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Le Rift est-africain

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Bertrand Hirsch
, 
Bernard Roussel

Partie 1. La grande déchirure de la Terre

Chapitre 4. Évolution des grands lacs du Rift

Françoise Gasse

Texte intégral

photo > Pêche à la sardine sur le lac Kivu, près de Buvaku (République démocratique du Congo).

1Les grands lacs du Rift est-africain, sans analogue dans les autres domaines tropicaux de la planète, sont exceptionnels à bien des égards. Seuls grands réservoirs naturels d’eau de surface sur le continent africain (fig. 1), ils figurent parmi les plus grands lacs d’eau douce du monde : le lac Victoria, peu profond, est le plus étendu ; le lac Tanganyika tient en volume la 2e place après le lac Baïkal en Sibérie. Les ressources économiques qu’ils représentent (pêche, transport, tourisme…) sont cruciales pour les pays limitrophes. Ils diffèrent des grands lacs de plus haute latitude par la dynamique de leur circulation hydrologique, la physico-chimie de leur colonne d’eau, et leur sensibilité aux variations du climat. Une grande biodiversité et une endémicité marquée les caractérisent. Leur histoire remonte à plusieurs millions ou dizaines de millions d’années. Leurs sédiments, parfois épais de plusieurs kilomètres, détiennent des archives paléo-climatiques longues et à haute résolution temporelle, d’où l’intérêt de leur étude.

2Défendus par de sérieux obstacles naturels (fleuves coupés de rapides, escarpements de faille, vastes zones marécageuses), les grands lacs est-africains furent longtemps méconnus des scientifiques. Voici à peine 150 ans que les sources du Nil (le système des lacs Victoria-Édouard-Albert) furent découvertes, donnant ainsi réponse à une question posée 2 000 ans plus tôt. Leurs propriétés uniques en font aujourd’hui un pôle attractif pour les scientifiques du monde entier, tant en recherche fondamentale qu’appliquée. D’énormes progrès ont été réalisés au cours des dernières décennies dans la connaissance géologique, hydrologique et biologique de ces milieux remarquables. Trois ouvrages récents regroupant des articles spécialisés leur sont d’ailleurs consacrés (Johnson et Odada, 1996 ; Lehman, 1998 ; Odada et Olago, 2002).

Figure 1. Les grands lacs est-africains et leur position dans le réseau hydrographique de l’Afrique. En encart, quelques traits de la circulation atmosphérique de basse altitude. Principales convergences et flux de mousson. ZCIT : Zone de convergence intertropicale ; CIO : Convergence interocéanique.

3Leur état actuel est transitoire. En effet, les facteurs tectoniques et climatiques expliquant leur existence varient de l’échelle du million d’années à l’événement instantané, comme le révèlent l’étude géophysique des bassins et l’analyse des séries sédimentaires. À grande échelle d’espace et de temps (>1 Ma), la distribution des grands bassins lacustres est d’abord contrôlée par l’évolution structurale du système du Rift est-africain (SREA) depuis le Miocène. Les variations du bilan hydrique en Afrique de l’Est ont été d’ampleur considérable. Le contrôle climatique sur l’évolution des grands lacs, mieux documenté pour les périodes récentes (< 1 Ma) que pour les temps plus reculés, est illustré dans ce texte à partir de quelques exemples. À ces facteurs naturels primordiaux s’ajoutent aujourd’hui les impacts anthropiques ; ils peuvent modifier le bilan hydrique et la qualité des eaux d’un bassin. L’intérêt de l’étude des grands lacs pour comprendre les relations entre l’évolution des milieux naturels, l’homme et les sociétés est souligné en conclusion.

Les grands lacs est-africains aujourd’hui

Les lacs et leur contexte structural

4Les grands lacs d’Afrique de l’Est appartiennent à un ensemble de lacs, de taille très variable, logés dans des bassins tectoniques du SREA (fig. 2). Le SREA découpe le continent sur plus de 3 000 km, depuis le point triple mer Rouge-golfe d’Aden-Rift de l’Afar au nord jusqu’au lac Malawi au sud. Il est segmenté en fossés étroits (40-70 km de large), distribués en deux branches principales, Est et Ouest ; la branche Est se prolonge au nord par le Grand Rift éthiopien pris en écharpe par le Rift de l’Afar. Ces fossés sont pour la plupart des demi-grabens (fig. 3, A-B) allongés selon un axe grossièrement nord-sud, c’est-à-dire des fossés d’effondrement asymétriques, subsidents, limités d’un côté par un mur de faille abrupt à regard est ou ouest, et de l’autre par les reliefs plus doux d’une flexure ou d’une flexure faillée. Plusieurs dizaines de « lacs de rift » occupent ces fossés. Certains lacs (Tanganyika, Malawi) s’étendent sur plusieurs demi-grabens à polarité E-O alternée, connectés par des zones dites d’accommodation. Les fossés sont encadrés par de hauts reliefs, liés au volcanisme et au soulèvement de leurs marges qui ont accompagné leur effondrement. Ainsi, le lac Tanganyika, dont le fond est situé à environ 700 m en dessous du niveau de la mer, est bordé d’escarpements s’élevant jusqu’à près de 3 000 m d’altitude. À l’exception du Turkana, les lacs de la branche Est sont petits, peu profonds et souvent salés. La chaîne des grands lacs Albert, Édouard, Kivu, Tanganyika, Rukwa et Malawi occupe la branche Ouest. Le lac Victoria, situé sur le plateau séparant les deux branches, peu profond et avec un contour très découpé, n’est pas un lac de rift ; il résulte de l’ennoiement du plateau causé par l’inversion du cours de rivières lors du soulèvement des marges de la branche Ouest. À ces lacs d’origine tectonique s’ajoutent de nombreux lacs de cratères dans les structures volcaniques associées au SREA.

Lacs et régimes climatiques

5L’architecture segmentée du SREA et la topographie des marges imposent un découpage hydrographique en « bassins versants » propres à chaque lac. Traversé par l’équateur en son centre, le SREA traverse une large zone à climat équatorial humide où se concentrent les lacs actuels, flanquée de bandes tropicales plus sèches (bassin de Turkana), voire hyperarides comme en Afar où aucun grand lac ne peut se maintenir aujourd’hui.

Vue du lac Nakuru au Kenya, lac salé peu profond.

Figure 2. A : Architecture tectonique générale du SREA. B : Localisation des principaux lacs tectoniques et volcaniques du SREA. Les noms des 7 lacs de plus de 75 km3 sont en caractères gras.
(D’après Tiercelin et Lezzar, 2002)

6Le climat est contrôlé par le balancement saisonnier de l’équateur météorologique et de la zone de convergence intertropicale (ZCIT) qui l’accompagne (fig. 1). Les différences de bilans calorifiques entre masses d’eau océanique et substrat continental aboutissent saisonnièrement à un gradient de pression transéquatorial à l’échelle de l’Afrique, qui engendre la circulation des vents de mousson dont la direction s’inverse entre été et hiver. Les pluies de mousson africaine et indienne arrosent le nord du SREA (Éthiopie, Nord-Kenya) pendant l’été boréal. La mousson dite « sud-africaine » apporte des précipitations au sud (lac Malawi) pendant l’été austral. Dans la zone équatoriale, le double passage de la ZCIT pendant les saisons intermédiaires produit deux saisons des pluies. De plus, des masses d’air humide provenant de l’océan Atlantique subtropical-sud pénètrent très à l’intérieur du continent tout au cours de l’année, et représentent une source de précipitations majeure en Afrique de l’Est équatoriale. Ce schéma général est modulé par la topographie escarpée de la région et par les circulations atmosphériques locales que causent les grands lacs. Aux variations saisonnières s’ajoute une forte variabilité interannuelle des précipitations associée aux anomalies de température et de pression de surface des océans tropicaux, en particulier aux événements El Niño.

Tableau 1. Quelques caractéristiques de sept grands lacs est-africains, classés selon leur volume (d’après Spigel et Coulter, 1996, et Bergonzini, 1998). Le lac Rukwa, d’une profondeur maximale de 6 m, n’est pas inclus malgré sa grande surface (4 000 km2).

7Trois catégories de lacs se distinguent (tabl. 1) :

  • (1) le lac Turkana est fermé (sans exutoire de surface). Situé en région semi-aride, ce lac terminal de la rivière Omo est un bac d’évaporation des eaux provenant d’un bassin versant très vaste et bien arrosé comparé à la surface du lac De tels lacs fermés subissent des fluctuations de niveau de grande ampleur en réponse aux variations climatiques sur le bassin versant. Les autres lacs ont un exutoire de surface qui assure une relative stabilité de niveau et de salinité ;

  • (2) le bilan hydrique des lacs Tanganyika, Malawi et Victoria est principalement contrôlé par les échanges entre l’atmosphère et la surface du plan d’eau. Le temps de résidence des eaux (volume/apports ou pertes annuels) de ces lacs est élevé, en particulier au lac Tanganyika, en raison de leur volume et de la faible contribution relative des rivières ;

  • (3) les lacs Albert et Édouard sont des réservoirs dominés par le flux des rivières ; le renouvellement des eaux y est rapide. Le lac Kivu est intermédiaire. Le bilan hydrique d’un lac est très fluctuant (ainsi, le Malawi s’est fermé au moins deux fois au cours des 250 dernières années), avec de sérieuses conséquences sur les bilans sédimentaire et salin, et sur l’hydrobiologie.

Dynamique des masses d’eau

8La dynamique des masses d’eau dépend de la géométrie des bassins et du climat. Le cycle annuel des vents de mousson est fondamental : les vents du Sud dominants entre mai et septembre poussent les eaux de surface vers le nord, et engendrent une remontée saisonnière d’eaux profondes (« upwelling »), riches en éléments nutritifs, aux extrémités sud des grands lacs étroits tels que Malawi, Tanganyika et Turkana. Ces eaux, refroidies par évaporation durant la saison sèche, replongent en profondeur plus au nord. L’upwelling est crucial pour la productivité biologique dans les eaux superficielles. Les lacs Malawi et Tanganyika sont si profonds qu’ils ne sont jamais brassés sur l’ensemble de la colonne d’eau. Tout se passe comme si deux lacs étaient superposés : un lac superficiel qui échange avec l’atmosphère, bien oxygéné et siège d’une intense activité biologique. Sa limite inférieure (la « thermocline ») est inclinée de ≅ 100 à 200 m du sud au nord pendant la saison sèche et varie avec la température de surface et l’intensité des vents ; un lac profond, vaste réservoir de nutrients, sans oxygène (anoxique), où s’accumulent des vases organiques susceptibles d’évoluer en réservoirs d’hydrocarbures. La stratification des eaux peut être renforcée par des apports d’eau hydrothermale, salée et dense, dans le fond des lacs, comme au lac Kivu.

Sédimentation

9Les processus sédimentaires dépendent du style tectonique, des apports du bassin versant, du bilan hydrique et salin, de la productivité biologique du lac, et de la dynamique des masses d’eau. Les sédiments contiennent une fraction détritique importée du bassin versant (allochtone), et une fraction authigène formée des produits de l’activité biologique dans le lac (biogéniques) et de minéraux précipités dans la colonne d’eau. Dans les lacs très profonds aux bordures escarpées (Tanganyika, Malawi), la sédimentation est dominée par des éléments fins, biogéniques (boue organique, diatomées – algues unicellulaires à test siliceux ). Les sédiments fins d’eau profonde sont parfois laminés en couches claires et sombres enregistrant l’alternance des saisons. Les éléments détritiques grossiers (cailloux, graviers, sables) sont confinés aux deltas des rivières et aux cônes deltaïques le long des failles bordières, près du littoral. Ils peuvent toutefois glisser vers l’axe du bassin, formant des lentilles de matériel allochtone (« turbidites ») qui s’intercalent entre les séries d’eau profonde régulièrement empilées (fig. 3). Le lac Turkana, moins encaissé et aux reliefs bordiers plus doux, sans exutoire de surface, est le siège d’une sédimentation plus riche en éléments détritiques et en minéraux précipités sous l’effet de l’évaporation (carbonates). Des évaporites s’accumulent dans de petits lacs, aujourd’hui fermés et hypersalés, de la branche Est du SREA et de l’Afar.

Les berges du lac Édouard, l’un des grands lacs, situé entre la République démocratique du Congo et l’Ouganda.

Recherche et lecture des archives relatant l’histoire des lacs

10L’évolution d’un lac de rift du début à la fin de son histoire (fig. 3) résulte de la combinaison entre : (1) les processus tectoniques de rifting – ouverture d’un bassin au pied d’une faille bordière, subsidence et basculement du fond du bassin, extension latérale, soulèvement des marges, mouvements verticaux à l’exutoire – ; (2) les changements climatiques (variations du bilan précipitations-évaporation sur le lac et son bassin versant, direction et intensité des vents dominants). Le remplissage sédimentaire du bassin est contrôlé par ces deux types de facteurs.

11Les récentes études sismiques et les forages pétroliers ont révélé la structure des bassins, l’organisation stratigraphique et la nature des séquences sédimentaires épaisses de 5 à 7 km sous les grands lacs actuels, et dans les bassins de paléolacs aujourd’hui enfouis sous des produits volcaniques ou des dépôts fluviatiles.

Figure 3. Schéma théorique d’un bassin lacustre du Rift est-africain et de son remplissage au cours de son évolution. A et B : profils perpendiculaires à l’axe du rift à deux stades d’évolution. Les flèches noires symbolisent les apports détritiques, les flèches rouges les apports authigènes à la sédimentation. C : Variations de profondeur engendrées par les mouvements tectoniques verticaux et les fluctuations climatiques (modifié de Scholz et al., 1998).

12À l’échelle de temps du million d’années, le contrôle tectonique est déterminant sur la distribution spatiale des grands bassins lacustres et leur remplissage sédimentaire. Pour les temps les plus reculés, les rôles respectifs de la tectonique et du climat sur l’évolution des lacs sont souvent difficiles à estimer, d’autant plus que la mise en place du SREA, les orogenèses associées et le développement de vastes lacs ont pu modifier significativement la circulation atmosphérique et le bilan hydrique sur le continent africain. Les études dont la résolution temporelle est suffisante pour analyser la réponse des lacs aux variations du climat portent surtout sur la période Quaternaire.

13La reconstitution de l’histoire des lacs s’appuie sur un large éventail de méthodes et de techniques. Les observations géomorphologiques sur images satellitaires et sur le terrain permettent de repérer d’anciens hauts niveaux lacustres (lignes de rivage perchées, sédiments exondés) et parfois de mesurer les déformations du fond du bassin. Le dépouillement des profils de sismique-réflexion, relevés dans l’empilement sédimentaire sous-lacustre, conduit à une image en 3 dimensions du bassin, où les fractures sont positionnées, les grandes unités sédimentaires définies et les surfaces d’érosion identifiées. Ces dernières témoignent de périodes climatiques très sèches ou d’un basculement du fond du bassin. La chronologie attribuée aux profils sismiques est établie par modèles d’âge basés sur l’estimation des vitesses de sédimentation.

14Les sédiments lacustres archivent de nombreux indicateurs paléohydrologiques et paléoclimatiques. Ils sont prélevés à l’affleurement, et/ou par carottage depuis la surface du plan d’eau. Leur analyse porte sur l’organisation des couches sédimentaires, leurs propriétés magnétiques, le cortège minéralogique des fractions détritiques et authigènes, la géochimie élémentaire et isotopique des fractions minérales et organiques, les microfossiles d’origine aquatique (diatomées, petits crustacés tels que les ostracodes…) et les pollens qui informent sur le climat du bassin versant. L’établissement du calendrier des événements recensés dans les profils sédimentaires fait appel aux méthodes de datations radiométriques, à la magnétostratigraphie et, exceptionnellement, à des datations absolues par comptage de lamines annuelles. Autant que possible, les indicateurs sont calibrés à partir d’un jeu de références actuelles, afin de quantifier les variables paléo-hydroclimatiques. L’application au passé des équations de bilans hydriques, salins et énergétiques dans un modèle hydrologique de lac permet aussi de proposer des estimations des paramètres paléoclimatiques et d’analyser le temps de réponse du lac à un changement de climat ou d’occupation des sols sur le bassin versant. Une comparaison des données ainsi acquises avec des enregistrements paléoclimatiques d’autres régions, et avec des simulations des climats du passé issues de modèles climatiques aide à comprendre les mécanismes de variation du climat affectant les systèmes lacustres.

Histoire et évolution des lacs est-africains : le contrôle tectonique
L’essentiel des données résumées ci-dessous est emprunté à
Tiercelin et Lezzar (2002).
La formation des bassins sédimentaires du SREA débute à l’ère Tertiaire, au Paléogène dans la branche Est, et affecte les structures du Mésozoïque du Sud-Soudan. Des demi-grabens de direction sensiblement nord-sud se mettent en place au sud de l’Éthiopie, au nord et au centre du Kenya (Lokichar, Kerio, Baringo), et donnent naissance aux premiers lacs du SRAE (fig. 4A). Par exemple, à l’ouest du lac Turkana actuel, le bassin de Lokichar contient une série lacustre et fluviolacustre d’âge Paléogène à Miocène inférieur de 7 km d’épaisseur, reposant sur le socle d’origine (Précambrien) et interrompue par une couverture de basaltes miocènes (16 à 10 Ma). Vers sa base, trois couches de sédiments lacustres riches en carbone organique (« black shale »), contiennent une flore algaire bien préservée et témoignent d’un lac d’eau douce au fond anoxique, comparable au lac Édouard ou au bassin central du lac Tanganyika actuels. L’évolution tectonique et sédimentaire de ce grand paléolac est comparable à celle du lac Tanganyika.
Au Miocène inférieur et moyen (fig. 4B), une intense activité volcanique, principalement basaltique, s’observe dans la région des rifts éthiopien et kényan. La sédimentation fluvio-lacustre se poursuit au Kenya central, par exemple dans le paléolac Tambach (16-14 Ma) qui disparaît à son tour sous une épaisse série de laves phonolitiques (14,5-12 Ma). De nouveaux bassins subsidents apparaissent, comme à Segen où des sédiments lacustres s’accumulent entre 16 et 13 Ma. Le paléolac Ch’orora, à dépôts diatomitiques riches en restes de vertébrés, se met en place au pied de ce qui préfigure l’escarpement sud-est éthiopien vers 10,5 Ma.
Au Miocène moyen, une nouvelle chaîne de fossés asymétriques s’effondre au nord et au centre du Kenya à travers les roches volcaniques du Miocène inférieur. Des lacs s’y installent pour quelques millions d’années. Par exemple, le paléolac Ngorora (138,5 Ma) est, pendant sa phase d’extension maximale, un grand lac d’eau douce stratifié ouvert vers le bassin de Bogoria. Sa vie s’interrompt vers 8,5 Ma quand des coulées de phonolites recouvrent la région.
La formation des bassins lacustres de la branche Ouest du SREA débute entre 12 et 8 Ma (fig. 4B), après un épisode d’activité volcanique intense (12-10 Ma) dans la région du Kivu. À proximité du lac Albert actuel, la sédimentation lacustre dans le bassin subsident du rift Albertine débute vers 8 Ma et se poursuit jusqu’à 4 Ma. Les segments de rift du lac Édouard et de la vallée de la Semliki s’amorcent, mais leur formation est compliquée par le soulèvement des reliefs granitiques du Ruwenzori. La propagation du SREA vers le SE entraîne l’ouverture du segment central du proto-lac Tanganyika entre 12 ( ?) et 9 Ma, et d’un demi-graben préfigurant le bassin nord du lac Malawi vers 8,6 Ma. La réactivation de failles très anciennes délimite la structure en demi-graben de Rukwa.
Au Miocène supérieur et au Pliocène (fig. 4C), le rift océanique du golfe d’Aden se propage en Afar, où l’épaisse série de basalte fissural qui forme le plancher de l’Afar actuel (la « Série Stratoïde ») s’épanche entre 4,4 et 0,4 Ma. Dans la vallée de la proto-rivière Awash, qui s’écoule des plateaux éthiopiens vers la dépression Afar en voie d’extension, les séries fluvio-lacustres de Hadar (4-2,6 Ma) et Bodo (> 3,85 Ma) ont été particulièrement étudiées, bien que peu épaisses, pour avoir révélé les premiers fossiles d’hominidés Australopithecus afarensis, dont la fameuse Lucy. Ces lacs ont une durée de vie relativement brève : l’Awash va rapidement s’écouler vers des bassins tectoniques plus déprimés qui se mettent en place en Afar. Autour du proto-lac Turkana, les épais dépôts fluviatiles et de plaine alluviale de la paléo-rivière Omo (> 4 Ma <0,7 Ma), qui s’écoule alors vers l’océan Indien, ont récemment délivré des restes d’hominidés rattachés à Australopithecus afarensis dont l’âge remonte à 3,35 Ma (BROWN et al., 2001). Ce n’est que vers 2 Ma que des environnements lacustres permanents s’installent dans le bassin moderne du lac Turkana. Vers le sud, des lacs permanents se maintiennent pendant plusieurs millions d’années (cf. Chemeron et Lukeino). Le SREA se propage jusqu’aux extrémités sud de la branche Est, avec l’ouverture des bassins lacustres de Naivasha (7 Ma) et de nord-Tanzanie (Eyasi, Natron, Manyara, 5-3,5 Ma). Il se propage aussi dans la branche Ouest. Des dépôts lacustres s’accumulent à partir de 4 Ma dans les lacs Albert et Édouard. Les segments de rift de la rivière Ruzizi et du lac Kivu s’ouvrent entre 7,5 et 4 Ma. Le lac Tanganyika s’adjoint son bassin nord (4,9-3,6 Ma) et son bassin sud (4-2 Ma) actuels. Le bassin du Malawi, où la sédimentation lacustre débute vers 3,6 Ma, se développe.
Au Pléistocène et à l’Holocène (fig. 4D), des bassins tectoniques de direction générale golfe d’Aden-mer Rouge, incurvés du SE au NW, s’effondrent dans la série stratoïde de l’Afar. Du SW au NE, les bassins des paléolacs Abhé, Hanlé-Dobi, Asal sont de plus en plus jeunes et de plus en plus profonds. Le rift d’Asal est le prolongement du rift océanique du golfe d’Aden et demeure très actif avec un taux d’extension de plusieurs centimètres par an. En son axe, les lignes de rivage du lac Asal holocène se sont effondrées de 60 m depuis 6 000 ans (GASSE, 1991). Dans le Grand Rift éthiopien, le système des lacs de rift Ziway-Abiyata-Langano apparaît vers 1,3 Ma. S’y associent des lacs occupant de profonds cratères (calderas des lacs Shala, Awasa datées de ≈ 0,25 Ma). Dans la branche Est du SREA, des dépôts parfois soulevés ou effondrés le long des marges des bassins témoignent d’une phase d’extension latérale des bassins lacustres du rift kényan (Baringo, Nakuru, Elmenteita, Naivasha). Dans la branche Ouest, les grands lacs acquièrent leur morphologie actuelle. Des rejeux tectoniques peuvent toutefois les affecter. Par exemple, au lac Édouard, l’affaissement tectonique du seuil à l’exutoire serait en partie responsable des variations du niveau lacustre à l’Holocène. Vers le SW, deux nouvelles branches du SREA apparaissent, celle du lac Mweru au sud du Tanganyika, et celle du rift d’Okavango qui se propage vers le Botswana.
Parmi les grands lacs, le lac Victoria fait figure d’exception par son origine. Sur le plateau séparant les deux branches du SREA, un ancien système de drainage s’écoulant d’est en ouest est modifié par le soulèvement des épaules du rift du lac Albert. Bien que ce soulèvement ait débuté au Miocène, le sens de l’écoulement ne s’inverse qu’au Pléistocène, vraisemblablement entre 1,6 et 0,8 Ma, voire après 0,8 Ma. Cette inversion entraîne l’inondation du plateau : le lac Victoria est né.

Figure 4. Cartes schématisant la distribution spatiale et temporelle de l’ouverture et du développement des bassins lacustres dans le SREA pour différentes tranches de temps (simplifié d’après Tiercelin et Lezzar, 2002).

Les grands lacs est-africains face aux variations du climat

15La relation entre variabilité climatique et évolution des lacs est d’autant mieux comprise que la chronologie est fine et que les événements recensés peuvent être reliés aux facteurs physiques contrôlant le climat global ou régional.

16Pour les périodes anciennes, quelques faits peuvent être reliés à des changements climatiques globaux. Ainsi, les bas niveaux recensés au lac Tanganyika entre 7 et 5 Ma sont attribués à un climat relativement sec en Afrique de l’Est associé à une période de refroidissement global. Le lac Tanganyika prend une physionomie voisine de l’actuelle vers 3,6 Ma en réponse à l’installation d’un climat régional plus humide.

17À l’échelle du million au millier d’années, les lacs est-africains enregistrent les oscillations des facteurs astronomiques, c’est-à-dire les variations cycliques des paramètres orbitaux de la Terre par rapport au Soleil.

18Depuis environ 2,8 Ma, le climat de l’Afrique de l’Est s’est dans l’ensemble aridifié en liaison avec l’établissement des cycles glaciaires-interglaciaires des hautes latitudes nord (De Menocal, 1995), dont la cyclicité d’environ 100 000 ans est celle de l’excentricité de l’orbite terrestre. Les modèles climatiques montrent que ce climat tropical est très sensible aux changements d’extension des calottes de glace polaire, de température de surface de l’océan Nord-Atlantique, et de la circulation océanique qui en résulte.

19D’une manière générale, les périodes glaciaires des hautes latitudes coïncident avec des périodes fraîches et sèches en Afrique tropicale ; la température de surface des océans, y compris les océans tropicaux, est plus basse qu’aujourd’hui ; le cycle hydrologique sur la planète est réduit et la circulation de mousson atténuée. Le dernier maximum glaciaire fournit une bonne image de ces conditions : voici environ 21 000 ans, les lacs est-africains sont tous très bas (fig. 5).

Figure 5. Fluctuations de niveau de quelques lacs est-africains par rapport à l’Actuel (niveau 0) aux cours des dernières dizaines de milliers d’années. Les lacs sont localisés sur la figure 2. Le pourcentage de diatomées littorales est un indicateur de la baisse de niveau des eaux. Relations avec les changements globaux, glaciaire/interglaciaire et les variations d’insolation d’été dans les tropiques Nord et Sud. Les flèches indiquent l’ouverture des bassins. Par convention, les âges sont donnés en années calendaires (cal.) avant aujourd’hui (Before Present : BP). Les sources d’information peuvent être trouvées dans Gasse, 2000 et Barker et Gasse, 2003.

20Les petits lacs d’aujourd’hui (Abhé ou Ziway-Shala par exemple) sont à sec ou réduits à des mares hypersalées. Les grands lacs ont subi des baisses de niveau spectaculaires par rapport à l’Actuel : 300-350 m au Tanganyika, 150-200 m au Malawi, près de 100 m au Turkana, plusieurs dizaines de mètres aux lacs Albert, Édouard et au lac Victoria qui s’assèche totalement. Les lacs les plus profonds (Tanganyika, Malawi) restent fermés pendant plusieurs milliers d’années. Les grands lacs est-africains sont déconnectés des fleuves les plus puissants du continent, Nil, Congo, Zambèze ; les sources du Nil sont taries et le fleuve ne coule plus.

21La fermeture des grands lacs et l’affaiblissement des vents de mousson affectent la dynamique des masses d’eau et la productivité biologique. Ainsi, dans le bassin nord du lac Malawi, les eaux sont très appauvries en phosphore, nutriment de première importance pour le plancton dont dépend toute la chaîne alimentaire, par exemple les diatomées dont la production est alors réduite (Johnson et al., 2002). Les paléoprécipitations ont été estimées par modélisation des systèmes lacustres par rapport à l’Actuel : -11 à -30 % pour le Tanganyika, en bon accord avec une estimation basée sur les pollens pour la région ; -27 % au lac Victoria ; -47 % dans le bassin de Ziway-Shala. L’analyse récente d’une carotte sédimentaire prélevée au lac Tanganyika suggère même que l’avant-dernier maximum glaciaire (≅ 130 000 ans) était encore plus sec et plus froid que le dernier.

La mousson et les grands lacs

22La mousson, principale caractéristique du climat est-africain, dépend du cycle orbital de précession des équinoxes (≅ 21 000 ans), qui induit des changements d’insolation estivale, en antiphase entre les deux hémisphères (fig. 5). En théorie, une augmentation d’insolation d’été renforce le gradient de pression océan-continent, et intensifie ainsi la circulation de mousson. Cette théorie astronomique explique une large part de la variabilité des lacs est-africains. Par exemple, au cours des 40 000 dernières années, les variations de niveau du lac Abhé suivent grossièrement la courbe d’insolation estivale à 20 °N (fig. 5).

23Entre 15 000 et 5 000 ans, les lacs d’Afrique de l’Est équatoriale et nord-tropicale enregistrent des variations de niveau d’ampleur considérable. En quelques siècles, vers 15 000-14 000 ans, les lacs Albert, Édouard et Victoria se remplissent jusqu’au niveau de leur exutoire et s’ouvrent à nouveau (fig. 5). La remarquable faune de poissons qu’abrite aujourd’hui le lac Victoria, asséché pendant le dernier maximum glaciaire, se serait diversifiée en quelques milliers d’années avec la remontée des eaux. Les paysages des tropiques Nord ne ressemblent en rien aux déserts d’aujourd’hui.

24Voici 10 000-9 000 ans, les précipitations étaient beaucoup plus abondantes qu’aujourd’hui (de 25 à 50 % supérieures à l’Actuel) selon les résultats de modélisation de paléolacs. Le lac Turkana s’étend à plus de 100 m au-dessus de son niveau actuel (fig. 5). Le bassin de Ziway-Shala (Rift éthiopien), aujourd’hui fermé, est occupé par un grand lac (2 700 km2) dont le niveau est tel (+ 112 m) qu’il trouve un exutoire sur le bassin de la rivière Awash et ainsi vers l’Afar (fig. 1 et 2). En Afar, le seul lac Abhé, réduit à ce jour à une flaque d’eau hyperalcaline, est un réservoir d’eau douce de 6 000 km2 dont le volume (≅ 315 km3) excède largement celui des lacs Turkana, Albert ou Édouard actuels (tabl. 1). Le lac Asal, où se précipitent aujourd’hui halite et gyspe, s’élève de 310 m et occupe une surface de ≅ 1 100 km2. Ainsi, de grands lacs ont existé jusqu’à des époques très récentes dans des régions actuellement hyperarides, en réponse aux variations de l’insolation.

25Toutefois, les passages aride/humide/aride sont beaucoup plus abrupts que ne le laisserait supposer le seul facteur orbital. La rapidité des changements traduit des interactions et rétroactions complexes entre les compartiments du système climatique, atmosphère-océan-biosphère. De plus, une variabilité à plus haute fréquence, à l’échelle du siècle ou de la décennie, apparaît dans les enregistrements. Par exemple, entre 9000 et 8000, un bref événement aride interrompt la phase de haut niveau lacustre des tropiques nord, comme aux lacs Ziway-Shala et Abhé (fig. 5). La salinité des eaux du paléolac Abhé s’élève de ≅ 0,5 à plus de 50 g/l en quelques centaines ou dizaines d’années, les rendant impropres à la consommation. Cet événement aride, enregistré dans d’autres régions tropicales telles que la péninsule Arabique et l’Asie, coïncide avec un sévère coup de froid aux hautes latitudes. Il traduit un déséquilibre du système climatique global dont l’origine n’est pas établie avec certitude.

Les lacs durant les périodes historiques

26Les enregistrements à haute résolution du dernier millénaire sont rares mais témoignent tous de changements du bilan hydrique très significatifs dont le sens diffère selon les sites. Ainsi, les années 1700-1850, qui s’inscrivent dans la période froide du « Petit Âge Glaciaire » en Europe, voient un bilan hydrique généralement excédentaire au lac Naivasha sous l’équateur, alors que les bassins du Sud, Tanganyika et Malawi, enregistrent un déficit (fig. 6). L’augmentation de la production biologique dans le bassin nord du lac Malawi serait liée à un renforcement des vents du nord, déplaçant la zone d’upwelling du bassin sud au bassin nord. Pour certains auteurs, ces changements rapides seraient liés aux variations de l’activité solaire, mais les mécanismes reliant ces variations à celles du cycle hydrologique régional sont à ce jour mal compris.

27Les documents historiques, et plus encore les données instrumentales disponibles depuis une centaine d’années, font bien ressortir l’instabilité des grands lacs à l’échelle de la vie humaine. Pendant le dernier siècle, la décharge du lac Tanganyika vers le bassin du Congo par la rivière Lukuga s’est interrompue à plusieurs reprises. Le lac Malawi a oscillé de ≅ 7 m et s’est fermé entre 1915 et 1935, avec là encore des modifications de l’activité biologique (fig. 6).

Figure 6. Variations centennales à interannuelles de niveau et de productivité dans des lacs du SREA. D’après : (A) Verschuren et al., 2000, (B) Johnson et al., 2001, (C) Gasse, non publié. La courbe C montre que le volume des diatomées sédimentées (et donc le poids de silice biogénique illustré sur la courbe B) est bien corrélé au niveau du lac mesuré.

28Les grands lacs répondent sans délai aux années de pluies ou de sécheresse exceptionnelles associées aux anomalies de température de surface des océans tropicaux. Par exemple, après les pluies diluviennes de 1961 sur l’Afrique de l’Est, le niveau des lacs Victoria et Tanganyika est monté de 2 m en 1961-1962. Le niveau du lac Tanganyika est positivement corrélé aux événements El Niño, dont la cyclicité est de 4-6 ans. Ce lac enregistre également des changements hydrologiques et biologiques associés à des variations climatiques décennales. Ainsi, dans les années 1960-1970, la température de surface était plus fraîche et les vents du sud plus forts que durant les quinze dernières années. En conséquence, l’upwelling au sud du lac était renforcé, apportant de grandes quantités de nutriments mais aussi d’eaux profondes anoxiques riches en hydrogène sulfuré et en ammoniaque qui auraient causé la mort d’un grand nombre de poissons dans le bassin sud (Plisnier, 2000). Le réchauffement observé au cours des dernières décennies, par exemple aux lacs Victoria et Tanganyika, bien que léger (< 1 °C), pourrait avoir de sérieuses conséquences sur la profondeur de la thermocline et la stratification des eaux, et ainsi sur la productivité des lacs.

Les grands lacs et leur biodiversité : un endémisme marqué

29Depuis des millions d’années, l’Afrique de l’Est est caractérisée par une activité tectonique intense, et par des variations hydrologiques d’ampleur considérable. Des grands lacs sont nés, ont évolué, puis ont disparu ou sont appelés à disparaître. Leur évolution complexe résulte de l’interaction permanente entre facteurs géologiques et facteurs climatiques. Leur longue histoire, leur isolement pendant les phases de fermeture des bassins, voire leur assèchement, sont certainement responsables de nombreuses différenciations génétiques et de leur grande biodiversité : 1 000 espèces de poissons auraient évolué dans le lac Malawi, le lac Tanganyika abrite 250 espèces de gastropodes (mollusques) et ostracodes (crustacés) dont 240 sont endémiques de ce lac.

30Les informations sur la variabilité naturelle du climat et de l’environnement détenues dans leurs sédiments peuvent aider à comprendre les relations entre l’environnement et l’évolution des hominidés en Afrique de l’Est au Plio-Pléistocène (De Menocal, 1995). Elles permettent de relier les fluctuations climatiques à des changements de cultures et de sociétés. Ainsi, au cours du dernier millénaire, les oscillations de niveau du lac Naivasha ont été clairement associées aux périodes de prospérité (phases humides) et de déclin (sécheresses) des sociétés vivant dans la région (Verschuren et al., 2000). L’analyse de la réponse des lacs aux variations à court terme du climat et de l’occupation des sols, telle qu’elle peut être conduite pour les derniers siècles ou décennies, est cruciale pour la gestion des ressources naturelles. Cette analyse est particulièrement importante dans le contexte actuel de réchauffement global, et de développement de l’agriculture par irrigation et utilisation d’engrais, qui affectent sérieusement certains lacs comme le lac Victoria.

Une pirogue sur le lac Tanganyika, deuxième lac africain en surface après le lac Victoria.

Buffles sur les berges du lac Albert (ou Nyanza), septième lac d'Afrique en superficie, situé à la frontière entre l'Ouganda et la République démocratique du Congo.

Bibliographie

Références

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Table des illustrations

Légende photo > Pêche à la sardine sur le lac Kivu, près de Buvaku (République démocratique du Congo).
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Légende Figure 1. Les grands lacs est-africains et leur position dans le réseau hydrographique de l’Afrique. En encart, quelques traits de la circulation atmosphérique de basse altitude. Principales convergences et flux de mousson. ZCIT : Zone de convergence intertropicale ; CIO : Convergence interocéanique.
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Légende Vue du lac Nakuru au Kenya, lac salé peu profond.
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Légende Figure 2. A : Architecture tectonique générale du SREA. B : Localisation des principaux lacs tectoniques et volcaniques du SREA. Les noms des 7 lacs de plus de 75 km3 sont en caractères gras.(D’après Tiercelin et Lezzar, 2002)
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Légende Tableau 1. Quelques caractéristiques de sept grands lacs est-africains, classés selon leur volume (d’après Spigel et Coulter, 1996, et Bergonzini, 1998). Le lac Rukwa, d’une profondeur maximale de 6 m, n’est pas inclus malgré sa grande surface (4 000 km2).
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Légende Les berges du lac Édouard, l’un des grands lacs, situé entre la République démocratique du Congo et l’Ouganda.
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Légende Figure 3. Schéma théorique d’un bassin lacustre du Rift est-africain et de son remplissage au cours de son évolution. A et B : profils perpendiculaires à l’axe du rift à deux stades d’évolution. Les flèches noires symbolisent les apports détritiques, les flèches rouges les apports authigènes à la sédimentation. C : Variations de profondeur engendrées par les mouvements tectoniques verticaux et les fluctuations climatiques (modifié de Scholz et al., 1998).
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Légende Figure 5. Fluctuations de niveau de quelques lacs est-africains par rapport à l’Actuel (niveau 0) aux cours des dernières dizaines de milliers d’années. Les lacs sont localisés sur la figure 2. Le pourcentage de diatomées littorales est un indicateur de la baisse de niveau des eaux. Relations avec les changements globaux, glaciaire/interglaciaire et les variations d’insolation d’été dans les tropiques Nord et Sud. Les flèches indiquent l’ouverture des bassins. Par convention, les âges sont donnés en années calendaires (cal.) avant aujourd’hui (Before Present : BP). Les sources d’information peuvent être trouvées dans Gasse, 2000 et Barker et Gasse, 2003.
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Légende Figure 6. Variations centennales à interannuelles de niveau et de productivité dans des lacs du SREA. D’après : (A) Verschuren et al., 2000, (B) Johnson et al., 2001, (C) Gasse, non publié. La courbe C montre que le volume des diatomées sédimentées (et donc le poids de silice biogénique illustré sur la courbe B) est bien corrélé au niveau du lac mesuré.
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Légende Une pirogue sur le lac Tanganyika, deuxième lac africain en surface après le lac Victoria.
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Légende Buffles sur les berges du lac Albert (ou Nyanza), septième lac d'Afrique en superficie, situé à la frontière entre l'Ouganda et la République démocratique du Congo.
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Auteur

Géologue, CNRS, Centre de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement, Aix-en-Provence

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