UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
DEPARTEMENT DE GEOLOGIE
1 CON-SEI!. AFRICAIN
ET~ALGAC~E- il
POUR L'ENSF.IGNEMENT SUPERIEUR i
1
c. A. M. E. S. - OUAGADOUGOI..' ~
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: Arrivée ..
THESE
9:'.: NOV.. ·200.1 .....
E~egis~ré_sous ~ JUt2~"-~
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Présentée pour obtenir
le titre de
DOCTEUR ès SCIENCES
par
MAMADOU FALL
LES ISOTOPES 180, 2HET 13C DANS LA MATIERE ORGANIQUE
DES VEGETAUX ACTUELS ET FOSSILES DU SENEGAL:
RELATION AVEC LES FACTEURS CLIMATIQUES ACTUELS ET
CONTRIBUTION A LA RECONSTITUTION PALEOHYDROLOGIQUE
DES TOURBIERES HOLOCENES DES NIAYES
Soutenue le 13 décembre 1996
devant le jury composé de:
MM.
Oussaynou
DIA
Président
André
FERHJ
Rapporteur
Ababacar
LY
Rapporteur
.CheikhS.
GAYE
Examinateur
Philippe
OLIVE
Examinateur
Abdoulaye
FAYE
Examinateur
Hugues
FAURE
Examinateur

---

- -
I~'iCONSEILAFRICAINETMALGAC Ël
.' ~OUR l'E:';EIGNEMENT SUPERfE ~ 1
. A. M. E. ~. --- OUAGADOUGO '
AVANT-PROPOS
, Arrivée.
li Enregj~tré ~l~~j~ 'n'< ~ .' ~ .' .' .' "'......' ..
===/1//////==
- - - - - - - - - -.•.~-:.:_:::::::_;o:.;:_.::_........ __.
C'est le Professeur Hugues Faure du Laboratoire de Géologie du Quaternaire de
Marseille qui a eu l'idée le premier de me lancer dans l'application des isotopes du
milieu à l'étude de l'environnement. Je suis honoré et fier de lui remettre aujourd'hui
le fruit de ses espérances. Feu le Professeur Jean Charles Fontes de l'Université de
Paris-Orsay - je salue respectueusement la mémoire de cet illustre homme de sciences -
s'est intéressé très tôt à cette idée et m'a mis en rapport tour à tour avec les deux
éminents scientifiques qui allaient pennettre la réalisation de ce travail.
Le premier est M. André Ferhi, Maître de Conférences à l'Université de Pierre
et Marie Curie. Je rends hommage aux compétences scientifiques et techniques et aux
qualités humaines de M. Ferm. TI m'a fait profiter de son extrême rigueur scientifique
et son sens critique qui font qu'à ses côtés, le labeur fut dur mais le succès était au
bout. Je lui exprime ici toute ma gratitude pour avoir accepté d'être le rapporteur de ce
travail et le remercie de sa confiance et sa cordiale hospitalité.
Le
deuxième
est
M.
Peter
Trimborn,
Ingénieur-Chercheur à
l'Institut
d'Hydrologie du GSF de Munich. TI m'a fait bénéficier de ses compétences
exceptionnelles sur tout ce qui touche aux méthodes d'analyse des isotopes du milieu.
Je le remercie pour son aide inestimable et ses multiples attentions à mon égard.
Ce travail n'aurait pas de valeur s'il n'avait bénéficié de la caution des
personnalités scientifiques qui ont accepté de le juger.
M. le Professeur Oussaynou Dia, Directeur de l'Enseignement Supérieur a été
toujours à mes côtés me poussant à persévérer. Je le remercie vivement de ses
multiples attentions et de l'honneur qu'il me fait de présider le jury.
M. Ababacar Ly, Maître de Conférences et Chef du Département de Géologie a
suivi pas à pas le déroulement de mes recherches. En ainé averti, il m'a fait bénéficier
de ses compétences scientifiques et son sens de la rigueur. Je le remercie pour les
minutieuses corrections qu'il a apportées au manuscrit et d'avoir accepté d'en être le
rapporteur.

---

1
M. Cheikh Bécaye Gaye, Maître de Conférences! est l'un de mes tout premiers
maîtres dans le domaine des isotopes du milieu. il Jsuivi le déroulement de mes
1
recherches de bout en bout et m'a servi de modèle de phsévérence et de pragmatisme.
J'ai pu profiter de ses critiques pour améliorer le mabuscrit. Je le remercie d'avoir
,
accepté de le juger.
M. Philippe Olive Directeur du Centre de r~cherches Géodynamiques de
Thonon m'a généreusement ouvert le laboratoire idéal 6ù je pouvais mener à bien mes
recherches sur les isotopes de la matière organique. c'Jst en maître averti qu'il suivait
1
l'avancement du travail en me prodiguant conseils etl critiques. TI a su toujours me
redonner du tonus devant les di.:fficultés. Je le remercie ivivement de s'être porté garant
de la qualité scientifique de ce mémoire.
!
M. Abdoulaye Faye, Docteur ès Sciences fut à hies côtés du début à la fin du
travail. Nous sommes descendus dans les tourbières ens~mble pour la première fois il y
a près de quinze ans. Ce travail est le sien. Je i lui renouvelle mes sincères
remerciements.
1
!
J'ai également bénéficié de l'appui de nombreuses personnes et organismes
scientifiques. Que messieurs Jean François AranyosJ" Jean Luc Saos, Peter Seiler
Directeur de l'Institut d'hydrologie de Munich, Sonntad de l'Université de Heidelberg,
Didier Louvat, K. Rozanski, A. Zuber et tous mes 1collègues du Département de
Géologie trouvent ici mes sincères remerciements.
1
1
Mes remerciements vont aussi à l'Agence de l'Energie Atomique de Vienne
(AlEA) et l'Office allemand de coopération interunive~sitaire (DAAD) pour le soutien
financier à mes recherches.
'
Je pense aussi à mes compagnons de labo: ~e-Marie «Toucane» Chiara de
1
Thonon et tous les autres, Katrin, Frau Kafner, Frau Kristine, Patrick, Manuella et tous
les autres amis de Munich.
1
En fm je réserve une mention spéciale à mon i ami et collègue Mouhamadou
Bassir Diop pour l'aide inestimable qu'il m'a apporté aans la réalisation technique de
ce document
1
1
i

---

A MONPERE
A MAMEllE
A MONEPOUSE
A MES FRERES ET SOEURS
A MESENFANTS
A MESAMlS
je dédie ce travail

---

1
1
1
SOMMAIRE
1
1
Chapitre 1: INTRODUCTION
1
1
Chapitre 2: VARIATIONS DES 180, 2HET Oc DANS LA MATIERE ORGANIQUE
DES PLANTES ACTUELLES DU SENEGAL
18
Chapitre 3 SEDIMENTOGENESKET VARIATIONS CLIMATIQUES DANS
LES TOURBIERES DES NIAYES DU SENEGAL
95
Chapitre 4: VARIATIONS ISOTOPIQUES DANS LES-TOURBES DES NIAYES
ET JMPLICATIONS PALEOHYDROLOGIQUES
126
CONCLUSIONS GENERALES
147
BmLIOGRAPHIE
149
LISTES DES FIGURES
156
LISTES DES TABLEAUX
160
TABLE DES MATIERES
162

---

Chapitre 1
INTRODUCTION
1.1 - LA PROBL"IMATIQUE SCIENTIFIQUE
La crise climatique qui frappe les pays sahéliens depuis plus de deux décennies se
caractérise par un déficit pluviométrique chronique dont les conséquences les plus
visibles sont la dégradation du couvert végétal et la baisse des ressources hydrauliques.
C'est pourquoi l'avenir climatique du Sahel continue d'interpeler la communauté
scientifique. Des indicateurs climatiques divers telles que l'hydrologie, la sédimentologie
et la paléobotanique sont utilisés pour caractériser la crise actuelle, reconstituer l'histoire
des changements passés afin d'expllquer l'état actuel des choses et leur répartition.
Au début des années 80, les tourbes des niayes" sont découvertes à cause de
l'assèchement des lacs qui les maintenaient quasi-mvisibles dans les interdunes de l'erg ogolien
de la grande côte du Sénégal. Ces séries sédimentaires continentales sont susceptibles d'avoir
enregistré les changements de milieux et les changements climatiques intervenus tout au long
de leur dépôt. Des méthodes classiques d'investigation paléoclimatique - la sédimentologie
(FALL, 1986; FALL et al, 1988) et la palynologie (LEZINE, 1987, DIOUF, 1991) - furent
alors utilisées. Les grandes tendances climatiques qui ont marqué l'environnement des
tourbières au cours de IHolocène furent mises en évidence.
C'est dans ce contexte que nous avons fait appel aux isotopes du milieu (180, 2H et
BC), ayant comme ambition premlère d'utiliser ces "outils modernes" pour décrypter les
informations climatiques stockées dans la matière organique des couches de tourbes. Il s'agit
précisément de mettre en évidence des tendances climatiques du passé à partir de la
composition isotopique des tourbes fossiles. Les résultats attendus des méthodes
isotopiques devront servir à affiner les tendances paléoclimatiques et paléohydrologiques
que nous aurons,
au
préalable,
essayé de mettre en évidence par des études
sédimentologiques et paléobotaniques.
Cependant, pour accéder aux informations paJéoclimatiques susceptibles d'être
stockées dans la matière organique fossile des couches de tourbes, il est indispensable
d'étudier au préalable la capacité des ces isotopes à servir d"'intruments de mesure" des
principaux paramètres météorologiques du milieu.
• Le vocable de niaye désigne un interdune humide en pcnnanence, parfois lacustre où pousse une
végétation d'affinité giunéenne. La plupart des niayes de la côte nord renfennent des tourbes fossiles

---

2
A notre connaissance, c'est la première étude isotopique de matière organique
végétale actuelle menée dans les basses latitudes d'Afrique intertropicale. C'est pourquoi une
des problématiques essentielles consiste à rechercher ce que les isotopes de la matière
organique des plantes peuvent apporter comme informations spécifiques sur le climat et
l'hydrologie des milieux semi-arides et arides comme ceux rencontrés au Sénégal.
En outre, cette étude devrait permettre de cerner les possibilités et les limites
d'une application de la technique des isotopes de la matière organique végétale à la
reconstitution
des
paléovariations
climatiques
et
hydrologiques
dans les
milieux
intertropicaux.

---

3
1.2 - LES RELATIONS ENTRE LES 180, 2H~T 13C DE LA MATIERE
ORGANIQUE
DES
PLANfES
ET
LES--
FACTEURS
CLIMATIQUES
L'utilisation des isotopes stables dans la matière organique d'origine végétale comme
marqueurs climatiques a pris de l'essor au début des années 70 avec de nombreuses études
menées en Amérique du Nord et en Europe de l'Ouest, dans le but de mettre en évidence des
relations entre les rapports isotopiques 180 1'60 , 2Hl H et BC/l2C dans la cellulose et les
paramètres climatiques.
Cette méthodologie se fonde sur la détermination des conditions dans lesquelles ces
éléments chimiques acquièrent leurs propriétés isotopiques à chacune des étapes successives
des cycles géochimiques et biochimiques dans lesquels ils sont impliqués. C'est ainsi, par
exemple, que les connaissances établies en hydrologie isotopique vont servir à appréhender et
modéliser les différents effets isotopiques qui affectent l'eau d'alimentation de la plante avant
son incorporation dans les premières étapes de la synthèse des tissus végétaux.
L'apport spécifique de la méthode sera de déterminer les théories et modèles
susceptibles d'expliquer la composition isotopique des produits végétaux issus du processus
photosynthétique au cours duquel l'oxygène, l'hydrogène et le carbone sont incorporés dans la
matière organique végétale à travers une longue chaine de réactions chimiques où, à chaque
étape, des effets isotopiques sont susceptibles d'intervenir..
1.2.1 - Les facteurs qui déterminent les teneurs en 180 et 2B dans la matière
organique végétale
L'oxygène et l'hydrogène sont incorporés dans la matière organique végétale au
cours de la photosynthèse. L'oxygène provient en partie de l'eau puisée du sol et
acheminée jusque dans le mésophylle par l'intermédiaire de la sève brute, et en partie du
C02 atmosphérique qui est absorbé au niveau des feuilles. L'hydrogène provient
exclusivement de l'eau d'alimentation de la plante.
La composition isotopique la matière organique des plantes est influencée en
amont par les différents effets isotopiques qui affectent l'eau d'alimentation de la plante avant
son incorporation dans les premières étapes de la synthèse des tissus végétaux. Ces effets
isotopiques se situent à deux niveaux :
- dans l'eau du sol avant l'absorption racinaire

---

4
- dans l'eau de la feuille après l'absorption et avant la photosynthèse.
Les processus qui déterminent les rapports 180/160 et
I
2HJ H dans l'eau du sol
dépendent de la température et de l'humidité relative qui contrôle le flux évaporatoire
avant, pendant et après la précipitation des eaux météoriques et leur infiltration dans le
sol. L'humidité relative de l'air joue un rôle prépondérant dans ce processus
Au niveau des feuilles, c'est la transpiration qui détermine principalement les teneurs
en 180 et 2H dans l'eau foliaire. L'évapotranspiration stomatique et cuticulaire est à l'origine
d'un enrichissement isotopique de l'eau du mésophylle. Pour expliquer la ségrégation
isotopique dans l'eau des plantes aériennes, les modèles mathématiques proposés utilisent
les équations de bilan isotopique d'une masse d'eau à niveau constant soumise à
l'évaporation (GONFIANTINI et FONTES, 1967; FONTES, 1976). La feuille est
assimilée à un système fractionnant soumis à la fois à une régulation interne
physiologique et à l'influence de paramètres du milieu. Ces paramètres sont la
composition isotopique de l'eau du sol (DS), celle de la vapeur d'eau atmosphérique (Da),
l'humidité relative (h).
Les processus ultimes qui déterminent la composition isotopique de la matière
organique végétale (DCN) sont les effets isotopiques qui accompagnent les réactions
biochimiques de synthèse des tissus ligno-cellulosiques. Au début du processus, c'est
l'hydratation du 3-phosphoglycéraldéhyde qui conduit de la fixation du CÛ2 à la synthèse de la
cellulose (STERNBERG & DENIRO, 1983).
Si les effets isotopiques liés à la fixation du CO2 semblent bien connus, il n'en est pas
dé même du fractionnement biochimique qui serait la résultante globale de tous les effets
isotopiques suceptibles d'intervenir au cours de la synthèse des différentes molécules
conduisant à la cellulose, mais aussi de tous les effets isotopiques post-photosynthétiques qui
seraient liés à une possible remobilisation des réserves et une translocation des métabolites
vers d'autres parties de la plante (DENIRO & COOPER, 1989).
Cependant, les études ont reconnu que le signaI climatique enregistré avant l'étape
foliaire et au cours de celle-ci peut être retrouvé dans la matière organique issue de la
photosynthèse. C'est là le fondement même de toute reconstitution paléoclirnatique basée sur
la composition isotopique de la matière organique végétale.
Quelques exemples de relations entre les DISa des plantes et les paramètres climatiques.
FERRI (1980) a eu l'idée d'étudier les variations des DISa dans des plantes diverses
récoltés suivant un transect allant des régions circumpolaires dEurope du Nord aux régions
subéquatoriales d'Afrique (Fig. 1.1). La distribution Jatitudinale des D180 ainsi observée est à
mettre en rapport avec les différents types climatiques traversés par le transect.

---

5
Dans les zones subéquatoriales et tropicales humide5, le taux d'humidité
18
atmosphérique élevé entraîne une faible teneur en
0. Les valeurs isotopiques mesurées sous
ce type de climat tournent autour de 22 à 25 0/00, d'après les mesures de EERHI (1980) et
DENIRO et al (1988).
L'enrichissement isotopique graduel observé entre les regtons subéquatoriales
humides et les régions arides sahariennes est lié à la décroissance de la pluviométrie. La
température
moyenne annuelle
variant très peu dans l'espace, le taux d'humidité
atmosphérique est étroitement dépendant à la pluviosité.
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lATITUDE
Fig. 1.1 - Variations des 6180 de III cellulose en fonction de la latitude, le long d'un
transect Nord-Sud à travers l'Europe et l'Afrique de l'Ouest.(d'après
FERHl, 1980)

---

6
Dans les zones arides chaudes et sèches, la baisse de la pluviométrie entraîne une
baisse de l'humidité relative. par conséquent, il y a une augmentation des teneurs en 180.
L'enrichissement isotopique devient très élevé au niveau du Sahara (Ô 180 > 3001cx,).
Signalons que des valeurs de 30,5 à 33 °/
ont été mesurées dans certaines zones
00
arides aux Etats unis (EPSlEIN et al, 1977).
Dans les zones tempérées océaniques, les valeurs mesurées de
18
Ô 0 varient entre 22
à 2'f/oo. Les valeurs suivantes ont été rapportées par DENIRO et al (1988): 26,4°/
en
00
France, 25,1°1 en Belgique, 24,8°/ en Allemagne, 22,5 à22,8°/ en Autriche et Pologne.
00
00
00
Dans les zones de hautes latitudes, les valeurs de 18
Ô 0 mesurées sont très basses: 19
à 20°/
dans les sites scandinaves (FERRI, 1980); 17,5 à 20°/
(dans le bois total) à
00
00
Edmonton au Canada (GRAY et THOMPSON, 1977). Dans ce même site d'Edmonton,
EDWARDS et FRITZ (1986) ont établi des corrélations entre entre le Ô180 de la ce11ulose et
l'humidité relative de l'air.
Exemples de relations entre les ô2B de la cellulose de plantes et le
2
Ô H de l'eau
d'alimentation des plantes.
Le deuterium a été beaucoup plus étudié que l'oxygène-18. Ces études ont été faites
principalement en Amérique du Nord et quelque peu en Europe de l'Ouest. A notre
connaissance, une seille étude a été faite sur des échantillons venus d'Afrique (du Kenya)
(KRISHNAMURTHY etEPSTEIN; 1985).
Sur le continent nord llJIléricain en relation avec le cli.mat
EPSTEIN et al (1976) puis YAFP et EPSTEIN (1982) ont étudié la distribution des
ô2H dans la cellulose de 15 plantes terrestres et 10 aquatiques (dont une espèce de mangrove)
entre la Floride au Sud (MiaIlÙ) et l'extrême nord (Alaska). Les teneurs en 2H ont été
comparées respectivement avec les teneurs en deuterium de l'eau du milieu (EPSTEIN et al,
1976; y APP et EPSTEIN, 1982a) et la température moyenne annuelle dans le site étudié
(YAFP et EPSTEIN, 1982b).
EPSTEIN et ses collaborateurs établissent des corrélations linéaires entre les ô2H
dans la cellulose nitrate des plantes étudiées, toutes espèces confondues et les ô2H de l'eau du
milieu (Fig. ].2) et la température moyenne annueJJe
A travers l'Europe
Nous avons établi la figure 1.3, d'après des données de DENIRO et al (1988); Elle
présente les teneurs de deuterium dans diverses espèces de plantes récoltées dans des sites
répartis entre la région méditerranéenne et l'Europe centrale.

---

7
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EAU DU MILIEU
1
Fig. 1.2 - Relation entre le ù2H de .la cellulose nitrate de p.lantes aquatiques et terrestres
et le ù2H des eaux météoriques associées à ces plantes. (EPSTEIN et al, 1976)
La tendance générale observée est une décroissance du ù1-l avec la latitude. Comme
pour le 8 180, cette tendance isotopique revêt une signification climatique.
Du domaine des climats tempérés océaniques au domaine des climats méditerranéens
aux étés chauds et secs, on a une croissance graduelle de la température moyenne annuelle et
de l'évapotranspiration et, à l'opposé, une dimunition de l'humidité relative. Ces conditions
climatiques se traduisent par un enrichissement isotopique .graduelle à mesure que l'on va vers
les basses latitudes.

---

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Fig. 1.3 - Variation des ô2H de la cellulose nitrate de plantes en fonction de la
latitude~ le Jong d'un transect Nord-Sud~ de l'Europe de J'ouest à la
méditerrannée

---

9
Nous avons porté sur la même figure quelques valeurs de ô2H obtenues au Sénégal
sur un transect sud-nord entre 12°30 et 16°30 N. Au niveau des ces sites, on note un
enrichissement isotopique latitudinal qui, nous le verrons plus en détail par la suite, reflète la
répartition des paramètres c1irrurt:iques entre le Sud et le Nord du pays.
Les observations isotopiques faites au Sénégal permettent de penser que la répartition
latitudinale des ô~ des plantes entre les régions équatoriales d'Afrique et les régions polaires
d'Europe présente des variations similaires à celles mise en évidence par FERHI (1980) pour
18
le Ô 0, à savoir une augmentation graduelle des teneurs isotopiques entre les zones
subéquatoriales et le Sahara, puis une diminution progressive jusqu'aux zones polaires.
1.2.2 - Les facteurs qui détenninent la composition isotopique du carbone dans la
matière organique végétale
Le carbone qui est incorporé dans la matière organique végétale au cours de la
,photosynthèse provient duCÛ2 atmosphérique qui pénètre dans le milieu foliaire par diffusion
à travers les cuticules et stomates. Ainsi les effets isotopiques qui détenninent la teneur en BC
dans la cellulose des plantes se déroulent, d'une part, au cours de la diffusion des espèces
isotopiques BC02 et 12CÛ2 à travers les cuticules et stomates des feuilles, et au cours du
processus d'assimilation du CÛ2, d'autre part.
L'idée d'une thermodépendance des teneurs en BC dans les plantes remonte aux
travaux de UREY (1947). On admettait que la température avait un effet direct sur les
processus de fractionnement isotopique du carbone au cours de la photosynthèse cPARK
et EPSTEIN, 1960).
Mais, à partir des années 70 de nombreux auteurs soulignent l'influence probable
de facteurs biologiques et environnementaux tels que les variations locales de la
température selon que la plante est exposée ou ombragée, l'effet des gaz respiratoires
appauvris en BC émis dans l'environnement immédiat des jeunes plantes (et qui
influencent en particulier les teneurs en BC dans les jeunes plantes), le déficit hydrique, le
rapport BC/l2C dans le CÛ2 atmosphérique, etc.
Par ailleurs, il est communément admis aujourd'hui une discrimination de la
composition isotopique du carbone dans les produits issus de la photosynthèse selon que la
plante utilise l'une ou l'autre des voies métaboliques suivantes:
- le cycle de Calvin ou C3 où le premier produit stable fonné a trois atomes de
carbone (8 BC;:::: -22 à -30o/oJPDB);

---

10
- le cycle de Hatch et Stack ou C4 où le premier produit stable formé a quatre
carbones (8 l3c ~ -9 à -200/oc/PDB);
- le cycle des Crassulaceae ou Crassulacean Acid Metabolism ou CAM qui
montrent des teneurs en 13C variables suivant les conditions du milieu (8 13C ~ -10 à -
300/ocIPDB).
Les différents fractionnements isotopiques liés au processus métabolique de
l'assimilation du CO2 par les plantes de type C3 ont été exprimés par FRANCEY et
FARQUHAR (1982) suivant la foanule
dans laquelle opl3C et oaDC représentent respectivement la teneur en l3C dans les
produits issus de la photosynthèse et la teneur en l3C dans l'atmosphère à l'extérieur de la
feuille; a représente le facteur d'enrichissement cinétique lié à la différence de capacité de
diffusion dans l'air de 13C02 par rapport au 12C02; b est le facteur d'enrichissement lié à
la fixation du CO2 par le ribulose-1,5-"diphosphate carboxylase; C/Ca est le rapport entre
les concentrations de CO2 entre l'intérieur et l'extérieur de la feuille; A est le taux
d'assiITÙlation de CO2 et g la conductance foliaire.
Teneurs en l3C sous différents types climatiques
Toutes les données de la littérature sur l'étude des ol3C dans la matière organique
végétale actuelle proviennent principalement d'investigations qui ont été faites aux Etats
Unis et en Europe. Dans l'ensemble, les données disponibles ne couvrent que très peu de
types climatiques différents. Cependant la plupart retracent des variations de Ol3C au
cours du dernier siècle.
- Aux Etats Unis, dans le détailles teneurs en Ol3C dans la cellulose nitrate de
pins s'échelonnent entre -21,8 et -17,4°/00 dans des sites semi-arides tel que Canyon
Chaco dans le Nouveau Mexique (MANZANY et al, 1980) et le Sud de l'Arizona
(LEAVITT et LONG, 1984). Dans des sites tempérés côtiers tel que le Massachusett, les
teneurs vont de -26.3 à -25.5°/00 (FARMER, 1979).
- En Europe, dans les sites océaniques d'Angleterre et d'Ecosse, comme en
Holande, les ol3e varient entre -25,8 et -27.8 °/00 dans la cellulose nitrate de Quercus
(FARl\\1ER et BAXTER, 1974; TANS et :MOOK, 1980).

---

11
Conclusions
A la lumière de ce que nous venons de voir concernant 180, 2H et BC, on peut
dire que les processus isotopiques qui se déroulent dans la feuille des plantes terrestres,
avant la photosynthèse ainsi que les facteurs climatiques susceptibles de les influencer
semblent bien connus. Nous venons de voir aussi des exemples où des variations
isotopiques dans les plantes reflètent les caractéristiques du climat local. Cependant, les
principaux travaux qui servent de référence en la matière ont été faits dans les hautes et
moyennes latitudes, où les conditions climatiques et les espèces végétales sont très
différentes de celles du milieu intertropical où nous allons étudier les variations des
isotopes stables de l'oxygène e80), de l'hydrogène eH) et du carbone (BC),) dans la
matière organique végétale actuelle.

---

12
1.3 - LE CONTEXTE CLIMATIQUE DE LA ZONE D'ETUDE
La figure 1.4 présente la localisation géographique de notre zone d'étude - le
territoire du Sénégal (12°30 N et 16°30 N). Du Sud au Nord, il y a trois principales
zones climatiques:
- la zone guinéenne forestière;
- la zone soudanienne qui va de la savane forestière au Sud à la savane arbustive
au centre du pays;
- la zone sahélienne qui va de la savane herbeuse du centre à la steppe semi-
désertique au Nord du pays.
On observe, sur une distance de 500 Km seulement, un gradient pluviométrique
latitudinal très marqué (Fig.1.S ). Les pluies de mousson, venant de l'Atlantique sud,
atteignent la limite sud du Sénégal en mai-juin et la limite nord en juin-juillet. En août,
tout le territoire du Sénégal est arrosé par les pluies. Inversement, dès septembre la
saison sèche se réinstalle progressivement, d'abord dans la partie nord; le Sud du
territoire reste pluvieux, en général jusqu'en fin octobre.
Les températures moyennes annuelles varient peu dans l'espace, par conséquent,
La pluviométrie annuelle constitue le facteur climatique essentiel.
Les valiations annuelles de l'humidité relative de l'air (fig. 1.6) montrent, en
général, des minima en avril-mai et des maxima en août-septembre, en milieu
d'hivernage. On note les plus fortes moyennes dans les stations côtières (Dakar, Saint
Louis). Ainsi, la frange côtière subit un contraste climatique lié à l'influences des alizés
maritimes du Nord-ouest.
Celà se traduit par une humidité atmosphérique relativement plus grande et une
légère baisse des températures par rapport aux sites continentaux.

---

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1
Fig. 1.4 - La zone d'étude: Localisation géographique et situation climatologique
(d'après ADAlVl, 1965 in GAYE, 1990)

---

14
Fig. 1. 5 -
CARTE DES PRECIPITATIONS
LOCALISATION
DES ECHANTILLONS
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Fig. I.S - Répartition de la pluviométrie et localisation des sites d'échantillonnage
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D
KAOLACK
o
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Fig. 1.6 - Valeurs moyennes mensuelles de l'humidité re14tive et de l'évaporation
«Piche» dans différentes stations du Séngal (GAYE, 1990)

---

16
Les valeurs de l'évaporation "Piche" (Fig. 1.6) apparaissent comme une fonction
inverse de l'humdité relative de l'air. Elle est sensiblement atténuée dans les sites côtiers.
L'évapotranspiration potentielle calculée selon la fonnule de TURC (GAYE, 1990)
montre qu'en dehors du mois d'Août (et parfois septembre), le bilan de l'eau est largement
négat:it: car partout, la normale pluviométrique est inférieure à celle de l'évaporation. Par
conséquent la constitution de réserves en eau du sol n'est potentiellement possible qu'en
août-septembre. C'est dans la partie sud du pays que les possibilités de recharge sont plus
grandes grâce aux exédents pluviométriques d'Août-septembre (Tableau 1.1 ). Compte de
tenu du déficit pluviométrique chronique observé depuis 1968, il est -essentiel de noter qu'en
tenue de bilan hydrique, c'est la décharge des nappes par évapotranspiration qui l'emporte
largement sur la recharge.
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-
- - -
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Station
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F
H
A
M
J
J
A
S
0
N
D
Année
- -
P (mm)
2
2
-
-
2
15
60 115 113
26
3
4
404
St-Louis ETP
134 130 169 154 150 141 145 136 138 144 129 129 1699
P
(mm)
1
1
-
-
2
15
85 169 131
38
2
2
447
Louga
ETP
134 130 168 163 156 152 144 123 138 144 129 126 1717
P (mm)
-
2
-
-
5
18
12 169 124
37
1
2
429
Kébémer
ETP
137 131 166 163 156 158 150 135 139 145 132 133 1745
P(mm)
-
1
-
-
-
10
87
220 164
58
2
3
546
Dakar
ETP
142 134 160 173 165 165 159 141 143 149 149 151 1831
-- f--
P(mm)
Ziguinchor ETP
1~0 0114 1~01
0
84
221
634
274
66
0
0
1414
01
1
151
167
145
111
108
123
150
135
124 1608.
1
1
1
1
Tableau LI - Evapotranspiration potentieUe calculée par la formule de TURC (mm)
dans des stations de la moitié nord et de la moitié sud du pays (D'après
les donnéees de GAYE, 1990 et MAWU, 1990)

---

17
1.4 - PROBLEME~-MEIHODE
Notre étude comporte deux volets isotopiques principaux:
1°) la détermination des teneurs en 180, 2H et l3e dans la matière organique des
plantes actuelles du Sénégal;
2°) la détermination des teneurs en 180, 2H et l3e dans les tourbes et macrorestes
végétaux fossiles.
Dans le premier volet, nous cherchons à établir des liens entre les teneurs
isotopiques mesurées et les facteurs environnementaux susceptibles d'influencer la
composition isotopiques des plantes, à savoir les paramètres climatiques et les
caractéristiques isotopiques des types d'eaux suceptibles d'alimenter les racines.
Pour cela, nous avons déterminé les teneurs en 180 et 2H dans les eaux des
nappes superficielles et les teneurs en 180, 2H et l3e dans la cellulose des arbres et
plantes herbacées lacustres échantillonnés sur un transect nord-sud et un sur transect est-
ouest, afin de recouper tous les contrastes climatiques et hydrologiques liés à la
répartition latitudinale de la pluviométrie et à l'influence de la façade maritime.
L'étude des variations de B180, B2H et Bl3e dans les tourbes ligneuses fossiles du
Sénégal constitue le deuxième volet isotopique. TI se veut une illustration des possibilités
d'application de la technique des isotopes du milieu à la reconstitution des paléovariations
climatiques et hydrologiques dans le site étudié. Ce sera également un travail exploratoire sur
un matériel dont les cacractéristiques géochimiques sont différentes de celles des tourbes des
pays tempérés.
Les données isotopiques sont confrontées aux données paléoclimatiques acquises par
le biais de méthodologies diverses et complémentaires (sédimentologie, minéralogie des
argiles, étude de la flore cypérologique) et qui permettent de retracer l'évolution hydro-
climatique des tourbières à l'Holocène. A ce niveau nous avons voulu à la fois tester l'intérêt
de l'approche multidisciplinaire dans le domaine de la recherche paléoclimatique, mais aussi
présenter brièvement des résultats inédits que nous avons acquis et affinés au cours de ces
dernières années.
Les tendances observées servent à éprouver les outils isotopiques que nous avons
utilisés dans le but certes, d'affiner les interprétations climatiques, mais aussi dans le but de
tester l'état de conservation de Tinfoffimtion climatique isotopique" compte tenu de l'état de
dégradation de ces sédiments organiques continentaux sous l'effet des facteurs hydro-
climatiques.-

---

Chapitre 2
VARIATIONSDES 180, 2H:ET 13CDANSLA MAI1ERE
ORGANlQUEllES PLANTES ACTUELLES DU SENEGAL

---

19
2.1- MATERIELSTrME'l'HODES D'ETUDE
2.1.1 - ECHANTILLONNAGE
L'utilisation des isotopes stables des plantes comme marqueurs climatiques doit tenir
compte à la fois de facteurs extrinsèques (les facteurs environnementaux) et de facteurs intrinsèques
(facteurs biologiques). Parmi les facteurs environnementaux essentiels qui pourraient influencer les
teneurs isotopiques de la matière organique végétale dans les sites crétude nous avons:
- le contexte hydrogéologique (composition isotopique.des eaux des nappes superficielles);
-la nature du milieu (milieu aquatique ou semi-aquatique, milieu terrestre)
- la distance par rapport à la façade maritime;
- l'importance de la biomasse végétale au sein de l'écosystème où vit la plante.
Parmi les facteurs mtrinséques il y a l'espèce végétale, son-âge, sa phénologie et son cycle
photosynthétique (C3 ou C4) et sa capacité d'adaptation aux conditions limites.
2.1.1.1 - Plantes terrestres
Choix des espèces étudiées
Nous avons choisi comme plante terrestre l'Acacia blanc, Acacia albida. L'arbre a une aire
de répartition très vaste. TI pousse dans toute l'Afiique subtropicale, des zones désertiques aux
forêts tropicales (GIFFARD, 1969).
Contrairement aux autres catégories d'arbres, A. albida perd ses feuilles et arrête de croitre
durant les trois ou quatre mois pluvieux de l'année et, paradoxalement, redevient luxuriant durant
toute la saison sèche.
Son substrat préférentiel serait un sol sableux aéré avec une nappe peu profonde.
Cependant nous l'avons trouvé aussi bien dans les zones inondables que dans les zones semi-
désertiques où la nappe phréatique est très profonde. Les racines sont du type pivotant. Les racines
latérales sont rares près de la surface (GlFFARD, 1971). Le système racinaire de cet arbre serait
capable d'aller chercher la nappe jusqu'au delà d'tille trentaine de mètres de profondeur
(DREYFUS, 1990).
Dans certains cas, nous avons échantillonné d'autres espèces en subtitution de A. albida
quand celui-ci n'est pas rencontré: Balanites aegyptiaca, Parkia biglobosa, Delonix regia

---

20
L'échantillonnage a été fait suivant un transect laritudinal Ziguinchor-Dagana, et suivant un
transect longitudinal méridional Mbour-Goudiri (Fig. 1. 5 p.15).
Sur un certain nombre de sites du transect latitudinal, nous avons échantillonné quatre
individus en apparence de même âge et de même phénologie et qui sont distants les uns des BUtres
de 50 à 300 mètres.
L'échantillon à analyser est prélevé à 1,5 m du sol environ sur des troncs d'arbres vivants,
poussant sur des sites naturels suffisamment éloignés des biotopes particuliers tels que les sommets
de dunes, les bordures de rivières. Les échantillons sont extraits sous l'écorce sous fonne de
carottes de bois de 20 à 40 cm de long à l'aide de la tanière de Presler.
Problème de la délimitation des cernes sur les espèces tropicales
Les sections de tronc de la plupart des arbres de pays tempérés montrent une
alternance de bandes claires et de bandes sombres, chacune d'elles étant généralement continue
sur toute la circonférence.
Dans le détail, il s'agit d'une succession de larges cellules de bois à parois fines (bois
d'été) et de cellules rétrécies à parois épaisses (bois d'hiver) produites annuellement par le
cambium des arbres (Fig. 2.1). Chaque séquence bois d'été-bois d'hiver constitue la production
ligneuse annuelle communément appelée cerne. Ainsi les échantillons de bois prélevé sur ces
arbres peuvent être datés.
Par contre il parait diffile de définir des cernes annuels sur les arbres tropicaux. La
formation du bois de ces arbres est bien rythmée par l'alternance saison sèche-saison pluvieuse
et il est même certain que, pour les essences sahéliennes, l'arrêt de l'activité du cambium est
très prolongé (MARIAux, 1975,
1979). Cependant, sur la plupart des essences, les
accroissements annuels ne sont pas évidents à l'oeil nu.
Devant la difficulté de définir l'âge des échantillons de bois que nous avons prélevés sur A.
albida , nous avons considéré que tous les échantillons situés à la même distance par rapport à
l'écorce pouvaient être à peu près de même âge.
Le fait de se limiter à une seule espèce d'arbre (Acacia albida) réduit les risques d'erreurs
d'échantillonnage qui peuvent être dues à divers facteurs (vitesse de croissance, déficit en
nutriments, feux de brousse, qualité du sol etc)

---

21
-
cambium
annuel
bois
d1hiver
bois d'été
FIG. 2.1 - Section transversale d'un tronc d'arbre montrant les cernes annuels

---

22
18
Pour l'analyse de
0, 2H et BC dans la cellulose, nous avons prélevé des segments de
carottes de 3cm à partir de l'écorce.
Pour l'étude du BC sur les sections de troncs, les échantillons sont prélevés tous les 2mm.
Dans ce dernier cas, l'analyse est faite sur le bois total.
2.1.1.2 - Plantes lacustres
Nous avons échantillonné des plantes herbacées poussant dans des lacs d'èau douce plus ou
moins temporaires. Ces lacs ont été choisis dans quatre zones:
- au Sud en Casamance;
- au centre dans la zone des Niayes;
- dans le Ferlo;
- et au Nord dans la valJée du fleuve Sénégal.
Les prélèvements ont été faits à la :fin de la saison des pluies (Novembre 1991) dans un
intervalle de temps d'une dizaine de jours.
Nous n'avons pas rencontré d'espèces strictementaquatiques Dans la mesure du possible,
nous avons cherché à prélever des plantes semi aquatiques de même espèce.
Les taxons récoltés et analysés sont: Typha, Jusseae, Cyperns, lpomea, Paspa/um,
Phragmites, Pi5tia et Nymphea. ils constituent la flore herbacée la plus représentative dans les
Niayes actuelles et dans les tourbes fossiles (ADAM, 1933; RAYNAL, 1963; FALL, 1986;
LEZINE, 1987; DIOUF, 1991). Ces espèces se répartissent dans et autour de l'étendue d'eau en
fonction de leur degré de dépendance vis à vis de l'eau.
Les échantillons analysés sont prélevés dans la partie moyenne des plantes à l'exclusion des
feuilles et des racines.
L'étude isotopique de ces types de plantes devra permettre de voir l'influence des
conditions microclimatiques qui règnent à l'intérieur de ces sites sur la composition isotopique des
différentes espèces qui composent ces flores. Les teneurs isotopiques moyennes des flores lacustres
actuelles serviront de référence pour interpréter les teneurs isotopiques que nous aurons mesurées
dans les tourbes fossiles.
2.1.1.3 - Eaux des nappes superficielles et eaux de surlace
Les eaux des nappes superficielles ont été prélevées dans les puits (où l'eau est renouvellée
constamment par le puisage domestique) situés à proximité des sites d'échantillonnage de la matière

---

23
organique végétale. En outre, les eaux de surfuce ont été prélevées dans plusieurs sites lacustres
situés en Casamance, dans le centre du pays, dans les Nrnyes, et au Nord près de Richard Toll.
L'objectif visé est la caractérisation isotopique des catégories d'eaux susceptibles d'alimenter les
plantes dont nous étudierons la composition isotopique de la cellulose.
2.1.1.4 -Echantillonnage des tourbes
Les tourbes des Nmyes ont été échantillonnées à l'aide d'une tarière qui pennet de prélever
la tourbe sous forme de petites carottes, à des profondeurs bien connues et sans trop de risques de
pollution et de remaniements des sédiments.
L' échantillonnage a été réalisé sur le site de Touba Ndiaye qui renferme une épaisse couche
de tourbes fibreuses. La raison du choix de ce site est que des recherches sédimentologiques et
palynologiques y étaient déjà entreprises CFAlL, 1986; LEZ1NE, 1987), ou étaient en cours
(DIOUF, 1991).

---

24
2.1.2 - LES COMPOSES CHIMIQUES ANALYSES
Le bois total comporte un grand nombre de composants chimiques comme indiqué sur le
tableau n.1. Or, il a été démontré dans plusieurs travaux que les différents composants du bois n'ont
18
pas la même teneur en
0 et/ou en 2H (EPSTEIN et al 1976; GRAY et THOMSON, 1977;
FERHI, 1980). C'est pourquo~ les analyses isotopiques sont faites sur la cellulose qui est le
composant principal du bois. En moyenne, 40% du carbone des plantes sont liés à la cellulose: 95 à
99% dans le coton; 40 à 50% dans le Bambouc; 20 à 30% dans les écorces; 25 à 30% dans les
mousses et 20 à 30% dans les bactéries. Dans les membranes cellulaires., la cellulose est associée
des polyoses appelés hémicelluloses.
BOl S
SUBSTANCES A FAIBLEJlOIDS
SUBSTANCES
MOLECULAIRE
MACROMOLECULAIRES
Matières
Matières
Poly-
LIGNJNE
orgaruques
inorganiques
saccharides
Polyoses
Substances
Cendres
ex1ractibles
CELLULOSE
TABLEAU ll.t - Les composés du bois d'après FENGEL et WEGENER (1983)

---

25
2.1.3 - METHODES ANALYTIQUES
2.1.3.1 - Analyse du deuterium et du carbone-13 dans le bois actuel et les macrorestes
végétaux fossiles
Pour l'étude isotopique de l'hydrogène et du carbone de la cellulose, nous avons utilisé une
méthodologle qui a été exposée et discutée par plusieurs auteurs (DENIRO, 1981; YAPP &
EPSTEIN, 1982; GRAY & SONG, 1984). Celle-ci aboutit à l'isolement et la nitration de la
cellulose après l'élimination des composés extractibles et la délignification. Nous allons exposer
brièvement les principales étapes de cette méthodologle.
Extraction des produits solubles dll.ns les solvants organiques
Pour l'extraction des composants solubles dans les solvants organiques par soxhlet,
l'échantillon de bois est réduit en poudre fine. 300 à 500 mg sont1raÏtés par 150 ml d'un mélange
bouillant toluène-méthanol (2: 1) pendant 8 heures. Ce montage permet d'éliminer les acides gras
saturés ou non, les huiles, les résines, etc. Le résidu d'ex1Taeti.on est en suite séché sous vide.
Préparation de la cellulose nitrate
La cellulose est un polymère formé de plusieurs unités de anhydroglucopyranoses jointes en
chaine. Le OH lié à Ct est un groupe aldéhyde hydraté; il a alors des propriétés réductrices. Le OH
lié à C4 est un hydroxyle alcooL donc il est non réducteur.
Les hydrogènes sont attachés aux unités de glucoses soit par une liaison C-H, soit par une
liaison D-H comme dans les trois groupes hydroxyles. L'hydrogène du groupe D-H est connu
comme étant facilement échangeable, contrairement à celui lié au carbone.
La technique de nitration de la cellulose (GORlNG & TIMELL 1960) permet à la fois
d'isoler la cellulose (de la lignine) et d'éliminer les hydrogènes échangeables par nitration.
Nitration de la cellulose
100 à 500 mg sont attaqués pendant 24 heures par 50 ml du mélange Acide nitrique-
acide phosphorique-Phosphopentoxyde. Ce mélange est préparé en ajoutant lentement 760 g
de phosphopentox)'de à 1 1d'acide nitrique à 86%. La réaction étant hautement exothermique,
l'opération est faite à une température ne dépassant pas 10°C. Le mélange obtenu est composé
de 64% HN03/26% H3POJl 0% P20 S.
Les hémicelluloses résiduelles (xylane, mannane) sont également nitratées, de même
que la lignine.
La réaction obbtenue correspond à une une estérification de la cellulose:

---

26
Cellulose-OH+-B+~Cellulose-O+
La présence des trois OH sur chaque glucose fait que l'on peut avoir un mono, di ou
triester. Le degré d'estérification est lié à la concentration de l'acide employé. La cellulose estérifiée
(cellulose nitrate, cellulose acétate) devient soluble dans les solvants classiques tels que l'acétone.
Le tableau n.2 donne des indications sur les pourcentages de produits extractibles et de
cellulose nitrate sur quelques échantillons de A. albida et de plantes herbacées.
Il apparaît que les herbacées renfennent à la fois plus de produits extractibles et plus de
cellulose que l'Acacia, à l'exception des espèces aquatiques flottantes telle que Nymphea et Pistia.
La poudre de bois débarassée des produits extractibles par soxhlet est séchée sous vide.
Stabilisation de la cellulose nitrate
Le produit est préstabilisé par filtration et lavage à l'eau distillée à O°C. Le lavage par
l'alcool (méthanol) permet d'éliminer l'eau distillée et de stabiliser le groupe N02.
Extraction de la cellulose nitrate
Le produit est ensuite dissout dans 300 ml d'acétone à la température ordinaire. Pour
avoir une dissolution complète de la cellulose (ainsi qu'une partie des glucoxylanes et la
totalité des glucomannanes), le mélange est agité à intervalles réguliers pendant quelques
heures puis laissé au repos pendant 72 heures.
Elimination de la lignine
Après celà, la lignine nitrate et les autres impuretés non solubles dans l'acétone forment
un culot visqueux jaunâtre que l'on élimine par décantation ou centrifugation.
RécuQération de la cellulose nitrate
L'addition d'une grande quantité d'eau
distillée froide au filtrat provoque la
précipitation instantanée de la cellulose nitrate qui est alors extraite, puis rincée à l'eau distillée
et à l'alcool et séchée sous vide à la température ordinaire.

---

27
DENIRü (1981) et YAPP et EPSTEIN (1982) proposent une seconde nitration qui
aurait, selon eux, l'avantage d'éliminer totalement les traces d'hémicelluloses non entièrement
nitratées ainsi que les résidus de lignine qui auraient résister à la première nitration. Ces
substances qui ont une teneur en 2H plus faible que la cellulose auraient tendance à abaisser la
teneur en deuterium de l'échantillon de 6 à 8°/00 (DENlRO, 1981). Cependant, YAPP et
EPSTEn~ (1982), en comparant des résultats obtenus à partir des deux méthodes, ont pu
vérifier que la double nitration n'a pas d'incidence sensible sur les corrélations qui avaient été
établies à partir de résultats obtenus avec la simple nitration. Pour notre part, nous nous
sommes limités à la simple nitration.
N° ET NATURE
% DES COMPOSANTS
% DE CELLULOSE
DES ECHANTILLüNS
SOLUBLES DANS
NITRATE
TOLUÈNE-METHANOL
Plantes aériennes
A8 (Acacia albida)
7.1
37.8
A52 «
«
4.4
48.0
A55 «
«
6.1
43.8
A62 «
«
5.7
36.4
plantes lacustres
CAl (Pragmites)
13.1
70.0
CA2 (Oriza)
15.2
56.2
LD1 (Typha)
14.1
59.0
GU3 (Nymphea)
7.5
1.9
Bois fossiles (prof)
FI (55 cm)
-
12.0
F3c
-
0.3
F4a
5.1
0.0
F9
9.7
4.4
F13 (150 cm)
16.2
4.1
F22·
10.2
0.0
F23·(350 cm)
6.4
0.0
F35
25.7
3.3
* = carbonisés
TABLEAU II.2 - Résultats du traitement chimique de différents matériaux des plantes

---

28
Procédé de préparation de lH avec l'uranium
Les analyses isotopiques de l'hydrogène et du carbone dans la cellulose ont été
effectuées à l'Institut d'Hydrologie du GSFlForschungszentrum Für Umwelt und Gesundheit à
Neuherberg en Allemagne.
La ligne de préparation de l'hydrogène est présentée à la figure 2.2. Elle pennet en
même temps de récupérer le CO2 pour l'analyse de Be.
L'hydrogène est libéré par réduction des molécules de H20
(produites par la
combustion sous vide de l'échantillon à analyser) sur un métal qui peut être le zinc à 500°C
(BIGELEISEN, 1965) ou alors l'uranium à 800°C (FRIEDMAN, 1953).
Combustion de l'échantillon
Un échantillon d'environ 35 mg de cellulose nitrate est scellé sous vide dans le tube de
quartz contenant du cuivre en copeau et de l'oxyde de cuivre en granulés, puis brulé au
chalumeau. Le tube est ensuite placé dans un four à pyrolyse porté à 700°e. Les produits
obtenus sont essentiellement CO2 et H20.
Piégeage des gaz
Après la pyrolyse, le tube est placé sur la ljgne où un vide très poussé a été fait. Le
tube brisé est chauffé pour activer la libération des gaz qui sont alors piégés dans le tube
serpenté placé dans un Dewar rempli d'azote liquide. Les incondensables sont évacués par
pompage.
Le CO2 produit en même temps que l'eau est récupéré pour l'analyse du Be.
Récupération du CO2 pour l'analyse de BC
L'azote liquide est remplacé par un mélange acétone-carboglace qui retient H20 et
libère le CO2 qui est alors recueilli dans le porte-échantillon maintenu à la température de
l'azote liquide.

---

2\\\\1
1
A
F
E
c
0'\\
B
N
D
A: Apoule pour transfert du COl
B: Echantillon de cellulose nitrate
C: Piège (COl et H10)
D: Ampoule pour transfert de Hl
1: Jauges
2: Manomètres
Fig. 2.2 - Schéma de la ligne d'extraction de l'hydrogène de la cellulose nitrJlte en vue de
l'analyse isotopique

---

30
Réduction de H20 sur U à sooec
Le Dewar de carboglace retiré, le tube serpenté est réchauffé à l'air chaud. La vapeur
d'eau libérée est alors réduite dans le four à uranium porté à sooec:
avant de passer dans le deuxième piége à 60e C où :
Récupération de H2
Lorsque le piégeage de l'hydrogène dans D2 est tenniné, le four (F2) est remonté à
Sooec, on a alors: [UR3 ~ U + H2]. L'hydrogène est libérée et l'uranium régénéré.
H 2 libéré est récupéré dans un porte-échantillon. Sa pression est mesurée avec un
manomètre.
Les spectromètres utilisés sont de type FlNNIGAN MAT 251 pour le 2H et
FINNIGAN DELTA S pour le 13e. Les erreurs "standards" sont ± 3°/00 pour 2H et ± 0,30/ 00
pour le BC dans la cellulose nitrate.

---

31
2.1.4.2 - Analyse de l'oxygène-18
Les analyses isotopiques de l'oxygène de nos échantillons ont été réalisées au Centre de
Recherches Géodynamiques de Thonon de l'Université de PIERREETMARlE CURIE.
Préparation des échantillons de bois actuel et et tourbes en vue de l'analyse de 180
Les échantillons de matière organique actuelle ont été réduits en poudre puis traités à
l'alcool éthylique pour éliminer l'essentiel des produits résineux puis rincés abondamment sous
jet d'eau. L'extraction de l'oxygène a été faite sur des prises de 10 mg.
Quant aux échantillons de tourbes fossiles, ils ont été réduits en poudre puis passés aux
ultra sons pour disperser les agrégats silto-argileux. La fraction fibreuse> 200 ~m est traitée à
chaud par une solution de KOH pendant plusieurs heures pour l'élimination des produits
humiques. Le résidu de tamisage est rincé abondamment. TI apparaît fibreux, de couleur brune.
Extraction de l'oxygène organique
Pour l'extraction de l'oxygène organique du bois et des tourbes, nous avons utilisé la
méthode de pyrolyse de HARDCASlIE et FRIEDMAN (1974) qui a été améliorée par
(FERHI, 1980; 1983). La ligne d'extraction de l'oxygène organique est représentée. sur la
figure 2.3.
L'analyse comporte trois phases principales: la pyrolyse de l'échantillon sous vide, la
séparation des gaz et la conversion de CO en CO2.
L'échantillon de 15 à 20 mg est placé dans le tube porte- échantillon en quartz qui est
ensuite introduit dans le four à pyrolyse qui a été au préalable dégazé par chauffage. Aprés le
dégazage de toute la ligne, le four à pyrolyse est fermé puis chauffé progressivement et par
palliers jusquà 1200°C.
Les gaz formés passent à travers un bouchon de diamant et de platine et sont alors
réduits et donnent essentiellement CO, CO2 et H2-
Les gaz sont alors passés dans le piège à silicagel refroidi à la température de l'azote
liquide. Le CO est adsorbé par le silicageL Le CO2 transformé en neige carbonique est piégé.
H2 resté libre et alors évacué par pompage. Le réchauffage du piège à silicagel libère CO et
CO2. Les gaz libérés sont envoyés par petites quantités dans le convertisseur qui est maintenu
à la température de l'azote liquide. Les électrodes de platine mises sous une tension électrique
de 2000 V créent un champ électrique dans lequel un courant jonique se développe du fait de
la basse pression.

---

32
T
J2
R4
R2
RJ
RI
0
o
.....
r-. It;;'
0)
0
(r:~o'\\----"""---'
J------~.
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-
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"1
~
:
R6
. .J
~lJ
F2
E
a
'--"
p
c
a: SilicageJ
F: Fours
_________ 2
b: Porte-«.hantillOD
J: Jauges
c: Bouchon "rotuIex"
F: Piège à N2 liquide
e
e: Tube à pyrolyse
R: Robinets
C: Convertisseur
b
13
S: Supports du four
E: Porte-éc.hantillon (gaz)
.C
T: Thermomètre
Fig. 2.3 - Schéma de la ligne d'extraction de l'oxygène organique en de l'analyse
isotopique

---

33
CO se transforme alors en CO2 suivant la réaction:
2CO
Au cours de la transformation, le CO2 formé est recueilli dans le porte-échantillon
maintenu à la température de l'azote liquide et les incondensables sont évacués par pompage.
La méthode analytique de FERRI (1980) a été testé de plusieurs manières et avec
plusieurs produits.
Le test de fiabilité le plus caractéristique est sans doute la détermination du facteur de
fractionnement entre l'eau et le CO2 à l'équilibre (BARJAC et al, 1981).
Les résultats des mesures spectrométriques sont exprimés en 0 180 en fonction du
SMOW: OE = [RFJRsMOW - 1].103. "L'erreur standard" sur les mesures de 0 180 est environ ±
0,2°/00'
Problèmes posés par l'analyse isotopique des tourbes
Au début de l'étude des 0180 dans les tourbes, il est apparu difficile d'obtenir des
mesures spectrométriques correctes. Celà était dû à la présence de -gaz S02 qui faussent
l'analyse spectrométrique du CO2. En effet, les tourbes des Niayes renferment des produits
sulfureux qui forment, par endroits, des efflorescences (Cf chapitre 4), produits qui n'ont pu
être complètement éliminés avant la pyrolyse.
Pour éliminer le soufre, nous avons ajouté aux échantillons à pyrolyser du fer en
poudre destiné à réagir avec le soufre et empêcher la formation de gaz S02. Le procédé nous a
permis d'avoir des mesures de 180 , cependant celles-ci sont sensiblement très appauvries, bien
en deçà de celles qui étaient attendues. Probablement, il aurait fallu passer le fer dans un four à
hydrogène pour qu'il soit suffisamment désoxydé.

---

34
2.2 - VARIATIONS DES 8180 ET 82H DANS LA MATIERE
ORGANlQIJE
D'ORIGINE
VEGETALE
AU
SENEGAL
2.2.1 - TENEURS EN 180 ET 2H DANS LA CELLULOSE DES ARBRES ET DES
PLANTES HERBACEES LACUSTRES
Les teneurs en 180 que nous avons mesurées dans le bois des plantes, toutes espèces
confondues, s'échelonnent de +24°/00 à +35°/00 vs SMOW, exception faite d'une seule valeur
de 38°/00 qui semble aberrante compte tenu des tendances qui se dégagent de la répartition
spatiale des valeurs de 180.
Les teneurs en 2H mesurées sur les échantillons de cellulose nitrate d'A. albida
s'échelonnent entre -54°/00 et -0,8%0. Cependant les teneurs en 2H supérieures à -30%0 ne
sont pas fréquentes. Elles ont été rencontrées essentiellement dans les plantes actuelles
récoltées sur les rive du lac de Guièrs dont les eaux sont salées. (Tableau II.3).
N°
ô2W/oo
Type d'environnement
Echant.
A.35
-33,8
Rive du lac de Guièrs
(milieu salé)
A.34
-17,3
Il
A.37
-21,8
Il
A.38
-0.8
Il
Tableau ll.3 - Teneurs en 2H de pieds d'A. albida échantillonnés sur la rive du lac
de Guièrs.
Les teneurs de deuterium mesurées dans les plantes lacustres s'échelonnent entre -
77°/00 et -34°/00_Un échantillon parrni les 15 analysés a donné la valeur de -13,5 °/00 qui ne
nous paraIt pas fiable car il s'agit de pétiole de nénuphar (Nymphea lotus) dont la teneur en
cellulose nitrate est extrêmement faible (2%).

---

35
2.2.1.1 - Teneurs en 180 et 2H dans des espèces d'arbres différentes
Les résultats montrent que les teneurs en 180 sont plus élevées chez Acacia a/bida
que chez les autres espèces d'arbres. Ceci est illustré dans le site du Walo (Tableau TI.3) (Fig.
2.4) où Acacia a/bida et Balanites eagyptiaca coexistent dans une même aire géographique.
Un écart de près de 2°/00 est observé entre les compositions isotopiques des deux espèces.
Cellulose d'Acacia albida
Cellulose de Balanites aegyptiaca
Latitude
ôl8a
Latitude
ôl8a
(Km)
°/00
Km)
°/00
1768
+32,68
1774,4
+31,07
1780,4
+31,53
1782
+29,36
1792,6
+32,33
1786
+30,72
1822
+30,41
1790,7
+30,67
1800,4
+28,79
1816,6
+27,94
TABLEAU ll.3 - Variation des l8
Ô 0 d'Acacia albida et de Balanites aegyptiaca dans la
vallée du fleuve Sénégal
Ecb./Localité
Latitude (Km)
Espèce
l8
Ô 0
---------------------
A12/Adéane
1395.6 Acacia albida
+28.62
A19Nélingara
1452.8 Parkia biglobosa
+24.91
A20/Gouloumbo
1491.0 Parkia biglobosa
+24.28
A21fTambacounda
1523.4 Parkia biglobosa
+25.85
A22/Goudiri
1569.2 Cordila pinnata
+25.55
A29/Bambey
1624.0 Acacia albida
+29.78
Tableau nA - Teneurs en 180 dans des espèces différentes

---

/ "
@
t
1
Q' \\
D.ambo Diow Il
/
,.
1
\\
/1
Podor
/1'
~
~
1
Il
1
1
~/
\\
~
1
,
\\
,
1
~
,
1
d
1<
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1
Il \\
Mbelogne
Il
1 \\
Kodiye
U
U
\\
!
~
~Iogle ",
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Q
4
\\
,
'-
\\
~MedinoYelOur
~
K
/
~
~
\\
@l Béli nom/ri
r ' )
.
f
\\
Il
DAKAR
e
Mbel09nef-
1
BQrjedi
4
_
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Goudir),
,
----.......{,
KCherif./
®.
.........
Q
1
Sier
~
Q}.~"""
\\i!Y1
6
......
//~) 60kioido
P,"do Yo,Ok
....
Mossombo @
1
15°40
DiDone
15 °30
Fig. 2.4 - Localisation des
échantillons d'eau
et de matière organique
.-. _.
0_0_"_._0_' _'_'_'_j
, , ' /
...... _._.-.
(ïj Numéro des échantillons
o Sites lacU~irc.s

---

37
18
Des mesures de
0 ont été faites sur d'autres espèces échantillonnées dans le Sud-Est
et l'Est du pays où nous n'avions pas pu trouver A. albida.(Tableau ilA). Cependant, on
18
constate que les valeurs de
0 mesurées dans ces zones varient entre +24 et +26 o/oo.et
qu'elles sont toutes inférieures à la plus faible teneur en 180 mesurée sur A. albida, c'est à
dire +21"/00'
18
L'écart qu'il y a entre les teneurs en
0 de A. albida et celles des autres espèces
d'arbres fait penser à une variabilité de la composition isotopique selon l'espèce végétale
étudiée. Une ségrégation isotopique pourrait apparaître entre des espèces différentes dont les
bois n'ont pas la même composition chimique.
Or, pour ce qui concerne nos mesures d'oxygène-18, le traitement chimique que nous
avons appliqué à nos échantillons n'éliminent pas tous les produits extractibles tels que les
18
tanins et autres produits résineux appauvris en
0 par rapport à la lignine et la cellulose. Ceci
pourrait être à l'origine de l'écart isotopique de 2 à 40/
qu'il y a entre les teneurs en 180 de
00
A. albida et celles des autres espèces d'arbres. Cependant, il n'y a pas que la composition
chimique du bois qui diffencie les espèces végétales. C'est pourquoi nous essayerons de voir
par la suite si d'autres hypothèses ne pourraient pas être évoquées.
2.2.1.2. - Teneurs en 2B dans la cellulose de plantes vivant à l'intérieur d'un même site
a) Sites terrestres
Dans quatre sites répartis entre le Nord et le Sud du pays (Keur Momar Sarr,
Sagata, Gandiaye et Ziguinchor) (Fig. 2A), nous avons échantillonné trois pieds d'A.
albida ayant apparemment la même taille et la même phénologie. Les individus sont
choisis dans un rayon de 50 à 300 m. Les conditions d'échantillonnage et d'analyse sont
celles décrites au début du chapitre 2. Les mesures de deuterium faites sur ces arbres
sont portées sur le tableau il.s.
TI apparalt que l'écart entre les valeurs extrêmes de ù2H dans un même site varie entre
30/
et 14°/00,' Les écarts à la moyenne varient entre 10
à 100
00
/ 00
/ 00, Les écarts de 3°/00 et 80 / 00
observés dans les deux sites situés dans la partie nord du pays représentent respectivement 1
et 2,5 fois l'erreur sur la mesure (qui est de 30/ 00), Ces écarts sont plus importants dans les
deux sites situés plus au Sud, représentant 3 à 4,5 fois l'erreur sur la mesure. Cela apparaît
également lorsque l'on compare les écarts types dans chaque site (crJ. De plus, excepté le site
de Gandiaye (Gandia), crg est inférieur à la variation totale cr{. Cela veut dire la distribution des
teneurs en 2H répond à une loi normale dans la majorité des sites. Ce qui est obsservé dans les
site de Gandiaye pourrait être dû à un problème d'échantillonnage ou d'analyse.

---

38
Latitude
Ech.
ô2H
Moy.
erg (crt == 6.81)
(Km)
(°/
»)
00 )
(°/00)
(°/00
A66
-36.7
1760.6
A67
-28.8
-33
3.3
(K.M.S.)
A68
-34.2
A70
-38.9
1690.2
A71
-38.0
-38
]45
(Sagata)
An
-364
A81
-51.4
1560.6
A82
-36.6
-46
74
(Gand.ia)
A86
-504
AlOa
-454
] 390.8
A lOb
-47.0
-43
4.38
(Zchor)
Alla
-37.0
TABLEAU n.5 - ô2B dans la cellulose nitrate d'A albida échantillonnés dans quatre
sites situés à différentes tatit udes (crt== variation totale)
b) Sites lacustres
Les échantillons étudiés ici sont prélevés sur des plantes herbacées semi-aquatiques
qui poussent dans des lacs temporaires d'eau douce (Fig. 2.4). TI s'agit dllots de végétations
organisés dans et autour de plans d'eau formés pendant la saison pluvieuse et qui tarissent
plus ou moins rapidement à la fin de la saison des pluies.
Le tableau ll.6 donne les teneurs en deuterium dans les différents sites lacustres
échantillonnés entre le Sud et le Nord du pays.
Les variatjons extrêmes des teneurs de deuterium entre espèces semi-aquatiques
croissant dans un même site sont les suivantes:

---

39
Lac
Ech.
Latitude
BIR
Moy.
crg (erg:= 13.84)
(Km)
~/oo)
~/oo)
Cal
1390
-72.2
Cambila
Cal
-62.1
-70
5.73
(Sud)
caS
-75.6
Ldl
1650
-77.5
Ld3
-45.9
Niayes
Ld5
-57.1
-60
11.62
Lm4
-49.2
Nbl
-57.0
Nb6
-73.1
Djéleli
LgI
1702
-40.3
(Ferlo)
Lg2
-57.5
-44
9.83
Lg3
-34.3
R. Toll
GuI
1820
-43.3
-51
8.25
(Nord)
Gu4
-59.8
TABLEAU ll.6 - 82H dans la cellulose nitrate de diverses plantes lacustres
- 14°/ dans le site de Carnbila, près de Ziguinchor, entre deux espèces de graminées
00
(Phragmites et Oryza);
- 31 °/ dans la niaye de Mboro (Pragmites et PŒpalum)
00
- 23°/00 dans un lac près de Richard Toll (Pragmites et Typha)
- 11'/00 dans le lac de Djéleli dans le Ferlo (Ludwigia et espèce non déterminée)
Ces variations isotopiques à l'intérieur d'un même site lacustre sont grandes (5 à
10 fois l'erreur sur la mesure). Elles sont 2 à 3 fois plus amples que celles observées dans
les arbres terrestres. Cependant, on note que la teneur moyenne varie du Sud au Nord de -
70°/00 à-51 °/00' La teneur la plus positive -44 °/00 est observée dans le site lacustre de djéleli
situé dans le Ferlo près de Linguère. En comparant la valeur des écarts types par site (crJ
2
avec l'écart type total (cr. ) on s'aperçoit que les 8 H des plantes lacustres ont une distribution
latitudinale normale dans l'ensemble. Cependant, l'écart entre cri et crg est faible dans le site
des Niayes à cause de la grande dispersion des teneurs dans ce site. Malgré cela, un
enrichissement isotopique latitudinal est nettement visible.
Le fait que les variations isotopiques à l'intérieur des sites terrestres et des sites
lacustres soient si grandes signifie que les facteurs du milieu qui influencent la

---

40
composition isotopique des plantes peuvent être très hétérogènes sur de petites
distances.
Cependant, avant d'aller plus loin, il convient de rappeler que nous sommes parti
de l'hypothèse que les différents échantillons de bois que nous avons analysés ont été
élaborés exactement durant la même période. Nous avons évoqué ce problème
d'échantillonnage spécifique à notre zone climatique au début de ce chapitre.
En effet, la difficulté d'individualiser des cernes annuelles dans le bois des
essences tropicales nous a conduit à considérer les échantillons situés à la même distance
par rapport à l'écorce comme étant de même âge. Cela suppose qu'on ait le même
accroîssement annuel
du
bois
pour
tous
les individus
échantillonnés.
Or
cet
accroîssement du bois dépendrait de plusieurs variables dont l'espèce végétale, l'âge de
l'arbre, l'abondance et la qualité des nutriments et un ensemble de facteurs climatiques
telles que l'insolation, les précipitations, la température, la vitesse du vent (FRITTS,
1976).
Il est évident que le fait qu'on ait utilisé partout des arbres de la même espèce (A.
albida) ayant apparemment la même taille et la même phénologie, réduit les possibles
erreurs d'échantillonnage au point que celles-ci ne puissent être considérées comme
causes principales des variations isotopiques que nous venons de voir. Cependant une
autre façon de resoudre ce problème serait de multiplier les échantillons et de travailler
uniquement sur des moyennes.
2.2.1.3 - Répartition spatiale des 8180 et 82B
L'échantillonnage que nous avons réalisé suivant un transect méridional permet
d'examiner la répartition spatiale des teneurs en 180 et 2H dans la cellulose d'A. albida et des
plantes lacustres. Dans le centre ouest du pays, le transect se rapproche du littoral marin
(Mbour). Son extrêmité nord se situe dans la vallée du fleuve Sénégal.
2.2.1.3.1 - Teneurs en 180 et 2B dans les stations proches du littoral marin et dans la
vallée du fleuve Sénégal
18
Les tableau II.7 donne les teneurs en
0 du bois d'Acacia albida sur deux transects
est-ouest qui vont de l'intérieur des terres vers le littoral marin: [transect Nioro - Kaolack -
Fatick - Mbour] et transect {Diourbel - Bambey - Thiès - Mbour]. Les teneurs mesurées
montrent un appauvrissement isotopique à mesure que l'on s'approche de la façade maritime
(Fig. 2.5 et 2.6). On note que les gradients isotopiques sont très voisines d'un transect à
l'autre

---

41
Localités
Tnmsea Esl-Ouest
Trans<:d Esl-Ducsl
N"2
N"l
WDRD
32,28.,1..
KAOlACK
31,57J..
FATICK
30,24.,1..
MBOUR
2&;n./..
D10URBEL
32,15°/..
BAMBEY
29,7'tf'1..
TIIIES
29,07'1..
MBOUR
2&,22°/..
TABLEAU II.7 - Variation longitudinaledrs 6180 d'Acacia le long drs transects Nioro-
Mbour et Diourbel-Mbour
34
33
32
Nioro
~
31
0
~
li)
30
0
<0
~
29
28
Gradient isotopique = 3.r/.,./100Km
Mbour
? =0,99
27
~~
1
1
280 300
320
340
360
380
400
420
440
LONGITUDE (km)
Fig. 2.5 - Gradients isotopiques (6180) sur le transect Nioro-Mbour

---

42
34
33
Diourbel
32
•
31
~
0
~
30
o Bambey
e
0
co
~
29
Gradient isotopique = 3.4°I...,ll00Km
28
? = 0,85
27
280
300
320
340
360
380
LONGITUDE (Km)
Fig. 2.6 - Gradient isotopique (6180) sur le transect DiourbeJ -Mbour
-26 - - r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,
œ Nioro
-28
-30
~ -32
o
e Kaolack
Fatick
~ -34
I
N
-36
-38
Mbour
Gradient isotopique: 10,3°/ /100Km
oo
-40
•
~ =0,92
-42 --+--------,-------,,---..,.---------.-----,--------,---.----------1
250
275
300
325
350
375
400
425
450
LONGITUDE (Km)
Fig. 2.7 - Gradient isotopique (62H) sur le transect Nioro-Mbour.

---

43
Cette tendance isotopique est également visible sur les mesures de
2
Ô H faites sur la
cellulose nitrate d'A. aibida entre les transects Nioro - "Mbour (Fig.2.7) et Diourl>el - Mbour.
Ce dernier transeet se situe entièrement dans la partie nord du pays où la variabilité du 2H
dans un même site est relativement faible (Jo/oc,) De ce fait la tendance isotopique observée
sur la figure 2.7 est significative.
Un phénomène similaire est visible dans la vallée du fleuve Sénégal (Tableau ilJ). Là,
on observe une baisse des teneurs isotopiques des plantes à mesure que l'on s'approche de la
vallée. Le gradient isotopique est souligné à la fois par A. aibida et B. eagyptiaca (Fig. 2.8).
Le parallélisme entre les deux tendances observées ici est une preuve de la fiabilité et la bonne
représentativité des résultats obtenus sur des essences isolées.
33
32
31
'\\
~-~
~ 30
\\ /
\\
o
~
~
t9
a 29
<0
28
27
1760 1J70 1780 1790 1800 1810 1820 1830
LATITUDE (Km)
FIG. 2.8 - Vari3tion des 8180 dans la ccllulose d'A. aIhida et de R aegyptiaca en
fonction de la latitude. Le graphique illustre à la fois la variabilité des
8180 en fonction de l'espèce végétale et la baisse des teneurs isotopiques à
mesure que l'on s'approche du fleuve Sénégal

---

44
2
2.2.1.3.2 - Variations latitudinales des l8
Ô 0 et Ô H dans la cellulose des plantes actuelles
au Sénégal
a)- Variations latitudinales des d 80 dans le bois d'A. aIhida
Nous avons porté sur la figure 2.9 les variations des I8
Ô 0 en fonction de la latitude du
site de prélèvement.
La répartition des points sur la figure 2.9 montre une phase d'enrichissement rapide
entre Ziguinchor et Nioro suivie d'une inflexion entre Nioro et Thiès, puis d'une deuxième
phase d'enrichissement isotopique entre Thiès et Ganguet au Nord.
36
35 -
III Ganguet
34 -
33 -
•
Nioro
32 -
~
•
~
31 -
Il
Cf)
~
0
.--
• Il
lX)
30 -
e
Iii
29 -
Il
~
11!1
o Ziguinchor
28 -
Ils Mbour
27
,
1
1
1
1
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATITUDE (Km)
FIG. 2.9 - Variations des I8
Ô 0 dans la cellulose de A. albida en fonction de la latitude, le
long du tramect Ziguinchor - Ganguet.

---

4S
La distribution des valeurs montre 1°) un enrichissement isotopique graduel entre
Ziguinchor et Nioro; 2°) une diminution des teneurs en 180 dans le segment Nioro - Mbour
(qui marque l'effet de la façade maritime); 3°) une deuxième phase d'enrichissement
isotopique graduel entre Mbour et Ganguet.
Dans le détail, nous pouvons distinguer deux transeets complémentaires orientés sud
ouest-nord est, tous deux indiquant un enrichissement isotopique latitudinal très net
(Fig.2.IO).
36
35
Il Ganguet
34
Il
33
•
Nioro
32
~~ 31
A
~
o
~
30
29
el)
Ziguinchor
28
27
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATITUDE (Km)
FIG. 2.10 - Enrichissement en 180 de la cellulose d'Acacia en fonction de la latitude du
site de prélèvement de l'échantillon. A: transect Ziguinchor-Nioro; B:
transect Mbour~Ganguet.

---

46
b)- Variations Jatitudituzles des SR dans la cellulose nitrate d'A. alhida
La comparaison des teneurs moyennes de ~ entre les quatre sites évoqués ci-dessus
(§ 2.2.1.2) fait apparaJùe un enrichissement isotopique lié à la latitude. Cette tendance est
confinnée par la :figure 2.11 qui représente la répartition des ù2H entre le Sud et le Nord du
Sénégal.
Cependant, comme pour le 180, il est possible de distinguer ici un secteur sud
Ziguinchor-Nioro où les teneurs en ~ sont relativement dispersées et un secteur nord où la
dispersion est moindre.
-10
-20
•
CD
~ -30
0
~
~
I
N
-40
-50
1400
1500
1600
1700
1800
LATITUDE (Km)
Fig. 2.11 - Variation des û2H de la cellulose nitrate d'Acacia en fonction de la latitud~
Je Jong d'un transect Nord-SudZiguinchor- Dagana.

---

47
c)- Variations /atitudinales des IfH dans la cellulose nitrate des plantes lacustres
L'examen de la répartition des teneurs en 2H d'un site lacustre à l'autre sur r axe
Ziguinchor - Richard Toll met en évidence un enrichissement isotopique latitudinal (Fig.
2. 12A). Cette tendance est aussi observée lorsqu'on considère la variation du 02H au niveau
d'une seule et même espèce végétale récoltée dans les différents sites lacustres. La Figure
2.12B représente la variation dans l'espèce Phragmites issue de sites de Cambila, de Mhoro
et de Richard Toll.
2.2.1.4 - Conclusions
L'examen des teneurs en 180 et 2H dans la cellulose des plantes actuelles au Sénégal
et de leur répartion spatiale permet de tirer un certain nombre d' obervations.
1°) Des variations isotopiques plus ou moins importantes sont observées sur des
plantes vivant sur un même site, ces variations étant plus fortes dans les sites lacustres.
Cependant, dans l'ensemble, ces variations apparaîssentt plus amples dans les sites situés dans
Je Sud du pays qu'au Nord.
2°) Les teneurs en 180 et 2H dans la cellulose d'A. albida sont plus faibles dans le Sud
du pays qu'au Nord. Leur répartition spatiale fait apparaître, dans l'ensemble, un
enrichissement isotopique avec la latitude. Cet enrichissement latitudinal est également
observé dans les plantes herbacées lacustres malgré la forte dispersion des teneurs isotopiques
dans les sites où croîssent ces plantes.
Dans le détai~ les graphiques mettent en évidence une distribution des 0180 et des
02H dans la cellulose d'A. albida sur deux segments latitudinaux ayant des pentes
différentes. Les valeurs isotopiques sont relativement plus dispersées dans la zone sud
que dans le Nord où les variations isotopiques sur une petite distance sont plus faibles.
3°) Des effets stationnels sont également nettement visibles à l'approche du rivage
marin et à l'approche du fleuve. Les teneurs en 180 et 2H s'abaissent alors progressivement
jusqu'à des valeurs proches de celles rencontrées dans des latitudes plus basses.
Les différentes tendances isotopiques observées sur la matière organique des plantes
actuelles du Sénégal, à l'échelle régionale et à l'échelle d'un site isolé signifient que les
facteurs qui influencent les teneurs en 180 et 2H dans ces plantes ont une distribution spatiale
latitudinale, en même temps qu'ils présentent une certaine hétérogénéité à faible échelle.

---

FIG. 2.12 - Variations des û2H dans la cellulose nitrate de plantes semi-aquatiques en
fonction de la latitude. A) valeur moyenne de û2H dans les lacs; B)
variation au niveau d'une espèce (Phragmites) choisie au Sud, au
centre et au Nord

---

49
Nous avons déjà rapelé, dans le premier chapitre les différents processus qui lient les
0180 et 02H de la matière organique des plantes au climat. Dans ces processus, les paramètres
climatiques interviennent au moins à deux niveaux:
- d'abord au niveau des effets isotopiques qui déterminent les rapports 180/120 et
2HiH dans les eaux d'alimentation des plantes avant, pendant et après leur précipitation et
leur infiltration dans le sol;
-
ensuite
au
ruveau
du
processus d'enrichissement
de
l'eau foliaire
par
évapotranspiration.
Nous allons donc rechercher et analyser les liens entre les teneurs en 180 et 2H que
nous avons mesurées dans les plantes et les facteurs du milieu, c'est à dire les caractéristiques
isotopiques des eaux qui alimentent les plantes et les conditions climatiques qui règnent dans
notre aire d'étude. Cette étude devrait contribuer à cerner les possibilités et les problèmes que
pose l'utilisation des 0180 et 02H de la cellulose des plantes à des fins de reconstitutions
paléoclimatiques en milieu soudano-sahélien.

---

50
2.2.2 - RELATIONS AVEC LES CARACTERISTIQUES ISOTOPIQUES DES
EAUX D'ALIMENTATION
Nous avons déjà rappelé dans le chapitre d'introduction l'origine de l'oxygène et
l'hydrogène qui entrent dans la composition de la cellulose: l'oxygène provient en partie
de l'eau puisée du sol et acheminée jusque dans le mésophylle par l'intermédiaire de la
sève brute, et en partie du C02 atmosphérique qui est absorbé au niveau des feuilles;
l'hydrogène provient exclusivement de l'eau d'alimentation de la plante.
Dans ce contexte, les variations isotopiques que nous venons d'observer dans la
matière organique végétale au Sénégal doivent reflèter, théoriquement, la composition
isotopique de l'oxygène et de l'hydrogène l'eau du sol et de l'oxygène de l'air avant
l'incorporation de ces éléments dans la cellulose. Si ce lein est clairement établi, alors les
isotopes de la matière organique pourraient être utilisés à des fins
purement
hydrologiques.
2.2.2.1 - Caractéristiques isotopiques des eaux d'origine météorique au Sénégal
- 6180 et 62H des eaux des précipitations
L'étude isotopique des eaux des précipitations a été effectuée par TRAVI et al
(1987) sur trois sites: Diafilon au Sud, Mbour et Dakar au centre-ouest et Richard Toll
au nord, dans la vallée du fleuve Sénégal. Les teneurs en 180 varient de -3 °/00 à -8°/00' Le
diagramme 180PH (Fig. 2.13) montre que ces eaux se répartissent sur une droite très
proche de la droite des eaux météoriques mondiales (62H = 86180 + 10). Cela montre
que les eaux de précipitation n'ont pas subi de modifications sensibles au cours de leur
chute.
Cependant, comme nous l'avons vu dans le premier chapitre, les pluies qui
arrosent le territoire du Sénégal peuvent avoir comme origine la mousson transatlantique
ou bien les jets d'Est tropicaux. La composition isotopique des eaux de précipitation
dans un site donné dépendra donc en premier lieu des caractéristiques aérologiques des
flux dominants. TI s'y ajoute les effets de l'évaporation selon l'altitude de condensation et
selon l'intensité des averses (TRAVI et al, 1993).
Les eaux de lacs temporaires ont été prélevées dans trois des sites dans lesquels
nous avons étudié les teneurs en 180 et 2B des plantes herbacées lacustres: en Casamance
au Sud dans la région de forêts arbustives, au centre ouest dans la région des Niayes et
au Nord, dans la zone steppique du Walo.

---

51
L'échantillonnage a été effectué en milieu de saison sèche (mars 1988). Les
résultats portés sur le tableau 11.8. Les rapports
I8
2HJ
0 (Fig. 2.14) se répartissent sur une
droite d'évaporation dont l'équation est: 02H = 5.280180 - 8.6; ~ = 0.97
Dans l'ensemble il y a un enrichissement isotopique des eaux qui est plus marqué
dans les lacs du Nord. Par contre, dans les eaux des Niayes l'enrichissement est nettement
moins important à l'exception des eaux: du Lac Mboro.
-10
1
- - - - - -
j
-15
l
-20
1
-25 ~
1
-30 Î
-35 l
~
:::> -40
cr
w -45
1-
:::> -50
w
a -55
2
-60
d H =7,7 d180+ 8,8
,-2 =0,98; n = 12
-65
1
-70 +--1
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
OXYGENE - 18
FIG. 2.13 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H dans les eaux des pluies au Sénégal
La pente de la droite est très proche de cclle des eaux météoriques
mondiales

---

52
-------------
Ech.
Localité
018(°/00)
ô2H(/oo)
--------------
1
Falmère
+ 2.05
- 0.5
2
Tanghory
+ 1.37
+ 0.6
3
Teubi
+ 3.09
+ 6.7
4
Bignona
+ 2.30
- 2.9
5
Silikine
+ 5.44
+ 20.0
6
Cambila
+ 263
+ 12.1
7
Touba Ndiaye
- 5.00
- 34.5
8
Lac Diogo
- 4.24
- 31.9
9
Niaye Mboro
- 2.05
- 18.4
10
Lac Mboro
+ 6.7
3
+ 27.7
TABLEAU II.8.-
l8
Ô 0 et ô2H dans les eaux de surface au Sénégal (Mars 1988). Les
échantillons 1 à 6 proviennent de lacs de Casamance. Les autres
proviennent des Niayes.
La différence de comportement isotopique entre le Nord et le Sud est liée à la
différence de l'humidité relative moyenne de l'air entre ces deux régions.
Dans le site des niayes on a la superposition de deux phénomènes qui tendent à
atténuer l'enrichissement isotopique par évapotranspiration. D'une part le site se situe
dans laJrange côtière sous l'influence des effets adoucissants des masses d'air océaniques
qui abaissent la température moyenne annuelle de près de 5°C par rapport à l'intérieur
du pays et maintient une humidité relative de l'air plus élevée, et par conséquent des
conditions moins évaporantes.
D'autre part, les lacs des dépressions des Niayes sont la plupart du temps en
continuité avec la nappe phréatique des sables qui les alimente latéralement. Ainsi, en
année de pluviométrie normale, le niveau des lacs varie très peu au cours de la saison
sèche. C'est le cas du lac de Diogo, de la Niaye de Mboro et de Touba Ndiaye. La
composition isotopique des eaux des lacs porte davantage la signature des eaux de la
nappe.
Cependant ce schéma n'est pas valable pour Je Lac Mboro (OISO = +6.73; ô2H =
+27.7) qui se situe dans une zone où la nappe phréatique, plus profonde, n'est plus en
continuité avec le lac qui alors s'évapore rapidement avec un régime comparable à celui
des lacs de Casamance et du walo.

---

53
60
40
.2 20
::J
0:::
W
a
1-
l x Mboro
::J
W
o -20
40
•
Eaux des lacs de Casamance
o Eaux des Niayes
-60
2
d H = 5,28d'80 - 8,6 ; ,-2 = 0,97; n = 10
-80 ---4--_,-~_--.~~_
1
~~-'----r-----J
~
~
4
~
a
2
4
6
8
OXYGENE - 18
Fig. 2.14 - Relations entre les teneurs en 180 et 2B dans les eaux de surface au Sénégal
La pente de la droite d'évaporation est 5.2.
- 0180 et 02B dans les eaux des nappes superficielles et dans les sols non saturés
Les eaux des nappes superficielles du Sénégal ont été échantillonnées dans toutes
les régions climatiques du pays. Les rapports 180PH des échantillons prélevés tous en
milieu de saison sèche (mars 1988) se répartissent sur une droite d'évaporation (Fig.
2. 15) dont l'équation est:
La répartition, sur le diagramme 180 PH des eaux récemment irlfi]trées de trois
nappes situées à des latitudes différentes et dans des contex1es climatiques différents
(nappe de Sédhiou-Marssassourn, nappe des sables du littoral nord et nappe de la vallée
du fleuve) (Fig. 2. 16) montre une certaine di stribution spatiale des eaux.

---

54
-25
-30
~ -35
0
~
~
I
-40
N
•
-45
2
18
d H = 4,8 d
0 -10,3
2
r =0,94; n =31
-50
-8
-6
-4
-2
18°(SIl.OW)
FIG. 2.15 - ReJations entre les teneurs en 180 et 2B dans les eaux des nappes
superficielles du Sénégal La droite moyenne a une pente égale à 4.8
L'enrichissement isotopique est sensiblement plus marquée dans le Nord (nappe
de la vallée du fleuve) que dans le Sud (nappe de SédhiouMarssassoum).
Dans les zones forestières du Sud du Sénégal, les eaux des nappes superficielles
sont très proches de la droite des eaux météoriques du Sénégal, elle même très proche de
la droite des eaux météoriques mondiales (0 180 situés entre -6,5 et -5,5°/00 dans les
nappes miocènes de Casamance et celles
Sénégal oriental). il y aurait très peu
d'évaporation au cours de la recharge.
La tendance à l'enrichisernent isotopique des eaux des nappes s'accentue à mesure
que l'on va vers les zones semi-arides à arides du centre et du Nord du Sénégal. Les
teneurs en 180 sont en majorité situées entre -4.5 et -3.5°/00 dans ces aquifères qui
seraient soumises à une reprise évaporatoire relativement intense. Cependant, il est
possible que dans ces réglons les eaux de pluies, avant infiltration, soient relativement
enrichies en isotopes lourds sous l'effet des vents du Nord et du Nord-Est (TRAVI et al,
1993).
Quant aux eaux des sables du littoral nord, elles ont subi un enrichissemnt
isotopique relativement modéré par rapport à certaines zones septentrionales situées sur

---

55
relativement moins forte qui serait atténuée et par l'adoucissement du climat local dû à la
proximité de l'océan et par le fait que ]' effet de l'évaporation est atténué par une
infiltration rapide des eaux de pluies dans les sables dont la porosité est grande.
~
1l
~o
'\\"
-30
~,
co'l:>
Il
"'~
\\
'\\-X-
co'
~
'l:>
~'
0
,,<00
~
Cf)
bo~
ry'
I
~
N
'\\.X'-
~
-40
G
~
ho
Nappes de Casamance
Q)
Nappe des sables
LI
Nappe vallée du fleuve
1
-50
1
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
180 (SMOWj
1
1
FIG. 2.16 - Relations entre les teneurs en 180 et 2B sur quelques eaux récemment
1
inftltrées du bassin du Sénégal (d'après TRAVI, 1987, modifié).
1
1
1

---

56
- t.O i--r-.--.----.----,--r---r-~
-60
-40
-20
De u ter i um
( 0 /
00 )
FIG. 2.17 - ProfLI de deutérium dans les sols non saturés. Site de Louga 18 (d'après
GAYE, 1990)
110
90
60
0
0
"-
a
30
g
·ri
0
H
QJ
..w
~
QJ
-30
Q
- 60
-10
-6
-2
2
6
10
Oxygène-18
(a/oc)
FIG. 2.18 - Relations entre les teneurs en 180 et 2B dans la zone non saturée. La droite
moyenne de pente égale à 2.07 indique une forte reprise évaporatoire
dans ce milieu (d'après GAYE, 1990).

---

1
57
1
1
Des profils isotopiques dans la zone non saturée de l'aquifère libre des sables du
[
site principal de Louga (GAYE,
1990) montrent des teneurs en deuterium qui
s'échelonnent entre -60°/00 et -20°/00 (Fig.2.17).
Le diagramme 180PH des eaux interstitielles montre que les conditions de
1
sécheresse affectent la zone non saturée jusqu'au delà de -20 m. La pente de la droite
d'évaporation est 2,07 (Fig. 2.18), alors que celle des eaux de la nappe libre sous-jacente
est de 4.8, et celle des eaux de pluies est proche de 8.
1
En particulier, l'allure de ces profils isotopiques et leur caractère dynamique
t
montre que les catégories d'eaux interstitielles susceptibles d'alimenter les racines des
plantes connaissent une grande diversité de compositions isotopiques.
t
L'allure générale du profil montre une première zone d'enrichissement isotopique
dans le premier mètre et une zone d'enrichissement particulièrement marquée entre -5 et -
10 m. Cette stratification isotopique comparée, avec les profils de chlorure, semble
indiquer un mode d'infiltration par effet piston des apports successifs d'eau ayant subi
différents degrés d'évaporation.
La Comparaison des pentes des droites moyennes d'évaporation des différentes
catégories d'eaux montre que le processus évaporatoire semble se poursuivre et
s'intensifier dans le sol et le sous-sol (Fig. 2.19).
- Variations spatiales des 8 180 dans les nappes superficielles
Nous avons déjà signalé une tendance à l'enrichisement isotopique des eaux des
nappes à mesure que l'on va vers les zones semi-arides à arides du centre et du Nord du
Sénégal. Cette zonation isotopique nous rapelle une autre qui a été mise en évidence par
la distribution latitudinale des 8 180 de la cellulose d'A. albida.
Sur la figure 2.20 nous avons recherché la relation 8180 versus latitude dans les
eaux des nappes superficielles.
Nous avons individualisé deux axes d'enrichissement isotopique différents: un axe
SW-1\\TE (Ziguinchor-Kaolack) et un axe SSE-NNW plus étendu (Vélingara-Dagana). On
note un enrichissement moyen des eaux des nappes en 180 de 0.87%0 par 100 Km.

---

58
-40
:1 =Eaux des pluies (p = 7,8)
III = Eaux de surface (p =5,2~
-60
IV =Nappes superficielles (p =4,8)
V =Eaux des sols non saturés (p =2,07) 1
-80 ---r---~-~I---'I-----,-'------,---1---1
-15
-10
-5
0
5
10
15
'8o lSMOW)
FIG. 2.19 - Caractérisation isotopique des eaux du sol et du sous - sol au Sénégal Les
droites TI et V sont déduites respectivement des travaux de TRAVI (1988) et
GAYE (1990).
-3
Ganguet
o
-4
Nioro
o
~
0
-5
>-
(1)
0
co
~
~
o
Ziguinchor
-6
o
Vélingara-
-7
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATITUDE (Km)
FIG. 2.20 - Variations latitudinales des 6180 dans les nappes superficielles du Sénégal
suivant un transect Vélingara-Dagana.

---

59
2.2.2.2 - Influences du contexte hydrologique sur les 0180 et 02H de la cellulose des
plantes du Sénégal
Nous savons que les premières études sur les teneurs en 180 et 2H de la cellulose
des plantes vivantes ont été pour but la reconstitution climatique (EPSTEIN et al, 1976,
1977; GRAY & THOMPSON, 1976). li s'agissait, pour ces auteurs, de montrer que les
18
Ô 0
et ô2H de la cellulose (ÔCN) reflétaient la composition isotopique de l'eau
d'alimentation des plantes (ôs), dont on savait qu'elle dépandait de la température
ambiante au moment des précipitations (DANSGAARD, 1964; FRIEDMAN et al,
1964).
Cependant, on savait aussi que (ôs) ne représente qu'un des facteurs de variation
de la composition isotopique de la cellulose (ÔCN). L'eau absorbée par les racines subit,
au niveau des feuilles, un enrichissement isotopique du fait de l'évapotranspiration
foliaire. Les modèles mathématiques proposés pour expliquer le mécanisme qui
détermine la composition isotopique de l'eau du mésophylle (ÔEM) font intervenir la
composition isotopique de l'eau du sol (ôs), celle de la vapeur d'eau atmosphérique (ôa),
l'humidité relative de l'air (h) et des facteurs d'enrichissement à l'équilibre (ee) et
cinétique (Ek) (SCHIEGL, 1974; DONGMAN et al, 1974, FERHI et LETOLLE, 1977).
11 est connu qu'en dernier ressort, c'est ÔEM qui détermine ÔCN. li est également
connu que pour la plante aquatique complétement immergée (donc qui ne transpire pas),
l'eau du mésophylJe a la même composition isotopique que l'eau dans laquelle la plante
est immergée. Dans ce cas précis, il existe une relation entre la composition isotopique
de la celJulose de ce type de plantes et celle de l'eau dans laquelle elles vivent (EPSTEIN
et al, 1976; FERRI, 1980).
En ce qui concerne les plantes aériennes, qu'elles soient terrestres ou semi-aquatiques,
on conruût des exemples où de solides corrélations ont été mises en évidence entre ôs et OCN.
Cependant, les modèles de bilan proposés pour expliquer ces corrélations envisagent un état
d'équilibre isotopique entre l'eau du sol et la vapeur d'eau atmosphérique (BURK &
STUIVER, 1981; YAPP & EPSTEIN, 1982a; EDWARDS et al, 1985). Cela signifie une
alimentation en eau suffisante et permanente dans des sites où la tension de vapeur, au dessus
du sol, est proche du point de saturation.
Ces conditions sont naturellement remplies dans les hautes latitudes polaires ou
tempérées (EDWARDS & FRITZ, 1986), et parfois dans les moyennes latitudes sous climat
océanique. En effet, YAPP & EPSTEIN (1982) ont mis en évidence une bonne corrélation
entre le ô2H dans la cellulose nitrate de plantes aériennes terrestres et de plantes aquatiques
récoltées dans différents endroits du territoire nord américain et Je ô2H de ce qu'ils appelJent
«eau du milieu" ou «environmentaJ water'.

---

60
0
-~
~
0
1
...,
1
1-··
<
0::
~
- -40
z
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•
•
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-\\Oli~f-'----.------,----,-----__.__-~--__.__---,___--___,---____.--
-So
-40
-30
-20
-10
o
10
20
30
S2 H EAU LAC 1%0)
Fig. 2.21 - Relation entre le ô2H de la cellulose de plantes lacustres et le ô2H des
eaux des lacs.
•
~
•
0
lli
0
•
-<
u
-<
•
u
-<
UJ
I/l
0
..J
~l
•
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•
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30
..J
•
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LJ
0
~
29
e
•
00
•
":0
•
{B-,
•
27J
i
)
-4
-s
-6
-7
~ 18 0 EAU NAPPES SUPERFICIELLES (%01
Fig. 2.22 - Relation entre le
18
Ô 0 de la cellulose d'Acacia et le Ôl80 de l'eau des
nappes superficielles.

---

1
61
1
1
Selon ces auteurs, toute modification du 02H de reau du milieu du fait des variations
des facteurs climatiques est reflétée par des modifications correspondantes du o~ de la
1
cellulose nitrate.
~
Dans ces conditions, la composition isotopique de la matière organique des plantes
permet
logiquement
de
faire
des
reconstitutions
paléoclimatiques,
notamment
de
paléotempératures, car sous ce type de climat, c'est la variation de température qui
commande essentiellement celle de l'humidité relative.
1
Par contre dans le régime climatique sahélien, La faiblesse des précipitations et la
température élevée créent un état de déficit hydrique chronique dans le sol et dans
1
l'atmosphère. Ce déficit s'accroît progressivement durant la journée et durant la saison
sèche. De ce fait, un quelconque équilibre isotopique entre l'eau du sol et la vapeur
1
atmosphérique n'est envisageable.
C'est pourquoi lorsque nous avons tenté de corréler les 02H dans la cellulose des
1
plantes lacustres et les 02H des eaux dans lesquelles vivent ces plantes, le graphique
obtenu ne montre aucune corrélation significative (Fig. 2.21). On obtient un résultat
similaire lorsque l'on tente de corréler les 0 180 dans la cellulose des A. albida et les 0 180
1
des eaux des nappes superficielles (Fig 2.22).
Notons cependant, qu'à l'échelle régionale, la distribution latitudinale des 0 180
1
des eaux des nappes superficielles mise en évidence sur le graphique 2.20 montre des
simulitudes frappantes avec celle déjà observée dans la répartition spatiale des 0180 dans
1
la cellulose des plantes. Comme nous pouvons le voir sur la figure 2.23, les deux
tendances isotopiques se superposent, bien qu'aucune corrélation isotopique n'ait été
mise en évidence entre la matière organique et l'eau des nappes.
1
2.2.2.3 - Conclusions
1
Nous venons de voir qu'à l'échelle d'un site donné, il y a une stratification
1
isotopique dans les eaux du sol et du sous-sol. Ainsi, les espèces à enracinement profond tel
Acacia albida (Dreyfus et al, 1990) puiseront l'eau de différentes strates isotopiques. On
est donc en face d'un système complexe dans lequel il n'y a pas que les caractéristiques
r
climatiques locales qui déterminent la composition isotopique moyenne de l'eau
d'alimentation, mais aussi la nature de la zone non saturée et la profondeur de la nappe.
1
Cette complexité des phénomènes isotopiques qui se déroulent au niveau de
l'interface nappe - sol non saturé - atmosphère pourrait expliquer en partie les variations
1
des 0180 et 02H dans la cellulose des plantes vivant dans un même site.
1
1

---

ü2
-3 -
36
•
Ganguet
35
0
III
34
a-4
Il
~
:S
III
0.
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c:
<li
0
"t:J
:::E
1
~
30
~
0
0
co
I!!I
::E
~
-6
(f)
0
1
Il
6)
29
0
Ziguinchor
co
~
Mbour
28
1
-7
27
1
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATITU DE (Km)
1
1
Fig. - 2.23 - Répartitions spatiales des 180 dans la cellulose d'A. albida (figurés vides)
et des 180 dans les eaux des nappes superficielles (figurés pleins).
1
1
1
1
1

---

63
Le fait qu'à l'échelle régionale les tendances isotopiques dans la matière
organique végétale se superposent sur celles des eaux superficielles nous amène à dire
que les isotopes de la cellulose des plantes pourraient renseigner sur la distribution
spatiale des caractéristiques isotopiques des eaux à l'échelle de la nappe. TI y aurait là une
possibilité d'utiliser les isotopes de la matière organique des plantes à des fins
hydrologiques.
L'absence de corrélation isotopique entre la matière organique et les eaux du sol
signifie que les modèles théoriques conçus pour expliquer le lien entre ÔCN et ôs dans les
sites de moyenne et haute latitude ne sont pas applicables dans les sites semi-arides. En
milieu soudano-sahélien, l'humidité dans le sol et dans l'atmosphère est liée directement à
la pluviosité et indirectement à la température.
Ainsi l'hwnidité globale du climat agit qualitativement et quantitativement sur les
différents flux d'importation et d'exportation d'eau au niveau du sol tout comme au
niveau de l'organisme végétal. Ce sont les variations spatio-temporelles de ce facteur qui
ont déterminé les tendances isotopiques que nous avons observées dans les eaux du sol.
Nous allons voir maintenant dans quelle mesure la composition isotopique de la cellulose
des plantes peut refléter les différents facteurs du climat.

---

64
2.2.3.- RELATIONS ENTRE LES 18
Ô 0 ET ô2H DANS LES PLANTES ACfUELLES
AU
SENEGAL
ET
LES
FACTEURS
CLIMATIQUES
WCAUX:
PLUVIOMETRIE,
HUMIDITE
RELATIVE
DE
L'AIR
ET
INDICE
D'ARIDITE CUMATIQUE
2.2.3.1 - Les faits d'observation
Dans les diagrammes des relations entre les
18
Ô 0 et ô~ de la cellulose avec la
pluviométrie et l'humidité relative de l'air (Fig. 2.24 et 2.25) nous avons indiqué certains sites
d'échantillonnage afin de mieux voir les tendances isotopiques liées à la position
géographique, ou à la proximité de la côte. Dans certains cas nous avons comparé les sites du
Sud à ceux du Nord.
Pour les sites non situés près de localité dotée de station météorologique, les valeurs
de P et H ont été estimées d'après les données météorologiques collectées à la station la plus
proche du site. Les données climatiques utilisées sont des moyennes des 5 dernières années
qui ont précédé la récolte des échantillons (1984/1988). Pour vérifier la significabilité des
corrélations que nous allons établir, nous déterminons le critérium 1exp
[1:exp = (~) x r / v'1=7] et, à l'aide de la table de FISCHER, le critérium de
probabilité t en utilisant N = n - 2, à P = 0.05. Si 1:exp > t, alors la corrélation est significative
au seuil de 95% au moins.
La figure 2.24A montre une corrélation négative entre les I8
Ô 0 et la pluviométrie. La
corrélation est peu significative lorque l'on prend en compte l'ensemble des sites. Par contre
elle est devient très significative au seuil de 5% (avec r = -0.96; 1:exp = 6.6; t = 2.49) lorsque
l'on considère uniquement les sites répartis dans l'axe Mbour-Ganguet (Fig. 2.24B).
La figure 2.25A montre une corrélation négative entre les ô2H et la pluviométrie. La
corrélation est peu signigicative au au seuil de 5% (r = -0.80). Elle l'est davantage avec les
échantillons du transect I\\.1bour - Ganguet (Fig.2.25B), (avec r = -0.92; 1:e1p = 6.4; t =
2.45)

---

.!» Ganguet
18
d 0 =- 0,04P (!Tm) + 34
34
•
n = 11 . ~= 055
•
1
~
r
= 0.74
~
Nioro
32
t8><p =
3.31
o
t
= 3.1 Cp;::: 0.01)
<Xl
30
••
28
e Mbour
36
o Ganguet
34
200
1600 (mm/an)
~ 32
o
r
=0.95
~
~ 30
texp =
6.6
.
o
co
t
=3. ~9 (p =()~p:t)
28
d 180 =-0 01P
+ 40
•
1
(rrrn)
Mbour
n =7 ; ~ =0,90
26
300
400
500
600
700
PLUVIOMETRIE (mm/an)
FIG. 2.24 - Variations des 0180 de la cellulose d'Acacia en fonction de la pluviométrie
moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement. A: Ensemble de
sites; B: transect Mbour-Ganguet

---

66
-20
•
r
= 0.81
te>q) =
4. 11
A
-25
t
= 2.26 (p = 0.05)
-30
§'
0
~
• •
•
-35
~
I
N
n
-40
=11', ~ =-0 65
,
••
-45
400
800
1200
1600
-20
r = 0,92
taxp =
6.41
-25
t
= 2.45 (p = 0.05) B
§'
0
:::!:
~
-30
I
N
-35
200
400
600
800
1000
PLUVIOMETRIE (mm/an)
Fig. 2.25 - Variations des ù2H dans la cellulose nitrate d'Acacia en fonction de la
pluviométrie moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement. A:
1
Ensemble des sites; B: transect Mbour-Ganguet.
i
1
1
r

---

67
Le figure 2.26A présente la relation entre les 6 180 dans la cellulose des A. albida
et l'humidité relative de l'air. Ici aussi la corrélation est peu significative pour l'ensemble
des sites (r = 0 74). La corrélation est à peine meilleure si on considère uniquement les
sites du transect nord Mbour-Ganguet (Fig. 2.26B), mais elle est loin d'atteindre le seuil
de significabilité de 5% obtenu avec la pluviométrie.
26
35
o Ganguet
34
B
33
..........
r
;';0.84
S
32
"te><p = 3. 74
a~ 31
"t = 2.45
(p = 0.05)
en
@
a
30
co
..--
29
28
18a = ~.6H + 50; n =8; r = 0.84
27
26
28
30
32
34
36
38
HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR
18
Fig. 2.26 - Variations des 6 0 de la cellulose d'A. albida en fonction de l'humidité
relative moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement A: transect
nord; B; transect sud

---

6X
2
Les diagrammes Ô H vs humidité relative de l'air (Fig. 227) montrent également
des corrélations significatives
-20
r == 0.81
OGanguel
'texp == 4.83
-25
't = 2.18
(p = 0.05)
•
Nioro
-30
~
o
-35
•
~
•
~
I
-40
'"
•
2H =-O.9H -0.4; r =0.81; n =14
-45
ft
Ziguinchor
-50
25
30
35
40
45
-20
•
Gangue!
§' -25
r == 0.84
0
~
'texp == 4.04
~
-30
't == 2.31
Cp == 0
I
~OS)
N
ct
-35
-40
2H =-1.7H + 22; r = 0.84; n =9
-45
26
28
30
32
34
36
38
HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR (%)
Moyenne des minima annuelles)
Fig. 2.27 - Variations des ô2H de la cellulose d'A. aIbidn en fonction de l'humidité
relative moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement A: transect
nord; B: transcct sud

---

6')
Le djahTfamme de la figure 2.28 représente la relation OIKO vs indice d'aridité de DE
MARTüNNE (l = Pff + 10) Pet T représentent respectivement la pluviométrie moyenne
annuelle et la température moyenne annuelle dans le site d'échantillonnage
36
, • Ganguet
r = 0.77
34
'texp = 3.80
t
= 2.23 (p = .0, O~)
'"J
. v ·
• • • Nloro
32
~
•
0 '
..
B
o
ê. 30
'
o
•
co
.
€i)
Mbour
28
d180 = -.011 + 34n = 12 ; ? = 0,59
26
5
10
15
20
25
30
35
40
45
INDICE D"ARIDITE (1 = PfT + 10)
33 - , - - . - - - - - - - - - - . ,
36
8 Ganguet
A
@ Nioro
B
32
34
31
~ 32
~
(j)
l
30
o 30
e
co
..-
29
r =0.93; n =6
'"
r = 0.91; n = 6
28
Zig.
Mbour
1
28 ---+--~__r___r____,____.-~__.___3~--l
6 8 10 12 14 16 1820222426
26 28 30 32 34 36 38 40 42 44
1
INDICE D"ARIDITE (1 = PfT + 10)
INDICE D'ARIDITE (1 =PIT + 10)
1
Fig. 2,28 - Variations des 0180 de la cellulose d'Acacia en fonction l'indice d'aridité de
1
De MARTONNE A: transect nord; B: transect sud
1
1
1

---

70
La corrélation obtenue pour l'ensemble des sites est meilleure que celle obtenue
avec la pluviométrie et l'humidité relative (Fig.2.24 et 2.25). La dispersion des points est
moins forte dans la zone sud. Lorsqu'on considère les transects sectoriels nord et sud (A
et B), les corrélations avec l'indice d'aridité deviennent encore plus significatives (Fig.
2.28 A et B). Cependant, dans l'ensemble, l'indice d'aridité n'apparal't pas plus
représentatif du climat que la pluviométrie.
2.2.3.2 - Signification des résultats graphiques
Les paramètres statistiques que nous avons employés montrent qu'il existe
globalement une relation entre les
I8
Ô 0 et ô2H de la matière organique au Sénégal et les
paramètres climatiques de base, la pluviométrie et l'humidité relative de l'air. Cependant,
les résultats graphiques font apparal'tre deux faits essentiels qu'il convient d'analyser:
1°) A l'échelle régionale, il apparait sur tous les graphiques que les
I8
Ô 0 et ô2H
dans la cellulose d'A. albida se répartissent, dans le détail, sur deux segments
latitudinaux ayant des pentes différentes. TI se dessine une ligne de partage du territoire
en deux zones isotopiquement distinctes. Géographiquement, cette ligne passerait entre
les latitudes 1500 et 1600 Km (axe Thiès-Diourbel-Koungheul).
2°) Les valeurs isotopiques sont relativement dispersées et les corrélations sont
très souvent faibles, surtout dans la zone sud du pays.
Signification climatique des variations isotopiques spatiales
Nous avons vu, dans le chapitre d'introduction, que la répartition spatiale de la
pluviométrie permet de définir schématiquement différentes régions climatiques sous
forme de bandes perpendiculaires à la côte (Fig. 1.3 supra).
La frange côtière subit un contraste climatique lié à l'effet tampon de l'océan. Celà
se traduit par une humidité atmosphérique relativement plus grande. Les alizés
transatlantiques du Nord ouest qui atteignent les côtes sénégalaise durant la majeure
partie de l'année contribuent à une baisse des températures côtières par rapport aux sites
continentaux. Ce sont ces conditions climatiques particulières qui expliqueraient
J'abaissement des teneurs en 180 et 2H dans les plantes lorsque l'on s'approche du littoral
marin. Des conditions d'humidité similaires régneraient aux abord du fleuve Sénégal où
l'on note une tendance isotopique similaire.
Nous avons également vu (Fig. 1.5 p.14) que la répartition des isohyètes entre
Ziguinchor et Dagana illustre clairement le gradient pluviométrique latitudinal qui

---

71
caractérise le Sénégal. Cependant, dans le détail, la répartition des isohyètes n'est pas
uniforme sur l'ensemble du territoire. Au Sud d'une ligne Kaolack-Tambacounda, les
isohyètes sont pratiquement équidistants et parallèles. On observe une baisse régulière de
la pluviométrie suivant un axe sud ouest - nord est. Au Nord de cette ligne, les isohyètes
sont plus espacés et s'incurvent légèrement suivant un axe sensiblement orienté Sud est -
Nord ouest.
Par ailleurs, le diagramme de répartition latitudinale des hauteurs de pluies
recueillies entre Ziguinchor et Richard Toll (Fig. 2.29) montre clairement que le gradient
pluviométrique est différent d'une zone à l'autre. La pluviométrie est répartit en deux
segments complémentaires ayant des pentes différentes.
Cette tendance climatique rappelle fort justement la tendance isotopique mise en
1
évidence par la distribution spatiale des l8
Ô 0 et ô2H de la matière organique des plantes.
Ainsi, sur le plan climatique, la ligne de partage des deux zones isotopiques coïncide avec
l'isohyète 800 mm.
[
La différence dans la répartition des pluies traduirait une différence dans l'origine
des masses d'air dominants qui arrosent chacune des deux parties du pays. (CITEAU et
t
al, 1986; FONTAINE et PERARD, 1986; LEROux, 1986). La partie sud du Sénégal
est essentiellement arrosée par les flux de mousson issus de l'atlantique, tandis que la
1
partie nord est dans l'ensemble beaucoup plus exposée aux flux d'Est ou lignes de grains.
1
l
l
1600
Ziguinchor
1400 ~
r
1
~ 1200 ~
1
! 1
g:
l
1000
Kaolack
w
1
1
2
o
:>
l
800
::>
..J
Q
1
600 J
~y
1
1
1
1
400 .J,
1
i
R.TO~
r-~----I--:-
- ----;--- --1--------- -:
1
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATiTUDE (Km)
1
Fig. 2.29 - Variation latitudinale de la pluviométrie au Sénégal (moyenne des cinq
années 1985-1989). Le gradient pluviométrique change de part et
1
d~autre d'une ligne passant entre les latitudes 1500 et 1600 Km.
1

---

72
En définitive si l'on rapproche ces faits climatiques aux tendances isotopiques
observées sur la matière organique actuelle et sur les eaux du sol, on est amené à
considérer la discontinuité observée dans les gradients des 180 et 2H dans la cellulose
d'A. albida entre le Nord et le Sud du pays comme le reflet des caractéristiques
aérologiques des flux d'hivernage qui arrosent l'une ou l'autre partie du territoire.
Signification de la dispersion des teneurs isotopiques
La dispersion des points et la faiblesse de certaines corrélations posent le
problème fondamental de la fiabilité de la méthode isotopique à propos de leur utilisation
comme marqueurs climatiques dans la zone soudano-sahélienne.
Certaines causes de dispersion seraient simplement d'ordre méthodologique. TI
s'agirait par exemple d'un manque de fiabilité des données climatiques utilisées dans les
diagrammes à cause de la rareté des stations météorologiques et leur état de sous-
équipement.
Une autre difficulté d'ordre méthodologique, c'est le manque de fiabilité dans le
prélèvement des échantillons de bois. A cause de l'absence de véritables cernes sur les
arbres, il n'y a pas la certitude que l'âge des échantillons prélevés correspond bien aux
relevés climatiques avec lesquels ces échantillons ont été corrélés.
Au delà des problèmes métodologiques, c'est dans les processus isotopiques qui
se déroulent au niveau de l'interface nappe - sol non saturé - milieu foliaire -
atmosphère. qu'il faut rechercher les raisons de la dispersion des teneurs isotopiques.
Le facteur essentiel qui détermine la composition isotopique de la cellulose (DeN),
l'enrichissement isotopique de l'eau folaire est sous la dépendance de l'humidité relative
de l'air. Or, en milieu soudano-sahélien, le déficit hygrométrique est tel que la demande
évaporatoire est potentiellement très élevée. Celle-ci s'accroît sensiblement dans le temps
(durant la journée et durant la saison sèche) et dans l'espace (avec la latitude) en même
temps que s'accroît le déficit hydrique du sol. Dans ce contexte, la plante développe un
processus physiologique d'adaptation au déficit hydrique, processus qui pourrait
influencer les teneurs isotopiques de la cellulose.
A ce sujet, une étude faite au Brésil par ZUNDEL et al (1978) dans une zone
semi-aride où la pluviométrie moyenne se situe entre 500 et 700 mm/an, montre un
enrichissement en 180 de près de 10°/00 dans des feuilles d'arbres lorsque l'humidité
relative passe de 70% le matin à 40% l'après midi, alors que dans la zone humide où la
pluviométrie est supérieure ci 1500 mm/an, l'enrichissement en 180 est de près de 12°/00
quand l'humidité relative passe de 90% le matin à 50% l'après midi.

---

73
Ces résultats donnent une idée de l'ampleur que peut avoir le phénomène
d'enrichissement isotopique dans l'eau des feuilles des essences sahéliennes soumises à
une humidité relative minimale moyenne annuelle voisine de 40% dans le Sud du pays et
de 25% au Nord. En plus, le fait que l'enrichissement isotopique absolu soit plus
important dans la zone humide que dans la zone semi-aride montre qu'en cas de déficit
hygrométrique sévère, un mécanisme de régulation intervient qui limite la transpiration.
En effet, FARRlS et S1RAIN (1978) ont montré qu'en terme de bilan isotopique,
un déficit hydrique ayant entrainé une réduction de 10 à 15% du volume de l'eau des
feuilles a pour effet une réduction du flux transpiratoire et une accumulation de 180 dans
l'eau des feuilles plus lente mais plus élevée que dans la plante témoin.
L'observation essentielle qui ressort de ces données est que dans les conditions
arides et semi-arides, l'importance de l'enrichissement isotopique de l'eau foliaire ne
reflète pas systématiquement le taux d'humidité réel dans l'air mais reflète plutôt un
certain seuil d'humidité au delà duquel les mécanismes d'adaptation à la sécheresse
entrent en jeu. Par conséquent, les BeN que nous avons mesurés dans la partie nord du
Sénégal pourraient ne pas reflèter le déficit hydrique réel qui règne dans ces zones.
Avant d'évoquer les conclusions qui ressortent de ces différentes considérations,
nous allons d'abord présenter un ensemble d'observations faites les variations du B C
dans la cellulose des plantes du Sénégal.

---

74
2.3
VARIATIONS
DES
813e DANS LA MATIERE
ORGANIQUE VEGETALE AU SENEGAL
2.3.1 - TENEURS EN De DANS LA CELLULOSE DES ARBRES ET DES
PLANTES-m:RBACEES LACUSTRES
Les teneurs de BC que nous avons mesurées dans la cellulose nitrate et dans le bois
total d'Acacia albida entre les sites du Sud et ceux du Nord s'échelonnent entre -28°/00 et -
23°/00 vs PDB.
Les teneurs de BC dans les différents lacs situés dans l'axe Ziguinchor - Richard Toll
s'échelonnent entre -28Zf/00 et -24.52°/00, cependant ici, contrairement à ce que nous avions
vu pour les
18
Ô 0 et ô2H, les valeurs les plus négatives sont observées dans les sites des Niayes
et non dans le Sud. Toutes les espèces étudiées sont de type C3.
2.3.1.1 - Variations des ô13e à J'intérieur d'un même site
2.3.1.1.1 - Sites terrestres
Ce sont les mêmes échantillons qui ont servi à l'étude des variations des ô2H à
13
l'intérieur d'un même site qui ont servi à l'étude des ô c. Le tableau II.9 donne les valeurs de
ôBC dans les quatre sites étudiés. La variation relative à l'intérieur des sites (crg) est faible,
tout comme la variation totale sur l'axe Sud -Nord (al). Cela veut dire que la distribution
latitudinale des ôBC suit une loi normale.
Nous observons une variabilité absolue de 0,8 à 1,3°/00 à l'intérieur des sites étudiés.
Celle-ci est remarquablement plus faible que celle habituellement observée (2 à 3°/00) dans les
sites semi-arides nord américains (FRANCEY et FARQUHAR, 1982; LEAVITI et LONG,
1984).
13
La faible dispersion des valeurs de ô C à l'intérieur d'un même site nous permet de
considérer les résultats obtenus sur les arbres isolés comme suffisamment représentatifs des
tendances isotopiques qui caractérisent le site de prélèvement.

---

75
Latitude
Ech.
o13e
Moy. Variation
crg (cri = 1.31)
(Km)
('/00)
('/00)
('/00)
------------
A65
-25.3
A66
-25.14
-24.94 -1.16°/00
0.47
1760.6
A67
-24.14
(Nord)
A68
-25.21
A70
-25.74
1690.2
A7l
-25.25
-25.11 -1.08 °/00
0.42
An
-24.66
A73
-24.79
A81
-26.47
1624.6
A82
-26.05
-25.98 ·J.31 °/00
0.50
A84
-25.16
A86
-26.27
AlOa
-28.07
1390.8
AlOb
-28.35
-28.06 -0.77°/00
0.28
(Sud)
Alla
-28.23
Allb
-27.60
TABLEAU D.9 - ol3e de la cellulose nitrate d'Acacia échantillonnés dans quatre sites
situés à différentes latitudes. (cri est la variation totale)
2.3.1.1. 2 - Sites lacustres
Les variations des teneurs en B C entre espèces vivant dans le même site sont de -
2,10%0 au Sud, -3,75°/00 dans les Niayes, -1,6%0 dans le Nord près de Richard Toll et -0,3°/00
dans le Ferlo (Tableau li. 10). Là aussi, comme avec le 2H, le site des Nîayes se particularise
par une importante dispersion des teneurs isotopiques (cr > (
g
1),
Cela tranche avec la
distribution relativement nonnale observée dans les autres sites.

---

76
Lac
Ech.
Latitude
oDe
Moy.
Variation
O'g (0', =1.18)
(Km)
000)
r/oo)
---------
Cal
1390
-27.61
Cambila
Ca2
-25.51
-26.63
2°/00
0.86
caS
-26.78
LdI
1650
-26.80
Ld3
-27.80
LacMboro
Ld5
-27.63
-26.70
4°/00
1.38
Lm4
-24.52
NbI
-25.21
Nb6
-28.27
Djéleli
Lg2
1702
-25.43
-25.28
0.3°/00
0.15
Lg3
-25.13
GuI
1820
-24.76
R Toll
Gu3
-26.40
-25.85
2°/00
0.82
Gu4
-26.40
TABLEAU lI.I0 - ol3e dans la cellulose nitrate de plantes lacustres échantillonnées à
différentes latitudes

---

77
Ech.
Latitude
(Km)
Zgll
1390.8
-28.07
ZglO
1390.8
-28.38
Ad12
1395.6
-26.91
Bgh7
1436.2
-27.58
Dia8
1433.4
-26.73
Ni4
1519.6
-26.08
Kg24
1544.8
-26.27
Kf26
1559.2
-26.08
KL3
1562
-26.05
Bm29
1624
-25.72
Sr32
1680.2
-25.41
Ks33
1701
-24.63
Mt35
1751
-25.31
Ms48
1768
-23.75
Dg42
1792.6
-22.99
TABLEAU ll.1l - oDe dans le bois d'Acacia échantillonné à différentes latitudes.
2.3.2 - REPARTITION SPATIALES DES oDe
2.3.2.1 - Variations latitudinales des oDe dans la cellulose nitrate d'A a/hida
Les teneurs moyennes de BC dans les sites (Tableau II.9) montrent une bonne
corrélation avec la latitude (Fig. 2.30). Cette tendance est confinnée sur la figure 2.31 qui
représente un échantillonnage beaucoup plus étendu vers le Nord (Tableau TI.l1).

---

7X
- 2 3 , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,
-JJ~-----------___,
J\\
II
4
-24
o
8 -25
.y -J7
0
.........
o
~ 4
-2lI
u
~
-26
-Jg~--~-_~--~--__.______'
JOO
llOO
1200
PLUVIOMETRIE (mm/an)
-27
-28
•
Teneur moyenne de 13C
- 29 ~--------y-------.--------.---------.------~
1300
1400
1500
1600
1700
180
LAllTUOE
(km)
FIG. 2.30 - Variations des ôl3C dans la cellulose nitrate d'Acacia alhida dans quatre
sites répartis entre le Nord et le Sud. A: variations en fonction de la
latitude. B: variations des teneurs moyennes des échantillons en fonction
de la pluviométrie dans le site considéré

---

79
La figure 2.31 met en évidence un enrichissement isotopique très marqué (de près de
6°/00) dans les sites steppiques du Nord-est par rapport aux sites de savanes forestières du
Sud La corrélation 13
Ô C vs latitude est tout juste significative au seuil de 5% (r == 0.94).
-22
-23
ft Ganguet
-24
-25
m
0
~ -26
ü
l">
-27
• ••
-28
1Ziguinchor
n=15;r2=Q,88
-29
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
LATITUDE (Km)
FIG. 2.31 - Variations des ÔUC dans la cellulose nitrate dl Acacia alhida en fonction de
la latitude. (échantillons individuels choisis répartis entre le Sud et le Nord.

---

lW
2.3.2.2 - Variations latitudinaJes des ôl3C dans la ceUulose nitrate des plantes lacustres
11 n'y a pas véritablement d'enrichissement isotopique latitudinal lorsque l'on
considère les teneurs moyennes en l3e dans les différents sites lacustres (Fig. 2.32). Il y a
moins de n oo qui sépare les teneurs des plantes du lac de Ziguinchor, au Sud, de celles
des plantes du lac de Richard ToU, à l'extrême nord du pays. Néanmoins, lorsque l'on
considère une espèce donnée rencontrée dans les différents sites (Pragmites vulgaris, par
exemple) cet enrichissement est d'environ 3°/00. Rappelons qu'il est de près de 6°/00 chez A.
albida.
Signalons aussi que dans le Sud, les teneurs en Be dans les plantes terrestres et dans
les plantes semi-aquatiques sont dans l'ensemble très proches.
-<
....J
....J
VI
0
....J
iD
.....
...J
0
>-
-2
r
-<
0::
1-
....
-<
z
'-'
~
cr:
+
+
-15
+
t
+
+
-26
•
+
.v
•
•
+
aJ
+
-21
-'{)
+
+
+
-28
+
-29 mo
11, 50
1550
1650
1750
1850
LATITUDE
FIG. 2.32 - Variations des
l3
Ô C dans la ceUulose nitrate de plantes scmi-aquatiques en
fonction de la latitude.• : Teneur moyenne dans les sites lacustres

---

81
2.3.3 - VARIATIONS DES 13
Ô C DANS DES SERIES DE "CERNES
Nous avons mesuré les teneurs en BC d'échantillons de bois total prélevés en
1993 sur une section de tronc de Azadiracta indica, récolté dans la région de Dakar.
Devant la difficulté bien connue de déterminer et de dater des cernes annuels dans les
arbres tropicaux, nous avons choisi un arbre dont on connait la date de plantation et l'âge
(25 ans).
Pour l'étude isotopique, nous avons prélevé et analysé un échantillon tous les 2
mm, entre l'écorce et le centre de l'aubier. Au total, les analyses sont faites sur 80
échantillons de bois total finement broyé et homogénéisé. Les résultats des mesures de
BC sont portés sur le tableau TI. 12
Les valeurs de ôBC mesurées fluctuent entre -28,79°/00 et -24,88°/00 vs PDB.
Elles restent comprises dans les limites des valeurs mesurées sur Acacia albida.
Cependant il importe de remarquer que les valeurs de BC les plus négatives (voisines de -
28°/00) ne sont rencontrées que dans les Acacia récoltés dans l'extrême sud du pays, alors
que les valeurs les plus positives (proches de -24°/00) sont caractéristiques des Acacia
issus du Nord.
Les variations de BC sur la section de tronc sont indiquées sur la figure 2.33.
Nous avons porté en abcisse la distance en mm qui sépare le point de prélèvement de
l'échantillon et l'écorce. Cette distance représente la durée de vie de l'arbre.
La courbe montre en particulier un enrichissement isotopique très marquée dans
la zone interne du tronc. Cette tendance isotopique brutale ne peut pas être confondu
avec ce qui a été appelé "effet juvénile" par certains auteurs (MAZANY et a/,(1980);
FRANCEY et FARQUHAR, 1982). Ce phénomène consiste en un enricmssement
isotopique de près de 2°/00 observé sur les jeunes plantes des forêts denses lorsqu'elles
sont soumises à des conditions insuffisantes de luminosité et d'aération.

---

82
Ech.
DIE (mm)
olle
Ech.
DIE(mm)
olle
AZI
1
-26.41
AZ41
83
-27.57
AZ2
3
-26.97
AZ42
85
-26.73
AZ3
5
-27.15
AZ43
87
-27.36
AZ4
7
-27.13
AZ44
89
-28.19
AZ5
9
-26.59
AZ45
91
-28.40
AZ6
Il
-27.17
AZ46
93
-27.80
AZ7
13
-27.49
AZ47
95
-27.26
AZ8
15
-27.73
AZ48
97
-26.96
AZ9
17
-27.66
AZ49
99
-27.06
AZlO
19
-27.32
AZ50
101
-28.11
AZll
21
-26.82
AZ51
103
-27.18
AZ12
23
-26.81
AZ52
105
-27.07
AZ13
25
-26.06
AZ53
107
-27.26
AZ]4
27
-26.04
AZ54
109
-27.37
AZ15
29
-26.61
AZ55
III
-27.60
AZ]6
31
-26.34
AZ56
113
-27.09
AZ17
33
-26.46
AZ57
1]5
-27.32
AZ18
35
-26.71
AZ58
117
-27.71
AZ20
41
-26.85
AZ60
]21
-27.27
AZ21
43
-26.45
AZ61
123
-26.74
AZ22
45
-25.98
AZ62
125
-25.76
AZ23
47
-26.37
AZ63
127
-25.72
AZ24
49
-26.44
AZ64
129
-24.91
AZ25
51
-27.29
AZ65
131
-25.07
AZ26
53
-28.1 ]
AZ66
133
-25.77
AZ27
55
-27.95
AZ67
135
-25.29
AZ28
57
-27.72
AZ68
137
-25.45
AZ29
59
-26.48
AZ69
139
-26.26
AZ30
61
-26.44
AZ70
141
-26.58
AZ31
63
-27.23
AZ71
143
-26.09
AZ32
65
-27.5]
AZ72
145
-25.82
AZ33
67
-27.64
AZ73
147
-26.40
AZ34
69
-28.79
AZ75
151
-26.73
AZ36
73
-26.62
AZ76
153
-26.55
AZ37
75
-26.92
AZ77
155
-2488
AZ38
77
-27.36
AZ78
157
-28.55
AZ39
79
-27.45
AZ79
159
-27.82
AZ40
81
-26.94
AZ80
161
-28.10
TABLEAU fi.I2 - Teneurs en
13
Ô C dans une section de Azadiracta indiea (DIE =
distance par rapport à )'écorse)

---

83
-24 Ir---------~--------- ------_. --.. ---...,
1
1
r
-25
Teneur moyenne en 13e
-26
-oo""-~-27
u
n
-28
a
20
40
60
80
100
120
140
160
Distance (mm) entre l'écorce et l'aubier
Fig. 2.33 - Variation des BlJC sur une section de tronc de Azadiracta indica
CONCLUSIONS
L'examen des teneurs en l3C dans la cellulose des plantes actuelles au Sénégal et de
leur répartition spatiale permet de tirer un certain nombre d' obervations.
1°) Les variations isotopiques observées sur les A. albida vivant sur un même site
vont de 0.8 à 1.3°/00 , ce qui représente 2 à 4 fois l'erreur sur la mesure (qui est 0.3°/(0)'
Rapellons que pour ~ la variation représente 3 à 4.5 fois l'erreur sur la mesure.
2°) Ces variations sont dans l'ensemble plus amples dans les sites lacustres, les plus
fortes variations étant observées dans le sites des Niayes. Cependant, on note que dans tous
les sites lacustres, les teneurs mesurées sur Typha sont plus basses que celles mesurées sur les
autres espèces, notamment Phragmites.

---

84
3°) La répartition spatiale des teneurs en l3C dans la cellulose d'A. albida fait
apparaltre un enrichissement isotopique avec la latitude. Cependant, cet enrichissement
latitudinal n'est pas clairement perçu dans les plantes herbacées lacustres.
Ces variations des 813C à l'échelle régionale et à l'échelle d'un site isolé signifient que
les facteurs qui détenninent la composition isotopique du carbone dans la cellulose de plantes
étudiées ont une distribution spatiale IatitudinaJe, en même temps qu'ils présentent une
certaine hétérogénéité à faible échelle.
D'après le modèle de FRANCEY et FARQUHAR (1982), on peut dire que le
B
8 C dans les produits photosynthétiques des plantes C3 est influencé prinipaleent par
deux facteurs, le BC dans le CO2 de l'air ambiant et la conductance foliaire.
Toujours parmi les facteurs qui influencent la composition isotopique de la
cellulose des plantes C3, TANS et MOOK (1980), MAZANY et al, (1980) et
FRANCEY et FARQUHAR (1982) désignent des variables climatiques (la température,
la disponibilité en eau, l'humidité atmosphérique), des variables liées aux conditions
trophiques de la plante (l'état physique général de la plante et son "Potential of Growth")
et des variables liées à l'importance de la biomasse végétale au sein de l'écosystème ciù vit
la plante (taux de e02 respiratoire émis dans le voisinage immédiat de la plantes,
insolation insuffisante du fait de la densité de la végétation ou "canopy effect").
Il faut ajouter à tout ceci le rôle éventuel des mécanismes d'adaptation aux
conditions limites (forte température, forte sécheresse) qui peuvent avoir une influence
particulièrement importante dans les teneurs en BC des plantes sahéliennes.
Dans les conditions climatiques sahéliennes, il est évident que tous les facteurs
environnementaux énumérés ci-dessus, à l'exception de la température, sont liés à la
pluviosité. C'est la disponibilité en eaux qui détermine l'abondance et la répartition de la
végétation. Donc, théoriquement pour des plantes soumises aux mêmes conditions
nutritionnelles, la composition isotopique finale du carbone de la cellulose doit reflèter
essentiellement la disponibilité en eau.
Comme nous l'avons fait pour 180 et 2H, nous allons rechercher et analyser les liens
entre les teneurs en l3e que nous avons mesurées dans les plantes et le contexte hydro-
climatique du Sénégal afin de voir dans quelle mesure cet isotope peut être utilisé dans
des reconstitutions paJéoclimatiques en zone soudano-sahélienne.

---

2.3.4 - RELATIONS ENTRE LES ÔIJC DES PLANTES ET LES PARAMETRES
CLrMATIQUES: LA PLUVIOMETRIE, LlIUMIDITE RELATIVE DE
L'A1R ET L'INDICE D'ARIDITE
2.3.4.1 - Les ÔDC d'A aIbida et les paramètres climatiques
l3
Sur la figure 2.34, nous avons cherché à corréler les Ô C dans la celluJose d'A. albida
et la pluviométrie moyenne annuelle des 5 dernières années précédant la date de
l'échantillonnage. L'équation de la régression: [bDC = -o.03P(mDl)- 23; n = 14; r = 0.92] est
significative au seuil de 5%.
-22
'3
P
C = -0,03
-23; n = 14 ; r = -0,92
-23
'. Ganguet
--..
A
"texp
r:D
= 8.15
-24
0
"t = 2.15
Cp = 0.05)
a..
-25
()
~
-26
-27
-28
-22 I " - - - - - - - - - - - . . . l . . - - - - - - - _ - - ,
•
Ganguet
-23
B
1200 1400 1600 1800
m
-24
0
a..
'texp = 5.10
Ü
t = 2.26 (p = 0.05)
("")
.-
-25
0
-26
r =0 ,89; n =9
-27
300
400
500
600
700
800
900
1000
PLUV/OME:iRIE (mm/an)
FIG. 2.34 - Variations des 013C dans la cellulose nitrate d'A albida en fonction de la
pluviométrie moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement.

---

86
Les teneurs en De apparaissent plus dispersées dans le Sud. On observe une
augmentation brutale des teneurs à l' extrêmité nord du transeet et les échatillons se
répartissent sur deux sous-segments. Malgré cette discontinuité, l'ensemble des échantillons
situés dans le secteur Mbour-Ganguet donne une bonne corrélation significative au seuil de
5% avec la pluviométrie (Fig. 2.34B).
La relation Be vs humidité relative de l'air est représentée sur la figure 2.35.
L'ensemble des échantillons donnent une corrélation significative à la probabilité de 99%,
malgré les discontinuités du transeet isotopique: [ôue = -O.2~I.)- 18; n = 14; ~ = 0.93].
-22
'.. Ganguet
13C = -o,2H -180: 14; 2 = -0,93
-23
tœq> = 12.3
-24
t
= 2.15 (p = '0.05)
-25
éD
0
.tiJ..:.~ 8
.
~
()
-26
IJ'
'"
-27
-28
.. Zig.
-29 -+--,--,---,----.----.---------.--.-----.-----r--
26
28
30
32
34
36
38 40
42
44
46
HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR (%)
(Moyenne des minima annuels)
Fig. 2.35 - Variation des ôUe dans la cellulose nitrate d' A aIhida en fonction de
l'humidité relative

---

X7
La relation 13e vs indice d'aridité (1) est représentée sur la figure 2.36. La corré1ation
est hautement significative, contrairement à ce qui a été observé avec 180.
-22
··0 Ganguet
1"e>q> = 8.51
-23
1" = 2.13
(p = 0.05)
-24
CD
-25
0
a..
U
-26
(')
or-
-27
13
-28
C = -0.1 1+ 0.84; n =15; r =0.92
-29
5
10
15
20
25
30
35
40
45
INDICE D'ARIDITE (1 =PrT + 10)
u
Fig. - 2.36 - Variation des 8 C dans la cellulose nitrate d'A aIhida en fonction de
l'indice d'aridité.

---

xx
2.3.4.2 - Relation entre les variations de 13e dans la section de tronc d'Azadiracta in.dica
et la pluviosité locale
Nous avons essayé de comparer les variations de 13C sur la section de tronc de A.
indica (moyenne glissée de trois mesures) avec celles de la pluviométrie annuelle locale
entre 1967 et 1990 (Fig. 2.37, A et B). Dans l'ensemble, on observe une bonne
correspondance entre fluctuations pluviométriques et fluctuations des o13e: les phases de
déficit hydrique correspondent aux phases d'augmentation des teneurs en 13C.
Distance entre l'écorce et l'aubier
1
1
1
(
1
•
1
1
0
20
40
60
80
100
120
140
, 60
J
300 [,
-25
Teneur moyenne en 13C et
~.
Pluviométrie moyenne
~ 350 -1
u
~
S
-26
500 1 ~0
..-
~
'--'
~
-27
)50
.....l
u
p...
::l
200
-28
50
67
71
75
79
83
87
ANNEES
FIG. 2.37 - Fluctuation des ôl3e dans une section de tronc d'A. indica(Courbe A) et
relation avec la pluviométrie moyenne annuelle entre 1967 et 1990
(CourbeB)

---

89
Ainsi donc, au regard des relations que nous avons déjà observées le ôBC des
plantes et les paramètres climatiques principaux du milieu, on est tenté d'établir un lien
entre les fluctuations des ôBC de la section de tronc d'A. indica et la pluviosité locale.
Dans cette hypothèse, la phase d'enrichissement isotopique observée dans la zone interne
de la section coinciderait avec la période de déficit pluviométrique intense du début des
années 70. Le déficit pluviométrique des années 1977 à 1983 est aussi souligné par la
courbe de BC, ainsi que la légère reprise amorcée en 1984.
2.3.5 - INTERPRETTION DES VARIATIONS DES ÔUC DANS LA MATIERE
ORGANIQUE AU SENEGAL
TI convient de distinguer le cas des plantes terrestres isolés tel Acacia albida de
celui des plantes palustres.
Signification des teneurs en I3e dans la cellulose nitrate d'A. alhida
Les mesures de BC faites sur la cellulose nitrate d'A. albida montrent un
enrichissement isotopique graduel de près de 6°/00 du Sud au Nord du Sénégal, et les
paramètres statistiques que nous avons employés montrent qu'il existe globalement une
relation entre les ôBC de la matière organique au Sénégal et les paramètres climatiques
de base, la pluviométrie et l'humidité relative de l'air. On peut dire que le BC reflète
clairement le gradient d'aridité du climat.
Cependant, dans l'optique d'une application paléoclimatique du BC, il importe de
savoir si l'ampleur des enrichissements isotopiques observés dans les différents sites
reflète l'intensité réelle du déficit hydrique dans le site considéré.
Les conclusions de MAZANY et al (1980), TANS et MOOK (1980) et
FRANCEY et FARQUHAR (1982) au sujet de mesures de BC dans des zones arides
(Arizona), montrent qu'un déficit hydrique sévère associée à une forte température peut
provoquer une fermeture des stomates (pour limiter les pertes en eau). li en résulte une
diminution du taux d'assimilation de CO2 (A), de la conductance foliaire (g) et du
rapport entre les concentrations de CO2 de part et d'autre de la paroi des cellules
foliaires (C/Ca). Cette réaction physiologique d'adaptation à la sécheresse a pour
conséquences une réduction de la quantité de bois produite et un enrichissement en 13e.
TI ressort des ces considérations que, dans un environnement aride, l'inlportance
de l'enrichissement en DC mesuré sur une espèce donnée dépend du degré de sensibilité
de cette espèce vis à vis du déficit hydrique. Cela signifie que dans les conditions arides,
un même taux d'humidité peut induire un enrichissement en BC plus important pour

---

90
certaines espèces que pour d'autres. Des obervations de cette nature ont été faites par
GlJEHL etaI (1991) sur des espèces d'A bies méditerranéennes.
A la lumière de de ces observations, nous pouvons dire que dans un site aride,
comme le Nord du Sénégal, les teneurs en BC les plus élevées mesurées sur les plantes
isolées ne reflètent plus le taux d'humidité réel (dans le sol) lorsque celui-ci s'abaisse au
delà d'un certain seuil spécifique (qui déclenche la réaction d'adaptation à la sécheresse).
Signification des teneurs en 13C dans la cellulose nitrate des plantes lacustres.
Nous avons noté tout d'abord, que les plantes lacustres sont sensiblement plus
appauvries en 13C que les A. albida poussant à la même latitude. On sait qu'en milieu
suffisamment humide, A et g augmentent, de même que C/Ca. TI en résulte une
diminution de ô13c. En cas de végétation abondante, la concentration de COz respiratoire
dans l'air ambiant (Ca) augmente. La teneur en Be dans cet air pourrait subir une
diminution temporairement si le COz respiratoire n'est pas rapidement recyclé dans
l'atmosphère. TI en résulte un ôUC dans la cellulose encore plus négatif.
Si l'on compare les teneurs en BC des différentes espèces qui occupent un même
site lacustre, on remarque que Typha est toujours plus appauvrie que Phramites. Ceci
pourrait être lié à la zonation écologique des différentes espèces lacustres.
En effet, dans les Mayes, Typha forme des prairies touffues au centre des zones
innondées tandis que Pragmites se répartit dans les poutOtifS plus ou moins humides des
dépressions. Cyperus se répartit tantôt dans la zone innondée, tantôt sur les bordures
asséchées des Niayes. Cette zonation écologique est reflétée par une zonation isotopique
selon l'importance de l'humidité dont bénéficie les espèces. En définitive, le 13C apparaît
comme un outil capable de rendre compte des variations du taux d'humidité qui règne dans
les Mayes.
Cependant, le fait d'observation essentiel est l'absence d'un enrichissement
latitudinal notable des teneurs en Be dans les plantes lacustres. De plus, les teneurs sont
légèrement plus négatives dans les Niayes, au centre ouest du pays, que dans l'extrême
sud. Mais cela est sans doute lié au fait que la végétation herbacée lacustre est
relativement plus dense dans les Niayes; ce qui tend à abaisser le ô13c.
Par contre, l'absence d'un enrichissement latitudinal est dû au fait que du Sud au
Nord du pays, le principal facteur de variation du B C dans les différents îlots lacustres (le
taux d'humidité du sol) n'a pas subi une baisse susceptible d'induire une augmentation
des teneurs en 13C, contrairement à ce que l'on a observé dans les sites terrestres
environnants.

---

91
Cela signifie qu'au cours du processus de discrimination isotopique du carbone
dans la matière organique végétale, ce sont les conditions hydro-climatiques qui s'exercent
dans l'environnement immédiat de la plante qui sont détenninantes et non les conditions
régionales. Ceci est clairement perçu lorsque l'on compare les 13
Ô C des Acacia à ceux des
plantes lacustres:
- Au Sud: 13
I3
Ô C(PLANŒSLACUS1RES) [=-26.6°/00] plus positif que Ô C(ACAClA) (=-28.1 °/00]
- Au Nord:
13
I3
Ô C(PLANlF..S LACUS1RES) [=-26.4%0] plus négatif que Ô C(ACAOA) [=-
22.9°/00].
Donc, les teneurs de BC mesurées dans un site donné ne doivent pas être
considérées systématiquement comme représentatives du climat à l'échelle régionale.

---

92
2.4 - CONCLUSIONS AU CHAPITRE: LES POSSIBILITES ET LlMITES
D'UTILISATION
DE
180, 2B
ET
1JC
COMME
MARQUEURS
PALEOCLlMATIQUES
Les considérations que nous venons d'évoquer sur les relations entre 180 , 2H et
B C dans la matière organique végétale au Sénégal et les facteurs environnementaux
permettent de tirer un certain nombre de conclusions sur les possibilités et limites
d'utilisation de ces isotopes comme marqueurs paléoclirnatiques.
2.4.1 - Possibilités d'utilisation des isotopes en paléoclimatologie
Les différents résultats graphiques et statistiques que nous venons d'examiner
18
mettent en évidence un lien entre les Ô 0, ô2H et ôl3C de la matière organique au
Sénégal et le contexte climatique local dont le paramètre essentiel est la pluviométrie.
Cela permet de dire que dans le contexte climatique soudano-sahélien, les isotopes de la
matière organique végétale servent de proxy indicateur de l'humidité globale du climat.
A l'échelle régionale, le lien avec le climat se traduit par des gradients
d'enrichissement isotopique dans la cellulose d'Acacia albida qui reflètent le gradient
d'aridité latitudinallié à la baisse pragressive de la pluviosité à mesure que l'on passe de
la savane forestière au Sud à la steppe semi-désertique au Nord. En plus de cela, les 180
et 2H reflètent la discontinuité hydra-climatique entre le Nord et le Sud du Pays,
discontinuité liée la prédominance des flux de mousson dans la zone sud et des flux d'Est
dans la zone nord.
Ainsi, dans l'optique d'une reconstitution paléoclimatique à partir de séries de
«cernes» ou de dépôts fossiles de matière organique végétale, les
18
2
13
cS 0, cS H et cS C de la
cellulose peuvent refléter des séquences hydra-climatiques de type humide/aride. Cela
peut conduire à des conclusions intéressant la migration du front de mousson dans le
passé, à travers les latitudes sahéliennes et la circulation atmosphérique globale dans le
passé.
Dans ce contexte, les isotopes de matière organique végétale fossile permettraient
de vérifier les conclusions paléoclimatiques tirées des méthodes d'investigation classiques
(sédimentologie, palynologie, etc) et les prévisions climatiques basées sur des modèles de
variations de l'orbital terrestre. Nous verrons cet aspect dans le dernier chapitre du
mémoire.
En outre, les variations spatiales de 180 dans la cellulose de A. albida et dans les
eaux des nappes superfieJJes présentent une simulitude frappante qui laisse entrevoir la
possibilité d'utiliser le
18
cS 0 de la matière organique comme indicateur de processus

---

93
isotopiques qui se déroulent à l'échelle de la nappe phréatique. Cela permettrait
d'accéder à des données hydrologiques et paléohydrologiques à partir de l'analyse
isotopique de la cellulose des plantes. Cependant la possibilité d'utiliser les 18
Ô 0 et ô2H à
des fins purement hydrologiques devra être confinnée par des études circonscrites à
l'étendue d'une nappe libre bien délimitée.
D'autre part, l'étude des variations du BC à travers une section de tronc d'arbre
ouvre la possibilité d'utiliser cet isotope comme archive climatique pour les périodes
actuelles et les périodes historiques si les arbres sont pluricentenaires. Cela supléerait
l'insuffisance ou le manque d'archives météorologiques et hydrologiques historiques
dans les pays sahéliens. Là auss~ nos observations doivent être confirmées sur d'autres
arbres.
2.4.2 - Problèmes et limites d'utilisation de la méthode des isotopes
L'examen de nos résultats en fonction des modèles théoriques qui expliquent la
discrimination isotopique des 180, 2H et BC dans la cellulose permet d'envisager un
certain nombre de limites à l'utilisation de ces isotopes comme marqueurs climatiques
dans la zone soudano-sahélienne. En effet, lorsque les conditions du milieu franchissent
un certain seuil, les différents flux qui traversent la plante subissent une modification qui
impose une certaine limite aux échanges isotopiques dans la cellulose.
Cela signifie que lorsque du fait du déficit hydrique la plante impose une limite
aux échanges avec l'atmosphère ambiante, alors la composition isotopique de la cellulose
ne reflètent plus les conditions climatiques réelles qui régnent dans le milieu. C'est à dire
qu'une partie de l'information climatique pourrait ne pas être reflétée par les isotopes de
la cellulose. Dans ce cas, la reconstitution paléoclimatique à partir des 180, 2H et l3c
comportera une imprécision qui sera d'autant plus importante que les conditions
climatiques dans le passé étaient proches des conditions limites.
C'est là un problème lié à la capacité d'adaptation des espèces aux conditions
limites. En effet, dans un contexte de déficit hydrique (du sol et de l'air), la capacité de la
plante à tolérer la sécheresse est déterminante dans la teneur finale du bois en isotopes
lourds. Cela peut expliquer en partie le fait que dans le Walo, les teneurs en 180 des A.
albida sont de 2°/00 supérieures à celles mesurées sur des Balanites aegyptiaca poussant
dans la même aire climatique.
Dans l'hypothèse où c'est B. aegyptiaca qui tolère mieux le déficit hydrique,
c'est cette espèce qui devrait servir à «étalonner" l'hwnidité du climat et non A. albida.
Théoriquement, en milieu aride, c'est lorsque l'enrichissement isotopique atteint un
maximum pour l'espèce la plus tolérante vis à vis de la sécheresse que l'on est le plus
proche des conditions climatiques réelles qui règnent dans ce milieu.

---

94
Nos résultats posent aussi le problème de la représentativité des teneurs
isotopiques mesurées à l'échelle d'un site, lorsqu'il s'agit d'apprécier des facteurs
climatiques à l'échelle régionale. Là dessus les tendances isotopiques observées varient
en fonction de la nature du site (milieu terrestre ou lacustre) et de l'isotope utilisé.
En effet, avec le 2H, l'enrichissement isotopique latitudinal observée à l'échelle du
pays sur les plantes terrestres (A. albida) est également visible sur les plantes lacustres
malgré une forte dispersion des teneurs isotopiques dans les sites lacustres.
Par contre, avec le BC, nous n'avons pas observé un véritable gradient isotopique
latitudinal dans les plantes lacustres. Pour cet élément, les tendances isotopiques
observées à l'échelle du pays sur les plantes terrestres (A. albida) et sur les plantes
lacustres sont apparemment contradictoires.
Or,
en milieu
soudano-sahélien.,
les conditions hydro-climatiques varient
rapidement dans l'espace selon que la topographie et/ou la perméabilité du sol est
favorable ou non à une rétention des eaux ruissellement sous forme de lacs, donc à
l'installation d'écosystèmes lacustres. Par conséquent, si l'on tient compte de l'impact de
ces changements hydro-climatiques à petite échelle sur la composition isotopique de
l'hydrogène et du carbone, on peut dire que dans un contexte climatique semblable à
celui du Sénégal, une reconstitution du paléoclimat à l'échelle régionale peut utiliser les
teneurs en 2H des plantes terrestres aussi bien que celles des plantes lacustres. Par contre,
pour le BC, il faudrait utiliser essentiellement les teneurs isotopiques des plantes
terrestres.
Néanmoins, dans les sites lacustres, nous avons vu que les isotopes des plantes, à
l'occurence le BC, sont sensibles aux variations de l'humidité du milieu et de la biomasse
végétale. Cela veut dire que composition isotopique de la paléoflore lacustre des Niayes
du Sénégal peut servir à une reconstitution de paléoséquences de type arideJhumide qui
se seraient succédées dans les tourbières au cours du Quaternaire récent..

---

1
J
r
1
t
chapitre 3
SEDlMENTOGENESE ETVARIATIONS CLIMATIQlTES
DANS LES TOURBlliRES DES MAYES DU SENEGAL

---

1
96
1
r
3.1 - LE MlLIEU"NATUREL DES TOURBIERES DES NIAYES
1
Les tourbes des Niayes du sénégal se sont accumulées dans les cuvettes
interdunaires du massif de dunes littorales de la grande côte du Sénégal, entre 14°50 et
r
16° N, sur une bande de 2 à 8 Km de large (Fig. 3.1). L'épaisseur des dépôts atteint une
dizaine de mètres dans les sites les plus profonds (Fig. 3.2).
r
La génèse et la conservation des sédiments tourbeux dépendent de plusieurs
facteurs qui sont tous liés aux conditions climatiques. TI s'agit:
t
- de la morphologie et la dynamique du substratum dunaire qui constitue le cadre
gitologique des tourbières dont le modelé dépend des vecteurs éoliens et de l'importance
du couvert végétal;
- la position de la surface de la nappe phréatique dans les cuvettes interdunaires
qui dépend principalement de l'importance de la pluviométrie;
- la production végétale dans les cuvettes qui est à l'origine de la tourbe.
3.1.1 - Cadre géologique et géomorphologique
La génèse des dépôts de tourbes dans les dépressions Niayes est étroitement liée
à la morphologie et la dynamique des systèmes de dunes mises en place le long du littoral
nord au cours des périodes arides du Pléistocène terminal et de l'Holocène.
Les systèmes de dunes reposent sur un substratum marno-calcaire de l'Eocène
moyen qui s'enfonce graduellement vers l'Ouest (Fig. 3.3).
Vers le Nord, au delà de Mboro, le massif de dunes est relativement large, et les
dépressions tourbeuses sont situées entièrement dans un environnement dunaire (Fig.
3.1).
Par contre, au Sud, dans le secteur du lac Tamna, le massif de dune se rétrécit et
s'appuie sur la falaise de Thiès et le Horst de Ndiass.
Les fonnations éocènes affleurent à l'arrière pays des Niayes. Les marnes
argileuses de l'Yprésien forment de petites collines arrondies et de petites falaises sur la
rive ouest du lac Tanma. A Thiaye, sur la rive est du lac, les calcaires à Discocyclines de
l'Eocène moyen forment des auréoles de faibles dimensions à l'intérieur des calcaires
argileux du sommet de l'Yprésien.
Plus au Sud, les formations éocènes du plateau de Bargny dominent la zone de
tourbières situées entre Kayar et le lac Retba.

---

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FIG. 3.1 - Localisation des tourbières des niayes dans la grande côte du Sénégal

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~ Vases ar9aniQueS sillo -oroiieuses
o Sables rouoes des dunes fixées
FIG. 3.2 - Carte de localisation des dépôts de tourbes dans le secteur de Mboro

---

99
En allant de l'intérieur des terres vers l'océan, on dénombre plusieurs systèmes
dunaires d'âge différent qui se succèdent dans l'espace.
Le premier est l'erg ogolien de dunes rouges qui s'est édifié au cours de la phase
aride fini-pléistocène (Michel, 1969). li est constitué de la juxtaposition de deux unités
morphologiques différentes par l'altitude des sommets de dunes, l'importance du système
crêtes-couloirs et l'orientation des dunes (SALL et al, 1978).
Vers l'intérieur, les dunes ogoliennes sont longues et arasées. Cependant,
l'alignement originel de direction NE, parallèle à la côte est encore observable malgré le
colmatage des interdunes. Ceux-ci sont en général peu profonds et ne renferment pas de
dépôts de tourbes.
NE
Sables
nouackchottiens
lKm
FIG. 3.3 - Coupe géologique NE-SW à travers le massif de dunes du littoral nord,
dans la zone centrale des niayes.

---

1
100
r
1
A l'extérieur, les dunes ogoliennes ont été remaniées au cours de la phase humide
du Tchadien (Holocène inférieur). Les dunes sont courtes et présentent un modelé
1
particulièrement complexe caractérisé par des altitudes relativement importantes dans
certaines zones (plus de 30 m dans les secteurs de Mhoro et Diogo), des couloirs
interdunaires profonds aux contours digités, souvent serrés et réticulés autour de dunes
1
paraboliques orientées dans des directions allant de NW et NNE à des directions
franchement est. Ces caractéristiques topographiques participent aux conditions
multiples qui ont déterminé l'installation des tourbières.
1
Le système dunaire externe du littoral comprend deux unités juxtaposées. TI s'agit
de dunes jaunes semi-fixées et des dunes vives blanches du cordon littoral actuel.
Le massif de dunes jaunes aurait été mis en place lors de phases regressives post-
nouackchottiennes (après 5 500 BP). Sa largeur atteint 4 Km dans certains secteurs,
tandis qu'elle se rétrécie considérablement à l'aval des grandes dépressions pseudo-
fluviatiles du lac Tanma, de Mbawane et de Mboro. Les versants sous le vent
surplombent l'erg ogolien par des talus abrupts qui deviennent très marqués à l'aplomb
des dépressions. Une nette tendance à la remobilisation se fait sentir actuellement et dans
certains endroits les dunes réactivées tendent à ensevelir les dépressions.
Enfin, près du rivage, les dunes vives récentes fonnent une bande de quelques
mètres à quelques centaines de mètres avec une morphologie relativement complexe. Au
niveau de l'arrière plage, sous l'action des alizés, le cordon s'organise en petites dunes
paraboliques. Les contrastes altitudinaux sont alors très marqués à ce niveau. Par contre,
vers l'intérieur, le raccordement avec les dunes jaunes se fait généralement en pente
douce. Le système dunaire externe du littoral ne renfenne pas de dépôts de tourbes
visibles en surface.
3.1.2 - Contexte hydrologique et hydrogéologique
Les systèmes de dunes décrits ci-dessus renfennent une importante nappe
phréatique d'eau douce qui repose sur les marno-calcaires de l'Eocène. Le substratum
étant affecté d'une pente vers le Nord ouest, l'épaisseur des sables atteint un maximum à
l'aplomb du rivage (Fig. 3.3).
Les données piézométriques mettent en évidence deux axes pnnClpaux de
drainage de la nappe (BRGM, 1984): un drainage vers les calcaires de l'Eocène moyen
dans les secteurs
de Kell et Kébémer où le mur est relativement pennéable et un
drainage vers l'océan dans les secteurs prélittoraux entre Léona et Mboro.
Dans le détail, Je comportement de la nappe montre une certaine complexité. Par
exemple, dans le secteur Mhoro-Lompoul, les isopièzes récentes montrent un écoulement

---

1
101
r
1
vers l'océan avec une pente qui varie selon le secteur considéré: entre Lompoul et Fass
Boye, la pente est faible (1 %) et uniforme; au Nord de Mboro, la pente s'accroît
1
régulièrement en direction de la côte et atteint 3% à proximité du rivage tandis qu'à
Mboro elle n'est plus que 1%.
1
En année de pluviométrie suffisante, la nappe est directement affectée par les
précipitations. L'amplitude de la remontée piézométrique moyenne annuelle consécutive
aux pluies varie de 0 à 0,60 m pour l'ensemble de la nappe. Le niveau piézométrique
r
alors dynamique suit de façon atténuée le modelé topographique.
Dans l'ensemble, les écoulements superficiels nés des contrastes altitudinaux sont
peu étendus, à l'exception des zones sud où les dépressions (lac Tanma, Mbawane,
Retba) jouxtent la cuesta de Thiès, ou le massif de Ndiass, ou le plateau de Bargny.
La remontée de la nappe liée aux apports d'eaux pluviales donne naissance à de
nombreuses accumulations lacustres dues à l'affleurement de plans d'eau libres dans les
dépressions. L'alimentation des dépressions situées en bas de talus peut se faire
directement à partir de la nappe contenue dans le massif de dunes.
Ce processus peut se poursuivre longtemps après le tarissement du centre de la
dépression et contribuer à maintenir de façon quasi permanente un plan d'eau dans les
bordures de certaines grandes cuvettes où une végétation vigoureuse se développe.
3.1.3 - Cadre floristique
De nombreux auteurs ont étudié la végétation du littoral nord du Sénégal:
TROCHAlN (1939, 1941), ADAM (1933, 1954) NAEGELE (1959), RAYNAL (1961,
1963).
L'évolution de la flore du fait de la sécheresse et de l'action anthropique fut
certainement très rapide au cours des dernières 30 années. Le cadre botanique actuel
constitue une étape très avancée de la dégradation des formations végétales du littoral
(Fig. 3.4). Cependant, à travers les études des auteurs cités ci-dessus, on peut percevoir
ce que furent leurs caractéristiques au cours d'un passé récent.
En
particulier,
l'étude
de
Raynal
(1963)
aura
apporté
beaucoup
de
renseignements sur la nature et l'évolution de ces formations végétales en rapport avec la
morphologie des sols et le contexte hydrologique qui ont créé les conditions propres à
l'installation des phytocénoses riches et variées, les niayes, qui ont généré les dépôts de
tourbes.

---

1
102
1
1
Les dunes vives ou semi fixées portent une végétation essentiellement composée
de graminées et de cypéracées psammophiles.
1
De la côte vers l'intérieur, on définit plusieurs faciès et groupements successifs
(TROCHAIN, 1939; RAYNAL, 1963): un faciès halophile à Cyperos conglomeratus, un
1
groupement steppique à Aristida hyperrhenia et un groupement continental à Aristida
enrichi d'espèces de grandes tailles telles que Ficus toningii, Ficus congensis, Detarium
senegalensis, Voacanga africana ..
1
Les fronts de dunes jaunes qui surplombent certaines grandes dépressions portent
encore une végétation arbustive buissonnante avec Fagara ranthoxyloides, Alchomea
cordifolia.
Le bas de talus qui se trouve être la bordure de la dépression peut être garni d'une
végétation relativement dense. C'est le cas de la rive nord-ouest du lac Tanma où subsiste
une fonnation forestière dans une galerie inondée en permanence par l'eau provenant de
la nappe du massif de dunes qui surplombent la dépression.
Ce faciès d'affinjté guinéenne à Elaeis guineensis avec quelques fougères
grimpantes correspond à l'association végétale que TROCHAIN (1939) a décrite et
désignée sous le vocable de « Niaye » .
Dans cette formation des niayes, RAYNAL (1963) définissait des associations
végétales qui constituent dans l'espace une zonation écologique liée à la proximité de la
nappe,
et
dans
le
temps
une
série
progressive
colonisatrice
qui
s'adapte
à
l'approfondissement des cuvettes.
La niaye inondée est caractérisée par une dominance des fougères (Lygodium,
Ampelopteris, Cyclosoros, Microlepia). Outre Elaeis, la strate arborée comprend
quelques grands arbres tels que Ficus congensis, Bridelia micrantha.
La maye humide non inondée est envahie par une végétation encore plus riche et
variée où on distingue une strate ligneuse (Alchomea cordifolia, Aphania senegalensis,
Ceasalpinia bonduc, Ficus capensis, F. ovata, F. scott-elliotti, F. vogelii, Moros
mesozygia, Trema guineensis ... ), et des espèces grimpantes (A brus precatorius, Adenia
lobata, Adenopus breviflorus, Ampelocinus multistriata, Paullinia pinnata, Rhynchosia
pycnostachya...).
Quand la strate arborée régresse, le milieu détrempé, plus ou moins marécageux
voit s'installer Typha australis, Phragmites, Cyperus dives.

---

1
103
1
r
La physionomie actuelle des mayes se caractense par la forte dégradation des
associations végétales naturelles due aux effets conjugués de la baisse des nappes et des
1
activités culturales (Fig. 3.4). Néanmoins, des typhaies vigoureuses associées à des
roseaux, des cypéracées et des graminées, subsistent dans la plûpart des sites où une
certaine humidité est maintenue.
Culture
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FIG. 3.4 - Représentation schématique de l'aspect actuel de la végétation d'une
niaye.

---

1
104
1
1
3.2 - LES PRINCIPAUXFACIES~TLEDRSIGNIFICATION CLIMATIQUE
1
Les sédiments tourbeux des niayes de la grande côte du Sénégal ont été étudiés
grâce à sept sondages situés entre les localités de Mboro et Diogo (Fig.3.2 supra)
1
(FALL, 1986; SAOS et FALL, 1987; FALL et al, 1988). Les datations au radiocarbone
faites par LEZINE (1987) et DIOUF (1991) sur les mêmes sites d'étude, permettent de
situer les âges des dépôts entre 12000 BP et le Subactuel.
1
Les études de terrain et de laboratoire ont permis d'individualiser trois lithofaciès
principaux. Il s'agit d'un faciès essentiellement organique, autochtone, avec peu de
charge minérale, la tourbe et deux faciès à dominante minérale, plutôt allochtones,
différents par leur texture: les vases organiques silto-argileuses et les vases organiques
silto-sableuses (Fig. 3.5).
Les tourbes
La tourbe renferme 50 à plus de 90% de matière organique essentiellement à
l'état figuré. Elle est rencontrée principalement sous trois états:
- la tourbe franche très peu humifiée de couleur brune avec des restes végétaux
bien conservés;
- la tourbe humifiée de couleur brune ou noire à tissus végétaux partiellement
gélifiés;
- la tourbe plus ou moins humifiée, noire avec micro-débris carbonisés ou
pyrofusinites.
La tourbe se forme dans des aires phytogènes recouvertes d'une faible tranche
d'eau. Les débris des plantes sont plus ou moins soustraits de l'oxydation et s'accumulent.
L'état anoxique du milieu hydromorphe provoque une décomposition lente de la partie
inférieure des plantes herbacées.

---

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GranulométriE
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FIG. 3.5 - Lithostratigraphie et sédimentologie de la carotte de tourbes de Touba
Ndiaye

---

1
106
1
1
Ce mode de formation de la tourbe dans les niayes est étroitement dépendante du
battement du niveau de la nappe des sables_ Ainsi, les importantes accumulations de
1
tourbes relativement homogènes rencontrées dans certains sondages se sont faites à une
période de remontée progressive du niveau de la nappe phréatique.
1
Dans le même temps, le faciès tourbe reflète des périodes d'apport presque
exclusivement organique sans doute lié à un développement optimal de la végétation
1
dans les niayes, au cours d'une période relativement plus humide que la période actuelle.
,
Les poches de sables qui sont parfois associées à des macro-débris ligneux
seraient mises en place au cours d'inondations des dépressions par de fortes crues.
Les vases organiques
Les vases organiques silto-argileuses renferment une fraction minérale silteuse et
argileuse abondante et de la matière organique amorphe gélifiée_ Elles sont rencontrées à
la base de certains sondages relativement profonds (Touba Ndiaye, Diogo) où elles sont
surmontées par les tourbes sans aucun terme de transition entre les deux unités CFALL,
1986).
Ceci met en évidence l'existence d'au moins deux périodes de fonctionnement des
tourbières. Les datations obtenues par LEZINE (1987) permettent de situer l'arrêt de la
première phase de dépôts entre 9 000 à 7000 ans BP. Le début de la seconde période est
datée dans le sondage de Touba Ndiaye autour de 7 000 ans BP.
Les vases organiques silto-sableuses renferment une fraction minérale silteuse
plus ou moins abondante et une fraction sableuse abondante. La matière organique (20 à
40%) est gélifiée. Certains sondages montrent à l'intérieur de ce faciès des passages de
tourbes fibreuses très humifiées_
Ce faciès appartient à l'unité lithostratigraphique supérieure. il indique une
importante
participation
du
matériel
dunaire
environnant
à la sédimentation,
contrairement aux vases silto-argileuses de l'unité inférieure dont la dominante fine à très
fine pourrait avoir une origine lointaine

---

107
3.3 - CONTRIBUTIONS DUNAIRES ET LOESSIQUES AUX DEPÔTS DES
TOURBIERES DES NIAYES: VARIATIONS ET INT:ElŒRETATION
CLIMATIQUE
Les sédiments des tourbières des niayes constituent un mélange entre une
composante biogénique autochtone liée à la production végétale des dépessions et une
composante minérale détritique essentiellement allochtone, dont la nature et l'importance
quantitative dépendent des vecteurs hydrodynamiques et éoliens contrôlés par le régime
climatique.
L'existence d'une fraction détritique silto-argileuse dont les caractéristiques
sédimentologiques
diffèrent
fondamentalement
avec
celles
du
matériel
dunaire
environnant, amène à envisager, pour ce matériau, une origine lointaine, probablement
loessique.
3.3.1 - Données granulométriques
La classification de DOEGLAS (1968) met en évidence plusieurs familJes
granuJométriques allant des sables moyens aux silts très fins (Fig. 3.6).
Cette distribution contraste nettement avec celle du matériel des dunes
environnantes qui sont fonnées de sables grossiers à moyens dépourvus de silts et
d'argiles.
L'assymétrie Sk et la moyenne Mz, calculées d'après les fonnuJes de FOLK et
WARD (1957), différencient nettement les vases silto-sableuses des vases silto-argiJeuses
(Fig. 3.7).
L'assymétrie positive du matériel silto-sableux et négative du silto-argiJeux peut
être interprétée comme une surcharge de silt sur deux familles granulométriques
différentes, l'une sableuse, l'autre argileuse.

---

108
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FIG. 3.6 -Caractérisation granulométrique de la charge minérale des. tourbes des
niayes à l'aide du diagramme premier quartile (QI), médiane (Md) et
troisième quartile (Q3).
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10
W,
FIG. 3.7 - Différenciation de la charge minérale des tourbières en familles
granulométriques par le spectre Sk-Mz.

---

109
Le diagramme QI-Md-Q3 (Fig. 3.6) montre très clairement l'assymétrie des deux
distributions granulométriques due aux valeurs très élevées de Q3 pour la première
famille, et QI pour la deuxième.
La composante sableuse la plus grossière des vases silto-sableuses, presque
symétrique et apparemment proche du matériel dunaire, accuse cette surcharge, en
présentant un écart important (5 à 6 <p) entre le diamètre Q3 et celui correspondant à
l'extrémité de la distribution (Q99), d'où le mauvais classement observé pour ce faciès.
La répartition CM (Fig.
3.8) dessine dans l'ensemble un segment
RS
particulièrement long, à l'exception du faciès sableux cité ci-dessus qui occupe la base du
segment QR qui caractérise l'ensemble du matériel dunaire.
Selon PASSEGA (1977), le matériel fin à très fin du segment RS est transporté
en suspension non gradée uniforme. Le dépôt se fait par décantation en milieu calme. La
longueur de RS est détenninée par les variations de la teneur en particules très fines et
non par les variations du niveau d'énergie.
Le matériel du segment QR est transporté en suspension dégradée et déposé par
décroissance de la compétence du courant. Un segment QR court impliquerait de faibles
variations granulométriquesentre la base et le sommet de la suspension gradée, et une
turbulence
au
voisinage
du
fond
relativement
basse.
Cette
suspension
étant
essentiellement formée de matériel dunaire, la composante sableuse des vases organiques
peut correspondre à sa fraction la plus fine.
La participation du matériel dunaire à la sédimentation s'est accrue sensiblement
au
cours du
dépôt
des
sédiments
récents
(vases
siJto-sableuses
et
tourbes),
vraisemblablement en relation avec des remaniements du système dunaire au cours de la
formation des tourbières.
La fraction silteuse, étrangère à ce milieu et à son environnement proche se serait
déposée par décantation, et se serait intégrée à la fraction sableuse ou à la fraction
argileuse.
Ce matériel d'origine lointaine a engendré le grand étalement de la distribution
granulométrique et les variations de Sk, positive en cas de mélange avec les sables, et
négative en cas de mélange avec les argiles qui, nous le verrons, peuvent être en partie
héritées du voisinage, en partie amenées par les flux d'aérosols (présence d'il lite dans tous
les niveaux des sondages), si elles ne sont pas plutôt néoformées au sein des réceptacles.

---

110
C
QI
Md
Q3
99%
-1
1
2
2
4
Sables des dunes
2
2
2
3
2
2
2
3
0
2
3
5
8
0
2
3
3
4
0
Vases organiques
2
3
5
9
0
silto sableuses
2
3
3
6
0
3
3
5
9
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2
3
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9
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3
6
9
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8
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5
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Vases organiques
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7
9
9
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Silto argileuses
2
3
7
9
0
2
3
8
9
0
2
6
8
9
0
TABLEAU m.l - Valeurs (<p) des indices C-QI-Md-Q3-99% des principaux faciès
3.3.2 - Discussions
Les études granulométriques ont montré que les silts et les argiles (autres que
celles néofonnées) sont étrangers au milieu des tourbières. La faible étendue des bassins
versants
des
niayes
et
le
cadre
géomorphologique
limitant
le
phénomène
d'alluvionnement, l'hypothèse d'une origine loessique de ces particules est à envisager.
3.3.2.1 - Arguments granulométriques et minéralogiques
Les manifestations de poussières éoliennes (brumes sèches) d'origine saharienne
sont devenues, de nos jours, des phénomènes saisonniers dans la frange sahélienne.
Les nombreuses études consacrées à ce phénomène (KALU, 1977; GLACCUM
et PROSPERO, 1980; COUDE-GAUSSEN, 1984; GAC, 1985) au niveau de sites très

---

III
divers (zones sahéliennes, côtes ouest-africaines, Atlantique nord, Atlantique sud) ont
pennis de retracer les trajectoires des aérosols actuels et de préciser leurs caractéristiques
granulométriques et minéralogiques.
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FIG. 3.8 - Répartition de la charge minérale des tourbières des niayes dans le
diagramme C-M de PASSEGA.
La comparaison entre les caractéristiques granulométriques et minéralogiques de
la fraction minérale des tourbières et celle des poussières actuelles fournit un certain
nombre d'arguments en faveur d'une origine loessique des silts et d'une partie des argiles
de ces sédiments:
- les sédiments renferment une forte teneur en silts par rapport aux sables et
argiles alors que les ensembles dunaires environnants sont constitués de matériel de mode
supérieur à 200~m et ne renferment pas de silts;
- la granulométrie des sables s'apparente aux granulométries établies pour des
loess de différentes origines:
. plus ou moins les mêmes teneurs en sables, limons et argiles;
. valeurs C-QI-Md-Q3-99% des sédiments (Tableau ill.l) équivalentes à celles
obtenues pour les loess actuels (DOEGLAS , 1968) qui sont caractérisés par une

---

112
médiane située entre 5 et 6q>, un grand écart entre Md et Q3 et la valeur 99% d'une part,
et entre QI et Md d'autre part;
- la présence de l'illite, minéral argileux hérité par excellence dans tous les
niveaux des sondages plaide en faveur d'une origine éolienne d'une partie du cortège
argileux des sédiments.
3.3.2.2 - Arguments paléogéographiques
Des sédiments terrigènes silteux ou silto-argileux d'origine éolienne ont été
décrits dans des carottes marines d'âge Pléistocène supérieur à Holocène au large des
côtes ouest-africaines (DIESTER-HAAS, 1979; SARNTHEIN et al, 1982) et dans des
dépôts continentaux lacustres de même âge rencontrés en sondage entre 9 et 21°N
(MALEY, 1982).
Ces
sédiments
présentent
une
distribution
semblable
à celle
provenant
actuellement
du
transport
des
poussières
sahariennes
par
lHannattan,
et
correspondraient à des phénomènes de brumes sèches qui ont intéressé la zone sahélo-
soudanienne au cours des derniers 20 000 ans.
Les apports loessiques auraient connu deux épisodes majeurs. Le premier se
situerait entre la fin du Pléistocène supérieur et lHolocène inférieur (15 000-7 000 ans
B.P.) et le deuxième après 4000 ans B.P. (DIESTER-HAAS, 1979; SARNTHEIN et al,
1982). LHolocène moyen, entre 7 000 et 4 000 ans B.P. est caractérisé par des dépôts
grossiers de type sableux.
La première phase loessique englobe la période de dépôt de vases silto-
argileuses, tandis que la phase des dépôts grossiers correspond à la majeure partie de la
période de dépôt des vases siJto-sableuses.
3.3.3 - Conclusion
La charge minérale des tourbières doit être considérée cornm un mélange entre
une fraction sableuse dunaire et une fraction siJteuse à argilo-silteuse loessique.
L'importance de ces deux fractions a changé au cours du temps.
De la fin du Pléistocène supérieur à l'Holocène inférieur (12 000-7 000 B.P.), les
apports loessiques dominants ont conduit aux dépôts des vases silto-argileuses tandis
qu'à IHolocène moyen et supérieur, les apports sableux locaux, devenus plus importants
ont conduit à la fonnation des vases silto-sableuses.

---

1
113
1
1
Cette répartition de la charge minérale serait liée aux variations climatiques qui
ont prévalu aux latitudes sahéliennes au Quaternaire récent.
1
En effet l'accumulation d'aérosols dans les tourbières des niayes suppose
1
enlèvement, long transport et piégeage de particules loessiques.
Au contraire, les dépôts sableux supposent le ravinement des dunes voisines des
r
tourbières. On est donc conduit à voir se succéder, comme dans les lacs holocènes, deux
périodes climatiques: une première de la fin du Pléistocène à l'Holocène inférieur (12
000-7 000 ans B.P.) caractérisée par des brumes sèches et des pluies de mousson
1
homogènes à gouttes fines; une seconde au cours de l'Holocène moyen et supérieur (7
000-2 000 ans B.P.) avec des pluies orageuses et érosives.

---

114
3.4 - NATURE ET EVOLUTION DES MINERAUX ARGILEUX EN RELAnON
AVECLESCONDITIONSE~ONNEMŒNTALES
3.4.1 - Caractéristiques RX des minéraux argileux des tourbières des niayes
La composition minéralogique des sédiments a été étudiée par diffraction des
rayons X. L'identification des minéraux argileux en phase monominérale ou sous forme
d'édifices interstratifiés a été faite par l'examen d'un jeu de trois diffractograrnmes
d'agrégats orientés: échantillon normal (N), échantillon glycolé (EG) et échantillon
chauffé à 500e C (CH) (FALL, 1986; FALL et al, 1988).
Nous avons eu recours à quelques post-traitements par saturation cationique des
espaces interfoliaires avec K+ pour estimer le degré d'altération de certains minéraux et
édifices argileux.
Des investigations plus récentes (DIOUF, 1991) ont apporté des précisions quant
à la nature de certains minéraux argileux et l'importance génétique du phénomène
d'amorphisation fréquemment rencontré dans les tourbières et que nous avions tendance
à négliger dans le dépouillement et l'interprétation des diffractogrammes.
Kaolinite, halloysite, illite, chlorite vermiculite, smectite et intertratifiés sont
les minéraux argileux rèncontrés dans tous les sondages étudiés. La. palygorskite n'a été
rencontrée que dans un seul site.
La Kaolinite est rencontrée sur tous les diffractogrammes. Sa réflexion basale
(7A à 7,15A) et son harmonique (3,5A) sont en général visibles, cependant le minéral
apparaît parfois très désordonné avec une raie 00 1 diffuse et de faible intensité.
Les diffractogrammes révèlent également la présence d'halloysite qui se distingue
de la kaolinite principalement par sa raie 00 1 élargie qui peut aller au-delà de 7, 16A.
Dans les niveaux de tourbes fibreuses, les pics du complexe kaolinite-halloysite
sont masqués par l'abondance des oxydes de fer amorphes. Un pré-traitement des
échantillons à l'acide oxalique a été nécessaire pour améliorer les cliffractogrammes.
L'illite rencontrée dans les sondages présente un aspect dégradé avec des pics
00 1 fortement asymétriques du côté des petits angles, asymétrie qui indique la présence
de feuillets d'illite instables qui gonflent en général au glycolage et dont le traitement par
K+ améliore sensiblement la cristallinité (Fig. 3.9).
La vermiculite est en général masquée par une bande de diffraction dans le
diffractogramme normal. C'est dans de rares cas que nous avons observé son pic 001 à
14A qui se reconnait grâce à sa stabilité après le glycolage.

---

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FIG. 3.9 - Raies 001 de la kaolonite (K), l'illite (1), la vermiculite (V) et
intertratifiés 1-V dans la charge minérale argileuse des tourbes des
niayes. La saturation des espaces interfoliaires des par ~ permet
d'améliorer sensiblemant la cristallilnité des différents édifices.

---

116
Certains bombements naturels à 14A ont été attribués à la dégradation de l'illite
dont l'espace interfoliaire, rempli d'AI-hydroxylé donne une réflexion principale proche
d'une véritable chlonte. C'est ce que l'on désigne par chlorite secondaire.
Le pic 001 de la smectite qui se situe à l4-lSA est également difficile à discerner
dans les diffractogrammes à cause de la bande de diffraction 10-14A fréquemment
observée sur les lames normales. La présence effective de smectite est matérialisée par le
déplacement du pic 001 vers l7A sous l'effet de l'étylène-glycol (Fig. 3.10). Ce pic
s'écrase à 9,7-l0A au chauffage, ou à 10-10,4Â en cas de présence d'AI interfoliaire
asquis au cours de l'altération. Dans ce cas là, les complexes alumineux formés (appelé
A117) gonflent naturellement à 17Â et demeurent stables au glycolage, d'où la tendance à
les confondre avec la smectÏte.
Normal:
- Kaolinite très désordonnée vers 7A
- mite très ouverte vers 9.5A
- Interstratifiés 1-[10-14]1-8
- Smectite à 14A
Glyco1é
-lllite à 10.0 lA
- Smectite à 16A
-Interstratifié [10-14) 1-8
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FIG. 3.10 - Raies de la smectite
et intertratifiés I-S.
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117
Dans la majorité des cas, la bande de diffraction 10-14A présente des raies
diffuses vers 12 et BA. Au glycolage, des effets de pointe se matérialisent qui permettent
d'identifier les édifices irréguliers formés de feuillets à comportement d'illite (nùnéral
parental) et d'espaces interfoliaires à comportement de smectite [10-145] (Dlite-
Smectite), de vermiculite [1O-14v] (lllite-Vermiculite) ou même des deux [14s-14v]
[(Illite-Smeetite)-Vermiculite].
La palygorskite est une variété d'attapulgite caractérisée par une réflexion basale
à 10,5A suivie d'harmoniques à 6,44A (002), 5,42A (003) et 4,19Â (004).
Ces plans sont invariables au glycolage, mais ils se contractent à 10A au
chauffage. L'identification de ce minéral devient difficile lorsque les harmoniques ne sont
pas apparentes, ou que le pic basal se superpose plus ou moins à celui de l'illite.
Les amorphes sont présents dans tous les diagrammes. TI s'agit essentiellement
d'hydroxydes de fer amorphes qui donnent un bombement caractéristiques vers les petits
angles.
A certains niveaux des vases silto-argileuses, les diffraetogrammes des sédiments
totaux révèlent la présence de silice amorphe, de goethite [FeO)OH], de sidérite
(FeC03), de pyrit e (FeS2).
3.4.2 - Distribution stratigraphique des assemblages de minéraux argileux dans le
sondage de Touba. Ndiaye
La figure 3.11 donne la répartition stratigraphique des minéraux argileux dans le
sondage de Touba Ndiaye. En plus des minéraux argileux, le pourcentage d'amorphes est
également représenté.
Le complexe kaolinite-halloysite est pratiquement représenté dans tous les
niveaux du sondage. TI y a une augmentation graduelle des teneurs entre la base et le
sommet du faciès silto-argileux où un maximum est atteint, tandis que dans les tourbes il
y a une diminution des teneurs de bas en haut.
L'illite, la chlorite et les interstratifiés sont représentés à peu près dans tous les
niveaux du faciès silto-argileux au sommet duquel ils disparaissent en même temps. Par
contre dans le niveau de tourbes, on note une carence totale de la verrniculite et des
interstratifiés sur tout le profil sauf entre 1 et 1,5 ID où ils réapparaissent, précédés par
l'illite.

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FIG. 3.11 - Variations des différentes composante de la charge minérale argileuse
dans la carotte de tourbes de Touba Ndiaye. Les diagrammes sont
établis d'après les données quantitatives de FALL (1986) et DIOUF
(1991). Les âges 14C sont de DIOUF (1991)

---

119
Le complexe smectite-A117 apparaît de façon sporadique dans le niveau inférieur
silto-argileux. Il est relativement bien représenté au sommet de ce niveau avant de
disparaitre totalement du faciès supérieur, sauf entre 1 et 1,5 m où il coexiste avec le
cortège formé d'illite, de verrniculite et d'interstratifiés.
Les amorphes présentent une répartition stratigraphique significative entre les
deux faciès du sondage. Même si on ignore la nature du stock de minéraux parentaux qui
ont été amorphisés par l'altération, il semble évident que ce stock contenait des minéraux
tels que la kaolinite, l'illite, la vermiculite et peut-être de la smectite.
3.4.3 - Origine et signification climatique des argiles et minéraux associés
Dans les tourbières, les minéraux argileux seraient naturellement influencés, dans
leur structure comme dans leur répartition et leur composition par deux facteurs
principaux:
- la matière organique dont l'évolution biochimique accroît l'acidité du milieu qui
peut alors être plus ou moins compatible avec les conditions de génèse ou de
conservation des minéraux argileux;
- le régime hydrologique des tourbières qui, selon que les conditions climatiques
sont humides ou sèches peuvent évoluer en bassins ouverts inondés en permanence, ou
en bassins fermés, plus ou moins confinés.
Le matériel siliceux qui constitue la charge minérale des tourbières est allochtone,
d'origine éolienne ou apporté par les mécanismes de vannage aquatique superficiel
(FALL et al, 1988). Une partie du stock de kaolinite et halloysite des sédiments serait
héritée
des horizons
pédologiques superficiels
rubéfiés
qui
coiffent les
dunes
environnantes, et l'autre, l'illite par excellence, proviendrait des aérosols.
Cependant, le fait que les dépôts inférieurs du sondage renferment très peu
d'apports grossiers et près de 50% d'argile, montrent que la participation du matériel
dunaire à la formation de ce dépôt est réduite.
Ceci amène à penser qu'une partie des produits kaoliniques s'est formée in situ à
partir d'un matériel siliceux ultra-fins, probablement d'origine éolienne. Le phénomène de
kaolinisation serait favorisé par la présence de matière organique (MILLüT, 1964;
GAUTHIER et al, 1977).
li n'est pas certain que le stock argileux originel ne renfermait pas de smectite,
cependant, l'abondance relative des édifices interstratifiés et la récurrence des complexes
smectitites semblent indiquer un contexte d'altération avec la dégradation partielle de

---

120
l'illite parentale conduisant à la suite minéralogique: illite ouverte ~ interstratifiés ~
venniculite ~ smectite (MlLLOT, 1964; DUCHAUFOUR, 1972; THOREZ, 1976).
Ce processus de néoformation de la smectite est souvent lié, à tort ou à raison, à
des épisodes de confinement ou d'assèchement relatif du milieu (SAOS et FALL, 1987).
Les mécanismes géochimiques intimes du processus d'argilisation des sédiments en milieu
organique nous semblent assez peu connus. Cependant, l'abondance relative des
amorphes et la rareté de la smectite qui est relativement plus sensible à la dégradation et
à l'amorphisation que les autres minéraux argileux pourraient s'expliquer par une
altération physico-chimique profonde sous l'effet des acides humiques produits par
l'évolution géochimique des tourbes.
Dans l'hypothèse où l'on considère les occurences de smectite comme des
témoins d'assèchements relatifs du milieu, on peut dire que la mise en place des vases
silto-argileuses s'est faite dans un environnement humide mais entrecoupé de courtes
périodes de sécheresse.
Ce serait un milieu de type sahélien. Le contenu pollinique de ces sédiments
dominé par les plantes herbacées (graminées, cypéracées et typhicées) (LEZINE, 1987)
confinnerait cette hypothèse.
Le niveau supérieur de tourbes fibreuses serait plutôt marqué par une altération
profonde du stock argileux au profit des amorphes. Nous avions signalé plus haut que ce
milieu a connu des pollutions sableuses épisodiques. Ce serait là l'origine probable de la
kaolinite parentale, qui avec l'illite, aurait mieux résisté à l'altération chimique.
L'occurence de complexes gonflants AIl7 au sommet du sondage pourrait
signifier une phase importante d'apport de matériau extérieur plutôt qu'une tendance à
l'assèchement, puisque dans ce niveau, la palynof1ore indique la prédominance de taxons
arborescents guinéens (LEZINE, 1987).

---

J2 J
3.5
LA
FLORE
CYPEROLOGIQUE
FOSSILE
DES
TOURBES,
FLUCTUATION ET SIGNIFICATION PALEOBYDROLOGIQUE
3.5.1 - Problématique de J'utilisation des semences fossiles comme proxy-
indicateurs de paléomilieux
L'isolement et l'étude des macro-restes végétaux contenus dans les tourbes
fibreuses du sondage de Touba Ndiaye a montré la présence de semences de taxons
herbacés parmi lesquelles celles de cypéracées sont les mieux représentées.
Les semences fossiles possèdent plusieurs caractéristiques qui permettent de les
utiliser comme marqueurs paléoécologiques (BIRKS et BIRKS, 1980; SUC, 1984). Elles
sont fréquemment identifiables jusqu'au niveau de l'espèce. Ainsi, des renseignements
écologiques précis peuvent être obtenus sur les plantes émettrices mieux que ne l'aurait
permis la palynologie qui elle, ne pennet pas souvent des identifications au delà du genre.
En outre, du fait de leur taille relativement grande, leur tranport est en général
faible. Celles extraites des tourbes sont émises probablement par des plantes qui ont vécu
à l'endroit même où l'échantillon a été prélevé, ou tout au plus sur les bordures de la
tourbière.
Cependant l'utilisation des graines dans l'interprétation des paléoenvironnements
connait un certain nombre de limites. D'abord, du fait de la faible dispersion des
semences, des échantillons de même âge mais qui sont prélevés à des endroits différents
du même site peuvent donner des résultats quantitatifs sensiblement différents.
TI s'y ajoute d'autres variables dont il faut tenir compte dans l'exploitation
statistique des résultats: l'effet des variations écologiques sur la productivité des plantes,
la conservation des semences dans le milieu de dépôt qui est de loin moins bonne que
celle des pollens et spores, leur transport par l'eau, le vent, les animaux, etc ...
3.5.2 - Résultats et commentaires
Les taxons extraits des tourbes ont été déterminés par comparaison avec des
collections de référence conservées en herbier. Les résultats des comptages sont portés
sur la figure 3.12 qui présente les pourcentages relatifs des taxons numériquement
significatifs. Les vases silto-argiJeuses ne renfennent pas de graines.

---

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10
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la
ra
6
8
9
'0
FIG. 3.12 - Diagramme de répartition des semences dans la la carotte de Touba
Ndiaye.

---

1
123
f
r
3.5.2.1 - Incidence du niveau de la nappe phréatique sur les fluctuations de la flore
de cypéracées
t
Nous avons signalé plus haut que la niaye innondée est caractérisée par une
dominance des fougères. Outre Elaeis, la strate arborée comprend quelques grands arbres tels
r
que Ficus congensis, Bridelia micrcmtha. La niaye humide non inondée est envahie par une
végétation encore plus riche et variée où on distingue une strate ligneuse Quand la strate
arborée regresse, le milieu détrempé, plus ou moins marécageux voit s'installer Typha,
Phragmites, des Cypéracées et des graminées (RAYNAL, 1963).
Dès lors, la fluctuation de la flore cypérologique fossile que nous observons sur la
figure 3.12 doit être attribuée à des variations de la hauteur du plan d'eau dans les réceptacles.
La régression et la disparition des cypéracées peuvent être liée à deux cas de figures.
1°): une baisse accentuée du niveau de la nappe conduit à un assèchement des sites,
un arrêt de la fonnation de tourbes (suivie ou non d'érosion) et une régression de la flore qui
sera également perceptible chez les espèces arborescentes.
2°): un niveau piézométrique trop élevé conduit à une inondation des dépressions,
une régression ou disparition des cypéracées (ou plutôt leur migration vers les bordures non
inondées), la conservation et le développement de la tourbe à partir d'espèces mieux adaptées
à l'innondation.
Par contre les conditions de développement optimal des cypéracées (comme des
graminées et typhacées) sont celles d'une niaye dont le fond est maintenue humide par une
nappe subaffleurante. C'est donc un environnement intennédiaire entre le haut niveau lacustre
et l'épisode sec.
3.5.2.2 - Apports des données paJynologiques et sédimentologiques
L'absence de semences dans le niveau inférieur de vases organiques silto-argileux
signifie que ce faciès a subi un remaniement post sédimentaire qui a provoqué la destruction
sélective des semences, alors que les pollens, plus résistants ont résisté. L'analyse
minéralogique des argiles a montré que ces niveaux ont subi une évolution subaérienne
antérieurement au dépôt du faciès fibreux supérieur (FaU et al, 1988).
Le diagramme de répartition des taxons (Fig. 3.] 3 montrent trois épisodes de
développement des cypéracées (zones l, 2 et 3) que nous tenterons de commenter en nous
référant à la fluctuation de la flore arborescente bordière guinéo-soudanienne (palynozones 1
à 5) mise en évidence dans le même site (Lézine, ]987).

---

1
124
f
0
10
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1
z ~510
3
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9
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f
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...
5
>-
10
<Il
Fig.3.!3 - Flore cypérologique et varùltions paJéobydrologiques dans la tourbière de
Touba Ndiaye

---

125
Zone 3 cypéracées (7,30 m - 4 m) - L'importance quantitative de la flore guinéenne
bordière (palynozones 4a et 4b) indique que la base du dépôt de tourbes fibreuses est
marquée par l'installation d'une phase climatique beaucoup plus humide que celle qui a
prévalu au cours du dépôt des vases silto-argileuses. Dans le même temps, la flore
cypérologique montre deux phases de développement (3a et 3b) séparées par une forte
régression autour de 6 000 BP. Ceci correspond probablement à un bref épisode sec,
puisqu'elle coincide avec la regression de la flore guinéenne et soudanienne. Localement, on
note une importance pollution sableuse et une accumulation de macrodébris ligneux; ce qui
indique un ruissellement sur des horizons faiblement boisés.
Zone 2 cypéracée (4,0 m - 2,0) - La teneur en semences de cypéracées atteint la valeur
relative la plus élevée du diagramme à la base de la zone puis regresse jusqu'à la disparition
totale des taxons. Dans le même temps, la flore arborescente soudano-guinéenne subit une
forte régression (palynozone 3), puis amorce à nouveau un développement au moment où la
flore de cypéracées s'éteint.
Ce contexte floristique indique un environnement semi-aride à très aride plus ou
moins propice au développement des cypéracées. Une phase très aride intervient vers 5 000
BP, marquée à la fois par une régression épisodique des cypéracées et une quasi disparition
des taxons arborescents soudano-guinéens. Puis, l'environnement redevient de plus en plus
humide avec une remontée progressive du niveau de la nappe. La flore herbacée s'est retirée
progressivement au profit de la flore arborescente.
Zone l cypéracée (2,0 m - 0,0 m) - Dans la zone lb, on note l'extinction des
cypéracées et l'expansion de la flore guinéo-soudanienne bordière (palynozone 2). La relative
abondance de taxons guinéens entre 4 000 et 3 300 B.P. indique un épisode de très haut
niveau lacustre (innondation des cuvettes) au cours d'une phase humide plus étendue (Lézine,
1987). Au dessus de l,a m (zone la), on note la réapparition des cypéracées et le déclin des
associations végétales soudaniennes. L'environnement devient de plus en plus aride. Ceci
indique une tendance à l'assèchement des aires de sédimentation et l'installation de conditions
semi-arides comparables à celles de l'Actuel.
3.5.3 - CONCLUSIONS
La flore cypérologique dans la tourbière de Touba Ndiaye montre des fluctuations
significatives étroitement liées aux variations du plan d'eau dans les dépressions. La
comparaison de ces fluctuations avec celles de la palynofJore arborescente soudano-guinéenne
a permis de retracer les régimes hydrologiques qui ont prévalu au cours de la formation des
tourbes. Les phases hydrologiques positives, vers 6 500 et 3 500 B.P., correspondent à des
épisodes d'intensification des pluies de mousson. La phase très humide survenue vers 3 500
BP correspond à une période de haut niveau lacustre qui a été connue dans toute la bande
sahélienne.

---

Chapitre 4
VARIATIONS ISOTOPIQUES DANS LES TOURBES DES
NIAYES ET IMPLICATIONS PALEOHYDROLOGIQUES

---

127
4.1 - PROBLEME ET METHODE
4.1.1 - Les objectifs de l'étude
Nous venons de voir que la sédimentation des tourbes des niayes dans les
cuvettes interdunaires et les paléovallées est soumise à la fois à un contrôle climatique
(périodes pluvieuses du Quaternaire récent) et hydrogéologique (niveau de la nappe
phréatique). Ces dépôts constituent pratiquement les seules séries sédimentaires
continentales locales susceptibles d'avoir enregistré les changements du milieu et les
changements climatiques survenus au cours de leur dépôt.
Ce contexte géologique et hydrogéologique exceptionnel offre la possibilité de
faire des reconstitutions paléoclimatiques et paléohydrologiques par le biais de la
composition isotopique des restes végétaux conservés dans les tourbes.
L'objectif visé dans ce chapitre est de mettre en évidence des tendances
climatiques du passé à partir de la composition isotopique des tourbes fossiles. Les
résultats attendus des méthodes isotopiques devront servir à affiner les tendances
paléohydrologiques fournies par les méthodes classiques d'investigation paléoclimatique
exposés dans le précédent chapitre.
4.1.2 - Aspects méthodologiques
Pour accéder aux informations paléoclimatiques susceptibles d'être stockées dans
la matière organique fossile des couches de tourbes successivement déposées au cours
des derniers millénaires, il était indispensable d'étudier au préalable les relations entre les
variations des isotopes stables du carbone (BC), de l'hydrogène eH) et de l'oxygène
e80) dans la matière organique actuelle et les paramètres climatiques déterminants de la
zone d'étude. Ce fut l'objet de la première partie du mémoire.
B
Nous avons montré que les 5180, 52B et 5 C de la cellulose des plant~s du
Sénégal reflètent les spécificités du climat tant à l'échelle régionale qu'à l'échelle d'un
site donné.
En somme, les caractéristiques climatiques de notre zone d'étude nous ont permis
de calibrer les teneurs en J80, 2B et BC de la cellulose d'Acacia en terme pluviométrie et
d'humidité relative et de degré d'aridité. Les mesures isotopiques faites sur des plantes
semi-aquatiques ont permis d'apprécier l'influence des environnements lacustres actuels
sur les 52H et (PC des principales espèces végétales qui ont généré les dépôts de tourbes
dans les niayes.

---

128
Théoriquement les paramètres paléoclimatiques (P) peuvent être générés par des
fonctions de transfert du type
où ôp est la composition isotopique de l'échantillon fossile et X le coefficient de transfert
déterminé à partir des relations quantitatives établies avec la matière organique actuelle.
Cependant, le problème essentiel qui vient au premier plan lorsque l'on tente une
reconstitution climatique à partir de la matière organique fossile est de savoir dans quelle
mesure la composition isotopique caractéristique des conditions climatiques enregistrées
dans les tissus végétaux du vivant de la plante a pu être préservée au cours du temps. Et
s'il y a eu une quelconque altération de la composition isotopique, il faudrait détenniner
l'impact éventuel des facteurs environnementaux sur les processus biogéochimiques
responsables de ces modifications isotopiques in situ.
4.1.3 - Caractéristiques chimiques des tourbes
Dans les tourbières, la matière organique végétale évolue naturellement par des
processus biochimiques complexes que l'on désigne généralement par humification. Au
cours de ces processus de décomposition des parois des cellules, la cellulose et, dans une
moindre mesure la lignine, sont hydrolisées et libèrent des composés solubles aliphatiques
et aromatiques dont l'évolution aboutit à la formation des trois principales fractions
organiques que sont les acides fulviques, les acides humiques et l'humine.
Composants
%
Cendres sur sec:
35,4%
Matières volatiles sur sec:
41,4%
Soufre total sur sec:
0,88%
Azote total sur sec:
0,95%
Oxygène sur sec après déminéralisation:
16.6%
Carbone:
40,7%
Hydrogène:
3,49%
TABLEAU IV.1 - Résultats d'analyse de la matière organique totale de tourbes des
niayes (BRGM, 1984)

---

129
EJéments majeurs
0/0
Silicium (Si02):
80,4
Aluminium (Al20 3):
10,7
Fer (Fe203) et Titane (Ti02):
5,7
Calcium (CaO):
1,3
Magnésium (MgO):
0,6
Potasium (K20):
0,3
Sodium (Na20:
0,2
Sulfates (S03):
1
TABLEAU IV.2 - Composition chimique des cendres des tourbes des niayes
(BRGM, 1984)
Sur le plan structural, la décomposition aboutit à une amorphysation du matériel
ligno-cellulosique par la dépolymérisation, la destructuration des macromolécules. La
matière organique figurée restante apparaît alors floconneuse.
Sur le plan chimique, la teneur des éléments essentiels, carbone, oxygène,
hydrogène et azote, varie en fonction du degré d'humification de la matière organique.
Globalement, il y aurait un enrichissement en carbone et en azote et un appauvrissement
en oxygène et en hydrogène.
La décomposition des tourbes des niayes s'accompagne également de la
formation d'efflorescence de produits sulfureux qui ont été identifiés aux rayons X
comme étant composés essentiellement de sulfate d'aluminium [Na Al (S04)2 6H20], de
magnésium [Mg S04 7H20 et Mg Ah (S04)4 22H20] et de fer [Fe2 (S04)2 9 H 20]. Le
tableau IV.I et IV.2 présentent, à titre indicatif, la composition chimique d'un échantillon
de tourbe des niayes.

---

130
4.2 - VARIATION DES 8180 DANS LES TOURBES
La carotte de tourbe étudiée a été prélevée dans le niveau supeneur de la
tourbière de Touba Ndiaye. Elle est constituée de tourbes fibreuses renfermant des
macrodébris de bois. La lithostratigraphie et les datations faites sur ces niveaux sont
représentées sur la figure 3.5 page 105.
4.2.1 - Analyse des résultats
Nous avons évoqué, au début du chapitre 2, le problème posé par la présence de
soufre dans les tourbes des Niayes. Le procédé que nous avons employé pour éliminer le
18
soufre nous a pennis d'avoir des mesures de
0, cependant celles-ci sont sensiblement
très appauvries, bien en deçà de celles qui étaient attendues. Probablement, le fer ajouté
n'était pas suffisamment désoxydé pour permettre d'obtenir des valeurs correctes de 180.
Néanmoins, nous allons présenter les résultats obtenus dans la carotte de Touba
Ndiaye (Tableau IV.3) et les comparer avec ceux obtenus par divers auteurs dans des
tourbes fossiles issues de sites situés à différentes latitudes (Fig.4.1).
Les teneurs en 6180 varient entre +15,2 et +19,4 °/00 SMOW Ces valeurs sont de
loin plus faibles que celles obtenues sur le bois actuel d'Acacia (qui varient entre +27 et
+35 °/00 SMOW).
Les teneurs en 180 des tourbes fossiles se situent tout à fait en dehors de la
gamme des teneurs en 180 de la matière organique actuelle qui ont permis de calibrer la
relation entre les 6180 et le climat.

---

131
N° Ech.
Prof.(cm)
18
Ô 0°/00
N° Ech.
Prof.(cm)
Ô1800/00
- - - - - - - - - - -
15
75
17,88
61
305
17,47
18
90
16,99
62
16,21
19
95
16,63
63
315
18,37
20
100
18,60
64
320
17,87
37
185
19,21
65
325
19,37
38
190
18,41
66
330
18,79
40
200
17,79
67
335
18,76
41
205
17,67
68
340
17,81
43
215
17,53
69
345
18,71
46
230
17,64
70
350
17,16
47
235
16,41
71
355
18,38
49
245
18,19
72
360
19,09
50
250
16,58
73
365
18,72
51
255
16,53
74
370
17,45
52
260
16,77
75
375
17,66
53
265
15,95
76
380
17,84
54
270
15,25
77
385
18,86
55
275
16,96
78
390
18, Il
56
280
18,58
79
395
18,05
57
285
17,74
80
400
19,17
58
290
17,98
81
405
18,91
59
295
16,99
82
410
18,89
60
300
16,21
- - - - - - -
TABLEAU IV.3 - Teneurs en 180 des tourbes dans la carotte de Touba Ndiaye
Il est vrai que les résultats de diverses études sur la composition isotopique de
l'ox)'gène dans la matière organique fossile montrent en général des teneurs en 180 dans
la matière organique ancienne plus basses que celles trouvées dans la matière organique
actuelle (BALABANE, 1978; FERHI et al, 1982; BREI\\TNIJ\\TKMEIJER et MOOK,
1982; EDWARDS et FRITZ, 1986; GOUZE, 1987). Cependant, dans les pays tempérés
l'évolution chimique de la matière organique ancienne et des litières se traduit
généralement par un appauvrissement en 180
de quelques 2 à 3°/
seulement
00
(BALABANE, 1983; FERHI etaI, 1982; GOUZE, 1987).

---

132
Sur la figure 4.1, il apparaît que les teneurs en 180 de tourbes fossiles issues de
différentes latitudes dans l'hémisphère nord baissent graduellement du Nord au Sud. TI y
a là une tendance qui est l'inverse de ce que l'on observe en général sur la matière
organique actuelle, à savoir un enrichissement isotopiqùe graduellorsqu'on va des hautes
latitudes européennes vers les basses latitudes tropicales (FERHI, 1980).
Les travaux de GAVEAU (1984) ont montré que plus le degré d'humification
(liée à la dégradation de la matière organique végétaJe) est important, plus la teneur en
180 dans la tourbe totale est faible. Le degré d'humification est influencé par plusieurs
facteurs dont le plus important est le climat.
La température et la pluviosité influencent à la fois les réactions biochimiques de
dégradation de la matière organique et l'importance et le type de végétation. Dans ces
conditions, il y aurait une relation indirecte entre les teneurs en 180 de la matière
organique ancienne et les facteurs du climat.
BALABANE (1983) a mis en évidence des relations entre les teneurs en 180 des
couches humifères de podzol et certains paramètres climatiques, alors que les litières à
partir desquelles ces sols sont formés ont subi un appauvrissement en 180 de 3°/00 par
rapport à la végétation émettrice. Or, nos résultats montrent un écart de l'ordre de 15 °/00
qu'on ne saurait expliquer uniquement par un appauvrissement isotopique dû à l'intensité
de la dégradation chimique de la matière organique- dans les conditions climatique-S
tropicales.
TI faut noter que la plupart des études de reconstitution paléoclimatique à partir
de la composition isotopique de la cellulose extraite de tourbes anciennes n'établissent
pas un parallèle entre le degré d'évolution de la matière organique globale et les teneurs
en 11\\0. Les auteurs présument que la cellulose qui a résisté à la dégradation chimique a
gardé sa composition élémentaire' orginelle, et que l'évolution isotopique observée à
travers le temps n'est pas liée à l'évolution chimique de la matière organique, mais reflète
plutôt les variations paJéoclimatiques.
Nos résultats montrent cependant que l'évolution chinùque de la matière
organique ancienne peut conduire à l'impossibilité d'utiliser la méthode isotopique pour
des reconstitutions paléoclimatiques.

---

133
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
30
30
A
25
B
25
D
C
E
20
20
F
G
15
15
10
10
FIG. 4.1 - Teneurs en 180 de tourbes provenant de latitudes différentes
A: Pays Bas [52°N] (BRENNINKMEIJER et al, 1982)
B: Brampton [44°N] (EDWARDS et FRITZ, 1986)
C: Limoges [47°N] (FERHl et al, 1982)
D: Venise [45°N] (FERHl et al, 1982)
E: Espagne [37°N] (GAVEAU, 1984)
F: Bolivie* [l5°S] (GOUZE, 1987)
G: Niayes du Sénégal [l5°N]
*:Station située en altitude (4 oOOm); Température moye=e = SoC.

---

134
4.3 - VARIATIONS DES 2
l3
ô H ET Ô C DANS LES MACRO-RESTES LIGNEUX
EXTRAITS DES TOURBES
4.3.1 - Problème et méthode
La cellulose des plantes actuelles renferment 70% d'hydrogène non échangeable
(C-H) et 30% d'hydrogène du groupe OB qui peuvent s'échanger rapidement avec l'eau
du milieu. Nous avons vu dans le chapitre 2 la technique de nitration qui consiste à
remplacer l'hydrogène des OH par le groupe N02.
Dans un premier temps, nous avons appliqué la technique de nitration à nos
échantillons de tourbes prélevés sur la carotte de Touba Ndiaye, après avoir éliminé
produits humiques et autres substances extractibles par soxhlet.
Cependant, sur la presque totalité des échantillons, la quantité de celJulose nitrate
obtenue au terme du traitement est extrêmement faible sinon nulle.
Le résultat est le même lorsque l'on traite des quantités de tourbes 10 fois
supérieures à ce qu'il faut pour obtenir suffisamment de cellulose nitrate avec la matière
organique actuelle.
La plus grande partie du produit nitraté en solution dans l'acétone ne précipite
pas quand on ajoute l'eau. Parfois, le précipité apparaît à la surface de l'eau sous forme
de minuscules grains blancs, preuve que la cellulose est entièrement dépolymérisée.
Nous avons par la suite appliqué la méthode de nitration à des restes de troncs
d'arbres prélevés dans des niveaux stratigraphiques connus (Tableau IVA). Les
pourcentages de cellulose nitrate obtenue à partir d'échantillons prélevés dans la partie
supérieure de la carotte indiquent une altération de la cellulose du bois qui s'accentue
avec la profondeur (Cf Tableau il.2, au chapitre 2). En dessous de 2 m, la cellulose des
débris ligneux est fortement destructurée. La méthode de nitration n'est applicable
qu'aux macro-restes ligneux qui n'ont pas subi une trop forte dégradation.

---

135
-------------------------------------------------------------------------
Numéro
Prof.
8 2Ho/oo
8 l3eo/oo
% cellulose
échant.
vsSMOW
vsPDB
nitrate
----------------------------------------------------------------------
FI
50 cm
-59,7
-24,69
5,7
F2a
55 cm
-20,6
-23,56
5,8
F2b
55 cm
-16,5
-24,55
27,8
F3a
75 cm
-32,6
-24,56
2,4
F4b
82 cm
- 19,7
-24,53
3,6
F5
85 cm
28,1
-24,75
3,5
F6
97 cm
-43,5
-25,66
13,7
F7
100 cm
-39,0
-25,47
4,9
F9
123 cm
-18,4
-24,59
4,8
FIO
125 cm
-36,6
-24,66
7,1
FIl
137 cm
-23,6
-25,08
6,9
F13
145 cm
-26,1
-25,48
4,1
FI4
150 cm
-20,0
-25,48
4,1
F15
163 cm
-20,1
-24,61
18,0
F16
172 cm
-19,6
-24,45
8,1
F17
175 cm
-19,4
-25,61
3,3
F18
180 cm
-37,6
-24,78
28,0
F19
186 cm
-24,3
-24,81
16,9
F21
215 cm
-4,2
-24,58
14,8
F22
300 cm
-5.1
-26,88
6.0
-------------------------------------------------------------------------
Tableau TVA - Teneurs en 2B et 13e dans la cellulose nitrate des macro-restes
ligneux extraits de la carotte de Touba Ndiaye

---

o
-50
__ -100
E
u
-
et::: -150
::J
w
o
Ô -200
u..
o
g: -250
-300
/
-350
,-------.--
---.-
-.-_ _-.-_ _--.-_------1
-28
-26
-24
-60
-40
-20
2
13C(PDB)
H(smow)
FIG. 4.2 - Variations des 02B et 013C dans les macrorestes ligneux extraits de la
tourbière de Touba Ndiaye

---

137
4.3.2 - Variations des 82H dans les macro-restes ligneux
La figure 4.2 présente les variations des teneurs en 2H et BC dans les macrorestes
ligneux en fonction de la profondeur de prélèvement.
2
La plupart des valeurs de 8 H sont très enrichies par rapport aux plantes
ligneuses actuelles récoltés dans secteurs situés à la même latitude que la tourbière
étudiée où la teneur moyenne en 2H des Acacia est inférieure à -35°/00, et celle des
espèces herbacées semi-aquatiques est inférieure à -50°/00' Cependant, quelques fortes
teneurs en 2H ont été rencontrées dans les plantes actuelles récoltées dans des sites sous
influence saline et dans des environnements particulièrement secs (Cf Tableau II.3, p.34
supra).
2
Il apparaît donc que les valeurs de 8 H que nous avons obtenues dans la
tourbière, même les plus positives, sont parfaitement compatibles avec les types de
climats qui caractérisent notre zone d'étude. L'absence de corrélations entre les 82H des
échantillons et le taux de cellulose nitrate extraits semble montrer l'absence de
modifications isotopiques au cours de la dégradation du matériel ligneux (Fig. 4.3).
Par aiJJeurs, il existe plusieurs études de reconstitution paléoclimatique basées sur
2
les variations de8 H dans du matériel végétal ancien dans lesquelles les auteurs
présument que la dégradation de la cellulose des tissus végétaux n'affecte pas la
composition isotopique des hydrogènes non échangeables (YAFP et EPSTEIN, 1977;
BRENNlNKMElJER et al, 1982; EDWARDS et FRITZ, 1986; DUPONT et MOOK,
1987).
Les variations des teneurs en cellulose nitrate que nous observons d'un niveau
stratigraphique à l'autre seraient dues principalement au degré de carbonisation des
macro-restes. Ce phénomène est dû à une réduction du degré d'hydromorphie du rniJieu
(FALL, 1986).
Compte tenu de toutes les considérations énoncées ci-dessus, les variations des
d2H que nous observons dans les macro-restes ligneux (Fig. 4.2) reflètent sans doute les
fluctuations des conditions hydro-climatiques. Celles-ci influenceraient directement ou
indirectement le degré de dégradation de la cellulose du bois et la composition isotopique
de l'hydrogène dans la cellulose nitrate.

---

llX
0
•
•
-10 -
•
-20 -
~.o
•
0
e
•0
-30 -
~
(1)
::J
€)
~
-40 -
UJ
•
~
::J
UJ
0
-50 -
-60 -
-70 -t----1r------,-1--------r1--------j
o
10
20
30
40
TENEUR EN CELLULOSE NITRATE (%)
FIG.- 4.3 - Relation entre 82H et teneur en cellulose nitrate dans les macro restes
ligneux

---

139
Si tel est le cas, les tendances observées devront être confirmées par les autres
indicateurs climatiques utilisés dans cette étude, à savoir les teneurs en 13e et les données
botaniques et sédimentologiques.
4.3.3 - Variations des l3
Ô C dans les macro-restes ligneux
Les teneurs en 13e s'échelonnent entre -26,88°/
et -23,56°/
vs PDB (Fig. 4.2).
00
00
ees valeurs restent comprises dans les limites des valeurs mesurées sur la cellulose
nitrate des arbres actuels échantillonnés entre le Sud et le Nord du pays.
Les valeurs sont dans l'ensemble plus élevées que la teneur moyenne en l3e des
Acacia actuels récoltés sur les bords de la tourbière de Touba Ndiaye (qui est -26,66
%0)'
L'idée d'un enrichissement isotopique du carbone en rapport avec le degré de
maturation de la matière organique a été avancée par GAVEAU (1984). Si c'est le cas, il
y aurait une augmentation des teneurs en l3e avec la profondeur. Au vu de nos résultats,
ceci n'est pas le cas.
Il apparaît difficile d'interpréter les fluctuations des ô13e dans les bois, d'autant
qu'il n'y a pas de corrélation entre les ôl3e et les ô2H mesurés sur les mêmes échantillons
(Fig. 4.4).
Un constat similaire a été fait par Y APP ET EPSTEIN (1977) qui ont tenté de
corréler des mesures de 02H et de o13e faites sur la cellulose nitrate de bois fossiles
récoltés aux Etats unis. D'une façon générale, les écarts entre les teneurs en 13e , dans la
matière organique actuelle et celles dans matière organique fossile sont sensiblement
18
réduits (de l'ordre de 2-3%0), contrairement aux teneurs en
0 et 2H.
Conclusions
Sur le plan méthodologique, la principale difficulté rencontrée dans l'étude des
2H et Be dans les macro-restes fossiles est liée au fait que ce matériel apparaît très
souvent carbonisé ou très fortement altéré de sorte que la technique de nitration devient
inopérante pour extraire la cellulose et l'analyser.
En définitive, il est apparu difficile de dOimer une interprétation clin1atique
conséquente aux variations de 2H et l3e dans les macro-restes fossiles des tourbières des
Niayes. Au delà du problème analytique évoquée, cette difficulté pourrait être liée aux
conditions de dépôts des macro-restes. En effet, la lithostratigraphie des tourbes a mis en
évidence le caractère allochtone de certains macro-débris ligneux associés à des poches

---

140
de sables remaniés à partir des dunes environnantes Ainsi pour cette catégorie de macro-
restes la position stratigraphique pourrait être incertaine
o
-10 -
et
,
-20 -
~ ct
~
0.
~
Et
Cf)
~
Et
J= -30 -
e
,
-40 -
•
0
-50
1
1
1
1
1
-28
-27
-26
-25
-24
-23
-22
13C
(POB)
FIG. 4.4 - Relation entre 02H et oDe dans la cellulose nitrate des macro restes
ligneux

---

141
4.4 - VARIATIONS DES li13C DANS LES TOURBES FOSSILES
4.4.1 - Matériel et méthode
La méthode d'extraction de la cellulose par nitration s'est révélée non adaptée
aux tourbes des Niayes du fait du mauvais état structural de la cellulose. C'es pourqoi,
nous avons mesuré la composition isotopique du carbone dans des échantillons de
tourbes totales.
Les échantillons sont prélevés dans une carotte de 4SO cm extraite de la tourbière
de Touba Ndiaye. Un échantillon est prélevé tous les S cm. La tourbe, débarassée des
macro-restes ligneux, est séchée puis réduite en poudre fine. Une prise de 2 à 4 mg est
analysée à l'aide d'un système automatique de combustion et de mesure spectrométrique
du rapport l2C1l3C (Tableau IV.S). La précision des mesures est ±fJ.2%0.
4.4.2 - Les résultats et leur signification climatique
Pour près de 99% des échantillons analysées, les teneurs en l3C s'échelonnent
entre -28 et -23%0. Un seul échantillon a donné la valeur de 20°/00. Par conséquent, on
peut admettre que les teneurs isotopiques des tourbes fossiles se situent bien dans la
game des teneurs isotopiques des plantes herbacées actuelles qui poussent dans les
Niayes. En effet, les teneurs en l3C des principales espèces de plantes lacustres actuelles
varient entre -28°/00 (dans les sites les plus humides situés au centre des dépresssions) et -
24°/00 (dans les pourtours plus ou moins détrempés).
La figure 4.S donne les variations des li l3C en fonction de la profondeur. De -
26,Sl °/00 au sommet, la teneur en l3C diminue régulièrement dans le premier mètre
jusquà -28,32°/00. A partir de la profondeur de 1 Ill, on note une augmentation graduelle
des li l3C qui atteignent successivement -26,97°/00 entre 1 et l,50 m, -25,07 entre l,50 et
2m.
Un enrichissement maximale est observée entre 2 et 2,5 m avec un pic atteignant
-20,21°/00. Au dessous de cette profondeur, les teneurs s'abaissent rapidement à 3 m puis
fluctuent autour de -2r/00 jusqu'à la base de la carotte.
Dans les niayes la teneur moyenne en l3C des plantes lacustres actuelles, toutes
espèces confondues est -26,70%0. En nous référant aux principales causes de variations
du l3C dans contexte hydro-climatique actuel des Niayes, les fluctuations isotopiques
observées dans les tourbes mettent en évidence une importante phase aride entre 2,20 et
2,50 m (Ca 4 SOO BP). Celle-ci est suivie par une deuxième phase aride moins intense

---

142
entre 1,60 et 2.20 m. Le sommet de la carotte est marquée par une phase humide entre
lm et 1,60 (Ca 3350 BP), puis par un retour à une phase aride au dessus de lm.
Prof.
l3e
Prof.
l3e
Prof.
l3e
(cm)
\\/00)
(cm)
C/oo)
(cm)
C/oo)
-----------------------------
55
-26.51
205
-25.42
355
-27.22
60
-27.01
210
-26.65
360
-27.76
65
-27.78
215
-23.07
365
-28.13
70
-28.12
220
-22.87
370
-27.48
75
-28.32
225
-20.21
375
-27.46
80
-27.94
230
-23.33
380
-27.76
85
-28.39
235
-23.04
385
-27.46
90
-28.06
240
-24.03
390
-27.30
95
-28.29
245
-25.05
395
-27.38
100
-28.2
250
-25.86
400
-27.36
105
-27.75
255
-26.55
405
-27.87
110
-27.22
260
-26.84
410
-27.51
115
-28.11
265
-26.81
415
-27.94
120
-27.38
270
-26.55
420
-27.97
125
-28.14
275
-26.59
425
-27.93
130
-26.97
280
-27.24
430
-27.66
135
-27.03
285
-27.11
435
-27.76
140
-27.52
290
-27.25
440
-27.69
145
-27.82
295
-26.9
445
-27.83
150
-28.31
300
-27.04
450
-27.61
155
-25.7
305
-27.44
455
-27.30
160
-24.97
310
-27.45
460
-27.40
165
-26.08
315
-27.77
465
-27.43
170
-26.53
320
-27.47
470
-27.33
175
-25.07
325
-27.27
475
-27.46
180
-25.83
330
-27.41
480
-27.54
185
-25.65
335
-27.6
485
-27.54
190
-25.16
340
-26.77
490
-27.74
195
-25.23
345
-27.83
495
-27.69
200
-24.66
350
-27.05
500
-27.67
----------------------------------------------------------------------
l3
TABLEAU IV.S - ù C dans une carotte de tourbes de 450 cm prélevée dans le site
de Touba Ndiaye

---

1
1·1.1
1
1
1
CLIMAT
o
ARIDE
-50
-100
TRES HUMIDE
__ -150
E
AR1DE
o
;; -200
4510 + 100
:::>
~ -250
z
~ -300
o
0::
0..
-350
HUMIDE
-400
Teneur moyenne de U C
-450
dans les plantes actueBes
-500
6Wl + 100
-29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22
13C (POB)
FIG. 4.5 - Les cl3e dans les tourbes fossiles de la carotte de Touba Ndiaye:
variations et significatione climatiques. Les âges 14C sont de DIOUF
(1991) et LEZINE (1987)

---

144
4.5 -
CONCLUSIONS AU CHAPITRE: VARIATIONS ISOTOPIQUES ET
CHANGEMENTS HYDROLOGIQUES DANS LA TOURBIERE DE
TOUBA N'DIAYE
Dans le précédent chapitre, des variables sédimentologiques (aérosols, argiles) et
botaniques (semences de Cypéracées, pollens) ont été utilisés pour mettre en évidence
des changements climatiques et hydrologiques intervenus au cours du dépôt des tourbes.
Nous venons de voir tour à tour les variations des 0180, 02H et o13C dans les couches de
tourbes et les macro-restes ligneux prélevés dans la tourbière de Touba Ndiaye.
Dans l'ensemble, les teneurs isotopiques dans les tourbes et dans les macro-restes
ligneux sont enrichies par rapport à la matière organique actuelle. Ce phénomène est
relativement très amplifié pour l'oxygène-18 dans les tourbes et le deuterium dans les
macro-débris de bois.
Pour L'oxygène-18 et le deuterium, il n'apparaît pas de correspondances
significatives entre les fluctuations observées et les phases climatiques correspondantes.
Les fluctuations des 013C dans les bois, bien que moins amples, ne semblent pas
montrer non plus des tendances significatives.
li faut considérer que les différentes tendances isotopiques observées ici reflètent
et intègrent un ensemble de facteurs physiques, chimiques et biologiques propres au
milieu de sédimentation (degré d'hydromorphie, type de végétation, activité des
microrganismes, évolution bio-géochimique de la matière organique ...), facteurs qui,
dans les conditions climatiques tropicales ont pu affecté fortement la composition
chimique des restes végétaux que nous avons analysés. li s'y ajoute que la méthode de
nitration s'est révélée mal adaptée compte tenu du mauvais état de la cellulose fossile.
Par contre, les fluctuations des 013C dans la tourbe brute montrent des phases
isotopiques qui paraissent significatives au point de vue paléoclimatique si on se refère
aux données isotopiques recueillies sur les les plantes actuelles des Niayes. Mais compte
tenu des tous les facteurs de variations que nous avons évoqués plus haut à propos des
teneurs isotopiques dans la matière organique, il convient de confronter les tendances
hydro-climatiques indiquées par le BC dans les tourbes avec celles déduites des méthodes
sédimentologiques et paléobotaniques.

---

145
13
Ô C
CYPERACEES
POLLENS
POLLENS
O.~
·SO
2650
.''''1''''
·'50
·200
4510
·250
h'h' .. -.
.............
, /
·300
. /
·350
.1 \\
. -<:00
"'h"'"Cyperus
:.1
! .
-<:50
·500 -: 6240 •
·28
·26
·24
·SSO
3 3c
-600
~50
. "\\
•700
o
5
10
15
20 1
•
; .. ",
'
..........
•750
6860
..... :.;;-.
-800
9380
~50
·900
10290
:950
o 5 10 15 20
FIG. 4.6 - Variations des isotopes stables et des paramètres paléoécologiques dans
la tourbière de Touba Ndiaye

---

146
Dans la figure 4.6, nous mettons en paralJèle les tendances isotopiques observées
avec l'évolution de la paléoflore des tourbières au cours de IHolocène représentée par les
semences fossiles de Cyperaceae, les pollens des Typhaceae et Cyperaceae et les pollens
des essences arborescentes bordières soudanéennes et guinéennes.
La phase isotopique particulièrement positive (Fig. 4.6) qui survient autour de 4
500 BP correspond à l'épisode sec du Tafolien inférieur bien connu dans la sous région,
notamment dans les dépôts côtiers en Mauritanie (Hébrard, 1968). Elle marque une forte
régression des flux de mousson. Celà semble corespondre à répisode de régression
généralisée des lacs africains autour de 5 000 BP prévue par le modèle de variation de
l'orbital de la Terre de KUTZBACH (1981).
Cette phase isotopique coincide en particulier avec des épisodes de fluctuations
des pollens de Typhaceae et Cyperaceae. Ces deux taxons constituent dans le passé
comme dans l'actuel les plantes herbacées les plus courantes des tourbières des Niayes
(RAYNAL,1983, LEZINE,
1987, DIOUF,
1991).
Typhaceae indique un milieu
marécageux, tandis que
Cyperaceae indique un milieu en voie d'assèchement
(TROCHAIN,1939).
Ainsi, dans le détail. le début de l'aridification du Tafolien inférieur est soulignée
par l'extension des Cypéraeae. Le retour progressive à l'humide est signalé par l'
apparition des Typhacées au moment où les Cypéracées déclinent. Ces tendances sont
fidèlement enregistrées par le BC.
En outre, la variation brutale des teneurs en BC qui survient autour de -3m
coincide avec une limite lithostratigraphique qui indique une modification de la
sédimentation organique dans la tourbière. Les macro-débris ligneux et poches de sables
allochtones rencontrés à cette profondeur marquent une reprise de la sédimentation à la
suite de ruissellements intensifs dans le voisinage de la dépession (FALL et al 1988).
La phase isotopique négative observée dans le premier mètre du sondage
correspond au dernier épisode humide qu'a connu la sous région autour de 3 350 BP. et
qui a vu le retour des taxons guinéens (LEZINE,
1987). C'est une période
d'intensification 'des flux de mousson au dessus du Sahel. Cette phase positive fut aussi
prévisible dans le modèle de circulation atmosphèrique générale de SHORT et MENGEL
(1986).
Au sommet du sondage nous avons un retour à des conditions moins humides,
comme l'indique la phase d'enrichissement isotopique qui s'amorce à partir de 3 350 BP.
C'est le retrait de la mousson et l'installation de conditions c1imàtiques comparables à
celles de l'Actuel.-

---

1
1
147
1
1
1
CONCLUSIONS GENERALES
r
Le travail que nous venons de présenter constitue la première étude isotopique de la
matière organique d'origine végétale menée dans les basses latitudes d'Afiique intropicale. A ce
,
titre, il constitue un travail d'exploration dans l'application des méthodes et techniques isotopiques à
l'étude des environnements hydro-climatiques du passé et de l'actuel sous climat semi-aride à aride.
SUR LES RELATIONS ENTRE LES ISOTOPES DE LA MATIERE ORGANIQUE
ACTIJELLE ET LES PARAMETRES DU MlLIEU
Nous avons eu la possiblité, - celà s'est rarement vu - de combiner trois "outils isotopiques",
e80, 2H et l3C) dont les variations dans la cellulose sont indépendamment influencées par les
facteurs du milieu.
L'examen des teneurs en 180, 2H et l3C dans la cellulose des plantes actuelles au Sénégal
met en évidence des variations isotopiques plus ou moins importantes sur des plantes vivant sur un
même site, ces variations étant plus fortes dans les sites lacustres. Cette variabilité traduit la
multiplicité des paramètres environnementaux qui interagissent sur le végétal vivant en milieu
aride ou semi-aride; mais en même temps, elle met en évidence la capacité des isotopes utilisés
à refléter les nuances hydro-climatiques qui peuvent exister à l'intérieur d'un même site.
Nos résultats montrent qu'il existe globalement une relation entre les 8 180, 82H et 8 13C
de la matière organique au Sénégal et les paran1ètres climatiques de base, la pluviométrie et
l'humidité relative de l'air. Al' échelle régionale, ce lien se traduit par des gradients
d'enrichisement isotopique dans la cellulose des Acacia albida qui reflètent clairement le
gradient d'aridité latitudinal. C'est pourquoi dans le contexte climatique soudano-sahélien, les
l3
8180, 82H et 8 C de la matière organique végétale peuvent servir de proxy indicateurs de
paléoséquences climatiques de type aridelhumide. A l'échelle historique, l'étude du l3C sur des
séries de «cernes» permettrait la reconstitution d'archives hydro-climatiques.
En particulier, la distribution spatiale des 8180 et ~/H dans la cellulose d'A. albida met
en évidence une discontinuité isotopique qui est le reflet du contraste hydro-climatique entre le
Sud et le Nord du Sénégal, contraste qui traduit la prédominance des flux de mousson dans la
zone sud et des flux d'Est dans la zone nord. Cela peut conduire à des conclusions intéressant
la migration du front de mousson dans le passé, à travers les latitudes sahéliennes et la
circulation atmosphérique globale dans le passé.

---

148
En outre, les 8180 dans la cellulose d'A. a/bida apparaîssent comme le reflet des
processus isotopiques qui se déroulent à l'échelle de la nappe phréatique. C'est là une
possibilité d'accéder à des données hydrologiques et paléohydrologiques à partir de l'analyse
isotopique de la cellulose des plantes.
Cependant,
dans
le
contexte
climatique
soudano-sahélien,
c'est
la
capacité
d'adaptation des espèces aux conditions limites qui est déterminante dans la teneur finale du
bois en isotopes lourds. En effet, les teneurs isotopiques de la cellulose cessent de refléter les
conditions climatiques réelles chaque fois que la plante impose une limite aux échanges avec le
milieu ambiant. C'est pourquoi la reconstitution paléoclimatique à partir des 180, 2H et BC
comportera une imprécision qui sera d'autant plus importante que les conditions climatiques
dans le passé étaient proches des conditions limites.
SUR LA RECONSTITUTION DES ENVIRONNEMENTS HYDRO-CLIMATIQUES
DES TOURBIERES DES NIAYES
Les indicateurs sédimentologiques (nature et fluctuations des minéraux des argiles),
paléobotaniques (évolution de la flore cypérologique) et isotopiques (spécialement le Bq
nous ont permis de retracer les régimes hydrologiques qui ont prévalu au cours de la fonnation
des
tourbes
des
niayes.
Les
différentes
tendances
hydrologiques
locales
observées
correspondent, dans l'ensemble, aux grandes phases hydrologiques définies dans la sous région
au cours de l'Holocène et coincident avec les prévisions des modèles climatiques basés sur la
circulation atmosphérique globale.
La plupart des études de reconstitution paléoclimatique à partir de la composition
isotopique de la cellulose extraite de tourbes anciennes n'établissent pas un parallèle entre le
degré d'évolution de la matière organique globale et les teneurs isotopiques. Or, notre étude a
montré que l'évolution chimique de la matière organique ancienne peut conduire à résultats
isotopiques difficilement interprétables en tennes de variations paléoclimatiques.
De ce fait, l'étude isotopique de la matière organique fossile biodégradée de nos
tourbières aura mis en exergue certaines limites de la méthode liées essentiellement à des conditions
de mauvaise conservation de l'''information climatique isotopique" dans la matière organique
ancienne. C'est pourquoi toute investigation isotopique sur ce type de matériel commande une
approche méthodologique spécifique aussi bien dans les techniques d'isolement et d'analyse de la
cellulose que dans l'interprétation des résultats.
Toutefois, les résultats que nous avons obtenus avec le 13C dans la tourbe ont pu être étayés
par les arguments botaniques conventionnels et contribuer à la reconstitution des évènements
hydro-c1imatiques qui ont marqué l'installation des tourbières des Mayes. C'est en celà que cet
élément chimique, le BC, semble contenir le plus de promesse pour des explorations futures dans
les sédiments anciens.

---

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---

J56
LISTE DES FIGURES
CHAPITRE]
Fig. 1.1 - Variations des 0180 de la cellulose en fonction de la latitude, le long d'un transect
Nord-Sud à travers l'Europe et l'Afrique de l'OUest..
5
Fig. 1.2 - Relation entre le 02H de la cellulose nitrate de plantes aquatiques et terrestres et le
~2H d
..
.
. . ,
1
7
u
es eaux meteonques assoclees a ces pantes
.
Fig. 1.3 - Variation des 02H de la cellulose nitrate de plantes en fonction de la latitude,
le long d'un transect Nord-Sud, de l'Europe de l'ouest à la méditerrannée
8
Fig. 1.4 - La zone d'étude: Localisation géographique et situation climatologique
13
Fig. 1.5 - Répartition de la pluviométrie et localisation des sites d'échantillonnage
14
Fig. 1.6 - Valeurs moyennes mensuelles de l'humidité relative et de l'évaporation «Piche»
dans différentes stations du Séngal
15
CHAPITRE 2
FIG. 2.1 - Section transversale d'un tronc d'arbre montrant les cernes annuels
.21
Fig. 2.2 - Schéma de la ligne d'extraction du deuterium et du carbone-13
29
Fig. 2.3 - Schéma de la ligne d'extraction de l'oxygène organique
32
Fig. 2.4 - Localisation de sites d'échantillonnage de la matière organique végétale et de l'eau
des nappes superficielles
.36
Fig. 2.5 - Graclients isotopiques (0 180) sur le transect Nioro-Mbour
.41
Fig. 2.6 - Gradient isotopique (0 180) sur le transect Diourbel -Mbour
.42
F·
2 7 Gr d'
.
.
(~2hT\\
1
~
Mb
Ig.
. -
a lent Isotopique u ") sur e transect
1oro-
our
.42
FIG. 2.8 - Variation des 18
(5 0 dans la cellulose d'A. albida et deR. aegyptiaca en fonction
la latitude
43

---

157
FIG. 2.9 - Variations des 8180 dans la cellulose de A albida en fonction de la latitude, le
long du transect Ziguinchor - Ganguet
44
FIG. 2.10 - Enrichissement en 180 de la'cellulose d'Acacia en fonction de la latitude du
site de prélèvement de l'échantillon
.45
Fig. 2.11 - Variation des 811 de la cellulose nitrate d'Acacia en fonction de la latitude, le long
d\\m transect Nord-Sud Ziguinchor- Dagana
.46
FIG. 2.12 - Variations des 811 dans la cellulose nitrate de plantes semi-aquatiques en fonction
de la latitude
48
FIG. 2.13 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H dans les eaux des pluies au Sénégal
51
Fig. 2.14 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H dans les eaux de surface au Sénégal
53
FIG. 2.15 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H dans les eaux des nappes superficielles
du Sénégal
,
54
FIG. 2.16 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H sur quelques eaux récemment infiltrées du
bassin du Sénégal
55
FIG. 2.17 - Profil de deutérium dans les sols non saturés. Site de Louga 18
56
FIG. 2.18 - Relations entre les teneurs en 180 et 2H dans la zone non saturée
56
FIG. 2.19 - Caractérisation isotopique des eaux du sol et du sous - sol au Sénégal
58
FIG. 2.20 - Variations latitudinales des 8180 dans les nappes superficielles du Sénégal
suivant un transect Vélingara-Dagana
58
Fig. 2.21 - Relation entre le 82H de la cellulose de plantes lacustres et le 82H des eaux
des lacs
60
Fig. 2.22 - Relation entre le 8180 de la cellulose d'Acacia et le 8180 de l'eau des
nappes superficielles
60
Fig. - 2.23 - Répartitions spatiales des 180 dans la cellulose d'A. albida et des l80 dans les
eaux des nappes superficielles
62
FIG. 2.24 - Variations des 8180 de la cellulose d'Acacia en fonction de la pluviométrie
moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement..
65

---

158
Fig. 2.25 - Variations des 02H dans la cellulose nitrate d'Acacia en fonction de la
pluviométrie moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement...
66
Fig. 2.26 - Variations des 0180 de la cellulose d'A. albida en fonction de l'humidité
relative moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement..
67
Fig. 2.27 - Variations des ô2H de la cellulose d'A. albida en fonction de l'humidité relative
moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement..
68
Fig. 2.28 - Variations des 0180 de la cellulose d'Acacia en fonction l'indice d'aridité de
De MARTONNE
69
Fig. 2.29 - Variation latitudinale de la pluviométrie au Sénégal (moyenne des cinq
années 1985-1989)
71
l3
FIG. 2.30 - Variations des o e dans la cellulose nitrate d'Acacia albida dans quatre sites
répartis entre le Nord et le Sud
78
l3
FIG. 2.31 - Variations des o e dans la cellulose nitrate d'Acacia albida en fonction
de la latitude
79
l3
FIG. 2.32 - Variations des ô e dans la cellulose nitrate de plantes serni-aquatiques en fonction
de la latitude
80
l3
Fig. 2.33 - Variation des o e sur une section de tronc de Azadiracta indica
83
l3
FIG. 2.34 - Variations des o e dans la cellulose nitrate d'A. albida en fonction de la
pluviométrie moyenne annuelle (1983-1987) du site de prélèvement..
,
85
Fig. 2.35 - Variation des ol3e dans la cellulose nitrate d'A. albida en fonction de l'humidité
relative
86
Fig. - 2.36 - Variation des oEe dans la cellulose nitrate d'A. albida en fonction de l'indice
d'aridité
87
FIG. 2.37 - Fluctuation des oEe dans une section de tronc d'A. indica et relation
avec la pluviométrie moyenne annuelle entre 1967 et 1990
88
CHAPITRE 3
FIG. 3.1 - Localisation des tourbières des niayes dans la grande côte du Sénégal
97
FIG. 3.2 - earte de localisation des dépôts de tourbes dans le secteur de Mboro
98

---

159
FIG. 3.3 - Coupe géologique NE-SW à travers le massif de dunes du littoral nord, dans
la zone centrale des niayes
99
FIG. 3.4 - Représentation schématique de l'aspect actuel de la végétation d'une niaye.......... l03
FIG. 3.5 - Lithostratigraphie et sédimentologie de la carotte de tourbes de Touba Ndiaye.... l05
FIG. 3.6 - Caractérisation granulométrique de la charge minérale des tourbes des niayes à
l'aide du diagramme premier quartile (QI), médiane (Md) et troisième quartile (Q3) .... 108
FIG. 3.7 - Différenciation de la charge minérale des tourbières en familles granulométriques
par le spectre Sk-Mz
108
FIG. 3.8 - Répartition de la charge minérale des tourbières des niayes dans le diagramme
C-M de PASSEGA.
1Il
FIG. 3.9 - Raies 001 de la kaolonite (K), l'iIlite (1), la vermiculite (V) et intertratifiés 1-V
dans la charge minérale argileuse des tourbes des niayes
115
FIG. 3.10 - Raies de la smectite et intertratifiés I-S
116
FIG. 3.] 1 - Variations des différentes composante de la charge minérale argileuse
dans la carotte de tourbes de Touba Ndiaye
] 18
FIG. 3.]2 - Diagramme de répartition des semences dans la la carotte de Touba Ndiaye...... 122
Fig.3 .13 - Flore cypérologjque et variations paléohydrologiques dans la tourbière
de Touba Ndiaye
]24
CHAPITRE 4
FIG. 4.] - Teneurs en180 de tourbes provenant de latitudes différentes
133
FIG. 4.2 - Variations des o2H et ol3C dans les macrorestes ligneux extraits de la tourbière
de Touba Ndiaye
]36
FIG.- 4.3 - Relation entre o2H et teneur en cellulose nitrate dans les macrorestes ligneux..... 138
FIG. 4.4 - Relation entre o2H et ol3C dans la cellulose nitrate des macrorestes ligneux......... ]40
FIG. 4.5 - Les ol3e dans les tourbes fossiles de la carotte de Touba Ndiaye: variations
et significatione climatiques
]43
FIG. 4.6 - Variations des isotopes stables et des paramètres paléoécologiques dans la
tourbière de Touba Ndiaye
145

---

160
LISTE DES TABLEAUX
CHAPITREl
TABLEAU 1.1 - Evapotranspiration potentielle calculée par la fonnule de TORe (mm)
dans des stations de la moitié nord et de la moitié sud du pays
16
CHAPITRE 2
TABLEAU II.l - Les composés du bois d'après FENGEL et WEGENER
24
TABLEAU II.2 - Résultats du traitement chimique de différents matériaux des plantes
27
TABLEAU II.3 - Teneurs en 2H de pieds d'A. albida échantillonnés sur la rive du
lac de Guièrs
34
TABLEAU II.3 - Variation des 0180 d'Acacia albida et de Balanites aegyptiaca dans la
vallée du fleuve SénégaL
35
TABLEAU IIA - Teneurs en 180 dans des espèces différentes
.35
TABLEAU II.5 - 02H dans la cellulose nitrate d'A. albida échantillonnés dans quatre sites
situés à différentes latitudes
38
TABLEAU II.6 - 02H dans la cellulose nitrate de diverses plantes lacustres
39
TABLEAU n.7 - Variation longitudinale des 8180 d'Acacia le long des transects Nioro-Mbour
1
et Diourbe1-Mbour
Al
TABLEAU n.8.- 0180 et o2H dans les eaux de surface au Sénégal (Mars 1988)
52
1
TABLEAU II.9 - o13e de la celluJose nitrate d'Acacia échantillonnés dans quatre sites
1
situés à différentes latitudes
75
TABLEAU II. 10 - o13e dans la celluJose nitrate de plantes lacustres échantillonnées à
1
différentes latitudes
76
1
TABLEAU II.ll - ol3e dans le bois d'Acacia échantillonné à différentes latitudes
77
1
TABLEAU Œ12 - Teneurs en ol3e dans une section de Azadiracta indica.
82
1
1

---

161
CHAPITRE 3
TABLEAU m.l - Valeurs (<p) des indices C-QI-Md-Q3-99% des principaux faciès
IIO
CHAPITRE 4
TABLEAU IV.I - Résultats d'analyse de la matière organique totale de tourbes
des niayes
_
128
TABLEAU IV.2 - Composition chimique des cendres des tourbes des niayes
129
TABLEAU IV.3 - Teneurs en 180 des tourbes dans la carotte de Touba Ndiaye
131
TABLEAU IVA - Teneurs en 2R et l3e dans la cellulose nitrate des macro-restes ligneux
extraits de la carotte de Touba Ndiaye
135
TABLEAU IV. 5 - Bl3C dans une carotte de tourbes de 450 cm prélevée dans le site de
Touba Ndiaye
142

---

162
TABLE DES MATJERES
Chapitre 1:INTRODUCTION
1.1 - LA PROBLEMATIQUE SCIENTIFlQUE
.
.
1
1.2 - LES RELAl'IONS ENTRE LES 180, lH ET 13C DE LA MATIERE
ORGANIQUE DES PLANTES ET LES FACTEURS CLIMATIQUES
3
18
1.2.1 - Les facteurs qui déterminent les teneurs en
0 et lB dans la matière
organique végétale
3
1.2.2 - .~es facte~rs qui ,d~tenninentla composition isotopique du carbone dans la
matlere orgamque vegetale
9
1.3 - LE CONTEXTE CLIMATIQUE DE LA ZONE D'ETUDE
12
1.4 - PROBLEME ET METHODE.
17
Chapitre 2: VARIATIONS DES 180 , lB ET 13C DANS LA MATIERE ORGANIQUE
DES PLANTES ACTUELLES DU SENEGAL
2.1 - MATERIELS ET METHODES D'ETUDE
19
2.1.1- ECHANTILLONNAGE.
19
2.1.1.1 - Plan tes terrestres
19
2.1.1.2 - Plantes lacustres
22
2.1.1.3 - Eaux des nappes superlicielles et eaux de surlace
22
2.1.1.4 -Echantillonnage des tourbes
23
2.1.2 - LES COMPOSES CHIMIQUES ANALySES
24
2.1.3 - METHODES ANALYTIQUES
25 .
2.1.3.1 - Analyse du deuterium et du carbone-13 dans le bois actuel et les macro restes
végétaux fossiles
25
2.1.4.2 - Analyse de l'oxygène-18
31
18
2.2 - VARIATIONS DES 0 0 ET olH DANS LA MATIERE ORGANIQUE
D'ORIGINE VEGETALE AU SENEGAL
34
18
2.2.1 - TENEURS EN
0 ET lH DANS LA CELLULOSE DES ARBRES ET DES
PLANTES HERBACEES LACUSTRES
34
18
2.2.1.1 - Teneurs en
0 et lB dans des espèces d'arbres différentes
35
2.2.1.2. - Teneurs en lB dans la cellulose de plantes vivant à l'intérieur d'un même site
37
18
2.2.1.3 - Répartition s~atia1e des 0 0 et olH
"
.
'"
.40
2.2.1.3.1 - Teneurs en 80 et lB dans les stations proches du littoral marin et dans la
vallée du fleuve Sénégal
.40
18
2.2.1.3.2 - Variations latitudinales des 0 0 et olH dans la ceUulose des plantes actuelles
au Sénégal.....
.44
2.2.1.4 - Conclusions..
.
.47
2.2.2 - RELA l'IONS AVEC LES CARACTERISTIQUES ISOTOPIQUES DES
EAUX D'ALIMENTATION
SO
2.2.2.1 - Caractéristiques isotopiques des eaux d'origine météorique au Sénégal
Sü
18
2.2.2.2 - Influences du contexte hydrologique sur les 0 0 et olE de la cellulose des
plantes du SénégaL
59
2.2.2.3 - Conclusions
61

---

163
I8
2
2.2.3.- RELATIONS ENTRE LES Ô 0 ET 8 H DANS LES PLANTES ACTUELLES
AU SENEGAL ET LES FACT'EURS CLIMATIQUES LOCAUX:
PLUVIOMETRIE, HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR ET INDICE D'ARIDITE
CLIMATIQUE
.
64
2.2.3.1 - Les faits d'observation
64
2.2.3.2 - Signification des résultats graphiques
70
a) Sites terrestres
37
a)- Variations latitudinales des 8 80 dans le bois dit. albidll
,
44
b) Sites lacustres
38
b)- Variations latitudinales des d H dans la cellulose nitraJe d'A. albida
46
c)- Variations latitudinales des dH dans la cellulose nitraJe des plantes lacustres
47
2.3 - VARIATIONS DES ÔDC DANS LA MATIERE ORGANIQUE VEGETALE AU
SENEGAL
74
2.3.1 - TENEURS EN IJC DANS LA CELLULOSE DES ARBRES ET DES
PLANTES HERBACEES LACUSTRES
74
2.3.1.1 - variations des ôDC à l'intérieur d'un même site
74
2.3.1.1.1 - Sites terrestres
74
2.3.1.1.2 - Sites lacustres
75
IJ
2.3.2- REPARTTTION SPATIALESDES8 C
77
2.3.2.1 - Variations IatitudinaJes des ÔIJC dans la cellulose nitrate d'A. albida.............. .. 77
2.3.2.2 - Variations IatitudinaJes des ÔIJC dans la cellulose nitrate des plantes lacustres
80
2.3.3 - VARIATIONS DES ÔDC DANS DES SERIES DE "CERNES"
81
2.3.4 - RELATIONS ENTRE LES ODC DES PLANTES ET LES PARAMETRES
CUMATIQUES: LA PLUVIOl\\1ETRIE, L'HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR
ET L'INDICE D'ARIDITE
85
2.3.4.1 - Les ODC d'A. aIbida et les paramètres climatiques
85
2.3.4.2 - Relation entre les variations de 13C dans la section de tronc d'Azadiracta indiea
et la pluviosité locale
88
2,3.5 - INTERPRETI10N DES VARIATIONS DES ODC DAJ"IS LA MATIERE
ORGANIQUE AU SENEGAL.
89
2.4 - CONCLUSIONS AU CHAPITRE: LES POSSffiILITES ET LIMITES
D'UTILISATION DE 180 , 2B ET DC COMME MARQUEURS
PALEOCLIMATIQUES
'"
92
2.4.1 - Possibilités d'utilisation des isotopes en paléoclimaJologie
92
2.4.2 - Problèmes et limites d'utilisation de la méthode des isotopes
93
Chapitre 3: SEDIMENTOGE1\\'ESE ET VARIATIONS CLIMATIQUES DANS LES
TOVRBlERES DES l'T)A YES DU SENEGAL
3.1 - LE l\\UL~U N~TUREl: DES TOURBJERES DES NIAYES ..
3.1.1 - Cadre geologlque ~t geomorphologique............................
96
3.1.2 - Contexte hydrologIque et hydrogéologique
96
3.1.3 - Cadre floristique........................
········· .. ·.. ·'" ······ .. ··
\\00
.. -.... -... -. -.
" 101
3.2 - LES PRINCIPAUX FACIES ET LEUR SIGNIFICATION CLIMATIQUE
104

---

164
3
3.3 - CONTRmUTIO~S DUNAIRES ET LOESSIQUES AUXDEPÔTS DES
TOURBIERES DES NIA YES: VARIATIONS ET INTERPRETATION
CLIMATIQUE
107
3.3.1 - Données granulométriques
..
107
3.3.2 - Discussions......
110
3.3.2.1 - Arguments granulométriques et minéralogiques....
.
110
3.3.2.2 - Arguments paléogéographiques..
112
3.3.3 - Conclusion...
112
3.4 - NATURE ET EVOLUTION DES MINERAUX ARGILEUX EN RELATION
AVEC LES CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES
114
3.4.1 - Caractéristiques RX des minéraux argileux des tourbières des niayes
114
3.4.2 - Distribution stratigraphique des assemblages de minéraux argileux dans le
sondage de Touba. Ndiaye
117
3.4.3 - Origine et signification climatique des argiles et minéraux associés
119
3.5 - LA FLORE CYPEROLOGIQUE FOSSILE DES TOURBES,
FLUCTUATION ET SIGNIFICATION PALEOHYDROLOGIQUE
121
3.5.1 - Problématique de l'utilisation des semences fossiles comme proxy-
indicateurs de paléomilieux
121
3.5.2 - Résultats et commentaires...................
121
3.5.2.1 - Incidence du niveau de la nappe phréatique sur les fluctuations de la flore
de cypéracées
123
3.5.2.2 - Apports des données paJynologiques et sédimentologiques
123
3.5.3 - Conclusions
125
Chapitre 4: VARIATIONS ISOTOPIQUES DANS LES TOURBES DES NIAYES ET
INTERPRETATION PALEOHYDROLOGIQlffiS
4.1 - PROBLEME ET METHODE
127
4.1.1 - Les objectifs de l'étude
127
4.1.2 - Aspects méthodologiques......................................
.. 127
4.1.3 - Caractéristiques chimiques des tourbes....................
128
4.2 - VARIATION DES <s180 DANS LES TOURBES
..
.. . .
130
4.2.1 - Analyse des résultats...
......... .......
..........
.
............
130
4.3 - VARl-\\TIüNS DES û2H ET <s l3 C DANS LES MACRO-RESTES LIGNEUX
EXTRAITS DES TOURBES............................
.
134
4.3.1 - Problème et méthode
134
4.3.2 - Variations des o~JI dans les macro-restes ligneux....
..
137
4.3.3 - Variations des <S C dans les macro-restes ligneux..
139

---

165
3.3 - CONTRIBUTIONS DUNAIRES ET LOESSIQUES AUX DEPÔTS DES
TOURBIERES DES NIA YES: VARIATIONS ET INTERPRETATION
CUMATIQUE
.
107
3.3.1 - Données granulométriques ..
.
107
3.3.2 - Discussions.....
.
110
3.3.2. J - Arguments granulométriques et minéralogiques...
.
110
3.3.2.2 - Arguments paJéogéographiques.........
.
112
3.3.3 - Conclusion.............
.
112
CONCLUSIONS GENERALES
. .
.
.
147
BIBLIOGRAPHIE
149
LISlE DESHGURES
156
LISTEDES.ABLEAUX
160

---

\\\\'
('.
11\\ ',.
LES rSOTOPES 180, 2H ET l3C DANS LA MAl'IERE ORGANIQUE DES ~'GETAUX
ACTUELS ET FOSSILES DU SENEGAL: RELATION AVEC LES FACTEURS
CLlMATIQUES
ACTUELS
ET' CONTRIBUTION
A
LA
RECONSTITUTION
1
PALEOHYDROLOGIQUE DES TOURBIERES HOLOCENES DES NIAYES'
Mamadou FALL, Départemc!;t de Géologie, Faculté des Sciences et Tecluiiques, Vniv. CADiop de 9:akar, Sénégal
Résumé
i
Vans cette étude, nom avons fait appel aux isotopes du IlÙlieu e80, 2H e~ Be), avec comme
objectif ultime d'utiliser ces "outils modernes" pour mettre en évidence des tendances
climatiques du passé à p=tr:.ir de la composition isotopique des tourbes fossiles des Niayes de la
grande côte du Sénégal. Une. des rf.0blématiques essentielles c'onsislait alors à étudier la
capacité des isotopes de la matière org'anique des plantes à servir d'»intruments de mesure»des
principaux paramètres climatiques et hydrologiques des milieux semi-arides et arides
rencoi1tré~~au Sénégal.
""
Ves relations' significatives ont été IlÙses en évidence entre les 180, 2H et Be dans la
cellulose des plantes et les facteurs environnementaux essentiels.
AI' échelle régionale, le
lien avec le climat se traduit par des gradients d' enrichissement isotopiqu~. dans la cellulose
d'Acacia albida qui reflètent le gradient d'aridité latitudinal lié à la baisse progressive de la
pluviosité à mesure que l'on passe de la savane forestière au Sud à la steppe seIlÙ-désertique au
Nord. En particulier, les 180 et 2H reflètent la discontinuité hydro-climatique entre le Nord et le
Sud du pays, discontinuité liée la prédominance des flux de mousson dans la zone sud et des
flux d'Est dans la zone nprd. En définitive, la plus ou moins grande variabilité des teneurs en
, 180, 2H et. l3e au sein d'un même site traduit dans une certaine mesure la capacité des isotopes
utilisés à refléter les nual1ces hydra-climatiques qui peuvent exister à petite échelle.
eependant, dans le ccmtexte climatique soudano-sahélien, la reconstitution paléoclimatiqùe
à partir des 180, 2H et Be comportera une certaine imprécision qui sera à la mesure des limites
que la plante impose aux éc;mnges avec l'atmosphère ambiante sous l'effet du dé±!cit hydrique.
.tes indicateurs sédimentologiques (nature et fluctuations des minéraux des argiles),
paléobotaniques (évolution de la flore cypérologique) nous ont pennis de retracer les régimes
hydrologiques qui Ol1t prévalu au cours de la formation des tourbes. L'étude du Be dans la
tourbe a permis?e mettre clairement en évidence certaines·de ces tendances paléohydrologiques qui
ont marqué l'installation des tourbières des Niayes. Cependant, dans l'ensemble, l'étude isotopique
de la matière organique fossile biodégradée de nos tombières met en exergue certaines mtes de
la méthode liées essentiellement à des conditions de mauvaise conservation de l'''infonnation
climatique isotopique" da'1s la matière organique ancienne.
******************
Mots clés: Acacia, Aérc,sol, Argile, Carbone-l3, Cyperaceae, Deuterium, Holocène, Isotope,
Oxygène-I8, Paléoclimat, PaléohydroJogie, Niayes, Sénégal, Tourbes.

---