Les géologues américains et chinois qui étudient le fleuve Jaune en Chine ont créé un nouvel outil qui pourrait aider les autorités chinoises à mieux prévoir et prévenir les inondations trop fréquentes du fleuve, qui menacent jusqu'à 80 millions de personnes. Le nouvel outil, une formulation basée sur la physique pour calculer le transport sédimentaire, peut également être appliqué pour étudier la durabilité de l'érosion des côtes dans le monde entier.

Connu en chinois sous le nom de Huanghe, le Fleuve Jaune occupe une place centrale mais dichotomique dans l'histoire. Berceau de la civilisation chinoise, elle est souvent appelée la « mère de la Chine ». Mais ses inondations, y compris plusieurs des catastrophes naturelles les plus meurtrières de l'histoire, lui ont également valu le nom de « la douleur de la Chine ». Chaque identité - le nourricier fertile et le tueur aveugle - dérive de la même caractéristique :le fleuve Jaune lave environ un milliard de tonnes de sédiments chaque année du plateau de Loess à la mer de Bohai, et ce faisant, il a tendance à devenir tellement bouché qu'il non seulement inonde mais change littéralement de cap, sauter vers un nouveau canal à des kilomètres de là.

"Le Huanghe est probablement le fleuve à grain fin le plus étudié au monde, " a déclaré Jeffrey Nittrouer, sédimentologue de l'Université Rice, un auteur principal de la nouvelle étude sur le fleuve Jaune qui apparaît en ligne cette semaine dans Avancées scientifiques . "Malgré que, les formules et les relations typiques qui sont utilisées pour décrire le flux de sédiments dans la plupart des autres rivières ne fonctionnent tout simplement pas pour le Huanghe. Ils sous-estiment systématiquement la charge sédimentaire de la rivière d'un facteur 20. »

Dans l'étude, Nittrouer et auteur principal Hongbo Ma, un chercheur postdoctoral chinois qui a rejoint Rice en 2014, a utilisé les dernières techniques d'échantillonnage de sédiments et de cartographie 3D du fond des rivières pour créer une "formulation universelle de transport de sédiments". La formulation est le premier modèle de transport de sédiments basé sur la physique capable de décrire avec précision comment le Huanghe transporte les sédiments.

« En termes de transport sédimentaire, la Haunghe est presque la rivière parfaite, " Ma dit. " Son fond est presque plat et sans relief, ce qui signifie qu'il peut utiliser presque toute son énergie pour déplacer les sédiments."

Nitrouer, un professeur assistant de sciences de la Terre qui a étudié des dizaines de rivières sur trois continents, a dit qu'il n'avait rien vu de semblable au Huanghe. "Dans les rivières à lit de sable typiques des basses terres - comme l'Amazone, le Mississippi, vous l'appelez - seulement environ 40 à 60 pour cent de l'énergie est utilisée pour transporter les sédiments en aval. Dans le fleuve Jaune, bien plus de 95 % de l'énergie est disponible pour déplacer les sédiments. »

Nittrouer et Ma ont visité le Huanghe pour la première fois à l'été 2015 dans le cadre d'un séjour de quatre ans, Étude de 2 millions de dollars financée par la National Science Foundation (NSF). Leur intention était d'examiner la géologie, les leçons socio-économiques et techniques des efforts de la Chine depuis des décennies pour contrôler le Huanghe et diriger la croissance de son delta dans la mer de Bohai.

"Le Haunghe déplace tellement de sédiments qu'il est extrêmement efficace pour générer de nouvelles terres chaque année et est donc le meilleur endroit pour nous d'apprendre comment utiliser les sédiments des rivières pour améliorer la durabilité du delta, " a déclaré Nittrouer. " L'exemple le plus proche de chez nous est le fleuve Mississippi, où il y a des efforts importants pour reconstituer la Louisiane côtière. Mais une raison encore plus pressante d'étudier le fleuve Jaune est que 80 millions de personnes vivent dans sa plaine inondable et sont menacées par ses inondations. Le potentiel de souffrance humaine est énorme. Le but de notre travail est d'atténuer les inondations de Huanghe, tout en développant des techniques par la recherche qui sont transférables afin d'évaluer les systèmes fluviaux dans le monde entier."

Ma et Nittrouer ont déclaré qu'ils n'oublieraient jamais leur première tentative de créer une carte en 3D du fond de Huanghe. Ils prévoyaient de faire une image détaillée du lit de la rivière à l'aide d'un système de sonar que Nittrouer avait déjà utilisé pour cartographier plusieurs autres systèmes de rivières. Dans toutes les études précédentes, il avait découvert que le canal contenait des caractéristiques de forme de lit similaires aux dunes de sable des déserts.

"J'ai jeté un coup d'œil à l'affichage sur le bateau et j'ai pensé que l'instrument était cassé, " Nittrouer a déclaré. "Le fond avait l'air plat comme du verre."

Maman a dit, "Ce n'est que lorsque nous avons ramené les données au laboratoire que nous avons vu qu'il y avait des fonctionnalités, mais le rapport hauteur/largeur était tel que nous ne pouvions pas les voir sur le bateau."

Par exemple, quand Nittrouer a photographié le fond du fleuve Mississippi, il a généralement vu des formes de lit atteignant 10 mètres de haut et espacées d'environ 200 à 300 mètres. En revanche, les données du fleuve Jaune ont montré des dunes de 1 mètre de haut tous les 500 à 2, 000 mètres.

En utilisant ces données et d'autres mesures du bas Huanghe, y compris de son delta tentaculaire, Ma a créé une formulation basée sur la physique capable de prédire avec précision le flux (le volume de sédiments transportés pendant une période donnée) dans le Huanghe.

« Le but est de regarder la connectivité, en termes de mouvement des sédiments et de débit d'eau, parmi la rivière, le delta et la région marine littorale, " dit maman, qui a choisi de devenir sédimentologue à la suite du tremblement de terre dévastateur du Sichuan en Chine en 2008.

Alors qu'il était encore étudiant à l'Université Tsinghua, Ma a rejoint un laboratoire qui étudiait les inondations potentielles qui pourraient résulter des ruptures de barrage causées par les glissements de terrain lors du séisme de 2008. Les pertes potentielles de vies humaines dues aux inondations étaient supérieures aux 90, 000 personnes tuées ou blessées par le séisme lui-même, et Ma est devenu fasciné par la création de technologies qui pourraient aider à prévenir de telles inondations.

"Je suis né et j'ai grandi loin des Haunghe dans le nord-est de la province du Heilongjiang, mais je, comme beaucoup de chinois, ressentir profondément la douleur des Huanghe, qui a tué des millions au cours des 2 dernières, 000 ans, et je garde à l'esprit le chagrin de tous les risques d'inondation dans la conduite de mes recherches, " il a dit.

Ma a déclaré qu'il espérait que la nouvelle formule pourrait s'avérer utile aux ingénieurs chinois qui gèrent le flux d'eau et de sédiments des barrages le long de la Huanghe. Par exemple, Pendant des décennies, les ingénieurs ont essayé de réduire le risque d'inondations de Huanghe en récurant périodiquement le fond de la rivière avec des rejets massifs d'eau de lac appauvrie en sédiments.

Ma a déclaré qu'une des conclusions du nouveau modèle est qu'un tel affouillement peut augmenter par inadvertance le risque d'inondation dans certaines parties de la rivière car, bien qu'il élimine le limon, il crée également un lit de rivière à texture rugueuse qui réduit la quantité d'énergie que la rivière peut utiliser pour déplacer les sédiments.

"Notre formule indique que cela réduira l'efficacité du transport des sédiments d'un ordre de grandeur, " dit-il. " De plus, la traînée supplémentaire produite par les dunes pourrait augmenter le niveau de l'eau et laisser le système enclin au débordement des digues lors d'inondations. Cette menace est peut-être unique au cas des Haunghe."

Judy Skog, directeur de programme à la Direction des géosciences de la NSF, qui a financé la recherche par le biais de sa science côtière, Programme d'ingénierie et d'éducation pour la durabilité, mentionné, « La compréhension de l'écoulement des sédiments dans les rivières est importante pour le grand nombre de personnes dans le monde qui vivent à proximité des rivières. Cette étude peut conduire à des prédictions de quand et où les rivières transportent des sédiments, et à une compréhension de la façon dont ce flux de sédiments est affecté par les efforts de conservation et de gestion, comme la suppression des barrages."