EUSTATISME

EUSTATISME

On désigne par le terme d’eustatisme (ou encore d’eustasie) le phénomène responsable des variations générales du niveau moyen des mers, et l’on qualifie d’eustatique toute montée ou baisse de ce niveau lorsqu’elle a même amplitude dans toutes les régions du globe. De telles oscillations se distinguent des perturbations océaniques (houles, tempêtes, tsunamis), ainsi que des marées d’origine lunaire et solaire, des effets stériques régionaux (dus à la dilatation ou à la contraction des molécules d’eau), comme des actions hydrodynamiques (dues aux variations d’énergie dans les courants océaniques et à la force de Coriolis), des phénomènes tectoniques (événements géologiques venant troubler la stabilité de l’écorce terrestre), etc.

Il existe une Commission internationale pour l’étude du niveau moyen des océans (créée par l’Association internationale d’océanographie physique) qui examine périodiquement l’influence sur le niveau des mers des phénomènes non eustatiques cités plus haut, principalement l’influence des phénomènes à court terme, dans le dessein de mieux comprendre les résultats enregistrés par les marégraphes du monde entier. En analysant les moyennes à long terme des marégraphies provenant de tous les points du globe, on a constaté, pour la première moitié du XX^e siècle, qu’il restait une anomalie atteignant + 1,2 mm environ par an. Autrement dit, une fois éliminées les variations locales et les erreurs, le niveau moyen des mers semble avoir monté de plus d’un millimètre tous les ans. Ce phénomène est normalement considéré comme eustatique.

Les faits prouvant la réalité de l’eustatisme ne sont aujourd’hui contestés pratiquement par personne, mais on a pu l’attribuer à des causes diverses. Les progrès réalisés dans les sciences de la Terre permettent maintenant d’affirmer que les variations eustatiques dépendent essentiellement de trois groupes de phénomènes: tectoniques, sédimentologiques et surtout glaciologiques, ces derniers étant étroitement dépendants des variations climatiques.

Preuve de l’eustatisme

Marégraphie et géodésie

Comment peut-on être certain de la montée générale du niveau marin? N’est-il pas possible que les jauges marégraphiques du monde entier (à peu d’exceptions près) s’enfoncent lentement, de sorte que le niveau de l’océan semble seulement s’élever? La question se justifie, surtout lorsque l’on sait que la plupart de ces jauges sont placées dans des ports actifs où la charge des docks et des villes portuaires peut fort bien causer une subsidence locale de la croûte terrestre. En fait, si cette source d’erreurs locales a été étudiée avec soin, elle n’a pas été éliminée totalement.

La cote précise de nombreuses jauges est vérifiée en fonction du réseau de triangulation cadastrale et géodésique de chaque pays. Dans certains cas, une dépression de l’écorce a été mise en évidence. Mais dans de nombreux autres, où les jauges sont placées sur des roches dures, seul un très faible tassement est possible, du fait de charges d’origine anthropique notamment. Les jauges marégraphiques et la «couverture» géodésique confirment conjointement que, tandis que beaucoup de jauges situées dans des bassins sédimentaires indiquent une tendance de ceux-ci à la subsidence, d’autres, placées sur les côtes rocheuses de ceintures orogéniques, montrent souvent au contraire une montée de ces dernières. Entre ces deux extrêmes, on trouve les jauges installées sur des côtes plutôt stables et, là, le seul facteur eustatique apparaît.

Géomorphologie

La stabilité côtière est, évidemment, purement relative, car toute la planète Terre est une réalité tournoyante, dynamique, capable de réponses élastiques et plastiques aux contraintes qui lui sont appliquées. Le facteur temps est décisif à cet égard: une région côtière qui paraît stable pendant une période de cinquante ans peut montrer des déformations appréciables au bout d’un million d’années. On passe alors du domaine du géodésien à celui du géomorphologue et du stratigraphe du Quaternaire (celui-ci s’intéresse plus spécialement aux formations géologiques datant des deux derniers millions d’années environ).

Les lignes de rivage représentent l’intersection du plan formé par le niveau marin, à un moment donné, et de la surface de l’écorce terrestre. Aussi les géomorphologues étudient-ils le profil actuel des côtes, et les traces qui y sont inscrites, pour y déceler et y interpréter les anciennes lignes de rivage. Dans les roches calcaires, en partie solubles, on distingue nettement une encoche due au travail des vagues et située entre les limites de haute et de basse mer. Le niveau précis varie selon le type de roche, l’exposition aux vagues et surtout les agents biologiques: certaines huîtres vivent à une hauteur déterminée ; les bigorneaux, les annélides et certaines algues calcaires forment, de même, des horizons écologiques repères ; les mollusques perforants, certaines éponges et autres organismes qui taraudent les roches laissent aussi des traces identifiables ; on sait enfin que les récifs coralliens se développent exactement à la limite correspondant à la marée basse. Le repérage des anciens niveaux marins peut par conséquent s’effectuer de façon très précise.

Les marques gravées au-dessus du niveau actuel sont, dans la majorité des cas, d’accès facile, et le géologue peut ainsi examiner directement le résultat des actions marines passées: plate-forme d’abrasion littorale, encoche de sapement, «falaise morte» ou traces biologiques diverses. Mais plus les niveaux sont âgés, et plus les faciès fossiles correspondants sont effacés par l’érosion. Les anciens rivages, dont l’âge peut dépasser 200 000 ans, laissent souvent comme seul témoignage une simple irrégularité du paysage, une terrasse dégradée, qui ne peut se détecter qu’à la suite d’une analyse statistique de la topographie.

Si, dans le passé, le niveau marin est resté constant pendant une période suffisante, les rivières et les surfaces d’érosion contemporaines ont pu atteindre leur niveau de base. Ce fait a été reconnu et appliqué à une échelle régionale pour la première fois par Henri Baulig lors de ses travaux dans le Massif central français ; depuis lors, ce principe a été largement étendu, notamment à l’étude des Ardennes, de l’Angleterre méridionale, des Appalaches. Mais il faut tenir compte du fait qu’avec l’âge les terrains subissent des gauchissements ou des déplacements d’origine géotectonique. Ainsi, nombre des plus anciennes surfaces d’érosion («pénéplaines»), comme celles d’Auvergne ou des régions citées plus haut, sont en fait des surfaces déformées et qui peuvent se trouver aujourd’hui à plusieurs centaines de mètres au-dessus de leur altitude d’origine.

Les anciens niveaux marins qui étaient inférieurs au niveau actuel sont plus délicats à reconnaître car on ne peut, en général, en examiner les vestiges directement. Les plus récents peuvent être atteints par un plongeur équipé d’un scaphandre autonome; quant aux terrasses les plus âgées, elles ont été recouvertes par des sédiments et peuvent être détectées seulement grâce à des procédés géophysiques (sondeur à ultrasons, par exemple) ou à des forages, à l’occasion de prospections pétrolières.

Causes de l’eustatisme

Il n’y a pas si longtemps, on pensait encore que le niveau de la mer pouvait être assimilé à un plan à peu près immobile, et servir de base à toute donnée géodésique ou topographique. Il est admis au contraire maintenant que, sur une Terre dynamique connaissant des séismes, l’érosion, la sédimentation, les variations climatiques, etc., la possibilité d’un niveau marin fixe n’est concevable qu’à une faible échelle de temps. Le principe de l’eustatisme peut donc être considéré comme une loi fondamentale de la géologie, à savoir que «le niveau moyen de la mer n’est pas constant dans le temps, mais oscille en fonction d’influences séculaires et cycliques diverses».

Ces oscillations traduisent les interactions de phénomènes multiples mais qui se ramènent en fait à trois types principaux: le tectono-eustatisme, le sédimento-eustatisme, le glacio-eustatisme.

Tectono-eustatisme

Cette forme d’eustatisme suppose un volume d’eau constant dans l’océan mondial, mais avec des changements dans la morphologie des bassins.

Ce phénomène a été reconnu d’abord (bien avant d’avoir un nom) par Charles Darwin, après que ce dernier eut examiné un grand nombre d’atolls du Pacifique central et qu’il en eut déduit que le bassin central de l’océan s’enfonçait lentement par le jeu de mécanismes géologiques, permettant aux ceintures de corail de grandir sur les «chicots» submergés d’anciens volcans. La thèse de Darwin n’est pas la seule manière d’expliquer la croissance des atolls. Par exemple, le développement du noyau ferreux de la Terre implique un lent transfert de masse des zones externes vers les zones internes, d’où une variation du moment d’inertie de la planète par rapport à son axe de rotation et, de là, une augmentation de la vitesse angulaire. Cette augmentation provoquerait une montée du niveau marin à l’équateur, sensible à l’échelle du siècle, compensée par une baisse du niveau aux pôles et par l’isostasie. Ce phénomène ne serait pas eustatique (c’est-à-dire à l’échelle planétaire) mais régional, et on pourrait le qualifier plutôt de «géodésique» ou «géoïdal», étant donné qu’il concerne la forme du géoïde. La surface de l’océan répond instantanément à une telle évolution, tandis que la croûte ne se rajuste que lentement; la période correspondant au temps de réponse serait ainsi marquée par une montée pseudo-eustatique dans toute la zone équatoriale.

Il existe une autre explication à la submersion des atolls du Centre-Pacifique. Cette thèse, en faveur chez les partisans d’une «Terre molle», soutient que chaque volcan sous-marin et sa couronne de corail s’enfoncent dans la croûte et le manteau supérieur, sous l’influence de son propre poids. Des traces d’une dépression ennoyée autour d’Hawaii accréditent quelque peu cette hypothèse, mais il s’en faut de beaucoup que le sillon soit assez profond pour rendre compte de l’enfoncement attendu.

Quelle que soit l’explication des atolls du Pacifique, l’idée de Darwin d’appliquer le principe d’Archimède aux océans reste valable. Il existe d’importants faits géologiques qui font penser que le fond des mers bordières du monde entier est subsident depuis quelques millions d’années (on dit que ce sont des «quasi-cratons»), et cela pourrait justifier une chute générale du niveau marin d’au moins 100 mètres au cours de cette période. Il faut inclure dans ces mers bordières la Méditerranée, les mers des Caraïbes et des Antilles australes, ainsi que les bassins du Pacifique occidental.

Dans le type tectono-eustatique, Hartmut Valentin discerne deux sous-types théoriques: l’orogéno-eustatisme et l’épeirogéno-eustatisme , dus respectivement à des déformations dans les ceintures orogéniques et dans les aires cratoniques. Dans la pratique, il est très difficile de les distinguer.

Sédimento-eustatisme

Il est évident que, si un bassin se comble progressivement de sédiments, le volume d’eau restant constant, le niveau marin va, toujours selon le principe d’Archimède, monter en conséquence. Mais, alors que le tectono-eustatisme pouvait jouer soit positivement soit négativement, l’effet du sédimento-eustatisme est uniquement positif.

C’est ce processus sédimento-eustatique que le géologue autrichien Eduard Suess (1831-1914) avait à l’esprit lorsque, à la fin du XIX^e siècle, il forgea le mot «eustatique». Il avait noté les grandes transgressions tertiaires de la Méditerranée sur l’Europe méridionale et pensait que cela était dû à un remplissage sédimentaire périodique des bassins qui se seraient finalement rouverts par le jeu de forces tectoniques. Des considérations quantitatives sur les vitesses de remplissage des géosynclinaux et les oscillations eustatiques observées suggèrent que le taux de comblement est d’un ordre de grandeur bien trop faible pour avoir quelque effet notable sur le niveau marin général.

Glacio-eustatisme

Correspondant à un phénomène découvert bien avant l’époque de Darwin, le terme «glacio-eustatisme» semble avoir été créé par Henri Baulig dans les années 1930. Comme son nom l’indique, le glacio-eustatisme se manifeste par une variation du niveau général des mers en fonction de l’importance de l’eau soustraite ou restituée aux océans par les glaces continentales.

La vitesse de tels changements est grande: si déjà, sur une période de 10 000 ans, on peut enregistrer une amplitude de 100 m (soit 1 cm/an), la vitesse a pu atteindre, lors des «pointes» de la dernière fonte post-glaciaire, 10 à 50 cm/an. Sur un rivage bas, cela peut provoquer des inondations considérables, d’une ampleur justifiant les récits sur le Déluge, transmis par la Bible et présents chez de nombreuses peuplades asiatiques.

Du fait de la vitesse appréciable de ce phénomène, on peut évaluer approximativement les influences des modifications climatiques actuelles sur le bilan hydrologique mondial. Pendant la période de montée eustatique de 1 mm/an correspondant à la première moitié du XX^e siècle, il y a eu aussi une élévation de la température mondiale moyenne de 0,5 ⁰C. Cela a inspiré à Rhodes W. Fairbridge la loi glacio-eustatique empirique suivante: «Une différence de température de 1 ⁰C par an entraîne une variation eustatique de 1 mm», ce qui, appliqué au dernier maximum glaciaire, donne à peu près 漣 10 ⁰C pour 10 000 ans et pour une baisse eustatique de 100 mètres. La formule est cependant imparfaite, étant donné que le glacio-eustatisme a forcément des limites inférieure et supérieure.

Milutin Milankovitch a mis en évidence une périodicité de la courbe glacio-eustatique du Quaternaire (fig. 1), fondée sur trois cycles de la mécanique céleste (E. A. Bernard, 1962): précession des équinoxes (21 000 ans); inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan orbital (40 000 ans); excentricité de l’orbite de la Terre (92 000 ans). L’effet climatique direct (insolation), dû à ces cycles lorsqu’ils sont «en phase», est relativement faible (2 à 4 ⁰C), mais des mécanismes de rétroaction sont capables d’amplifier et de moduler ces cycles qui, pris isolément, n’ont qu’un impact faible. Ces mécanismes concernent d’abord l’eustatisme lui-même, dans la mesure où la baisse du niveau des mers accroît la continentalité et diminue les effets océaniques modérateurs; la réduction de la surface et de la température marines freine d’autre part l’évaporation à partir des océans et, ce faisant, l’importance des nuages, donc des pluies, d’où un développement des zones arides; l’accroissement des surfaces occupées par les déserts de sable et par la neige provoque l’augmentation de l’albédo de la Terre et contribue ainsi largement à la perte globale de chaleur.

Une source de complications, qui fit d’abord rejeter la périodicité trouvée par Milankovitch, est constituée par le «facteur de retard» de Croll. Obéissant, entre autres, au principe de la chaleur latente, la fonte des inlandsis suivant la dernière période glaciaire a demandé environ 10 000 ans (fig. 2). La courbe des radiations due à Milankovitch a situé la valeur correspondant au niveau actuel vers 漣 16 000 ans; celui-ci, résultant de la fonte des glaciers, a été lui-même atteint il y a seulement 10 000 ans. Le travail de datation absolue dû à W. Broecker a fourni une bonne corrélation entre les variations du niveau marin et la courbe de Milankovitch pour les derniers 300 000 ans environ. Quant aux faibles oscillations du niveau eustatique, elles sont imputées à des cycles mineurs de la mécanique céleste: par exemple, un «ralentissement» planétaire tous les 1 668 ans; un cycle de marées de printemps à périgée maximal, dont le dernier «pic» a eu lieu en 1433 avant J.-C.; ou une «impulsion» due au périgée Jupiter-Saturne, tous les 556 ans. On étudie aussi les influences possibles du cycle des taches solaires ^{[cf. SOLEIL]} dans ce domaine.

eustatisme [ østatism ] n. m.

• 1961; de eustatique

♦ Géol. Variation du niveau des mers due à une modification de la morphologie des bassins ou du volume des glaciers continentaux. ⇒ régression, transgression; et aussi épirogenèse. — On dit aussi EUSTASIE [ østazi ] n. f.

● eustatisme nom masculin ou eustasie nom féminin Variation lente du niveau des océans et des mers, d'origine tectonique ou climatique.

eustatisme

n. m. GEOL Variation du niveau général des mers.

eustatisme [østatism] n. m.

ÉTYM. 1961; de eustatique.

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♦ Géol. Variation du niveau des mers due à une modification de la morphologie des bassins ou du volume des glaciers continentaux. ⇒ Régression (marine), transgression (marine).

♦ On trouve aussi la var. eustasie, n. f.

Encyclopédie Universelle. 2012.