Intriguant, il ne s’agissait pas de grandes inondations ou de changements de cours dramatiques — le plus souvent juste le rampement régulier de dunes de sable sur le fond de la rivière. En fait, seulement l’équivalent de quelques mois.

Cette banalité des dépôts fluviaux, ou strates fluviales, a rendu les géologues perplexes pendant la majeure partie d’un siècle. Étant donné que l’histoire d’un cours d’eau est rarement préservée, les chercheurs trouvent étrange que les enregistrements de la banalité prédominent, plutôt que les preuves des événements les plus extrêmes. Une nouvelle recherche publiée dans la revue Geophysical Research Letters, révèle les processus qui pourraient enfin expliquer cette énigme.

L’étude dirigée par Vamsi Ganti, professeur adjoint de géomorphologie à l’UC Santa Barbara, touche à l’un des débats les plus anciens dans le domaine de la géologie : le catastrophisme contre l’uniformitarisme. En d’autres termes, il s’agit de savoir si les archives géologiques ont tendance à être davantage influencées par des événements importants et peu fréquents ou par des événements de faible ampleur mais courants.

Lorsqu’il s’agit de dépôts fluviaux, le catastrophisme a un argument assez intuitif. « Si la probabilité qu’un événement soit préservé est faible, alors ce qui est préservé doit être en quelque sorte spécial », explique Ganti. Cependant, les scientifiques constatent que ce n’est tout simplement pas vrai, même si moins de 0,0001% du temps écoulé est préservé.

« C’est la raison pour laquelle nous appelons cela l’étrange banalité des strates fluviales », a déclaré Ganti, « parce qu’il est étrange que les événements préservés soient si ordinaires même si la préservation du temps est si extraordinaire. »

La morphologie des rivières a tendance à s’auto-organiser en une hiérarchie de niveaux, ce qui, selon Ganti et ses collègues, est la clé pour comprendre cette étrange banalité. Les ondulations et les dunes se déplacent sur le fond des rivières à l’échelle des minutes et des heures. Le mouvement des barres de sable s’étale sur des mois et des années, tandis que les rivières serpentent et sautent leurs berges sur des années et des siècles. À l’extrémité la plus extrême, les changements du niveau de la mer peuvent accélérer l’érosion ou favoriser la sédimentation au cours des millénaires.

Heureusement, les scientifiques comprennent comment chacun de ces phénomènes apparaît dans le dossier stratigraphique en se basant sur des observations modernes. Il s’avère que ces caractéristiques varient en taille, des rides de quelques centimètres à l’érosion induite par le niveau de la mer qui peut affouiller des centaines de mètres de sédiments.

Ganti et ses collègues ont construit un modèle probabiliste pour tester leur hypothèse. Ils ont constaté que si tous les processus fluviaux se produisent aux mêmes échelles, seuls les événements les plus extrêmes sont préservés. Cependant, dès qu’ils ont introduit une hiérarchie, les sédiments provenant de processus ordinaires ont commencé à combler l’érosion causée par des phénomènes d’un niveau supérieur.

Le mystère était résolu. « Tant que vous avez une organisation hiérarchique dans la dynamique des rivières, vos strates seront ordinaires », a déclaré Ganti.

Les scientifiques connaissaient ces différents niveaux hiérarchiques dans la morphologie des rivières depuis un certain temps, mais personne ne les avait directement liés au caractère ordinaire des strates des rivières jusqu’à présent, a expliqué Ganti. Avant ces résultats, les sédimentologues étaient un peu comme les premiers biologistes qui connaissaient la taxonomie – espèces, genres, familles, etc.

Les événements d’un niveau peuvent accumuler des sédiments — auquel cas ils sont préservés — ou ils peuvent éroder les sédiments, qui seront alors comblés par des événements ordinaires d’un niveau inférieur. Ainsi, alors que certains événements extrêmes sont préservés, les phénomènes ordinaires dominent l’enregistrement stratigraphique.

Ganti a également réalisé que les délais relatifs sur lesquels les niveaux évoluent déterminent ce qui est préservé. Par exemple, prenez les taux relatifs de migration des rivières par rapport à l’avulsion, ou la fréquence à laquelle la rivière saute ses berges. « Si votre migration est rapide et votre avulsion peu fréquente, alors vous ne cessez de remanier vos dépôts », explique Ganti. Ces systèmes ont tendance à ne préserver que les élévations les plus extrêmes du canal. « Cependant, lorsque vous avez une avulsion, vous ne pouvez plus retravailler ce dépôt car vous avez sauté à un nouvel endroit. »

Avec cette compréhension, les scientifiques peuvent maintenant utiliser les strates pour comparer la vitesse à laquelle chaque niveau évoluait lorsqu’une rivière était réellement active. En fait, les résultats soutiennent les conclusions de l’étude précédente de Ganti, où il avait démontré que les rivières précambriennes auraient pu être similaires aux rivières à canal unique et à méandres que nous connaissons aujourd’hui.

Les scientifiques en ont longtemps douté car il n’y avait aucune preuve préservée dans le dossier stratigraphique. Beaucoup ont fait valoir que de telles rivières auraient eu besoin de plantes pour sécuriser leurs berges, et les plantes terrestres n’avaient pas encore évolué. Mais plutôt que de n’avoir aucune migration, il est probable que ces rivières ont serpenté si souvent que leurs strates ont été effacées. En effet, d’autres scientifiques ont constaté que les rivières dans les paysages sans végétation migrent 10 fois plus vite que celles avec de la végétation.

Les découvertes de Ganti ont également des ramifications pour le monde moderne, où le changement climatique et l’élévation du niveau de la mer modifient le comportement des principaux systèmes fluviaux. Pour comprendre notre avenir, de nombreux scientifiques examinent les dépôts des rivières pendant le maximum thermique du Paléocène-Éocène, lorsque les températures moyennes ont brusquement bondi de 5 à 8 degrés Celsius, ce qui est comparable au changement climatique moderne. Les preuves suggèrent que les rivières étaient plus mobiles à cette époque, et nous avons maintenant les outils pour déterminer pourquoi.

« Nous savons que l’approvisionnement en sédiments des rivières change en raison des changements induits par l’homme. Mais ce que nous ne savons pas, c’est sur quelle trajectoire nous envoyons les rivières à long terme », a déclaré Ganti.

« Allons-nous simplement augmenter les taux de migration ? Allons-nous rendre les avulsions plus fréquentes ? Cette différence a de l’importance, car elle détermine l’histoire des inondations et l’endroit où vous vous développez dans les décennies et les siècles à venir. »