Introduction
Au cours de millions d’années, la Terre a subi de nombreux changements qui ont façonné sa forme et sa structure actuelles. D’une boule de poussière selon l’hypothèse nébulaire, à la forme actuelle, la Terre s’est beaucoup transformée. Autrefois lieu habitable, à l’époque de l’Hadéen, notre Terre a connu de nombreux processus sur une longue période de plus de 4 milliards d’années. Les étapes du développement qui ont formé le monde habitable actuel comprennent des forces internes et externes. L’impact météoritique, les activités volcaniques, les activités d’érosion des rivières, des vents, des glaciers, des océans, etc. ainsi que l’expansion des fonds marins et les activités de la tectonique des plaques ont constamment contribué à façonner la Terre telle que nous la voyons aujourd’hui. Nombre de ces activités se déroulent sur un court intervalle, tandis que d’autres prennent des millions d’années pour créer divers régimes climatiques, géologiques et géomorphologiques. Tous ces processus sans fin se poursuivent en permanence et façonnent notre Terre actuellement. Le plus remarquable de tous ces processus est le processus géomorphologique, car il crée la forme de la Terre telle que nous la voyons aujourd’hui. Par conséquent, l’étude de ces processus géomorphiques est essentielle pour comprendre les phénomènes et les processus qui se produisent dans la nature.
Dérivant des mots grecs γεω (Terre), μορφη (morph/forme), et λογοϛ (discuter), la géomorphologie signifie littéralement « une discussion sur la forme de la Terre ». Par conséquent, il s’agit de l’étude des diverses caractéristiques que l’on trouve sur la Terre, comme les montagnes, les collines, les plaines, les rivières, les moraines, les cirques, les dunes de sable, les plages, les flèches, etc. qui sont créées par divers agents tels que les rivières, les glaciers, le vent, l’océan, etc. Depuis le quatrième siècle avant Jésus-Christ, de nombreuses personnes ont étudié la formation de la Terre en se référant à diverses observations sur le terrain. Les anciens Grecs et Romains tels qu’Aristote, Strabon, Hérodote, Xénophane et bien d’autres ont discuté de l’origine des vallées, de la formation des deltas, de la présence de coquillages sur les montagnes, etc. Après avoir observé des coquillages au sommet des montagnes, Xénophane a émis l’hypothèse que la surface de la Terre devait s’élever et s’abaisser de temps en temps, créant ainsi des vallées fluviales et des montagnes (vers 580-480 avant J.-C.). Après avoir observé des coquillages au sommet des montagnes et de vastes étendues de sable, Aristote (vers 384-322 av. J.-C.) a suggéré que les zones qui sont aujourd’hui des terres arides ont dû être couvertes par la mer dans le passé et que les zones où la mer est présente aujourd’hui ont dû être des terres arides autrefois. Il a donc proposé que la terre et la mer changent de place. Traditionnellement, l’histoire du développement du paysage était réalisée en cartographiant les caractéristiques sédimentaires et morphologiques. Pour comprendre l’évolution du paysage, on a suivi la règle d’or selon laquelle « le présent est la clé du passé ». Cette règle suppose que les processus qui sont visibles en action aujourd’hui doivent avoir eu lieu dans le passé également, ce qui peut être utilisé pour déduire les raisons de la formation du paysage dans le passé. Par conséquent, la formation passée dépendait principalement de l’information relative et de la méthode de vieillissement.
Bien que le mot « géomorphologie » ait été inventé et utilisé entre les années 1870 et 1880 pour décrire la morphologie de la surface de la Terre. Mais il a été popularisé par William Morris Davis qui a proposé le « cycle géographique » également connu sous le nom de « cycle de Davis » . Il a proposé que le développement des paysages soit dû à l’action alternée du soulèvement et de la dénudation. Il a supposé que le soulèvement se produit rapidement, puis que la masse terrestre soulevée s’érode progressivement pour former la topographie de la région. Il a émis l’hypothèse que le soulèvement est une action rapide, alors que la dénudation est un processus qui prend du temps. Ainsi, la création de hautes montagnes et de vallées profondes illustre les étapes de jeunesse, de maturité et de vieillesse du développement du relief. Bien que le cycle de Davis soit considéré comme un ouvrage classique, son hypothèse ne tient pas compte du fait que le soulèvement et la dénudation se produisent simultanément. Ces deux phénomènes vont de pair et ne sont pas nécessairement alternés. Ainsi, près de 35 ans plus tard, Walther Penck a proposé une variante du « modèle de Davis », dans laquelle il a montré que l’interaction entre le soulèvement et la dénudation se produit simultanément. Il a suggéré qu’en raison des actions simultanées, les pentes se développeront sous trois formes principales. Tout d’abord, une pente convexe où le taux de soulèvement est plus élevé que le taux de dénudation ; ensuite, un état d’équilibre ou stade stationnaire où les deux taux sont presque égaux, créant ainsi une pente droite ; et enfin des pentes concaves lorsque le taux de soulèvement est inférieur au taux de dénudation. Ainsi, au fil du temps, divers aspects des formes de relief ont été étudiés par les géomorphologues. Certains géomorphologues ont étudié le processus de formation de ces formes de relief, tandis que d’autres ont étudié leur origine et leur histoire, et d’autres encore ont analysé diverses formes de relief pour leur caractère quantitatif. Ainsi, en résumé, les géomorphologues modernes se concentrent principalement sur trois aspects des formes de relief : la forme, le processus et l’histoire. Les études de la forme et du processus sont communément appelées géomorphologie fonctionnelle, tandis que la dernière est appelée géomorphologie historique. L’étude des différents processus qui sont responsables de la formation d’un paysage relève de la géomorphologie fonctionnelle.
Tous ces reliefs visibles sur la Terre varient en taille, de la micro-échelle comme les nids de poule, les cannelures, les ondulations, etc. à la méga-échelle comme les chaînes de montagnes, les bassins fluviaux, etc. Par conséquent, le temps nécessaire à la formation de ces caractéristiques varie également de quelques dizaines d’années à des millions d’années. Il a également été observé que certaines caractéristiques sont originaires de certaines zones climatiques ; par conséquent, le développement de zones climatiques telles que les zones arides, tropicales, etc. joue un rôle essentiel dans la formation et l’évolution de ces caractéristiques géomorphologiques. Par exemple, les formes de relief observées dans les latitudes plus élevées présentent la signature des cycles de glaciation et de déglaciation, ce qui indique un environnement climatique quaternaire, alors que dans d’autres parties du monde, comme le Grand Canyon de la vallée du fleuve Colorado aux États-Unis, les formes de relief ont conservé la signature de diverses activités qui se sont produites il y a des centaines de millions d’années. La plupart des reliefs se forment et se déforment sous l’effet de deux processus, à savoir les processus endogènes qui se produisent au sein de la croûte terrestre, tels que les cycles thermiques convectifs, les panaches ascendants et les chambres magmatiques, et les processus exogènes qui façonnent les caractéristiques de la surface de la Terre à l’aide de divers agents d’altération comme l’eau, le vent, les glaciers, les mers, etc. Tous ces phénomènes d’évolution du paysage en ce qui concerne la durée de vie, les zones climatiques et les processus sont représentés dans la figure 1.
Figure 1.
Forme, processus et leurs interrelations pour l’évolution de divers reliefs développés en raison de processus endogènes et exogènes sur diverses échelles de temps et zones climatiques (adapté de ).
De nombreux travaux ont été réalisés dans le domaine de la géomorphologie fonctionnelle et historique. Maintenant, de nombreux autres domaines ou types de géomorphologie ont été étudiés comme la géomorphologie tectonique, la géomorphologie sous-marine, la géomorphologie planétaire, la géomorphologie climatique et la géomorphologie de modélisation. L’interaction des forces tectoniques et des processus géomorphologiques déforme régulièrement la croûte terrestre, ce qui a conduit au développement de la géomorphologie tectonique. Elle utilise les techniques et les données d’autres domaines de la géologie, principalement la structure, la géochimie, la géochronologie en conjonction avec la géomorphologie, et le changement climatique. Comme son nom l’indique, la géomorphologie sous-marine se concentre sur l’origine, la formation et le développement des formes de relief sous-marines développées dans les environnements marins peu profonds et profonds. La géomorphologie planétaire traite de l’application de la compréhension de la formation des formes de relief sur la Terre aux objets extraterrestres tels que la lune, les planètes, les exoplanètes, etc. Cette branche est comparativement la plus récente et se développe très rapidement. Il s’agit d’une branche relativement récente qui se développe très rapidement. Les études géomorphologiques de Vénus, Mars, Jupiter, Titan et d’autres planètes sont très en vogue de nos jours. Le climat joue un rôle essentiel dans le développement des différents reliefs propres à chaque zone climatique (aride, tropicale, tempérée, etc.). Cette compréhension est la base du développement de la géomorphologie climatique en tant que courant. Cette compréhension est la base du développement de la géomorphologie climatique en tant que courant. L’effet des phénomènes climatiques avec les activités tectoniques crée un nouveau courant transversal de géomorphologie connu sous le nom de géomorphologie climato-tectonique. De nos jours, des approches interdisciplinaires et multidisciplinaires ont été utilisées dans divers domaines de la science, et la géomorphologie est l’un d’entre eux où le croisement est très évident. Jusqu’à présent, diverses branches et ramifications de la géomorphologie ont été développées, et beaucoup de recherches ont été menées dans ces domaines interdisciplinaires.
Parmi tous les agents exogènes qui sont à l’œuvre pour former le paysage, l’eau est le plus prometteur et le plus efficace. Par conséquent, la géomorphologie fluviale a été étudiée en détail. C’est en gardant ces aspects à l’esprit que ce livre a été conçu, en mettant l’accent sur les caractéristiques géomorphologiques développées par l’action de l’eau. Ainsi, deux chapitres sur la géomorphologie fluviale et un chapitre sur la géomorphologie côtière sont présentés ici. Alors que le dernier chapitre traite des tendances récentes du modèle numérique d’élévation (MNE) qui pourrait être très efficacement utilisé pour l’analyse morphométrique de divers cours d’eau.
L’hydrogéomorphologie, l’étude des processus hydrologiques, implique le ruissellement de surface, le débit de base, le débit des cours d’eau, et les processus d’érosion du sol et du lit du cours d’eau, qui cisèlent continuellement le profil géomorphologique d’un bassin. La durée de vie de ces processus varie de quelques centaines d’années à des millions d’années. Outre la quantification des processus hydrologiques, ainsi que des processus d’érosion des sols et des cours d’eau, la modélisation hydro-géomorphologique continue fournit des informations précieuses sur l’évolution future de ces processus physiques. Il existe une grande variété de modèles intégrés qui simulent en continu les processus de ruissellement, d’érosion des sols et de transport des sédiments. Le chapitre 2 présente un modèle mathématique composite visant à simuler en continu les processus hydro-géomorphologiques, ainsi que les processus d’érosion du sol et du lit des cours d’eau dans le bassin de la rivière Kosynthos (district de Xanthi, Thrace, nord-est de la Grèce) et le bassin de la rivière Nestos (frontière Macédoine-Thrace, nord-est de la Grèce), les deux bassins voisins du nord-est de la Grèce. Leur modèle génère des hydrogrammes continus et des graphiques de sédiments aux sorties des deux bassins à des échelles temporelles fines, dont l’efficacité statistique avec les quantités mesurées à la sortie du bassin est très significative fournissant des résultats satisfaisants. Le coefficient de corrélation des valeurs modélisées avec les valeurs mesurées est supérieur à 80% pour les deux bassins pour le débit d’eau et de sédiments.
Les activités anthropiques ont considérablement affecté les régimes géomorphologiques fluviaux dans un laps de temps très court. De la construction de barrages qui augmentent la sédimentation dans le réservoir, modifiant ainsi le profil du lit de la rivière à la déforestation et à l’urbanisation qui augmentent les taux d’érosion dans le bassin versant de la rivière, les activités anthropiques ont laissé leurs empreintes dans le phénomène naturel. C’est également le cas dans les basses terres du Saint-Laurent, dans la région du Québec du Bouclier canadien, où la construction de barrages a entraîné une augmentation de la largeur des berges, ce qui a réduit la sinuosité du canal et modifié les régimes fluviaux. D’autres changements dans l’utilisation des terres ont également entraîné une augmentation de l’érosion et de la sédimentation. Le défrichement des forêts pour les pratiques agricoles a conduit à la déforestation, et plus tard, le boisement dans cette région (zones agricoles) en raison du déclin de la main-d’œuvre agricole a eu un impact sur l’évolution morphologique des canaux dans la région du Québec au Canada. Ainsi, le chapitre 3 tente de contraindre les impacts du reboisement et de la variabilité hydroclimatique sur la morphologie (largeur et sinuosité) du chenal de la rivière Matambin au Québec, Canada. Ils ont observé une diminution de 21% de la largeur moyenne des berges du canal entre 1935 et 1964, période caractérisée par une faible fréquence de fortes crues dans la région. Après 1964, une tendance à l’augmentation de la largeur moyenne des berges du canal a été observée, ce qui est associé à l’augmentation de la fréquence des forts débits de crue et à la diminution de la quantité de sédiments en suspension produits par l’érosion du sol.
Des taux d’érosion plus élevés sont observés lorsque l’agent d’altération est l’eau. Et, compte tenu des immenses étendues d’océans et de l’érosion qui se produit sur les rivages prend la première place. Cet effet est clairement visible dans la modification du littoral et l’élévation du niveau de la mer. La plupart des villes peuplées du monde entier sont situées près des côtes ; ainsi, la majorité de la population mondiale vit à quelques kilomètres de la côte. Une gestion appropriée des terres côtières est donc nécessaire pour répondre aux besoins d’une population en constante augmentation. Les modifications du littoral (érosion des falaises) ont été étudiées à l’aide de modèles prédictifs basés sur des données historiques et géomorphologiques d’une région donnée. Les modèles actuels d’extrapolation historique utilisent des données historiques de recul, mais des environnements différents présentant les mêmes valeurs historiques peuvent produire des caractéristiques de recul annuel identiques alors que les réponses potentielles à un environnement changeant sont inégales. Pour cette raison, les modèles de processus-réponse sont expliqués au chapitre 4 sur la base de données réelles sur la côte de Holderness (Royaume-Uni), afin de fournir des prévisions quantitatives des effets des changements naturels et anthropiques qui ne peuvent pas être prédits à l’aide d’autres modèles.
Avec l’avènement de la technologie satellitaire, il a été absolument facile d’étudier la surface de la Terre à partir de données satellitaires. Lorsqu’il s’agit d’identifier les différents reliefs et de décrire les apparences physiques, les images satellites ou les photos aériennes sont très pratiques. Cependant, cette approche est plus qualitative que quantitative et se définit comme de la morphographie, où les formes externes sont décrites sans donner d’informations sur le mode de création de ces caractéristiques. Diverses méthodes sont utilisées pour définir l’origine des caractéristiques et le mécanisme de développement de ces caractéristiques. Cela relève de la morphogenèse, tandis que la morphochronologie traite de l’estimation de l’âge des formes en termes absolus et relatifs. Enfin, l’estimation quantitative effectuée par des mesures des caractéristiques géométriques des formes de terrain est connue sous le nom de morphométrie. Divers paramètres et indices morphométriques sont utilisés en géomorphométrie pour définir l’analyse et la classification des formes de terrain. Le chapitre 5 présente une revue détaillée en expliquant les différents indices et paramètres géomorphométriques et montre l’utilisation des MNE pour l’extraction de ces informations. Il explique ces outils avec divers exemples qui sont disponibles dans divers paquets SIG.