Du Nil au Mississippi et de l'Amazone au Yangzi, la civilisation humaine est inextricablement liée aux grands fleuves le long desquels nos sociétés se sont développées. Mais les rivières sont mutables, et les avantages qu'ils procurent peuvent rapidement devenir des catastrophes lorsque ces cours d'eau changent de cap.

Les scientifiques s'efforcent de comprendre comment les changements environnementaux modifient la dynamique des rivières. Une nouvelle étude dans le Actes de l'Académie nationale des sciences co-écrit par le géomorphologue de l'UC Santa Barbara, Vamsi Ganti, a décrit les facteurs qui dictent la fréquence à laquelle les rivières sautent, ou avulser, et les effets que cela aura sur les deltas des fleuves. Les résultats promettent d'aider les scientifiques et les planificateurs à se préparer à un futur d'élévation du niveau de la mer et de changement d'utilisation des terres.

Les deltas neutralisent l'élévation du niveau de la mer en accumulant des sédiments, qui se produit principalement près d'un canal de rivière lui-même. De temps en temps, la rivière changera de cours à travers une avulsion et commencera à construire le delta ailleurs. « Les avulsions sont donc la façon dont la rivière étale ses sédiments sur tout le paysage, " a déclaré le premier auteur Austin Chadwick, chercheur postdoctoral à l'Université du Minnesota.

"Les questions que nous nous posons sont à quelle fréquence les rivières changent naturellement de cours, " il a continué, "et comment cela va-t-il changer avec le changement climatique et l'interférence humaine."

Malheureusement, il n'y a pas eu auparavant de consensus sur la façon dont les rivières ont réagi au changement climatique. Certains scientifiques pensaient que les taux d'avulsion augmenteraient avec l'élévation du niveau de la mer, tandis que d'autres ont prédit qu'ils diminueraient. "Il n'y avait tout simplement pas de théorie unificatrice pour expliquer comment la fréquence des avulsions fluviales dépend du niveau de la mer, " dit Ganti.

Pour redresser la situation, Ganti, Chadwick et leur coauteur Michael Lamb de Caltech, les observations combinées des enregistrements géologiques et historiques avec un modèle mathématique de la dynamique des rivières. En se concentrant sur cette question spécifique, ils visaient à obtenir enfin des réponses définitives et des prédictions utiles.

Les grandes rivières ont tendance à s'aplatir et à ralentir à mesure qu'elles s'approchent de l'océan. Après un certain point, les conditions en aval du niveau de la mer commencent à influencer le comportement de la rivière dans ce que les scientifiques appellent l'hydrodynamique des remous. « C'est une zone dynamique où le dépôt et l'érosion se produisent dans les rivières côtières, " expliqua Ganti.

Dans un article précédent, l'équipe avait montré que des avulsions se produisent dans cette région de remous, qui peut s'étendre assez loin à l'intérieur des terres. Par exemple, la zone de remous du fleuve Mississippi atteint 500 kilomètres de la côte. Plus profond, rivières plus plates comme le Mississippi, qui ont de plus grandes régions de remous, ont donc des deltas plus importants.

L'objectif des chercheurs avec cette étude était d'appliquer leur nouvelle compréhension de l'impact de l'hydrodynamique des remous pour en savoir plus sur la fréquence des avulsions elles-mêmes.

En utilisant le modèle, et comparer leurs résultats aux données de terrain, l'équipe a découvert qu'il existe trois façons dont les deltas peuvent réagir à l'élévation du niveau de la mer, qui dépendent de l'équilibre entre le taux de variation du niveau de la mer et les sédiments apportés par le fleuve.

La première :lorsqu'une rivière a beaucoup de sédiments et que l'élévation du niveau de la mer est relativement lente. Selon le modèle, ces rivières résistent à l'élévation du niveau de la mer, et leurs taux d'avulsion restent stables. Le fleuve Jaune en Chine en est un exemple.

Le deuxième cas se produit lorsqu'une rivière a moins de sédiments ou que le niveau de la mer s'élève plus rapidement. Dans ce scénario, les avulsions deviennent plus fréquentes. La montée de l'océan favorise la sédimentation, et une fois qu'un canal se remplit à une certaine profondeur, la rivière va sauter son cours.

Et représentant l'extrême, dans laquelle l'élévation du niveau de la mer dépasse la capacité d'une rivière à déposer des sédiments, est le troisième cas. Alors que l'océan s'infiltre dans le delta, la rivière atteindra son taux d'avulsion maximum, et tout le système commencera à migrer vers l'intérieur des terres. Les scientifiques n'avaient jamais entendu parler de ce cas auparavant, et la découverte des trois régimes ensemble explique les incohérences précédentes dans la littérature scientifique.

Les chercheurs ont entré des observations et des données dans leur modèle pour voir si divers deltas fluviaux se comporteraient différemment dans les conditions climatiques prévues. "La réponse est oui, pour la plupart d'entre eux, " Chadwick a déclaré. "De nombreuses rivières connaîtront des avulsions plus fréquentes et certaines rivières auront également des avulsions plus à l'intérieur des terres."

Les avulsions fluviales ont d'énormes implications sociétales, susceptibles de provoquer des troubles économiques et civils. Les archéologues pensent qu'un changement de cap du fleuve Indus dans l'ouest de l'Inde a directement contribué au déclin de la civilisation harappéenne de l'âge du bronze. Plus récemment, les avulsions ont conduit à la crue du fleuve Jaune en 1877 et en Chine en 1931, two of the deadliest natural disasters in modern history.

An avulsion could have dire consequences for rivers like the Mississippi, where a system called the Old River Control Structure has prevented the river from jumping course since 1963. If the backwater region migrated inland, the river could change course upstream from the facility and bypass it altogether. Millions of gallons of water per minute would course through previously dry land, while the downstream portion of the channel would go completely dry.

The authors have made their model available and accessible to anyone who might want to use it. They were even able to reduce several formulas into a single equation by implementing a few basic assumptions about river conditions and dynamics.

"Groups like the Army Corps of Engineers and the Department of the Interior can use this tool to apply to any delta, " said Chadwick. "And hopefully it will help inform our decisions in these places as we cope with climate change."