Les régions du Nil et de l'AFAR: archives fluviaux-lacustres des changements hydrologiques et impact sur l'adaptation humaine depuis 20,000 ans – NILAFAR

Tâche 1 Paléosciences : cette étude vise à reconstituer les fluctuations hydrologiques dans la région d'Afar à une résolution centennale-millénaire au cours des 20 000 dernières années en utilisant des traceurs innovants tels que Delta2Hwax, GDGT (Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers ou GDGTs) et des assemblages de diatomées. De plus, la composition isotopique du Néodyme (143Nd/144Nd) qui trace la provenance des sédiments lacustres sera couplée aux isotopes du Li (delta7Li) qui retracent l'intensité de l'altération et de la néoformation des argiles des sols qui sont transportées dans les cuvettes lacustres.

Tâche 2 : Modélisation
La combinaison de simulations de modèles climatiques (à partir du Paleoclimate Modeling Intercomparison Project PMIP et des modèles IPSL) et de simulations de modèles hydrologiques (un modèle pluie-ruissellement - préalablement calibré sur la période observée en utilisant les séries de décharge disponibles) sera utilisée pour étudier les différents facteurs et les seuils importants contrôlant l'hydrologie de l'Afar, en termes de régimes de précipitations (périodes humides et sèches telles que AHP et LGM, respectivement), de source du flux d'humidité (des océans Atlantique ou Indien) sur la région, et de durée des épisodes secs critiques (tels que HS, YD, 8. 2, 4.2ka)

Tâche 3 Archéologie
L’étude consistera à fouiller et à dater des séquences d'occupation humaine chrono-spatialement dans le but de reconstituer la paléoéconomie et les changements culturels au cours des 20 000 dernières années par le biais d'une investigation archéologique ciblée dans l'Afar (Éthiopie, Djibouti) et la vallée centrale du Rift éthiopien. Le projet se concentre particulièrement sur la persistance et le déclin des communautés de chasseurs-cueilleurs et l'émergence du pastoralisme au néolithique. Le projet pluridisciplinaire NILAFAR s'appuie en grande partie sur les travaux de trois programmes archéologiques complémentaires dans l'Afar et la vallée du Rift central
VAPOR-Afar dirigé par Lamya Khalidi,
PSPCA dirigé par Jessie Cauliez
Séquence LSA dirigée par Clément Ménard.

La tâche 4 Géomorphologie
Cette étude vise à reconstituer les paléopaysages régionaux par des relevés géomorphologiques des bassins et des rivages des paléolacs de Gamari, Afambo, Abhe et Ziway/Shala et par la datation des archives environnementales (stromatolithes, diatomites, paléosols, dépôts éoliens, etc.). La reconstitution des fluctuations du niveau des lacs fournira des informations à haute résolution sur les changements environnementaux, leur amplitude temporelle et leur relation avec les modes de peuplement humain.

Les dernières études en paléosciences menées par F. Gasse (1977, 1975) au sein du bassin du Lac Abhé (Afar Central, Ethiopie & Djibouti) datent de plus de 40 ans. Ceci probablement en raison des conditions géopolitiques rendant les missions de terrain à risque. Durant les missions de terrain conduites dans le cadre du projet VAPOR-AFAR depuis 4 ans, la collecte d’une centaine de morphologies côtières contrôlés chronologiquement par la datation 14C des microbialites (stromatolithes) a permis de reconstruire à haute résolution les variations hydrologiques du Lac Abhé au cours des derniers ~13 ka BP (Mologni et al., 2021, Geomorphology). Toutefois, cette région étant inclut dans la structure extensive du graben de Tendaho-Gobaad, le bassin du Lac Abhé réponds aussi aux processus telluriques et morphologiques superficiels qui ont pu affecter son évolution au cours du temps. Ainsi, un taux de subsidence de la zone axiale du graben à l’Holocène a été calculé (4-6mm/an). Conscient que le bilan hydrologique du bassin Abhé est le résultat de l’interaction entre facteurs climatiques, tectoniques et géomorphologiques, le travail se poursuit par une reconstitution rigoureuse et fiable des bilans hydrologiques dans cette région.

Le travail démarré en 2021 sur les microbialites ou stromatolithes a pour but de tester leurs potentiels pour les reconstructions hydro-climatiques et environnementales en Afar éthiopien et djiboutien. Les premiers résultats, sur une dizaine de stromatolithes dont certains datés des derniers 30.000 ans sont prometteurs. Sur la base de la détermination des faciès microscopiques, lde la caractérisation géochimique et isotopique (d18O, d13C d7Li), nous mettons en évidence des niveaux de sècheresse en phase avec les derniers évènements de Heinrich (HE1 et HE2). (conf. Mologni et al., 2022).

L’approche multi-proxy de la séquence AFA18-02 collecté dans le lac Afambo, dont la base est datée à 1970, révèlent une alternance de lamines sombre (associé aux apports lithogènes de la saison humide) et claire/rouille ( enrichissement en Ca et Sr qui en lames minces indiquent la présence de grains de sparite de taille 8 microns chimio-précipités dans la colonne d’eau à l’interface sédiment/eau pendant la saison sèche) sur 170 cm de profondeur.
Sur les 170 cm de profondeur, on remarque un niveau enrichi fortement en calcite daté en 1997. Nous suggérons qu’il corresponde à la sècheresse intense de 1997/98 qui est en phase avec le processus d’El Nino le plus intense enregistré par des données instrumentales. Les années 97/98 correspondent à une grande sécheresse qui a sévit dans ce pays et qui a abouti à une grande famine.
L’ensemble de ces analyses nous permettent de proposer que le rapport Ti/Ca s’interprète comme un traceur d’intensité de sécheresse. Il y a une corrélation intéressante entre les diminutions du rapport Ti/Ca (= sécheresse intense) et les années de fort El Nino depuis 1970. Ce travail est en cours d’approfondissement.

a rédiger

(invited article, accepted) Mologni C., Revel M., Bastian L., Bayon G., Bosch D., Khalidi L., Vigier N. 2022. Enhanced continental weathering (d7Li) during the rise of East African complex societies: an early large-scale anthropogenic forcing? Comptes Rendus de Géoscience.
• Coudert L., Dufour E., Bruxelles L., Gosselin M., Lesur J., Mologni C., Cauliez J., en cours de correction, Hydrology of the Lake Abhe (Ethiopia-Djibouti) during the Late Holocene and its use by humans: contribution of d18O analyses of fish otoliths, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology
• Crevecoeur I., Bayle, P., Matu M., Pearson O., Paleoanthropology and population processes since the MIS 3 in North-east Africa, a regional synthesis. In : Lesur et al., (Eds.), Du Big dry à l’Holocène en Afrique de l’est et au-delà, Bulletin de la Société Préhistorique Française (Accepté).
• Mologni C., Bruxelles L., Schuster M., Davtian G., Ménard C., Orange F., Doubre C., Cauliez J. , Berhane Taezaz H., Revel M., Khalidi L. 2021. Holocene East African monsoonal variations recorded in wav-dominated clastic paleo-shorelines of Lake Abhe, Central Afar region (Ethiopia & Djibouti), Geomorphology, Vol. 391, doi.org/10.1016/j.geomorph.2021.107896
• C. Darles, L. Khalidi, M. Arbach (Eds.) (2021). Contacts Between South Arabia and the Horn of Africa, From the Bronze Age to Islam. In Honor of Rémy Audouin. Sites et Cités d'Afrique Series. F.-X. Fauvelle-Aymar, F. Bon (series Eds.). Toulouse: Presses universitaires du midi. 343 pp.
• Cauliez J., Hérouin S., Gutherz X., Aden Asma Youssouf, Alarashi H., Bruxelles L., Coudert L., Diaz A., Khalidi L., Lesur J., Marquebieille Benjamin, Matu M., Osman Ali Ibrahim, Thouvenot Y., Zazzo A. (2021). Monumentalisme funéraire et premières sociétés de production dans la Corne de l’Afrique. Le monument à double couronne d’Antakari 3 en République de Djibouti (région d’As Eyla, District de Dikhil). In Mégalithismes et monumentalismes funéraires : passé, présent, futur. V. Ard, E. Mens, M. Gandelin (eds.), Leiden: Sidestone press, pp. 319-351.

Le projet NILAFAR se propose d'étudier l'impact des fluctuations hydrologiques de ces 20.000 dernières années sur les sociétés, en Afrique du Nord Est, et en particulier sur le développement du pastoralisme. NILAFAR vise également une meilleure compréhension des mécanismes climatiques à l’origine des fluctuations d’intensité de la mousson Africaine et des épisodes courts d’hyperaridité. Lors de ces épisodes, l’African Humid Period (AHP) a vu le repli ou la dissémination de groupes humains mobiles. Dans un environnement qui a pu être aussi limitatif que stimulant, les sociétés ont innové vers de nouveaux modèles économiques, en passant d’une économie de prédation à une économie de production. NILAFAR se propose donc d’explorer la corrélation entre le régime paléo-hydrologique et l’évolution de ces anthroposystèmes dans la vallée de l’Afar en Éthiopie et Djibouti. En particulier, l’AHP sera revisitée à haute résolution temporelle (~100 years), à l’aide d’outils inorganique et organique novateurs traçant les fluctuations hydrologiques des lacs et les variations de l’altération des sols éthiopiens. Dans ce contexte, nous étudierons les lacs Afambo, Gamari et Abhé et leurs bassins versants qui ont enregistré à haute résolution les changements de moussons et les changements environnementaux depuis le Pléistocène récent (pré 11.7 ka) jusqu’à l’Holocène récent (pré Anthropocène).
L’originalité du projet est sa synergie disciplinaire et humaine entre des études de terrain en région Afar (archéologie, carottage de lacs, géomorphologie, géomatique de ces lacs et de leurs bassins versants), une reconstitution des modèles de peuplements et de paléoéconomies à partir du couplage de l’étude des archives morphosédimentaires et des archéomatériaux, des modélisations hydro-climatiques, et une reconstitution des fluctuations hydrologiques à partir du couplage d’outils novateurs (isotopie du lithium, biomarqueurs) et d’outils classiques (isotopie du néodyme, diatomées, et fonctions de transfert hydrochimique). L'établissement de modèles d'âges robustes, que ce soit pour les archives lacustres, les sols, et pour les implantations humaines sera une priorité, et nos résultats préliminaires sont très encourageants. Des simulations climatiques à grande échelle seront utilisées pour étudier les mécanismes du changement de mousson, au cours de la dernière déglaciation/Holocène et le débit de la rivière Awash qui draine cette zone ainsi que le débit du Nil Bleu. Ces modèles ainsi testés sur une large gamme de climats et hydrologies passés constitueront d’excellents outils pour prévoir les variations climatiques et hydrologiques futures à l’échelle de cette région. Enfin, la coévolution Homme-Ecosystème-Climat sera établie sur cette large séquence chronologique.
Le but ultime de ce projet est de proposer des solutions à une meilleure adaptation des populations face aux défis de nos sociétés en termes d’agro-pastoralisme et de ressources en eau, matière première dans ces pays en phase de développement d’infrastructures. Nous formerons des étudiants et futurs chercheurs sur les mécanismes de réchauffement climatique et l’avenir des régions arides. Cette transmission de savoir s’effectuera sur quatre années à travers une demande de post-doctorat pour la modélisation et pour l’archéologie ; une demande de thèse pour l’acquisition des données innovantes. Ce projet sera aussi l’occasion de renforcer la formation des étudiants éthiopiens sur le terrain et en géochimie via des cursus universitaires communs.