I - Introduction

1Les régions arides et semi-arides sont souvent considérées comme étant très sensibles aux fluctuations climatiques. Une relation positive entre la pluviométrie annuelle moyenne, le degré d'aridité et différents facteurs de l'environnement (eau disponible, productivité végétale biodiversité, érosion des sols, etc.) est souvent proposée par des climatologues, des écologues et des agronomes pour des régions où la pluviométrie moyenne annuelle varie entre 100 et 300 mm. La validité de cette relation est d'une grande importance, en vue du changement climatique prévu, dû à l'effet de serre. Des études interdisciplinaires menées dans le désert du Néguev montrent que la relation positive "précipitations et qualité de l'environnement" se heurte à plusieurs difficultés, dont certaines sont spécifiques aux régions arides et semi-arides :

21 / Les modèles de circulation atmosphérique établis à l'échelle du globe ne sont pas encore capables de prévoir si le réchauffement global va avoir pour résultat une diminution ou une augmentation des précipitations dans les régions méditerranéennes. De plus, ces modèles sont incapables de prévoir les changements à l'échelle régionale ou locale, où des facteurs non climatiques, tels que la lithologie et les sols, ainsi que des facteurs biologiques, exercent une très grande influence sur la répartition de l'eau dans l'espace et le temps.

32 / La plupart des modèles climatologiques sont fondés sur des moyennes annuelles des précipitations et des températures. Ils n'ont pas la possibilité de traiter d'une façon efficace des variables qui contrôlent les ressources en eau, telles que le moment des averses au cours de la saison pluvieuse, la fréquence et l'intensité des averses extrêmes, responsables des crues dévastatrices, ou la durée des périodes de gel et de sécheresse prolongées, aux effets néfastes.

43 / Parmi les variables spécifiques aux régions semi-arides et arides, deux exercent une forte influence sur l'environnement. La première est due au changement des propriétés du sol, tandis que la seconde est liée à l'apport en sels. Un changement climatique dans les zones considérées n'est jamais limité aux variables purement climatiques, telles que les précipitations ou la température. Il est souvent accompagné par une modification des propriétés de la surface. Des travaux conduits en Afrique du Nord et dans le milieu méditerranéen méridional (G. COUDE-GAUSSEN et al., 1983 ; A.N. GORRING-MORRIS et P. GOLDBERG, 1990) s'accordent pour dire que les dépôts lœssiques se mettent en place lors de phases climatiques pluvieuses, alors que des apports sableux caractérisent les phases climatiques sèches. Il va de soi que le recouvrement d'une surface antérieure par des limons ou par du sable va avoir un effet prononcé sur l'infiltration, sur le régime hydrique et, de ce fait, sur les ressources en eau. Le second facteur important est l'apport en sels, qui peut affecter la salinité, l'activité biologique et le rendement des sols, en particulier. Il est déjà bien établi que les sels contenus dans les sols des régions arides et semi-arides proviennent principalement des sels dissous dans les eaux météoriques et les poussières éoliennes (D.H. YAALON, 1962). Une augmentation des pluies annuelles, accompagnée par des augmentations des apports poussiéreux éoliens, doit donc se traduire par une augmentation des apports en sels. Dans la mesure où la lixiviation est limitée, l'accroissement des apports en sels peut mener à la salinisation des sols (A. YAIR, 1994). Le processus décrit ci-dessus est en fait un processus de désertification lors d'une phase climatique humide. Un processus contraire est à envisager lors d'une phase sèche, accompagnée par des dépôts sableux. Le sable absorbe très peu d'eau, l'infiltration est rapide et la préservation des eaux infiltrées est très bonne grâce à la faiblesse de la remontée capillaire des eaux, qui est due à la porosité grossière des sables éoliens.

II - Objectif du travail

5La présente étude traite des changements climatiques qui ont sévi au Néguev septentrional au cours du Quaternaire supérieur et de leurs effets sur les environnements naturels. Son but est d'attirer l'attention sur les effets complexes des changements climatiques relatifs à l'environnement, en se fondant sur des études interdisciplinaires couvrant des aspects sédimentologiques, hydrologiques, pédologiques et biologiques menés dans le désert du Néguev au cours des années 1972-2006.

III - Description de la région

6La région étudiée (Fig. 1) s'étend de la dépression de Beer Sheva, au nord, jusqu'à la chaîne anticlinale de Ramon, au sud. La pluviosité annuelle décroît vers le sud. Elle est de 200 mm à Beer Sheva et de 75 mm à Mitzpe Ramon. La saison pluvieuse est limitée aux mois d'hiver allant d'octobre à avril. L'évaporation potentielle est de l'ordre de 2200 mm par an. Calculée selon plusieurs indices d'aridité, celle-ci augmente du nord au sud. La région est formée de trois domaines lithologiques :

71 / La région rocheuse. Située au sud, elle est formée par des calcaires du Crétacé et du Tertiaire. Le relief est celui de plateaux disséqués par des vallées aux versants à pentes fortes. Les affleurements rocheux sont étendus à la partie médiane et supérieure des versants dont la partie inférieure est recouverte par un manteau colluvial. Le fond des vallées est tapissé par des alluvions limoneuses.

82 / La région limoneuse. Un tapis lœssique, d'une épaisseur allant jusqu'à 12 m, recouvre la dépression de Beer Sheva. Dans les dépressions, le manteau lœssique recouvre un conglomérat et repose sur les versants, directement sur les roches calcaires. Le manteau lœssique s'est mis en place lors d'une phase humide allant de 80000 à 28000 BP.

93 / La région sableuse. Elle s'étend sur la partie nord-ouest. Elle représente la partie orientale de l'erg du nord du Sinaï en Égypte. L'arrivée massive du sable est postérieure à celle du lœss, le premier recouvrant le second presque partout. Le dépôt sableux correspond à une phase aride qui a commencé vers 28000 BP.

IV - Méthodologie

10Les séquences stratigraphiques et climatologiques présentées ci-dessus offrent une excellente occasion d'étudier les effets des changements climatiques de la fin du Pléistocène, qui furent accompagnés par des changements concomitants de la surface terrestre ; changements qui sont étroitement liés aux régimes des vents qui ont sévi lors de la phase humide et de la phase aride. L'étude est fondée sur une analyse détaillée du régime hydrique et de ses effets sur les propriétés des sols et du couvert végétal dans la région rocheuse, la région lœssique et la région sableuse.

V - Résultats

11Le tableau I présente des données relatives au couvert végétal qui, dans le cas des espèces pérennes buissonnantes, donne une bonne idée des ressources en eau à l'échelle des décennies ou même des siècles. La région rocheuse est représentée par le site de Sede Boqer, la région lœssique par le site de Ramat Hovav et la région sableuse par le site de Nizzana (Fig. 1). Sede Boqer et Nizzana connaissent une aridité marquée, avec environ 90 mm et 86 mm de pluie moyenne annuelle, alors que Ramat Hovav est un peu plus humide, avec environ 170 mm de pluie moyenne annuelle. Les données sont tirées de travaux détaillés, conduits sur les sites de Sede Boqer et Ramat Hovav par A. YAIR et A. DANIN (1980) et R. KADMON et al. (1989), ainsi que par A. YAIR et al. (2008) sur le site de Nizzana. La densité du couvert végétal, et surtout sa composition, indiquent clairement que la région limoneuse septentrionale (Ramat Hovav), plus humide, est caractérisée par une végétation moins abondante et plus aride (Photo 1) que celles des régions rocheuses et sableuses (Photos 2 et 3), pourtant plus sèches sur le plan climatique. Les espèces méditerranéennes manquent complètement sur le site de Ramat Hovav, où les espèces arabo-sahariennes représentent 100 % des espèces végétales pérennes. Ces dernières représentent seulement 33 % de la végétation à Sede Boqer et 25 % à Nizzana, où l'on trouve des espèces méditerranéennes et irano-turaniennes qui manquent complètement à Ramat Hovav.

12Des tendances semblables furent obtenues pour les propriétés des sols sur les trois sites. La figure 2 présente les données pédologiques de deux versants, faisant face au nord, situés à Sede Boqer et Ramat Hovav. Les deux versants présentent une section rocheuse à leur partie supérieure et une section colluviale en contrebas. La section colluviale à Sede Boqer est très pierreuse et celle de Ramat Hovav est formée de lœss pur sans graviers. L'analyse des données pédologiques montre clairement que le sol septentrional, situé dans la région la plus humide, est beaucoup plus salé que le sol du versant méridional, sous climat plus aride. La salinité des sols sableux est négligeable. Inutile de signaler que les données pédologiques sont indicatives du régime hydrique qui sévit dans la région depuis plusieurs milliers d'années. On peut donc conclure que les données botaniques et pédologiques sont en nette contradiction avec les modèles fondés sur une relation positive entre la pluviométrie annuelle moyenne et les ressources en eau.

VI - Discussion

13La compréhension des données botaniques et pédologiques présentées ci-dessus exige une bonne compréhension des processus qui affectent le régime hydrique des milieux rocheux, limoneux et sableux en milieux aride et semi-aride. Des différences prononcées dans l'infiltration vont affecter la transformation de la pluieen ruissellement, ainsi que la répartition spatiale des ressources en eau. Des aires à faible infiltration, comme les versants rocheux, réagissent rapidement à de petites averses. L'eau ruisselée est absorbée par les aires limitrophes, où l'infiltration est plus élevée. Se crée ainsi, localement, un site aux conditions hydriques améliorées, où la quantité d'eau emmagasinée est bien supérieure à celle de la pluie moyenne annuelle. Des analyses détaillées des facteurs influençant les ressources en eau dans des milieux rocheux, lœssiques et sableux arides furent publiées dans plusieurs travaux antérieurs (A. YAIR et H. LAVEE ; 1985 ; A. YAIR, 1990 ; A. YAIR, 2001 ; A. YAIR et A. KOSSOVSKY, 2002 ; A. YAIR et N. RAZ-YASSIF, 2004). L'essentiel de ces travaux, relatif au sujet traité par le présent travail, est rapporté ici.

1 ) Le régime hydrique des régions rocheuses et lœssiques

14Le comportement hydrologique des surfaces rocheuses calcaires et des surfaces recouvertes par des alluvions lœssiques est présenté sur la figure 3. Une pluie simulée, représentant des conditions extrêmes, montre que le matériel lœssique est caractérisé par un rythme d'infiltration élevé. En revanche, les surfaces rocheuses, à faible porosité, sont caractérisées par un rythme d'infiltration très faible, qui tombe pratiquement à zéro au bout de dix minutes. Ces données sont confirmées par celles obtenues lors de pluies naturelles sur le site expérimental de Sede Boqer. Le ruissellement sur les surfaces rocheuses commence avec des pluies de 1 à 3 mm dont l'intensité excède 5 mm/h, alors que sur les terrains meubles, à forte porosité et à teneurs élevées en limons et en argile, le ruissellement n'a lieu qu'après 10 mm de pluie et pour des intensités supérieures à 10-15 mm/h. Étant donné que ces intensités représentent moins de 10 % des pluies, la fréquence et l'intensité du ruissellement sont toujours supérieurs sur les superficies rocheuses que sur les superficies recouvertes par du lœss (A. YAIR, 1994 ; A. YAIR et N. RAZ-YASSIF, 2004 ; A. YAIR et A. KOSSOVSKY, 2002).

15Le second facteur influençant le ruissellement est le caractère intermittent des pluies, qui se produisent sous forme d'ondées discontinues à intensité très variable, ce qui provoque des discontinuités temporelles et spatiales dans le ruissellement. De ce fait, un processus de concentration et de stockage des eaux ruisselées se produit lorsqu'on passe d'une surface rocheuse à une surface recouverte de sol, capable d'absorber de grandes quantités d'eau. Ainsi se crée un site local à régime hydrique favorable. Le processus de concentration localisée des eaux ruisselées explique le taux de recouvrement élevé du couvert végétal, ainsi que sa composition floristique, dans les régions rocheuses, malgré leur grande aridité sur le plan climatique. La concentration des eaux ruisselées explique aussi la faible salinité du manteau colluvial sur le site de Sede Boqer. Ce manteau reçoit, lors des fortes averses, des écoulements abondants en provenance de la partie supérieure rocheuse du versant, qui permettent une infiltration profonde d'eau dans le sol (Fig. 2).

2 ) Les effets du dépôt lœssique sur l'environnement

16Comme indiqué précédemment, le manteau lœssique recouvre, dans les fonds alluviaux, un conglomérat grossier. Sur les versants, le lœss fut déposé directement sur des surfaces rocheuses à nu. Le conglomérat est indicatif d'un régime hydrique torrentiel aride. Le dépôt des limons éoliens fins, au-dessus du conglomérat grossier, indique que le passage à des conditions plus humides s'est traduite par une réduction notable de l'énergie fluviatile qui a accompagné l'accumulation du dépôt éolien, menant à l'ensevelissement du réseau hydrographique antérieur et à une réduction de la densité de ce réseau (A. YAIR et Y. ENZEL, 1987).

17Un tel changement du régime hydrologique s'explique aisément si l'on tient compte du fait que le dépôt du lœss a considérablement augmenté l'absorption des eaux des pluies, augmenté l'infiltration, réduit le ruissellement et le pouvoir de transport. En d'autres termes, le recouvrement des superficies rocheuses par une couche de lœss fut suffisant pour changer le régime hydrique d'un régime actif, capable de transporter des galets grossiers, vers un régime où le dépôt de particules fines prédomine. Cette évolution a dû être favorisée par une diminution des intensités des pluies, probablement expliquées par une fréquence moindre des pluies convectives lors de la phase humide.

18Reste à expliquer pourquoi cette phase humide s'est traduite par le développement d'un couvert végétal plus xérique que celui de la zone rocheuse au climat plus aride et par une salinisation des sols lœssiques. L'explication proposée est fondée sur des données pluviométriques et hydrologiques. Le manteau lœssique, à capacité d'absorption élevée, est capable d'absorber toute la pluie de la grande majorité des averses, fait qui limite de façon sérieuse la fréquence et l'intensité du ruissellement. Un régime hydrique à ruissellement négligeable empêche les eaux de se concentrer comme cela se produit à l'aval des surfaces rocheuses. Dans ces conditions, un couvert lœssique ne reçoit le plus souvent que la pluie incidente. Étant donné que, pour la plupart des averses, l'épaisseur de la lame d'eau précipitée est inférieure à 10 mm, la profondeur de pénétration des eaux se trouve limitée à 20-40 cm (R. KADMON et al., 1989). Une bonne partie des eaux infiltrées se perd par évaporation au cours des périodes prolongées et ensoleillées qui séparent deux averses consécutives, ce qui amène la concentration des éléments lessivés à faible profondeur et donc, à la longue, une forte salinisation.

19Le second facteur responsable de la salinisation des sols lœssiques est l'apport de sels par la pluie et le vent. La transition d'un régime caractérisé par 90 mm de pluie annuelle vers un régime où la pluie annuelle est de l'ordre de 170-190 mm double grosso modo les apports des poussières éoliennes et des sels dissous dans les eaux météoriques.

3 ) Les effets des dépôts sableux sur l'environnement

20La fin du Pléistocène supérieur a connu une transition vers une phase climatique aride, pendant laquelle s'est mis en place le système dunaire actuel du Néguev septentrional qui recouvre le manteau lœssique. Malgré la diminution des pluies annuelles, le dépôt du sable a eu un effet positif sur les ressources en eau, ce qui s'exprime clairement dans les propriétés du couvert végétal (Tab. I). À cause de la forte porosité et de la faible rétention en eau des grains de quartz, la profondeur d'infiltration est élevée. Elle atteint 150-400 cm dans une région où les précipitations annuelles sont inférieures à 100 mm (A. YAIR et al., 1997 ; A. YAIR et al., 2008). L'infiltration profonde permet une lixiviation efficace des sels. En outre, la remontée capillaire dans les sables est limitée, ce qui permet une bonne préservation des eaux infiltrées. Dans ces conditions, la quantité d'eau disponible pour la végétation est bien supérieure à celle de la région lœssique, située dans une région plus humide.

21Un facteur supplémentaire qui favorise l'expansion du couvert végétal et des ressources en eau réside dans le fait que la majeure partie de la zone dunaire est stabilisée par une croûte biologique (Photos 4 et 5) qui recouvre environ 90 % de la superficie. Cette croûte riche en particules fines (limons et argile d'origine éolienne)améliore la nutrition des plantes par rapport au sable quasi-stérile. De plus, en limitant l'infiltration des eaux lors de certaines pluies, elle joue un rôle important dans la répartition spatiale des ressources en eau. En effet, lors des averses les plus intenses, toujours brèves, des ruissellements s'amorcent, qui concentrent les eaux. Même si les distances parcourues sont courtes, ces ruissellements favorisent un stockage localisé des eaux en profondeur.

VII - Conclusion

22L'étude interdisciplinaire présentée recouvre des aspects climatiques, hydrologiques sédimentologiques, pédologiques et botaniques. Les résultats obtenus attirent l'attention sur la complexité des relations entre les changements climatiques et l'environnement en milieu aride et semi-aride. Un changement climatique dans ces régions n'est pas limité à des facteurs purement climatiques tels que la température ou les précipitations. Il est accompagné par la modification de la surface, liée aux apports éoliens de limons ou de sables. Ces apports, par l'intermédiaire de leurs effets sur le régime hydrique, peuvent mener à un processus de désertification lors d'une phase climatique humide et à une amélioration du régime hydrique lors d'une phase sèche. Étant donné que le lieu de dépôt des limons et des sables peut varier dans l'espace au cours de la même phase climatique (en fonction de la distance de parcours par rapport à la source), on peut aisément imaginer un processus simultané de désertification aux endroits où les limons sont déposés et une amélioration de l'environnement là où le dépôt est sableux. Il serait intéressant de voir si le principe présenté ci-dessus reste valable dans d'autres régions soumises à un climat plus humide.

Remerciements : J'exprime ma reconnaissance au Professeur Éric VERRECHIA, de l'Institut de Géologie de l'Université de Neufchâtel, pour l'étude d'échantillons de la croûte biologique au microscope électronique.