CHAPITRE III

Développement historique des idées sur l'érosion fluviale. — Le premier auteur qui formula nettement les lois de l'érosion des eaux courantes fut un ingénieur français, Surell, dont les Éludes sur les torrents des Hautes-Alpes, parues en 1841, contiennent déjà les principes essentiels de ïérosion remontante, du niveau de base, du profil d'équilibre. Ces idées, inspirées par l'observation de la nature et la pratique de la lutte contre les torrents, restèrent longtemps lettre morte pour les géographes. Les vallées étroites étaient encore envisagées comme la trace de dislocations; les atlas perpétuaient la notion fausse de l'existence de montagnes séparant tous les bassins fluviaux. L'ouvrage du naturafiste suisse Rltimeyer, Uber Thaï- und Seebildung, paru en 1869, est un des premiers essais qui appelèrent l'attention sur l'importance de l'érosion, en montrant l'invraisemblance de la théorie des vallées de fracture. L'exploration des Montagnes Rocheuses, de leurs gorges fantastiques et de leurs vallées démesurées éveilla les mêmes idées chez les géologues américains. Dana avait dès 1850 signalé le rôle des eaux courantes dans le modelé; vers 1875,Powell [4] et Gilbert [5] donnent un exposé très suggestif des lois de l'érosion.

Un mouvement analogue se dessine en même temps en Suisse et en Allemagne. Philippson (1885) montre l'instabilité des lignes de partage des eaux et le remaniement constant du réseau hydrographique [6]. Richthofen rapporte de ses voyages en Asie des idées nouvelles sur les rapports de l'érosion avec la géologie, qui passent dans son Guide de l'Explorateur (1886). Heim avait déjà appliqué ces idées aux Alpes [3], En France, l'ouvrage classique de de la NoÉ et de Margerie : Les Formes du Terrain, représente le premier essai de synthèse scientifique rigoureuse des lois de l'érosion (1888).

Ces œuvres fondamentales, parues successivement dans l'espace de quinze ans, sont maintenant assez répandues pour qu'il ne soit plus besoin de combattre les vieilles erreurs. Le temps fera disparaître peu à peu les dernières traces de l'illusion, qui faisait chercher une fracture ou une faille pour expliquer toute vallée transversale. Déjà ces idées ne se rencontrent plus que dans les récits de voyageurs dépourvus d'éducation géographique.

Ruissellement et torrents. — La forme élémentaire de l'érosion des eaux courantes est le ruissellement. On dit qu'il y a ruisselle-

E. de Martonne, Géographie physique. 27 bis

ment, lorsque l'eau s'écoule à la surface du sol. sans suivre un chemin bien déterminé. C'est ce qui se produit sur les pentes très fortes et en terrain imperméable. Sous cette forme, l'érosion peut remanier assez activement la surface. Le sol meuble, produit de la décomposition chimique et mécanique des roches, est emporté, la roche est mise à nu et la décomposition recommence. Un ravinement élémentaire se produit : on voit se former un grand nombre de rigoles parallèles, qui partent d'en haut et finissent à mi-côte. L'aspect des terrains argilo-marneux imprudemment déboisés dans les Alpes est

Fig. 182. — Torrent de Biasca. 1 : 75 000 (d'après la carte Suisse au 1 : 50 000). On distingue très nettement le bassin de réception, le canal d'écoulement et le cône de déjection.

très caractéristique. Les schistes jurassiques dans les vallées de la Durance et du Buech forment des buttes instables burinées de ravines qui descendent radialement du sommet (pi. XVIII, C).

L'observation de ces faits est pour beaucoup dans l'idée fausse, assez répandue encore, que l'érosion descend des hauteurs. Cela n'est vrai que pour le ruissellement, qui est en quelque sorte l'érosion anarchique, non encore organisée. Il suffît de suivre pendant quelque temps, sur une pente déboisée, les progrès du ravinement, pour voir que l'érosion ne reste pas longtemps à ce stade primitif. Bientôt les rigoles parallèles confluent, des chenaux d'écoulement se dessinent jusqu'en bas, un ou deux prennent la prépondérance. Le torrent est constitué.

Les torrents formés sont des agents de destruction bien plus terribles que les rigoles, qui marquent les premiers essais de l'érosion. L'ingénieur Surell les voyant à l'œuvre dans nos Alpes, reconnut qu'on

pouvait y distiguer trois parties : le bassin de réception, où le ruissellement continue, mais où les rigoles convergent toutes vers le même point; le canal d'écoulement, vallée étroite et encaissée, par où s'écoulent les eaux ruisselant dans le bassin de réception, avec les matériaux qu'elles entraînent; et le cône de déjection, formé par l'accumulation des débris charriés à travers le canal d'écoulement, à son débouché dans la vallée principale (fîg. 182).

Un torrent est un organisme qui fonctionne comme agent destructeur et accumulateur. L'érosion proprement dite s'exerce surtout dans le bassin de réception. C'est à l'accumulation qu'est du le cône de déjection. Le canal d'écoulement est le siège d'un creusement linéaire d'autant plus actif, qu'il est parcouru par des eaux chargées de matériaux grossiers et que la pente y est très forte. L'observation montre que le creusement s'y produit en remontant, à partir de la vallée principale vers le bassin de réception, qui, de son côté, tend à s'élargir de plus en plus, comme une blessure faite au flanc de la montagne.

Loi de l'érosion remontante. — Cette loi, révélée à Surell par l'étude des torrents, c'est-à-dire des organismes hydrographiques les plus rudimentaires, s'applique à plus forte raison aux réseaux fluviaux régulièrement organisés, où le chenal d'écoulement tient la plus grande place et comprend un chevelu d'artères principales et secondaires, par où s'écoulent constamment des eaux.

L'intensité de l'érosion dépend d'un certain nombre de facteurs, dont l'importance relative ne peut sans doute être évaluée avec toute la précision des formules mathématiques, ainsi qu'on l'a essayé [Darcy, 11; Unwin, 12], mais peut cependant être grossièrement estimée. Le creusement du lit fluvial est dû au frottement de l'eau et des matériaux qu'elle charrie; il dépend donc de la masse des eaux et de leur vitesse, qui est directement fonction de la pente1. Dans le cas du ruissellement, la pente seule est à considérer, puisque l'eau s'écoule aussitôt tombée et sans chemin déterminé. Le torrent, en rassemblant les eaux dans son canal d'écoulement, localise déjà l'action des forces destructrices et l'on voit nettement que l'érosion est la plus forte là où s'écoule le plus grand volume d'eau. Dans les cours d'eau réguliers, c'est le volume d'eau qui donne surtout la mesure de la puissance de l'érosion. Or ce volume augmente de

i. D'après Darcy et Unwin, le frottement dépend aussi de la forme du lit, de sa profondeur moyenne et de la température des eaux. Mais le volume des eaux et la pente du thalweg sont les facteurs de beaucoup les plus importants.

l'amont vers l'aval. Le creusement doit donc être plus vite achevé à l'aval et remonter progressivement vers l'amont.

Les vallées désertiques font seules exception à cette règle, mais en confirmant la loi qui lie l'intensité du creusement au volume des eaux. Dans les montagnes du Sud-Algérien, ou du Nord du Mexique, la dissection profonde des pentes moyennes et le caractère inachevé des vallées dans les pentes inférieures s'expliquent en effet parla diminution du volume d'eau s'écoulant par les thalwegs, dès que la pente n'est plus assez forte pour contrebalancer l'infiltration et l'évaporation.

Fig. 183. — Profils des thalwegs de la Seine, de la Loire et de la Garonne, montrant l'analogie avec le profil d'équilibre idéal.

Profil d'équilibre et niveau de base. — Si, dans les conditions normales, le creusement du lit est réellement plus vite achevé dans le cours inférieur, la pente des rivières doit diminuer de l'amont vers l'aval. C'est ce qu'on constate en effet même pour les torrents. La comparaison des profils en long d'un certain nombre de cours d'eâu montre qu'ils se rapprochent plus ou moins d'une courbe hyperbolique tangente au point le plus bas (fig. 183). Cette courbe schématique idéale a été appelée profil d'équilibrée, à cause de l'écoulement constant et régulier qu'elle assure aux eaux (fig. 184).

Dans les conditions normales de l'érosion, il ne peut y avoir creusement au-dessous du point le plus bas de cette courbe. Ce point est, suivant l'expression maintenant consacrée, le niveau de base de l'érosion. Les fleuves débouchant dans l'océan ont pour niveau de

base la surface des mers, leurs affluents le thalweg du fleuve principal à leur embouchure ; les cours d'eau débouchant dans un lac ont comme niveau de base la surface de ce lac.

On admet généralement que dans un morne bassin fluvial il n'y a pratiquement qu'un seul niveau de base, puisque le niveau de base des affluents descend au fur et à mesure que s'approfondit le thalweg du cours d'eau principal, jusqu'au moment où est atteint le profil d'équilibre. Les lacs euxmêmes sont, comme on l'a vu (2° partie, ch. iv) des traits passagers de la physionomie du globe. Il n'y aurait donc en définitive qu'un seul niveau de base pour tout l'ensemble des régions drainées vers la mer, et ce niveau est ce qu'il y a de plus stable à la surface du globe. Il est d'autant plus important de ne point oublier qu'une bonne partie de la surface des continents est privée d'écoulement vers la mer.

Ces régions sont dans une situation toujours anormale. Lorsque l'absence de drainage est due à la sécheresse du climat, les transformations de la

Fig. 184. — Profil d'équilibre et niveau de base.

A, B, C, profils successifs de plus en plus réguliers. La courbe idéale est plus vite atteinte vers

l'aval. Le développement du profil fait reculer la source.

surface sont souvent plutôt dues à l'érosion éolienne qu'à l'érosion fluviale. Quand c'est la disposition du relief qui empêche l'écoulement vers la mer, l'érosion fluviale agit encore dans des conditions anormales, car chaque bassin intérieur a son niveau de base et ce niveau n'est pas fixe. La Mer Caspienne, qui reçoit les eaux d'une région aussi grande que toute l'Europe centrale se trouve actuellement à 26 mètres au-dessous du niveau des océans; le lac d'Aral, dont l'aire de drainage est presque aussi grande, varie constamment de niveau et est actuellement à 73 mètres au-dessus de la Caspienne. Dans l'Asie centrale, l'Ouest des États-Unis, les Andes, se trouvent de vastes bassins intérieurs, dont les points les plus bas sont à plusieurs milliers de mètres au-dessus des océans.

Il serait désirable qu'on pût fixer avec précision l'étendue des bassins intérieurs. Un calcul approximatif suffit pour montrer qu'elle est très grande. La proportion est d'environ 30 p. 100 en Afrique, et de 25 p. 100 en Eurasie (Europe et Asie). Près d'un quart de l'ensemble des continents est privé d'écoulement vers la mer, plus d'un sixième appartient à des bassins intérieurs sans niveau de base fixe.

Pour éviter toute confusion il faut encore noter que, si le niveau de base est un fait, le profil d'équilibre est une notion théorique, c'est exactement la limite vers laquelle tend le profil du cours d'eau. Seuls les grands fleuves s'en rapprochent sensiblement. Les irrégularités du profil sont en général plus grandes dans les cours d'eau secondaires. Leur interprétation est un des procédés d'analyse les plus instructifs dans l'étude de la genèse des formes du relief et du réseau hydrographique.

On constate qu'elles coïncident souvent avec une ligne de rupture de pente topographique, déterminée par une différence de dureté des roches. D'autres fois elles révèlent des dislocations tectoniques ou des mouvements du sol que la topographie ne permet pas de soupçonner. Le cas n'est pas rare, même de cours d'eau importants, dont la pente augmente légèrement vers leur embouchure; on peut y voir la trace d'un changement du niveau de base. Les brisures du profil longitudinal peuvent aussi mettre sur la voie de changements hydrographiques récents. Lorsqu'un fleuve vigoureux détourne un affluent d'un bassin voisin, le cours d'eau capturé doit modifier son profil pour s'accommoder à son nouveau niveau de base; ce travail demande un certain temps pour s'achever.

Ces remarques suffisent pour montrer l'intérêt que présenterait la publication à grande échelle de tous les profils de cours d'eau exactement relevés. La Suisse a donné l'exemple [13], suivi depuis peu par la France pour les cours d'eau des Alpes [14]. Emm. de Margerie a signalé tous les profils publiés récemment dans lEurope occidentale [34].

Procédés de l'érosion linéaire. Rapides et chutes; marmites. — Le

travail de l'érosion tend à faire disparaître les irrégularités du profil en long. Toute rupture de pente est en effet un obstacle à l'écoulement régulier des eaux. Si la dénivellation est trop forte, l'équilibre de la surface liquide est rompu, des vagues se forment, ce sont les rapides. Aux basses eaux, les irrégularités du fond du lit peuvent se révéler, des récifs apparaissent. Les rapides sont un grand obstacle à la navigation ; on en observe encore sur de grands fleuves, lorsqu'ils traversent une région de roches particulièrement résistantes, ainsi sur le Danube (Portes de Fer). Des sommes énormes ont dû être dépensées pour permettre de les franchir en toutes saisons. En Afrique, les rapides du Bas Congo sont tournés par un chemin de fer construit par les Belges.

Quand les irrégularités du lit sont plus fortes encore, il se produit une rupture dans la masse des eaux, qui s'écroulent avec fracas en une ou plusieurs chutes ou cataractes. La brisure du profil atteint en une seule fois 50 mètres aux célèbres cataractes du Niagara, 60 mètres aux chutes Victoria du Zambèze. Les « cataractes du Nil » sont pour la plupart des rapides entremêlés de chutes.

Toute cataracte tend à se transformer en rapide, comme le montre la figure 185, la rupture de pente remontant vers l'amont, en même temps qu'elle s'atténue. Mais, tandis que le profil du thalweg se régularise, la vallée s'encaisse sur toute l'étendue où s'est produit le creusement. C'est ce qu'on observe nettement aussi bien au Niagara qu'aux chutes du Zambèze, en aval desquelles le fleuve coule tumultueusement dans une gorge profonde pendant plusieurs kilomètres.

La Valserine au Pont des Oules, près Bellegarde

exemple de creusement vertical du thalweg par l érosion tourbillonnaire

(Clicliés E. de Martonne).