Comment les Hautes Plaines se sont formées
C'est gr?ce à une bosse du manteau terrestre que se sont formées au pied des Rocheuses les High Plains, d'une importance capitale pour la biodiversité et l'agriculture américaine. Le géologue de l'ETH Sean Willett a étudié avec ses collègues de l'université du Nevada l'évolution de ce paysage exceptionnel.
Au pied oriental des Montagnes Rocheuses, dans le Midwest, s'étend sur plusieurs ?tats un paysage extraordinaire : les High Plains. Sur ces plaines en pente très douce - sur une longueur d'environ 500 kilomètres, elles ne s'abaissent que de 200 mètres - règnent des conditions écologiques uniques et constituent une particularité géologique.
Les High Plains abritent 100'000 petits lacs saisonniers, appelés playas, qui sont pour la plupart alimentés par l'eau de pluie et s'assèchent en période de sécheresse. Ces lacs constituent une importante zone de reproduction, de repos et d'hivernage pour des millions d'oiseaux, et ils alimentent également un réservoir d'eau souterraine, l'aquifère Ogallala. Celui-ci est le plus grand réservoir d'eau souterraine d'Amérique du Nord et, avec une extension de 450'000 kilomètres carrés, il est plus de dix fois plus grand que la Suisse. Sans cette nappe phréatique, l'agriculture ne serait guère possible dans cette région aride.
Loin d'être géologiquement inintéressant
Les géologues ne se sont toutefois guère plus intéressés aux High Plains. "La région est trop plate pour un géologue alpin et est considérée comme inintéressante", sourit Sean Willett, professeur de géologie à l'ETH Zurich. Mais lui et deux collègues de l'université du Nevada ont fini par s'intéresser à la région en découvrant par hasard "d'étranges motifs de rivières" qui traversent les High Plains. Et maintenant, ils montrent dans une publication en page externeNature a retracé l'histoire géologique inhabituelle de la région.
Les vastes plaines se sont formées il y a 20 millions d'années. Les géologues partent du principe que des matériaux en collision dans le manteau terrestre ont formé une sorte de bosse qui s'est déplacée d'ouest en est sous la plaque continentale. Cette bosse a d'abord soulevé le plateau du Colorado, puis les Rocheuses et enfin, à l'époque actuelle, les plaines elles-mêmes. La pente des montagnes vers ces plaines s'est donc accrue et l'érosion des matériaux a augmenté. Pendant 15 millions d'années, un flot massif de sédiments s'est déversé des montagnes sur les plaines et les vallées fluviales situées à leur pied.
Les rivières ont transporté les matériaux et les ont déposés au pied des montagnes sous forme de bassins alluviaux de plusieurs centaines de kilomètres de long. Les vallées fluviales ont été comblées de gravier et de sable grossier, et les zones adjacentes ont été entièrement "pavées" de matériaux fins.
Une couche de calcaire a étanchéifié les lacs
Comme les bassins alluviaux n'avaient qu'une faible pente, les rivières à forte force érosive faisaient défaut. Ainsi, des lacs ont pu se former sur leurs plaines scellées par du sable fin, de la boue et de l'argile, car l'eau de pluie restait longtemps dans les dépressions. Avec le temps, des processus chimiques ont calcifié les fonds des lacs. Des couches de calcaire pouvant atteindre 10 mètres d'épaisseur se sont ainsi formées. Finalement, des fissures se sont formées dans le calcaire, à travers lesquelles l'eau s'est infiltrée, créant une nappe phréatique d'un volume presque inimaginable et d'une extension gigantesque.
Il y a environ trois à cinq millions d'années, l'afflux de sédiments s'est arrêté. Depuis lors, les Hautes Plaines n'ont pratiquement pas changé géologiquement (hormis les activités humaines). "Elles constituent un paysage très ancien", affirme Willett.
Mais les rivières des Rocheuses ont cherché de nouvelles voies et ont creusé de plus en plus profondément dans le sous-sol, sur les bords des vallées alluviales primitives. Ce processus n'est pas terminé et ne peut pas être arrêté : Les rivières continuent d'éroder les alluvions, comme en témoignent les falaises et les motifs arborescents que les ruisseaux et les rivières creusent dans le sous-sol. "Ce que nous voyons aujourd'hui est un état transitoire de ce paysage", souligne le professeur de l'ETH. "D'ici cinq millions d'années, les hautes plaines seront entièrement érodées".
La désintégration des bassins versants alluviaux est inéluctable
Willett ne voit pas de menace immédiate pour la nappe phréatique. Il faut toutefois être conscient que les forces qui décomposent les High Plains déterminent déjà aujourd'hui où se trouvent les eaux souterraines et où l'agriculture est possible.
Les High Plains sont uniques au monde. Certes, de tels gigantesques bassins alluviaux existent également en Amérique du Sud et dans la partie indienne de l'Himalaya. "Mais les High Plains sont inactives depuis quatre à cinq millions d'années, alors que les autres grandes plaines alluviales continuent à se développer activement", explique le chercheur.
Référence bibliographique
Willett S, McCoy SW, Beeson HW. Transience du paysage des hautes plaines d'Amérique du Nord et son impact sur l'eau de surface. Nature (2018), publiée en ligne le 19 septembre. doi :page externe10.1038/s41586-018-0532-1
