Extrait de la Lettre n°4 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)

1-Reconstitution, à partir des pollens contenus dans les sédiments lacustres du lac Tanganyika, de l'évolution de la température (a), et des précipitations (b). Evolution du pourcentage de diatomées littorales dans le sédiment (c).

2 - Evolution depuis 10 000 ans (âge radiocarbone) du contenu isotopique, de la salinité (déduite des assemblages de diatomée) et de l'abondance des diatomées planctoniques (Lac Tin Ouaffadene).

3 - Distribution des échantillons du lac Tin Ouaffadene (8 000 à 10 000 ans, âge radiocarbone)) comparée à la composition isotopique des eaux du lac à l'état stationnaire pour différentes valeurs de l'humidité de l'air.

Les pluies et le bilan hydrique régional sont parmi les paramètres du climat les plus difficiles à reconstituer dans le passé. Leur étude est cependant primordiale puisque ce sont ces paramètres qui conditionneront, en priorité, l'évolution de la biosphère lors d'un changement climatique. L'étude des dépôts lacustres peut, à l'heure actuelle, fournir ce type d'information. Ci-dessous, deux exemples d'étude de paléolacs africains en région tropicale illustrent ce point.

Présents sous toute latitude, les lacs détiennent dans leurs sédiments des témoignages des climats du passé. Ces sédiments, riches par la diversité des indicateurs environnementaux, et aisément déchiffrables grâce à l'ampleur des variations qui ont affecté ces milieux peu tamponnés, permettent grâce à des taux d'accumulation généralement élevés d'obtenir une résolution temporelle importante. La discontinuité spatiale des bassins et l'influence des facteurs locaux ont longtemps pénalisé les études sur les paléolacs en paléoclimatologie. Il est vrai que la compréhension hydrologique, géologique et hydrogéologique des systèmes s'impose avant toute interprétation climatique des signaux dont aucun n'est univoque en milieu continental. Dans ce cas et à condition de calibrer les variables sur des références actuelles, les termes du bilan hydrique peuvent être évalués donnant ainsi accès à certains paramètres paléoclimatiques.

Des conditions sèches et fraîches en Afrique tropicale vers 18-16 ka BP
Considérons l'exemple du lac Tanganyika, second réservoir d'eau douce du monde par son volume et sa profondeur (1470 m), où l'étude pluridisciplinaire de plusieurs carottes sédimentaires a livré 26000 ans d'histoire hydroclimatique du lac et de son bassin versant. Le lac Tanganyika occupe un fossé tectonique d'Afrique orientale au sud de l'équateur (3°20'-8°45'S). Son alimentation est assurée par les précipitations tombant directement sur le lac et par le ruissellement de surface. L'évaporation depuis la surface du lac représente 95% des pertes en eau. Son bassin versant (238,700 km2) reçoit en moyenne 1000 mm de pluie par an dont 850 mm retournent à l'atmosphère par évaporation et évapotranspiration.

Niveau du lac et température
La nature minéralogique des dépôts et la composition des assemblages de diatomées, algues microscopiques à test siliceux, informent sur les variations du niveau lacustre. Un épisode régressif de grande ampleur (-300, -400 m) est centré sur 18 ka BP (âge radiocarbone), c'est à dire sur le Dernier Maximum Glaciaire (DMG). Une remontée rapide du plan d'eau s'amorce vers 14,5 ka BP et le niveau est voisin de l'actuel à partir de 12,7 ka BP. Le pollen de plantes terrestres piégés dans le sédiment nous renseigne sur les changements du couvert végétal sur le bassin versant. Les relations statistiques (fonctions de transfert) établies entre pluies polliniques et variables climatiques actuelles pour la région conduisent à des estimations des paléotempératures. Un abaissement de la température atteignant -4,4 ± 2°C (par rapport aux valeurs actuelles) s'observe entre environ 18 et 16 ka BP. Les conditions thermiques post-glaciaires s'instaurent entre 14,5 et 9 ka BP.

Bilan hydrique
Un modèle de bilans hydrique et énergétique du lac et de son bassin versant fut établi en vue de simuler des valeurs d'évaporation et de précipitation compatibles avec le bas niveau lacustre reconstitué durant le DMG. Ce modèle, dans lequel les pertes par évaporation sont estimées à partir du bilan radiatif du lac et des terres, simule avec précision les paramètres hydroclimatiques actuels. Il fut appliqué au DMG, avec les valeurs des paramètres suivants relatifs à cette période, valeurs qui diffèrent de l'époque actuelle :
- l' insolation, calculée par les astronomes;
- la surface du lac (-42%) et celle du bassin versant (-4%) fournies par les données paléohydrologiques et géologiques;
- la température (-4,4 ± 2°C) déduite des pollens;
- l'albédo et le rapport de Bowen (qui traduit le fractionnement entre flux de chaleur sensible et flux de chaleur latente évaporatoire), auxquels on attribue des valeurs compatibles avec l'état du couvert végétal déduit des pollens.
La reconstitution du bilan hydrique de l'époque permet d'estimer que les pluies, P, étaient alors plus faibles de -15 ± 4% tout comme l'évaporation, E, sur le bassin exondé (-12 ± 4%) et sur la surface du lac (-5,3 ± 2%) (figure1) Ceci et montre que la quantité P-E qui est de 150 mm par an à l'heure actuelle avait baissé de 40% dans le passé, entraînant ainsi un niveau de lac plus ba .
Le traitement conjoint des données géologiques, paléohydrologiques, et palynologiques nous a ainsi conduit à des estimations de paramètres climatiques, qui, dans ce cas, diffèrent sensiblement des résultats d'expérience de simulation issus de certains modèles de circulation générale de l'atmosphère. Les différences entre modèles prédictifs du climat et faits recensés restent à analyser.

L'humidité du Sahara à l'Holocène inférieur
Entre environ 10000 et 4000 and BP, une multitude de petits lacs a occupé les creux interdunaires du Sahara et du Sahel. Ces lacs, pour la plupart, n'étaient que des fenêtres ouvertes sur les nappes aquifères, alors affleurantes.
Tin Ouffadene (20°10'40"N, 9°11'303E, 740 m) est une petite cuvette tapissée de sédiments lacustres, au coeur d'un champ de dunes du désert du Ténéré Le site est bien connu des archéologues pour la richesse de son industrie néolithique. Aujourd'hui, l'hyperaridité du climat n'autorise pas la vie. Les pluies, liées à des lignes de grain, sont exceptionnelles. Leur teneur élevée en isotopes lourds de l'oxygène (-4 à -1‰ en moyenne annuelle) traduit les processus d'évaporation en cours de précipitation en atmosphère très sèche.
Entre environ 9000 et 8000 ans BP, Tin Ouaffadene était occupé par un lac de plus de 20 m de profondeur. La salinité moyenne de l'eau est estimée environ 0,3 g l-1 par les fonctions de transfert reliant la composition des assemblages de diatomées (figure 2) et la chimie des eaux. La teneur en 18O de l'eau (figure 2), déduite de celle des carbonates, était d'environ -5‰. Ces observations traduisent une montée de niveau de la nappe aquifère d'au moins 50 m par rapport à l'actuel en réponse à une augmentation des précipitations sous un climat où l'évaporation était plus faible.
Les eaux souterraines datées de l'Holocène inférieur dans la région détiennent la mémoire des précipitations qui ont rechargé les aquifères. Elles sont représentatives des eaux d'alimentation du paléolac, très appauvries en isotopes lourds de l'oxygène (-9.5 ‰), et à salinité très faible (0,1 g l-1). La teneur en isotopes lourds de ces eaux, bien inférieure à celles des pluies actuelles est la conséquence d'un régime d'évaporation moins intense à l'époque et donc une atmosphère plus humide. Ainsi informés sur les caractéristiques chimiques et isotopiques des apports, on est en mesure de traiter les équations de bilans hydrique, salin et isotopique du paléolac. La combinaison des données acquises sur les eaux de surface et sur les eaux souterraines de l'époque par des méthodes hydrologiques, géochimiques et paléoécologiques conduit à des estimations de l'humidité de l'air 2 à 3 fois plus élevée qu'aujourd'hui (figure3).

Perspectives
Dans des bassins bien choisis, les forages lacustres sont susceptibles de fournir des enregistrements de l'environnement et du climat continus sur plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de milliers d'années. L'obtention de carottages longs de quelques dizaines à quelques centaines de mètres sous une certaine tranche d'eau est une opération techniquement difficile et onéreuse. L' étude pluridisciplinaire de longues séquences sédimentaires et la modélisation des systèmes hydrologiques n'en demeurent pas moins une approche irremplaçable pour comprendre et prévoir la réponse des régions aux changements du climat.
C'est là un objectif prioritaire du programme IGBP-PAGES-PEP (Pôle-Equateur-Pôle), organisé autour de trois transects nord-sud, les Amériques (PEP I), Australie-Asie (PEP II) et Afrique-Europe (PEP III). Dans ce cadre, la communauté internationale s'organise pour accéder aux moyens de forage , standardiser les méthodes d'étude et intégrer les données. La communauté française bénéficie d'une longue expérience. La réussite de plusieurs projets nationaux ou européens (Massif Central Français, action DYTEC "Atelier Caspienne", projet GDR 970 Madagascar, projet CEE Lac Rukwa...), qui regroupent un large éventail de spécialités, en témoigne. La communauté nationale souhaite donc participer pleinement à l'effort international. Elle se focalise actuellement sur un projet de forage recouvrant un cycle climatique complet dans un lac du Rift Ethiopien (programme ERICA, PNEDC-INSU-DYTEC, Ministère des Affaires étrangères) pour une meilleure compréhension de la variabilité de la mousson indienne. L'investigation géologique, hydrologique et biologique du secteur est en cours afin d'améliorer les fonctions de transfert basées sur les pollens et les diatomées, et de déterminer précisément le site d'implantation d'un forage d'une centaine de mètres, qui pourrait être réalisé dès 1997.

Contact :
Françoise Gasse
Laboratoire d'Hydrologie et Géochimie Isotopique
Bat. 504
Université Paris Sud
91405 Orsay Cedex