sur Terre, ce qui représente la frontière en constante évolution entre les milieux terrestres et marins.Ces formes de terres sont façonnées et remodelées en permanence par le mouvement de sédiments, de particules de sable, de gravier, de limon et d'argile, qui sont transportés par l'eau, le vent et la glace.

La compréhension du transport des sédiments est essentielle non seulement pour les recherches scientifiques mais aussi pour des applications pratiques.Les communautés côtières dépendent de ces connaissances pour atténuer l'érosion, concevoir des infrastructures durables, restaurer des habitats dégradés et s'adapter aux impacts des changements climatiques tels que l'élévation du niveau de la mer et l'intensité accrue des tempêtes.

Sources et classification des sédiments côtiers

Les sédiments côtiers ont des origines diverses, chacun d'eux apportant des matériaux et des caractéristiques uniques qui influencent la morphodynamique côtière.

  • Érosion terrestre: La principale source de sédiments est l'érosion des paysages intérieurs. Les rivières agissent comme tapis roulants, transportant des fragments de roches altérées – allant des argiles fines aux graviers grossiers – des zones de haute terre à l'océan. Ces sédiments sont ensuite retravaillés par des processus côtiers.
  • Érosion du rocaille et du Bluff : Les processus d'action des vagues et d'altération des eaux érodent les falaises côtières, alimentant directement les sédiments dans l'environnement riverain.
  • Sédiments biogéniques:[ Dans les régions tropicales et subtropicales, l'activité biologique contribue aux sédiments carbonatés tels que les fragments de corail, les débris de coquilles et les algues calcaires.
  • Sédiment glaciaire:[ Dans les régions polaires et récemment glaciées, les cours d'eau de fonte transportent le till glaciaire et les sédiments qui s'écoulent vers la côte, ce qui influe sur les budgets de sédiments locaux.

Les sédiments côtiers sont généralement classés selon la taille du grain à l'aide d'échelles normalisées.

  • Gravel: Boulons, galets et cailloux de plus de 2 mm.
  • Sand: Particules entre 0,062 et 2 mm, la fraction dominante dans de nombreuses plages.
  • Ensile:[ Particules fines allant de 0,004 à 0,062 mm, souvent en suspension dans l'eau.
  • Clay: Les plus fines particules, de moins de 0,004 mm, qui ont tendance à former des sédiments cohésifs.

La taille et la composition des grains de sédiments influent non seulement sur la texture et la couleur des dépôts côtiers, mais aussi sur la forme et la stabilité des formes de terre. Par exemple, les plages de sable présentent souvent une pente douce et un large relief, tandis que les plages de gravier tendent à être plus raides et plus réfléchissantes à l'énergie des vagues.

Mécanismes fondamentaux du transport des sédiments

Le transport des sédiments côtiers est principalement alimenté par les forces hydrodynamiques générées par les vagues, les marées et les courants. Le vent joue également un rôle crucial, en particulier dans la formation de caractéristiques aéoliennes telles que les dunes.

Action des vagues et courants près du rivage

Les vagues générées par l'énergie éolienne qui traverse la houle et le haut-fond de l'océan à l'approche des eaux côtières peu profondes se brisent lorsqu'elles atteignent la zone côtière, ce qui libère de l'énergie qui résoud les sédiments du fond marin.

Le mouvement des particules d'eau sous les vagues est principalement oscillatoire, en mouvement des sédiments vers l'avant et vers l'arrière. Cependant, la rupture des vagues produit un ensemble de courants, dont le lavage – l'écrasement de l'eau sur la plage – et le lavage – le retour à la mer. L'interaction de ces flux entraîne le déplacement des sédiments à terre et au large, selon les caractéristiques des vagues.

Sur les côtes à faible énergie, les vagues douces favorisent l'accumulation de sédiments, construisant des plages. Inversement, les conditions de haute énergie, comme pendant les tempêtes ou les ouragans, peuvent éroder de grands volumes de sable et le redistribuer au large en barres de sable, qui peuvent migrer progressivement vers la rive pendant les périodes plus calmes.

Drift et cellules littorales long-côtières

Lorsque les vagues approchent le rivage sous un angle, elles génèrent un processus dominant de transport des sédiments appelé dérive côtière longue. Cela se produit parce que le lavage pousse les sédiments en diagonale vers la plage, tandis que le lavage arrière les porte tout droit, ce qui entraîne un mouvement zigzag des sédiments le long de la côte.

La dérive longurière est responsable de la formation de caractéristiques côtières importantes comme les crachats, les îles de barrière et les tombolos. Le système de transport des sédiments à l'intérieur d'une portion définie de la côte est connu comme une cellule littorale ]. Chaque cellule littorale comprend des sources de sédiments (rivières, falaises), des voies de transport (courants longuraux, écoulements de marée) et des puits où les sédiments s'accumulent (pâches, barres en mer).

Les limites naturelles ou artificielles, comme les caps, les entrées et les jetées, peuvent interrompre le débit des sédiments dans les cellules littorales, entraînant souvent une accumulation de sédiments d'un côté et une érosion de l'autre.

Contributions pour les marées et les rivières

Les courants de marée, en particulier dans les estuaires et les îlots de marée, provoquent le mouvement des sédiments par des cycles réguliers d'inondation et de débâcle. Pendant les marées d'inondation, les eaux chargées de sédiments se déplacent vers la terre, déposant des sédiments fins sur les plates-formes de marée et les marais.

Les rivières sont des sources essentielles de sédiments dans de nombreux milieux côtiers. Les grandes rivières comme l'Amazonie, le Mississippi et le Yangtze produisent des centaines de millions de tonnes de sédiments chaque année, formant des reliefs deltaïques étendus.

Budgets des sédiments : Équilibrer l'approvisionnement et la perte

Un budget des sédiments quantifie l'équilibre entre les apports, les extrants et le stockage des sédiments dans un segment côtier sur une période donnée. Cet équilibre détermine si une côte s'accrède (croissante) ou s'érode.

  • Inputs:[ Approvisionnement en sédiments fluviaux, érosion des falaises, transport des sédiments à terre depuis le plateau continental et production biogène.
  • Résultats:[ Transport des sédiments en mer, exportations de dérives sur les côtes au-delà de la cellule littorale, enlèvement des sédiments par dragage et transport par éolienne à l'intérieur des terres.
  • Storage: Sédiment accumulé sur les plages, les dunes, les estuaires et les bars offshore.

La surveillance des budgets des sédiments est essentielle pour la gestion des côtes.Les régions où les déficits en sédiments persistent peuvent connaître un recul chronique des rives, menaçant les infrastructures et les écosystèmes.Par exemple, des études effectuées par la US Geological Survey le long de la côte atlantique ont révélé des pénuries de sédiments généralisées, ce qui a entraîné des interventions telles que la nourriture des plages et la restauration des dunes pour maintenir la résilience côtière.

Effets du transport des sédiments sur les reliefs côtiers

Les diverses formes de terre côtières que nous observons aujourd'hui sont des expressions directes de la dynamique du transport des sédiments. Chaque type de forme terrestre reflète des sources de sédiments distinctes, des mécanismes de transport et des milieux de dépôt.

Plages et dunes

Les plages sont des accumulations de sable et de gravier qui forment l'interface entre terre et mer. L'estran, ou zone intertidale, est souvent remodelé par action des vagues, tandis que l'estran est généralement sec et influencé par le transport du vent. Le vent déplace souvent les sédiments secs à l'intérieur de l'estran vers la construction de dunes, qui servent de barrières naturelles contre les ondes de tempête et le lavage des vagues.

Les systèmes de dunes sont importants sur le plan écologique, car ils fournissent un habitat aux communautés végétales et animales spécialisées. Leur stabilité dépend d'un approvisionnement régulier en sédiments depuis la plage.

Îles-barrières, craques et tombolos

Les îles de barrière sont des corps de sable allongés parallèles à la côte, séparés du continent par des lagunes ou des estuaires. Elles se forment par une combinaison de transport de sédiments sur la longue côte, d'action des vagues et de processus éoliens. Les spions sont semblables mais reliés au continent à une extrémité, s'étendant en eau libre.

Ces formes de terre sont très dynamiques, changeantes et en forme en réponse à l'évolution de l'approvisionnement en sédiments et des conditions hydrodynamiques.Le programme NOAA de restauration de l'habitat côtier étudie activement les îles barrières et les caractéristiques connexes pour guider les efforts de restauration et de conservation, reconnaissant leur rôle vital dans la protection des écosystèmes côtiers et des établissements humains.

Estuaries et Deltas

Les estuaires sont des plans d'eau côtiers semi-fermés où l'eau douce des rivières se mélange avec l'eau salée de l'océan. Leur hydrodynamique complexe favorise le dépôt de sédiments fins, ce qui entraîne la formation de mares plates et de marais salés.

Les deltas se développent là où les rivières ralentissent en entrant dans les plans d'eau debout, déposant des sédiments qui se construisent vers l'extérieur dans la mer ou le lac. La morphologie des deltas varie considérablement :

  • Deltas en forme de canon:[ Comme le delta du Mékong, formé sous des influences riveraines dominantes avec une vague ou une action marémotrice relativement faible.
  • Bird="S Foot Deltas: Exémplifie le delta du Mississippi, caractérisé par de multiples canaux distributaires s'étendant vers la mer.
  • Deltas de Cuspate:[ Comme le delta du Tibre, façonné par une forte action des vagues qui redistribue les sédiments uniformément le long de la côte.

Les deltas sont parmi les régions côtières les plus productives et les plus peuplées, mais ils sont aussi parmi les plus vulnérables aux perturbations de l'approvisionnement en sédiments, à la subsidence et à l'élévation du niveau de la mer.

Autres formes de relief côtier : Forelands de Cuspate et plaines Chenier

Les terres antérieures de Cuspate sont des protrusions triangulaires formées où la réfraction des vagues converge des sédiments de deux directions. Elles se développent graduellement par accrétion et peuvent influencer les voies de transport des sédiments locaux.

Les plaines de Chenier sont des caractéristiques côtières distinctes des milieux côtiers boueux, caractérisés par des crêtes alternées de sable (cheniers) et des vasières intermédiaires. Ces crêtes se forment par des interactions complexes de l'approvisionnement en sédiments, de l'énergie des vagues et des fluctuations du niveau de la mer, illustrant comment les variations subtiles des caractéristiques des sédiments et de l'hydrodynamique produisent des formes de terre uniques.

Interventions humaines et leurs conséquences

Les activités humaines ont modifié de façon spectaculaire les processus de transport des sédiments naturels, souvent avec des résultats complexes et imprévus, et il est essentiel de reconnaître ces impacts pour assurer une gestion durable des côtes.

Armure côtière et structures dures

Les rainures, qui s'étendent perpendiculairement à la rive, piègent les sédiments sur leur côté de dérive, entraînant une accumulation de sédiments, mais entraînant une érosion accélérée à la dérive en raison de la famine des sédiments. Les rainures reflètent l'énergie des vagues, qui peut exacerber l'érosion des plages immédiatement en face de la structure, entraînant une érosion étroite ou en voie de disparition.

De nombreux rivages blindés au milieu du XXe siècle sont aujourd'hui confrontés à des problèmes d'érosion chronique, ce qui coûte des millions en réparation et en atténuation.

Dams et modifications de rivière

Les barrages et les réservoirs piègent les sédiments en amont, réduisant ainsi la charge de sédiments acheminés vers les zones côtières. À l'échelle mondiale, la quantité de sédiments acheminés par les rivières a diminué de 25 à 50 % depuis le milieu du XXe siècle en raison de la construction de barrages.

Cette réduction a de graves conséquences pour la stabilité du delta. Sans sédiments suffisants pour compenser la subsidence naturelle et l'élévation du niveau de la mer, les deltas subissent une perte rapide de terres et un risque accru d'inondation.

Des projets d'enlèvement de barrages, comme la restauration de la rivière Elwha dans l'État de Washington, ont démontré que la restauration du transport des sédiments peut contribuer à la régénération des habitats côtiers et à l'amélioration de la santé des écosystèmes.

Dragage et nourissement de plage

Le dragage des canaux de navigation et des ports élimine les sédiments des systèmes littoraux, ce qui crée souvent des déficits de sédiments localement. Cependant, les matériaux dragués peuvent être réutilisés de façon bénéfique par l'alimentation des plages, où le sable est placé sur les plages érodées pour rétablir le volume et la valeur récréative.

Bien que la nourriture des plages soit efficace à court terme, elle est généralement une mesure temporaire. Le succès dépend de la compatibilité des sédiments nourrissants avec les matériaux indigènes de la plage et de la dynamique continue de l'approvisionnement en sédiments.

Changement climatique et évolution future des zones côtières

Le changement climatique remodele les processus de transport des sédiments côtiers et l'évolution de la forme terrestre par de multiples voies :

  • L'élévation du niveau de la mer:[ L'élévation accélérée du niveau de la mer augmente les taux de retrait du littoral, comme le prévoit la Règle de Bruun, qui décrit la migration vers le sol et vers le haut du profil de la plage.
  • Féquence et intensité accrues des tempêtes : Des tempêtes plus fréquentes et plus intenses favorisent la mobilisation des sédiments épisodiques, provoquant une érosion et une redistribution rapides le long de la côte.
  • Les changements dans le climat des vagues :[ Les changements de configuration du vent peuvent modifier la direction des vagues et l'énergie, modifier les voies de dérive et les budgets des sédiments sur la longue côte, ce qui pourrait entraîner la famine dans certaines cellules littorales.
  • Chauffage et acidification de l'océan:[ Ces facteurs peuvent réduire la production de sédiments carbonés en affectant les récifs coralliens et les organismes formant des coquilles, ce qui a des répercussions sur les budgets des sédiments tropicaux et subtropicaux.

Le sixième rapport d'évaluation du CCPI sur les systèmes côtiers et les zones à faible lisure fournit une analyse approfondie de ces défis, en soulignant la nécessité de stratégies de gestion côtière adaptatives qui intègrent la dynamique des sédiments aux projections climatiques.

Étude de cas : Le delta du Mississippi

Le delta du Mississippi, dans le sud-est des États-Unis, illustre l'interaction complexe entre le transport des sédiments, l'évolution de la forme du sol et l'impact humain.

Au cours du siècle dernier, la construction de digues, la canalisation fluviale et la construction de barrages ont considérablement réduit la distribution de sédiments dans la plaine du delta. Cette perturbation, combinée à la subsidence naturelle et à l'élévation du niveau de la mer, a entraîné une perte rapide de terres, estimée à près d'un terrain de football de zones humides qui disparaissent toutes les heures.

Parmi les efforts déployés pour rétablir le débit des sédiments, mentionnons les détournements de rivières qui ont été conçus pour imiter les inondations naturelles et les dépôts de sédiments, et qui visent à reconstruire les marais et les îles-barrières, à améliorer la résilience des côtes.