Présentation

La côte du Golfe des États-Unis est l'un des paysages sédimentaires les plus dynamiques et complexes de la Terre. De la côte aride du Texas aux zones humides de la Louisiane et du Mississippi aux plages sablonneuses de Floride, cette région englobe une variété de caractéristiques côtières, y compris les îles-barrières, les marais, les deltas, les estuaires et les plates-formes de marée.

La croissance urbaine rapide, le développement industriel étendu, les projets d'ingénierie hydrologique à grande échelle et la construction d'infrastructures côtières ont radicalement remodelé la dynamique des sédiments le long de la côte du Golfe, ce qui a entraîné une augmentation de l'érosion côtière, de la dégradation de l'habitat, de la contamination des sédiments et de l'instabilité à long terme des écosystèmes qui fournissent des services essentiels tels que le tamponnement des tempêtes, le soutien des pêches et le piégeage du carbone.

Développement urbain et construction côtière

La côte du Golfe a connu une croissance démographique explosive et une expansion urbaine au cours des dernières décennies, avec des centres métropolitains comme Houston, la Nouvelle-Orléans, Tampa et Mobile qui s'étendent vers des zones côtières et humides non développées.Cette expansion implique souvent la conversion de paysages naturels en surfaces imperméables comme les routes, les parcs de stationnement, les complexes commerciaux et les quartiers résidentiels.

Les surfaces imperméables augmentent le volume et la vitesse du ruissellement des eaux pluviales, réduisant l'infiltration et accélérant le transport des sédiments, des éléments nutritifs et des polluants dans les estuaires, les baies et les milieux marins près du rivage. Les charges de sédiments transportées par les eaux de ruissellement urbaines tendent à être plus grossières et chargées de contaminants tels que les métaux lourds, les hydrocarbures et les éléments nutritifs provenant des engrais, qui peuvent étouffer les habitats benthiques, y compris les herbiers, les récifs d'huîtres et les communautés coralliennes.

En outre, la croissance urbaine a entraîné une importante extraction des eaux souterraines pour répondre aux besoins en eau résidentielle et industrielle.Dans des régions comme la région de Houston-Galveston Bay, ce pompage généralisé des eaux souterraines a entraîné des taux de subsidence des terres jusqu'à plusieurs centimètres par année. La subsidence des terres abaisse non seulement l'altitude des terres côtières par rapport au niveau de la mer, mais aggrave également les risques d'inondation et accélère l'inondation des zones humides et des zones développées.

Les activités de construction comprennent également le dragage des rivières, des baies et des estuaires pour fournir des matériaux comme le sable et le gravier pour le béton et le remplissage. L'extraction des sédiments perturbe les budgets des sédiments naturels en éliminant de grands volumes de matériaux qui, autrement, contribueraient à l'entretien des plages et des milieux humides.

Les terres humides servent de puits de sédiments essentiels, de piégeage des sédiments entrants et de matières organiques qui construisent des terres et soutiennent la productivité des écosystèmes. La perte de ces terres humides non seulement réduit la capacité de rétention des sédiments mais élimine également les tampons naturels contre les ondes de tempête et les inondations. Selon un rapport de la US Geological Survey (USGS), l'urbanisation le long de la côte du Golfe a réduit la distribution de sédiments aux marais de près de 50 % dans certains bassins versants, tendance directement liée à l'augmentation des surfaces imperméables et à la perte de terres humides.

Activités industrielles et contamination des sédiments

La côte du Golfe est un centre vital pour l'extraction du pétrole et du gaz, le traitement pétrochimique, le transport maritime et la fabrication, et elle a de profondes répercussions sur les paysages sédimentaires, tant par des perturbations physiques que par la contamination chimique.

La construction de pipelines, le dragage des canaux et le développement des installations perturbent physiquement les couches de sédiments, exposant souvent des contaminants enfouis dans l'histoire.Ces sédiments industriels peuvent contenir des concentrations élevées de métaux lourds comme le plomb, le mercure et le cadmium, ainsi que des polluants organiques persistants comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les hydrocarbures pétroliers.

Le Programme de l'Agence de protection de l'environnement du golfe du Mexique a identifié des points chauds de contamination des sédiments près des principaux ports (p. ex. Port Arthur, Corpus Christi, Nouvelle-Orléans) et des complexes pétrochimiques.

La marée noire de Deepwater Horizon en 2010 a été une catastrophe environnementale marquante qui a déposé des millions de barils de pétrole brut sur les sédiments du Golfe. Des recherches ultérieures ont révélé que les sédiments mazoutés ont subi des changements dans la composition des communautés microbiennes, réduit les taux de décomposition des matières organiques et modifié le cycle des nutriments pendant des années après le déversement.

Le dragage pour maintenir les canaux de navigation est une autre source de perturbation et de contamination des sédiments. Les matériaux dragués sont souvent éliminés dans des sites désignés au large ou en amont, créant des monticules de gâterie qui modifient la bathymétrie locale et la taille des grains de sédiments.

De plus, l'élimination des dragages contaminés peut propager des polluants au-delà des zones industrielles, ce qui a eu des répercussions sur les milieux sédimentaires plus vastes, ce qui a entraîné un examen plus approfondi des pratiques de dragage et appelle à une meilleure gestion des sédiments afin de réduire au minimum les dommages à l'environnement.

Modifications hydrologiques : barrages, levés et canaux

Les modifications humaines de l'hydrologie des systèmes de la côte du Golfe ont profondément transformé les modes de distribution et de distribution des sédiments. Le Mississippi, qui est de loin le plus important contributeur de sédiments dans le nord du golfe, a été considérablement aménagé avec plus de 27 000 barrages, des dizaines de milliers de kilomètres de digues et un vaste réseau de canaux et de canaux de navigation.

Les barrages piègent les sédiments derrière les réservoirs, réduisant considérablement le volume de sédiments transportés en aval. Historiquement, le Mississippi a livré environ 400 millions de tonnes de sédiments annuellement à son delta, mais ce chiffre a diminué à environ 150 millions de tonnes en raison de la rétention des sédiments dans les réservoirs et des changements dans les régimes d'écoulement.

Ces inondations ont toujours déversé des sédiments dans les vastes plaines inondables et les zones humides adjacentes, nourrissant et construisant des terres. Avec les digues en place, les eaux chargées de sédiments sont confinées au chenal principal et livrées directement dans le golfe profond, contournant les plates-formes deltaiques peu profondes qui dépendent des dépôts de sédiments.

Les conséquences sont terribles : la Louisiane a perdu plus de 5 180 kilomètres carrés de terres côtières depuis les années 1930, ce qui correspond à environ un champ de football de perte de terres chaque heure. Les canaux creusés dans les zones humides pour l'accès au pétrole et au gaz, la navigation et le drainage exacerbent le problème en modifiant l'hydrologie naturelle.

Une analyse exhaustive réalisée par la circulaire 1369 de l'USGS explique comment ces modifications hydrologiques ont fondamentalement perturbé le budget des sédiments de la côte nord du Golfe, transformant le système d'un milieu sédimentaire dominé par les rivières en un milieu sédimentaire contrôlé par l'homme.

Impacts sur la dynamique Delta

Le delta du Mississippi est un exemple classique d'un système delta à l'état de sédimentaire qui subit une dégradation rapide en raison de l'interférence humaine. Historiquement, les lobes deltas qui se progradent dans le golfe ont été façonnés par des dépôts de sédiments pendant les changements périodiques de cours de rivière et les inondations sur les rives.

Une exception notable est le delta du lac Wax, formé par des sédiments détournés par la structure de contrôle de la vieille rivière vers le chenal de la rivière Atchafalaya. Ce delta est en pleine croissance et sert de laboratoire naturel précieux pour comprendre comment des dérivations de sédiments contrôlées pourraient être utilisées pour restaurer les terres côtières.

La grande majorité du complexe delta demeure néanmoins en état de déficit et de subsidence des sédiments, ce qui a des répercussions importantes sur les collectivités côtières, les infrastructures et les écosystèmes.

Structures de contrôle de l'érosion et du génie côtier

En réponse à l'érosion côtière et aux pertes de propriétés, diverses structures techniques ont été déployées le long de la côte du Golfe, notamment des murs de mer, des rainures, des jetées et des brise-lames destinés à protéger l'aménagement des terres et à stabiliser les canaux de navigation.

Les rainures, qui s'étendent perpendiculairement au rivage, piègent le sable qui se déplace le long des côtes, mais affaissent les plages en aval des sédiments, ce qui entraîne des problèmes d'érosion localisés. Les jetteries construites aux entrées de marée stabilisent les canaux de navigation, mais piègent de grands volumes de sable d'un côté, causant une érosion importante du côté opposé.

Par exemple, les jetées à l'embouchure du Mississippi ont contribué à l'érosion accélérée des îles-barrières comme les îles Chandeleur, qui servent de tampons de tempête et d'habitat faunique, et la perte de ces îles accroît la vulnérabilité des zones intérieures aux ondes de tempête et aux dommages causés par les vagues.

La nourriture des plages est devenue une stratégie commune, quoique temporaire, pour lutter contre l'érosion, qui consiste à importer du sable provenant de sites d'emprunt offshore ou de sources intérieures pour reconstruire des plages érodées. Bien que la nourriture puisse restaurer la largeur des plages et offrir des avantages sur le plan de l'habitat, elle nécessite généralement des projets répétés tous les 5-10 ans en raison de déficits en sédiments et de processus d'érosion naturelle.

Les coûts économiques de la nourriture des plages sont considérables; les organismes fédéraux et les organismes d'État dépensent des dizaines de millions de dollars par année pour de tels projets le long de la côte du Golfe. De plus, le dragage pour la nourriture du sable peut perturber les habitats benthiques des zones d'emprunt, et les caractéristiques physiques du sable placé (graine, minéralogie) peuvent différer des sédiments indigènes.

Un examen effectué par le décrit les limites et les avantages de diverses approches de génie côtier, soulignant qu'aucune stratégie ne peut traiter pleinement la complexité de la dynamique des sédiments et de la résilience côtière.

Efforts de contournement et de restauration des sédiments

Reconnaissant les limites de l'armure dure et de la nourriture des plages, les gestionnaires côtiers adoptent de plus en plus des approches qui fonctionnent avec, plutôt que contre, les processus de sédiments naturels.

En Louisiane, le projet de dérivation des sédiments du Mid-Barataria représente un effort à grande échelle pour reconnecter le Mississippi aux milieux humides adjacents. Ce projet permet de canaliser l'eau de la rivière chargée de sédiments en marais en détérioration, en favorisant la construction de terres et la restauration de l'habitat.

Bien que prometteurs, ces projets posent également des défis, comme les changements dans les régimes de salinité qui affectent les pêches et la végétation, ainsi que les préoccupations des collectivités locales concernant les inondations et l'utilisation des terres.

Changement climatique et amplification humaine des impacts

L'augmentation accélérée du niveau de la mer, entraînée par le réchauffement climatique, menace de noyer les marais et les îles-barrières à moins que l'accumulation de sédiments ne se poursuive. Cependant, la réduction de l'approvisionnement en sédiments des barrages en amont et l'altération de l'hydrologie des rivières font que les processus naturels de construction des terres sont insuffisants, ce qui entraîne un retrait généralisé des côtes.

L'intensité et la fréquence des tempêtes devraient augmenter dans la région du Golfe, ce qui aggrave l'érosion et la redistribution des sédiments pendant les ouragans et les tempêtes tropicales.Des événements comme les ouragans Katrina (2005), Rita (2005) et Michael (2018) ont démontré comment les conditions sédimentaires modifiées par l'homme – comme les sols compactés provenant d'infrastructures ou les couches de sédiments perturbées par le dragage – peuvent exacerber les pertes de terres et les dommages aux biens.

L'intrusion dans les eaux salées, aggravée par les canaux et la subsidence des terres, tue la végétation des marais d'eau douce, entraînant un effondrement de la tourbe et une perte de sédiments, ce qui crée une boucle de rétroaction où la dégradation des marais augmente la pénétration des ondes de tempête et accélère l'érosion, mettant en danger les communautés et les écosystèmes.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a souligné que la réduction de l'offre de sédiments était un facteur essentiel de la vulnérabilité des côtes deltaïques dans le monde, la côte du Golfe étant un exemple de premier plan.

Les stratégies d'adaptation comprennent :

  • Génier les détournements de sédiments pour restaurer les processus naturels de construction des terres.
  • Création ou amélioration de marais à l'aide de matériaux dragués et de végétation de plantation.
  • Rétablir l'hydrologie naturelle en branchant ou en modifiant les canaux et les digues pour permettre une inondation contrôlée.
  • Mettre en œuvre des digues de recul et gérer le recul lorsque cela est possible pour permettre aux systèmes sédimentaires de s'adapter naturellement.

La plateforme NOAA Digital Coast fournit des outils et des données précieux aux planificateurs côtiers pour évaluer les impacts de l'élévation du niveau de la mer et concevoir des mesures de résilience.

Conclusion

Les paysages sédimentaires de la côte du Golfe sont le produit de millénaires de processus géomorphologiques et écologiques naturels. Pourtant, en quelques générations seulement, les activités humaines sont devenues les principaux moteurs de la restructuration de ces environnements.

Ces changements menacent non seulement la richesse de la biodiversité et des services écosystémiques de la côte du Golfe, mais aussi le bien-être social et économique de millions de personnes qui dépendent de la protection côtière, de la pêche et du tourisme.

La restauration de la distribution des sédiments par des dérivations artificielles, la protection et la remise en état des terres humides et la conception d'infrastructures qui fonctionnent avec des processus naturels sont des étapes essentielles pour favoriser la résilience des paysages de la côte du Golfe.