Eté comme hiver, le régime de pluie à l'origine du Sahara vert il y a 9000 ans

Résultats scientifiques

Les mécanismes climatiques qui ont permis au Sahara de se couvrir de végétation à l'Holocène inférieur (il y a ~12000 à 6000 ans) viennent de s'éclaircir grâce à l'analyse des sédiments du lac Tislit au Maroc. Dans une étude publiée dans la revue PNAS, des chercheurs de l’Institut des Sciences de l'Évolution de Montpellier (ISEM – CNRS / IRD / Univ. Montpellier) et du Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN – CNRS / MNHN / IRD / Sorbonne Univ.) en collaboration avec une équipe internationale ont démontré que les pluies méditerranéennes d'hiver et les pluies d'été de la mousson africaine étaient renforcées et se rejoignaient dans le Sahara à l'Holocène. Leurs simulations démontrent que cette combinaison des deux systèmes de pluie était nécessaire à l'existence du Sahara vert.

Le Sahara n'a pas toujours été un désert comme nous le connaissons aujourd'hui. Des lacs fossiles et des peintures rupestres représentant des animaux de savane et d'élevage dans le Sahara témoignent d'un environnement bien plus favorable où les hommes pratiquaient le pastoralisme. Depuis l'Afrique équatoriale jusqu'au Maghreb, des indicateurs fossiles divers ont démontré l'existence d'une période humide qui commença il y a environ 12 000 ans et permit le maintien d'un Sahara "vert" jusqu'à il y a environ 5000 ans. La désertification qui s'ensuivit est le plus grand changement environnemental naturel de la période Holocène.

Une intensification de la mousson africaine et une expansion vers l'Afrique du Nord due à l'augmentation de l'insolation de l'été durant l'Holocène ont été jusqu'à présent évoquées pour expliquer ce surplus d'humidité, jusqu'aux côtes méditerranéennes d'Afrique. Ce renforcement de la mousson, supporté qualitativement par les simulations climatiques, ne semble cependant pas suffisant. Même en utilisant les modèles du système Terre de dernière génération, les simulations reproduisant les conditions de cette époque n'arrivent pas à reproduire une telle expansion de la mousson ni à maintenir une végétation stable dans le Sahara. Ce désaccord entre les observations et les simulations indique d'une part une incapacité des modèles à reproduire le changement climatique Holocène en Afrique, et d'autre part que les causes climatiques du Sahara vert restent à confirmer.

Des chercheurs de l’Institut des Sciences de l'Évolution de Montpellier (ISEM – CNRS / IRD / Univ. Montpellier) et du Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN – CNRS / MNHN / IRD / Sorbonne Univ.) en collaboration avec une équipe internationale, ont prélevé une carotte sédimentaire de 8,50 m dans le lac Tislit, dans l'Atlas marocain, et l'ont analysée pour étudier l'évolution du climat au nord du Sahara au cours des 18 500 dernières années.

Les grains de pollen fossiles contenus dans les sédiments permettent de reconstituer les assemblages de plantes passés et, à partir des enveloppes climatiques de celles-ci, de calculer les températures et précipitations annuelles et de chaque saison. La reconstruction paléoclimatique obtenue montre que les précipitations annuelles ont bien augmenté durant la période africaine humide mais grâce à celles de l'hiver et du printemps plutôt qu'à celles de l'été, invalidant ainsi l'hypothèse d'une expansion de la mousson jusqu'à cette latitude. Cet enregistrement climatique saisonnier est unique en Afrique du Nord. La période humide africaine est également parfaitement enregistrée par les variations du Deutérium (δD) des alkanes produits par les plantes environnantes et conservés dans les sédiments de Tislit. Sachant d'une part que ces variations sont fortement corrélées à celles enregistrées avec le même indicateur dans une carotte marine au large du Sud marocain et d'autre part que le climat de Tislit est aujourd'hui représentatif d'une vaste région s'étendant jusqu'à l'Algérie et au Nord de la Mauritanie, les chercheurs concluent que l'intensification et l'expansion du système de pluie d'hiver fut à l'origine de la période humide africaine dans la partie nord du Sahara. Par conséquent, les zones de pluie d'hiver et de pluie d'été (mousson africaine), aujourd'hui disjointes et laissant entre elles un vaste désert, se rejoignaient nécessairement à l'Holocène inférieur et se chevauchaient probablement quelque part dans le Sahara. En raison de la position orbitale de la Terre à l'Holocène inférieur, l'hémisphère nord recevait plus d'énergie solaire en été, ce qui a renforcé le système de mousson, et moins d'énergie solaire en hiver. Cela a renforcé le système de pluies d'hiver méditerranéennes.

Afin de tester si les pluies d'hiver constituent la pièce manquante pour expliquer le Sahara vert, les chercheurs ont testé trois scénarios climatiques en comparant leurs effets sur le couvert végétal du Sahara à partir d'un modèle mécaniste de végétation (basé sur les processus physiologiques des plantes). Le premier scénario, produit par un modèle climatique sous les conditions de forçage d'il y a 9000 ans, implique un renforcement de la mousson mais qui ne permet à aucune végétation de se maintenir. Le deuxième scénario teste l'hypothèse couramment émise d'une extension de la mousson jusqu'au Maghreb en ajoutant 300 mm de précipitations en été sur toute la région. La végétation couvre alors de façon éparse le Sahara mais génère en région méditerranéenne des végétations de type subtropical incohérentes avec les données observées. Le troisième scénario teste la même augmentation de précipitation mais distribuée en hiver au nord du Sahara et en été au sud et une zone de recouvrement progressif entre 18° et 24°N qui recevrait des précipitations à la fois en été et en hiver.  Un tel climat, inspiré des conclusions des reconstructions paléoclimatiques du lac Tislit, n'a pas d'analogue actuellement. Cette dernière simulation produit une biomasse plus importante et un Sahara vert cohérent avec les données, et valide l'hypothèse des chercheurs proposant que le Sahara vert a pu exister grâce aux apports des pluies d'hiver dans sa partie nord.

carte sahara vert
Le Sahara vert: Trois scénarios de simulation de la productivité primaire nette (échelle) en Afrique du Nord il y a 9000 ans à l'aide du modèle de végétation CARAIB: (A) simulation utilsant une climatologie issue d'un modèle climatique (HADCM3); (B) test de l'hypothèse d'une extension de la mousson jusqu'au nord de l'Afrique avec 300mm de précipitation additionels en été uniquement et (C) une augmentation des précipitations similaire à (B) mais avec une répartition saisonière différente: en hiver au nord de 24°N, en été au sud de 18°N, et de manière progressive entre 18° et 24°N avec des occurrences de précipitations à la fois été et en hiver.

 

Objectifs de Développement Durable

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  • ODD13 : Mesures relatives à la lutte contre le changement climatique

Les derniers rapports du GIEC soulignent que les grandes incertitudes des modèles climatiques concernant les précipitations en Afrique ne permettent pas de prédiction fiable pour l'avenir. Le besoin d'améliorer la performance des modèles est d'autant plus important que les pays concernés sont parmi les plus vulnérables. Le climat du passé offre une cible permettant d'évaluer les performances des modèles climatiques dans des conditions différentes de celles de leur calibration. Ces nouveaux résultats corrigent l'objectif pour l'Holocène et permettront une évaluation plus juste des modèles climatiques dans leur représentation des précipitations africaines.

Référence

Cheddadi, R., Carré, M., Nourelbait, M., François, L., Rhoujjati, A., Manay, R., Ochoa, D., Schefuß, E. 2021. Early Holocene Greening of the Sahara requires Mediterranean winter rainfall. Proceedings of the National Academy of Sciences.

Contact

Rachid Cheddadi
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM - CNRS / Université de Montpellier / EPHE / IRD)
Matthieu Carré
Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN)
Fadéla Tamoune
Communication - Institut des Sciences de l’Évolution de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/IRD/EPHE)