Les collines vivent avec des flux physiques

Les montagnes ont l’air solides. Mais ce n’est peut-être qu’un mirage. Sur des échelles de temps extrêmement longues, les paysages rampent et coulent comme des courants collants.

Jusqu’à récemment, la plupart des scientifiques auraient soutenu que des choses comme les fosses d’animaux, les arbres tombés, les tremblements de terre et les éclairs étaient responsables de la distorsion d’une grande partie de la topographie du monde. Mais de nouvelles expériences impliquant des lasers ultrafins sur des tas de sable indiquent plutôt que le fluage est une partie inhérente de tout environnement et se produira même en l’absence de toutes les autres mesures.

« Tout bouge tout le temps », a déclaré Nakul Deshpande, doctorant en géophysique à l’Université de Pennsylvanie. « Ce n’est pas seulement une analogie. C’est réel, c’est ce qui se passe. »

M. Deshpande, qui étudie la science du paysage, s’est récemment penché sur l’empiètement (le processus géologique, Pas une chanson de Radiohead.) Les chercheurs savent depuis longtemps que les sols meubles et renouvelables se déplacent, diminuent et changent constamment au rythme de quelques centimètres par an.

Mais obtenir de bonnes données d’exploration a toujours été difficile. Les marques enfouies dans les collines seront délogées au fil des décennies, mais il est presque impossible d’isoler les causes exactes de tels changements.

Dans le laboratoire, M. Desvand et ses collègues ont placé de grands monticules pyramidaux de sable sur une table d’humidificateur à vibration, ont éteint toutes les lumières et ont maintenu la température et l’humidité constantes. Ils ont lancé le laser sur la pile de telle manière que les rayons de lumière rebondissent et interfèrent les uns avec les autres, créant un motif moucheté sur le détecteur.

En recherchant des changements subtils dans le motif, ils peuvent observer les mouvements infimes des grains de sable à des échelles d’un millionième de mètre. Des matériaux comme le sable ont ce qu’on appelle un angle de repos naturel – si les côtés d’un monticule deviennent plus raides qu’un certain angle, ses grains balayeront vers le bas en glissements de terrain miniatures.

M. Deshpande et ses collègues ont érigé leurs pyramides de sable en dessous de l’angle de repos, ce qui signifie qu’en théorie ils auraient dû s’asseoir là. Cependant, leurs spots laser ont montré qu’environ deux semaines après la coulée du tas, les grains de sable se déplaçaient encore très légèrement, à une vitesse à peu près égale à un centimètre par an, ce qui est approximativement observé en rampant sur le terrain. Leurs résultats sont apparus Mercredi dans Nature Communications.

Les résultats ont été surprenants, même pour les membres de l’équipe. « Bien que je pensais que cela pourrait arriver, c’est toujours effrayant », a déclaré Douglas Gerolmac, géophysicien et conseiller de M. Deshpande.

Cependant, le laboratoire n’est pas complètement séparé de son environnement et les chercheurs ne peuvent pas être sûrs qu’un avion au-dessus de lui n’ait pas perturbé leur expérience d’une manière ou d’une autre. Pour confirmer leur intuition, ils ont également effectué des simulations informatiques avec des grains de sable virtuels qui ne sont soumis à rien d’autre qu’aux forces de gravité et de friction et ont observé les mêmes mouvements sans fin qu’avec un tas du monde réel.

Pour étudier plus avant ce qui influence le fluage, l’équipe a apporté de petites modifications aux tas de sable. Par exemple, ils ont chauffé les piles, ce qui a dilaté thermiquement les grains et augmenté leur vitesse de glissement.

Natalie Friend, géophysicienne à l’Université de Cambridge qui n’était pas impliquée dans la nouvelle étude, était sceptique quant à l’éventualité d’un fluage en l’absence de perturbations externes. Mais après avoir fait certaines de ses propres expériences et entendu M. Deshpande présenter ses découvertes lors d’une conférence en mars, elle a eu l’idée.

« Je me souviens avoir écouté et dit: » C’est un travail vraiment cool «  », a-t-elle déclaré. « En tant qu’empiriste, j’apprécie quand les gens trouvent de nouvelles techniques pour mesurer quelque chose qui était auparavant caché. »

Tout en convenant que les résultats expérimentaux sont intéressants et nouveaux, Anne Voigtländer, géomorphologue au Centre allemand de recherche géoscientifique GFZ, n’était pas tout à fait sûre qu’ils puissent être réalisés en dehors d’un environnement de laboratoire contrôlé. « Je ne pense pas que ce soit à un point où vous pouvez l’appliquer », a-t-elle déclaré.

Savoir comment confirmer les résultats de l’équipe dans le monde réel « est une question ouverte », a déclaré M. Deshpande.

Mais lui et le Dr Jerulmak estiment qu’ils ont ouvert de nouvelles voies pour étudier les processus géophysiques et ont montré que les hypothèses sous-jacentes peuvent ne pas être aussi solides qu’on le pensait auparavant.

« Je ne peux pas marcher dans les collines sans voir les choses différemment », a déclaré M. Deshpande. « Je sais maintenant qu’il y a des choses sous le voile de ma façon de voir les choses. »