Différents types de deltas en milieux marins

Les deltas installés à la limite du domaine marin représente le plus souvent le résultat d'un conflit entre les phénomènes d'accumulation par le cours d'eau et de destruction par les agents hydrodynamiques liés au bassin de réception tel que les courants de marée, ou l'action des vagues. On conçoit dès lors, que les deltas puissent présenter des morphologies très variées. On peut donc les classer en trois catégories en fonction de la nature des agents prédominants auxquels ils sont soumis.

Les deltas de type fleuve dominant

Ce type de deltas reflète des conditions que l'on peut qualifier de typiques, où l'énergie constructive du fleuve l'emporte sur les agents de destruction du bassin, d'où la forme de pattes d'oiseau (cas du delta du Mississippi). Ces morphologies résultent de deux phénomènes : la formation d'un chenal par les plus gros sédiments et la formation d'une barre d'embouchure au front de la veine d'eau (Cf figure ci-dessous).

Selon la profondeur de l'embouchure, de la vitesse du cours d'eau, le milieu peut se stratifier, et un coin salé peut se former. Cette stratification en densité affecte le dépôt des sédiments. Nous allons voir que les eaux du cours d'eau s'étalent depuis l'embouchure en un jet bi-dimensionnel en surface (figure ci-dessous); ce panache peut atteindre quelque fois plusieurs kilomètres. A la base de celui-ci, ainsi que sur ses flancs, les eaux douces se mélangent avec les eaux salées.



De plus, l'expansion latérale, ainsi que le mélange des eaux sur les cotés du panache produit un second système de courant qui modifie le modèle de dépôt des sédiments (figure ci-dessous). Le jet d'eau douce diverge, il existe donc en surface des courants latéraux. Les eaux de mer tentent alors de circuler latéralement vers le panache, pour tenter de compenser leur charge qu'elles ont perdues par mélange. Ces courants de surface vont rencontrer les courants d'eau douce, et vont alors tout deux, plonger sous le panache. Mais du fait de la divergence du jet, les eaux douces doivent remonter en surface, produisant une double circulation en cellules. La convergence des courants sous le panache conduit à une redistribution latérale des sédiments les plus grossiers, tandis que les plus fins sont alors confinés à une voie linéaire. Ainsi enfermés depuis l'embouchure jusqu'au large dans un canal, les plus gros sédiments forment des levées linéaires subaquatiques. En bout de chenal, les fines vont se déposer pour former une barre d'embouchure, conduisant à la diminution de la pente de la rivière. Nous verrons plus loin l'influence de la profondeur du bassin de réception sur le mélange et le dépôt des sédiments.

A ce stade, des crues peuvent provoquer une rupture des levées latérales et conduire à la construction d'un nouveau chenal. La répétition de ces phénomènes aboutit à un delta en patte d'oiseau.

Maintenant, étudions l'influence de la vitesse du courant du cours d'eau.

Lorsque la vitesse du cours d'eau devient plus importante, le mélange devient turbulent et la stratification en densité qui permettait la formation du panache bi-dimensionnel en surface n'est plus possible. Dans le cas du fleuve Amazone, son écoulement est tellement puissant, qu'il repousse les eaux salées vers le large, au delà de la barre du delta. Avec un écoulement turbulent, le mélange est réalisé en trois dimensions, le panache s'étendant verticalement et latéralement. A cause de l'expansion verticale, l'expansion latérale est réduite et l'angle d'élargissement du jet est relativement petit. (figure ci-dessous). Si les eaux sont plus profondes, il se peut qu'existe une zone d'eau non mélangée située sous le mélange (figure ci-dessous).


Dans cette zone, apparaît des courants résiduels. En effet, les eaux de mer vont se déplacer vers les terres, pour compenser ce qu'elles ont perdu au large par mélange avec les eaux douces. Mais la contrainte de cisaillement au fond, due au courant résiduel, n'est pas très important, et la décélération des eaux douces est principalement du au mélange turbulent; malgré cela, la décélération n'est pas suffisamment efficace pour que les sédiments soient déposés. Comme le courant latéral reste restreint proche de l'embouchure, les sédiments sont encore ici distribués dans une zone étroite.

Illustrons ces propos par le cas du Mississippi.


Les dépôts du Mississippi connaissent d'intéressantes variations saisonnières. Durant l'année, le débit du fleuve reste voisin de 8400 m3/s. Un coin salé bien marqué est capable de pénétrer vers l'amont, une stratification en densité apparaît alors. Mais pour une période variant entre 1 et 3 mois, le Mississippi en crue charrie trois fois plus de sédiments. La stratification en densité s'effondre et est remplacé par un mélange turbulent. Du fait de l'augmentation du charriage, les dépôts deltaïques connaissent au large une rapide croissance. Mais beaucoup de cours d'eau transportent des sédiments plus grossiers que le Mississippi. Ces sédiments sont généralement déposés à proximité des embouchures, élevant le niveau des fonds marins. Et, nous allons voir qu'il est plus facile aux eaux douces de se décharger dans des eaux peu profondes.

Lorsqu'une rivière rapide se déverse dans un bassin peu profond, le panache d'eau douce subit une grande expansion latérale, conduisant rapidement à la décélération du courant (figure ci-dessous). Ainsi les sédiments sont déposés plus rapidement.
Si le processus de sédimentation n'est pas maîtrisé, les embouchures vont très probablement se boucher. En pratique, les courants vont contourner les sédiments déposés en formant deux canaux. Ainsi, le courant étant partagé, l'ampleur de chacun des mélanges et de l'expansion latérale est réduite, ainsi que le cisaillement.

Les deltas de type houle dominante

Quand un cours d'eau se décharge dans un bassin récepteur où l'énergie des vagues est grande, le delta est alors dominé par la houle. L'effet observé est identique à celui qui se produit lorsque les vagues propagent un courant de surface contre une vague de reflux dans un estuaire.

Les vagues approchant de l'embouchure vont subir l'effet du courant du cours d'eau : elles vont se briser plus tôt, dans des eaux plus profondes qu'à l'accoutumée. Ceci facilite le mélange des eaux douces et salées, et détruit la stratification en densité. De plus, la crête des vagues affecte le jet d'eau douce en le ralentissant sur ses cotés. Les vagues sont alors réfractées autour du panache et sont ralenties par le courant d'eau douce opposé. Cette réfraction a ainsi pour effet de concentrer la puissance des vagues sur le panache d'eau douce, accroissant le mélange mais en le bloquant prés des côtes.
Ce vigoureux mélange conduit à une rapide décélération du courant d'eaux douces et donc à un dépôt rapide des sédiments. Par exemple, les observations effectuées sur le fleuve Shoalhaven (cote sud-est de l'Australie) montre que la vitesse des courants est supérieure à 2 m/s quand la rivière est en crue; mais l'énergie des vagues réduit rapidement cette vitesse, et elle n'est plus que de 0.3 m/s à moins de 500 mètres de l'embouchure. Si ce ralentissement facilite le dépôt des sédiments, les plus fins y échappent et sont transportés vers le large. Les plus gros sédiments sont déposés dans la zone de mélange en une barre en forme de croissant.
Mais la barre deltaïque est remaniée par les vagues et la charge de fond est déplacé vers les terres et forme souvent une série de petites barres (figure ci-dessous).

Le profil des deltas dominés par les vagues est caractérisé par des plages de sable rectilignes, résultat de remaniement constant entretenu par la houle. Seule une mince protubérance se forme à l'embouchure, et ces deltas s'avancent moins loin en mer que les deltas de types fleuve dominant.

Les deltas de type marée dominante

Ce type de delta apparaît dans les régions où l'action des vagues est limitée et où le marnage est généralement supérieur à 4 mètres, engendrant d'important courant de marées. Par exemple, prés de l'embouchure du fleuve Ord (cote Ouest de l'Australie), les courants de marée sont au printemps supérieur à 3 m/s. De tels courants ont un effet majeur sur le mélange des eaux douces et salées et sur la dispersion des sédiments.

En effet, les sédiments apportés par le cours d'eau sont rapidement retravaillés par les courants de marées en une série de crêtes subaquatiques, disposées depuis l'embouchure jusqu'au large parallèlement à ces courants. Ces crêtes peuvent être de plusieurs kilomètres de long, de quelques centaines de mètres de large et parfois d'une vingtaine de mètres de haut. Le delta progressant vers le large, certains bancs de sable se retrouvent au dessus du niveau de la mer et vont être rapidement colonisés par la végétation, formant ainsi des îles rectilignes. Par exemple, une série d'îles surplombe sur 90 km le delta du Gange Brahmapoutre.
De plus, lorsque des courants de dérive littorale existent plus au large, ces rides sont remodelées et s'orientent en barrières transverses, parallèles à la ligne de rivage.

Si les différents deltas ont été réduits à trois types essentiels dépendant de la nature de l'influence à laquelle ils sont soumis, il n'en demeure pas moins qu'il existe dans la nature une très grande variété de formes qui résulte des interactions entre ces diverses influences. D'autres facteurs peuvent également rendre compte de la morphologie des deltas, par exemple la configuration du bassin versant ou le cadre géologique dans lequel ils se situent.

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