Unetempête de sable est un phénomènemétéorologique qui se manifeste par des vents violents provoquant ladéflation et le transport des particules de sable dans l'atmosphère, par le processus desaltation, voire parsuspension pour les sables fins. Lestempêtes de poussières sont similaires mais le substrat soulevé est le sol desséché. Elles laissent dans leur sillage ou ensuite desbrumes de sable qui contribuent à lapollution de l'air par les particules.
Il existe plusieurs phénomènes qui peuvent soulever le sable ou la poussière pour donner de telles tempêtes. On peut les classer en deux catégories[1] :
lesdépressions etfronts météorologiques intenses qui génèrent des vents de forts à violents sur un diamètre de plusieurs centaines de kilomètres ;
Dans le premier cas, l'action des vents s'exerce sur de vastes territoires et dure jusqu'à quelques jours. Ils vont soulever la mince couche de surface dans une région désertique et donner une visibilité de réduite à nulle selon les variations de leur vitesse[1]. Il s'agit d'un effet similaire à de lapoudrerie, ou chasse-neige élevée, dans unetempête de neige.
Il s'agit souvent d'une forte zone de vents à l'approche d'unfront froid ou quasi stationnaire en période estivale dans lazone de convergence inter-tropicale. On a en général un fort vent parallèle au front dans cette situation ce qui soulève le sable ou la poussière. Par contre, en hiver, ce sont généralement les vents derrière et perpendiculaires au front qui sont très forts à cause de l'intrusion d'air froid du front qui rend l'air instable.
L'une des tempêtes de sable à l'échelle synoptique se produit quand un vent du nord, appelé « Shamal » ou « Chammal », souffle sur lapéninsule Arabique. Cette situation se produit en été derrière un front froid; et en hiver lorsqu'on a une forte circulation entre unanticyclone sur la péninsule et une dépression à l'est duGolfe Persique[2]. D'autres vents connus des zones désertiques donnent des tempêtes de sable à la même échelle comme l'Harmattan, leSimoun, leSirocco, etc.
Dans le second cas, la zone de vents forts est limitée mais intense. Le plus spectaculaire de ces phénomènes est celui du « haboob », selon le nom arabe donné à ce phénomène qu'on peut retrouver un peu partout en zone désertique[3]. Il s'agit derafales descendantes générées par unorage ou uneligne d'orages. Dans un environnement sec, la pluie s'évapore souvent avant le sol et l'air qui descend de l'orage s'étale en unfront de rafales soulevant un mur de sable ou de poussière qui peut avoir jusqu'à une centaine de kilomètres de long mais beaucoup moins de large[3]. Cela limite la durée de la mauvaise visibilité en un point donné à trois heures ou moins mais le mur peut se déplacer sur de très longues distances avant que la friction fasse retomber les vents.
Un autre phénomène encore plus limité se produit sur les plaines côtières sablonneuses en pente lors de situation debrise de mer mais d'air stable en altitude. Dans cette situation, la brise va de la mer vers la terre alors qu'en altitude on peut avoir uncourant-jet de bas niveau de direction opposée. L'air venant de la mer est soulevé par la pente ce qui permet localement de briser l'inversion de température et de permettre au vent d'altitude plus froid de descendre vers le sol car il subit unepoussée d'Archimède négative. Ce fort vent soudain peut alors causer une tempête de sable très localisée mais a pour effet également de couper la brise ce qui limite sa durée de vie.
Finalement, il existe des endroits où le vent est forcé de passer par des ouvertures dans lerelief qui accélèrent celui-ci pareffet Venturi (vent de couloir). Si ces forts vents soufflent dans une zone désertique, ils vont créer une tempête de sable ou de poussière localisée.
Le sable ou la poussière se déplacent de trois manières[4] :
parreptation, le vent déplace de proche en proche les grains les plus gros en un mouvement graduel et sans perte de contact avec la masse sous-jacente ;
parsaltation, les particules moins lourdes sont soulevées par le vent à une certaine hauteur et retombent sous l'effet de leur propre poids, en rebondissant et en éjectant d'autres particules par impact. Ce soulèvement est de l'ordre de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres ;
pardiffusion/suspension turbulente, les grains très légers peuvent être pris dans une turbulence mécano-thermique par les vents qui les transportent à une grande distance en les soulevant jusqu'à plusieurs dizaines ou centaines de mètres de hauteur.
Quand la vitesse du vent est inférieure à un certain seuil, qui dépend de la densité et de la cohésion du sol, il n'y a généralement pas de transport de particules[4]. C'est surtout la suspension des particules très fines qui cause les tempêtes mais la saltation des particules un peu plus grosses contribue à bas niveau à la mauvaise visibilité.
Conséquences, parfois amplifiées par l'être humain
Les tempêtes de sable peuvent avoir d'importantes conséquences, directes et indirectes, et parfois éloignées pour l'environnement (océanique notamment)[5] ou encore pour lasanté publique (Ainsi les envols de poussière saharienne causent des brumes de sable dans les Antilles, dont on a récemment (2018) montré qu'elles contribuent à la pollution particulaire de l'air et qu'elles sont alors notamment une cause denaissances prématurées[6]).
Certaines de ces tempêtes ont eu des conséquences aggravées par les actions humaines qui avaient déjà dégradé le paysage et rendu les sols plus vulnérables (déforestation, agriculture, labour...). Ainsi,
la « Mer de sable » (Zandverstuiving) du parc néerlandaisHoge Veluwe résulte des effets d'une tempête qui a emporté le sol agricole dégradé sur des centaines d'hectares (centre desPays-Bas).
Certains des effets des tempêtes de poussières qui ont affecté l'Amérique du Nord auxXIXe siècle et au début duXXe siècle ont une cause humaine. Les colons européens y avaient en effet coupé de vastesforêts et mis en culture des centaines de milliers d'hectares d'anciennesprairies naturelles qui protégeaient jusqu'alors des sols fragiles (lœss). Ces sols mis à nu, dégradés par le labour et déshydratés par le soleil ont pris une consistance poudreuse, et ont été balayés par les tempêtes jusqu'à mettre à nu la roche mère et provoquer la faillite de milliers d'agriculteurs, contribuant à lacrise économique de 1929. C'est pourquoi c'est auCanada et auxÉtats-Unis qu'ont d'abord été développées les techniques d'agriculture plus extensive et/ou sans labour, qui ont efficacement protégé les sols.
De même, lesurpâturage et la pullulation decampagnols à la suite de la régression de leurs prédateurs ont dégradé et fragilisé les sols de Mongolie, induisant des phénomènes dedésertification, avec des envols de sable et de poussière qui peuvent opacifier l'atmosphère jusqu'à l'est de la Chine. Ces nuages peuvent modifier leclimat et lapluviométrie, et en transportant desbactéries,virus et autrespathogènes, tout en diminuant l'activité désinfectante desultraviolets solaires, ils pourraient avoir des impacts sanitaires.
Lors d'épisodes desirocco en provenance dudésert du Sahara, des remontées de sable peuvent occasionner un ciel jaune, une forte pollution et des pluies boueuses de l'Europe du Sud jusqu'auBenelux et parfois plus loin au nord[7],[8].
EnAsie du Nord-Est, les tempêtes de sable portent le nom de « tempête de sable jaune » (hwang-sa encoréen oukosa enjaponais). Originaire des déserts de Chine, c'est un phénomène récurrent et printanier. Pour les habitants de cette partie du globe, c'est un véritable fléau constitué de sable et de particules toxiques se mouvant au gré du vent. En effet, il apporte la pollution chinoise jusqu'enCorée, auJapon et même auxÉtats-Unis.
Les tempêtes de sable ou de poussière sévissent depuis des siècles enAsie et sur les autres continents. Le sable jaune provient des matériaux détériorés qui composent la surface du sol des déserts d'Asie centrale. En effet, l'activité humaine comme l'érosion excessive des terres, ledéboisement et lasurexploitation des ressources en eau a favorisé le développement de zones arides. Dans ces régions, les vents tempétueux se chargent notamment de sable et de poussières qui peuvent se déplacer sur plusieurs milliers de kilomètres.
Lehwang-sa est un phénomène récurrent et printanier enCorée du Sud. Le sable transporté par les vents provient notamment dudésert de Gobi, enMongolie. Celui-ci traverse la zone industrielle deShenyang en Chine et termine sa course en Corée, chargé de produits polluants.
L'église blanche deLocmaria (Bretagne) teintée par le vent du Sahara au printemps 2022.
Dans le Sahara, la tempête de sable est un phénomène fréquent. Elle peut durer deux ou trois jours. Le sable très fin peut être transporté à des centaines de kilomètres en dehors du désert : dans le sud de la Tunisie, après chaque tempête de sable, les pentes opposées à la direction du vent sont saupoudrées de sable apporté duGrand Erg[9].
Lorsqu'une dépression est située au-dessus duMaghreb, les vents violents soulèvent le sable et, selon la direction du flux, il peut parcourir de longues distances. En particulier, dans le cas où unanticyclone est présent sur l'Est de la Méditerranée, le flux est du secteur sud et le sable de la tempête d'origine peut alors parvenir jusqu'enEspagne, enItalie, enFrance et même dans les pays aux latitudes plus élevées[10]. Des dépôts sableux résultant de pluie de sable peuvent être observés dans les rues, sur les voitures et rendre le ciel d'une teinte jaune orange[7].
Au Moyen-Orient, les tempêtes de sable sont un phénomène bien connu des habitants de cette région.
Ces dernières années, les tempêtes de sable se sont multipliées au Moyen-Orient en raison de deux facteurs : le réchauffement climatique et la guerre[11]. Pour les spécialistes qui les observent notamment dans le désert du Néguev, ces phénomènes s'expliquent par le réchauffement climatique rapide que connaît actuellement le Moyen-Orient : l'augmentation des températures, la diminution des précipitations et la désertification qui s'accentue assèchent les terres cultivables qui deviennent friables et sont ensuite effritées par le vent[12]. Certains scientifiques ont identifié un autre facteur aggravant : laguerre en Syrie. Les combats ont laissé derrière eux une terre particulièrement aride et friable, notamment dans la région d'Alep[12].
Lesîles Canaries sont parfois touchées par des tempêtes de sable en provenance du Sahara avec le vent decalima. Elles y réduisent la visibilité et altèrent la santé et les infrastructures.
En haute mer, le fer (Fe), l'azote et d'autresoligo-éléments essentiels aux organismes marins pour laphotosynthèse, proviennent du dépôt à partir de l'atmosphère, car les apports des fleuves sont en grande partie consommés (ou perdus dans les sédiments) près des côtes. Les tempêtes de sable changent aussi l'albédo au-dessus des océans qui reflète alors différemment une partie du rayonnement solaire qui normalement serait absorbée par les océans, et d'un autre côté, l'énergie réémise sous forme de chaleur par les océans se trouvecapturée sous le voile de sable et de poussière. Les grains de sable prennent la température de l'air ambiant, indépendamment de leur source. Ils sont aussi desnoyau de condensation pour la formation de nuages. La résultante de tous ces processus sur la température de la mer est encore mal évaluée[17].
On sait, depuis les années 1990, que certains vents de sable, nés dans leSahara, traversent l'océan Atlantique, jusqu'à atteindre et fertiliser tout lebassin amazonien ; avant cela, ils déposent aussi, chaque année, des millions de tonnes de nutriments, dans l'Atlantique tropical et jusqu'en Atlantique nord[18]. Ce phénomène lie, biogéochimiquement, l'Amazonie à l'Afrique, par des mécanismes de mieux en mieux compris ; il s'est avéré être une composante essentielle ducycle biogéochimique planétaire, contrôlant des processus écologiques et biogéochimiques majeurs.
En1992, R. Swapet al. calculent que chaque tempête peut transporter jusqu'à 480 000 tonnes de poussière jusqu'en Amazonie (soit 13 millions de tonnes par an en moyenne), apportant notamment des éléments nutritifs comme le phosphate qui influencent fortement la composition chimique des précipitations et la fertilité des sols[19]. Ces particules sont transportées sur plus de 6 000 kilomètres, principalement dans lacouche d'air saharien (Sahara Air Layer ouSAL)[20],[21], avant de se déposer enAmazonie sous forme sèche ou humide.
On a d'abord cru qu'elles provenaient majoritairement de ladépression du Bodélé (un ancien paléolac dont lessédiments sont riches endiatomées fossiles, connu comme la principales source de poussières atmosphériques au monde). Au début des années 2000, on pensait que, sur environ 40 millions de tonnes de poussière saharienne fertilisant chaque année le bassin amazonien, près de la moitié venaient du Bodélé (une zone minuscule à l'échelle du Sahara, mais hyperactive car située entre deux chaînes montagneuses qui canalisent les vents, lesquels soulèvent là jusqu'à 0,7 million de tonnes de poussière par jour en hiver)[22]. Vingt ans plus tard (2022), on constatait (à partir d'observations satellitaires et de simulations de trajectoires) qu'en réalité, une grande partie des poussières issues dela Bodélé se redéposaient près de leur source (par dépôt sec et humide) et que c'était le désert d'El Djouf qui est le principal contributeur à ce flux. Entre-temps, dans les années 2000, Abouchamiet al., en2013, puis Pourmandet al. en2014 constataient, en Amazonie, que les apports de poussières hivernales et le transport de poussières estivales vers les îles des Caraïbes avaient des origines différentes en Afrique du Nord[23],[24].
Il y a consensus chez tous ces auteurs pour reconnaitre à ce flux de particules aéroportées un rôle écologique majeur. En effet, en raison de leur origine sédimentaire, elles sont riches enphosphore (P), un oligoélément dont manque naturellement le sols du bassin amazonien[25], en raison notamment de l'intenselessivage qu'il subit sous les intenses pluies tropicales[26]. En2019, des mesures faites àCayenne, enGuyane, montrent que cette poussière saharienne apporte la majorité du phosphore total au bassin amazonien au printemps, mais que des aérosols, issus des feux de brousse d'Afrique australe, deviennent la principale source de phosphore soluble en automne. Ce dernier est plusbioassimilable que celui venu du sahara ; il joue aussi un rôle crucial dans la productivité marine, notamment dans l'Atlantique tropical et dans les océans de l'hémisphère Sud, remettant en question l'idée que la poussière minérale est le nutriment déterminant dans ce flux[27]. Nota : les feux de biomasse contribuent à élever le taux d'ozone troposphérique qui, lui, dégrade la productivité végétale[28].
Il semble que cet effet fertilisant concerne, en outre, surtout l'Amazonie orientale[29],[30],[31]. Desanalyses isotopiques faites sur des sédiments dulac Pata montrent que, sur les 7 500 dernières années, la poussière déposée à l'ouest du bassin amazonien a eu des sources variées (incluant les Andes et des régions nord- et sud-africaines). Contrairement à une idée reçue relativement récente, le Sahara n'a pas toujours été la source dominante de poussière pour l'ensemble du bassin amazonien durant l'Holocène. Après la dernière glaciation, le Sahara n'était d'ailleurs pas un désert, mais une vaste étendue végétalisée riche en animaux caractéristiques dessavanes et dezones humides. Et l'étude, en haute-résolution, des sédiments du lac Pata a montré que, malgré une baisse des niveaux lacustres entre 6 500 et 3 600 ans BP lors du réchauffement et de la sécheresse du milieu de l'Holocène, la végétation amazonienne est restée remarquablement stable. Cette résilience a été attribuée à l'absence de grands incendies, suggérant que les perturbations humaines pourraient avoir un impact bien plus destructeur que les variations climatiques naturelles[32].
Outre le phosphore, ces aérosols, venus du Sahara, apportent aussi en Atlantique et en Amazonie dufer bioassimilable avec des taux élevées de Fe(II) et Fe(III) durant les épisodes de dépôt ; ce fer soutient l'activité microbienne et végétale du sol et de lacanopée, avec un impact écologique distinct de celui des nutriments issus du socle amazonien sous-jacent[33]. Ils apportent aussi ducalcium, de lasilice et duphosphore qui sont des micronutriments fondamentaux pour la croissance végétale, notamment pour leslichens et les plantesépiphytes en forêt, et pour lesalgues et leplancton en mer. Des analyses de la composition chimique des poussières africaines faites enGuyane ont confirment leur rôle dans cette « fertilisation intercontinentale ».
Ailleurs dans le monde, des envols de particules fines (typeloess ou d'autres types de poussières désertiques) pourraient jouer un rôle sous-estimé dans l'interdépendance et la résilience des systèmes environnementaux à l'échelle planétaire.
Observations par Cassini de sursauts infrarouges associés à des tempêtes de poussières sur Titan[34].
SurTitan, des phénomènes atmosphériques transitoires durant quelques jours et pouvant correspondre à des tempêtes de poussières organiques ont été observés par lasonde Cassini à l'équinoxe de printemps 2009-2010, et révélés par l'analyse de sursauts dans l'infrarouge[35],[36].
↑Robert A.Duce, James N.Galloway et Peter S.Liss, « Les impacts des dépôts atmosphériques dans l'océan sur les écosystèmes marins et le climat »,Bulletin, ONU,vol. 57,no 1,(lire en ligne, consulté le).
↑William K.M.Lau, Kyu-MyongKim, Christina N.Hsu et Brent N.Holben, « Incidence possible de la pollution atmosphérique et des tempêtes de sable et de poussière sur la mousson indienne »,Bulletin, ONU,vol. 58,no 1,(lire en ligne, consulté le).
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