La colonisation des coulées de lave par des fougères et des graminées en climat chaud et humide, versant Sud du Kilauea (Hawaii)

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

07/11/2011

Résumé

Végétaux pionniers sur basaltes : fougères et graminées tropicales.


Figure 1. Fissure envahie par des fougères, affectant la surface d'une coulée de basalte pa hoe hoe, Kilauea (Hawaii)

Fissure envahie par des fougères, affectant la surface d'une coulée de basalte pa hoe hoe, Kilauea (Hawaii)

Cette coulée est vieille de plusieurs siècles. Elle se trouve sur le versant Sud du Kilauea (Hawaii).


Figure 2. Vue globale d'une fissure envahie par des fougères, basalte pa hoe hoe, Kilauea (Hawaii)

Vue globale d'une fissure envahie par des fougères, basalte pa hoe hoe, Kilauea (Hawaii)

Vue plus générale englobant la figure précédente.

Cette coulée est vieille de plusieurs siècles. Elle se trouve sur le versant Sud du Kilauea (Hawaii).


Traditionnellement, on cite toujours les mousses et les lichens comme « végétaux » pionniers qui colonisent les surfaces rocheuses nues. Ce ne sont pas les seuls. Sous un climat chaud et humide, ce sont les fougères qui sont très souvent les premiers végétaux à s'installer. La grande île d'Hawaii est située sous le tropique Nord. Elle est soumise à un climat chaud, perpétuellement humide sur son versant Nord, avec alternance de saisons humides et de saisons sèches sur son versant Sud. C'est sur ce versant Sud que se trouve le Kilauea, dont les cratères sommitaux ou adventifs sont en éruption quasi-permanente depuis au moins 1500 ans. De très nombreuses coulées très récentes arrivent à la mer, en recouvrant des coulées vieilles de plusieurs siècles. Les deux dernières phases paroxysmales sur ce versant Sud datent de 1972-1975 pour la première, et à débuté en 1986 et dure encore pour la deuxième. La figure qui suit montre une vue Google Earth de la partie occidentale du versant Sud du Kilauea, montrant bien ces deux types de coulées : vieilles de quelques siècles ou de quelques années seulement.

Figure 3. Vue Google Earth de la partie occidentale du versant Sud du Kilauea (Hawaii)

Vue Google Earth de la partie occidentale du versant Sud du Kilauea (Hawaii)

Dans la partie inférieure de l'image, on voit très bien la différence entre les coulées vieilles de plusieurs siècles (en marron clair), recouvertes par des coulées récentes (post 1974) en noir. Au fond, le Mona Kea.


Les quatre figures suivantes montreront d'autres photos de ces coulées « anciennes ». Toutes les photos d'Hawaii présentées ici datent de 2007.

Figure 4. Vue de détail d'une ride de pression (pressure ridge) affectant une coulée vieille de plusieurs siècles, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Vue de détail d'une ride de pression (pressure ridge) affectant une coulée vieille de plusieurs siècles, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Sur les parties élevées de cette coulée, il n'y a aucun humus et aucun végétal, si ce n'est des fougères ayant réussi à s'implanter dans les fissures, notamment la fissure axiale de la ride de pression.


Figure 5. Vue d'ensemble d'une ride de pression (pressure ridge) affectant une coulée vieille de plusieurs siècles, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Vue d'ensemble d'une ride de pression (pressure ridge) affectant une coulée vieille de plusieurs siècles, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Sur les parties élevées de cette coulée, il n'y a aucun humus et aucun végétal, si ce n'est des fougères ayant réussi à s'implanter dans les fissures, notamment la fissure axiale de la ride de pression. En surface de coulée, on voit que les parties basses sont recouvertes de quelques tapis herbacés (jaune pendant la saison sèche). Ces herbes ont pu s'installer dans les parties basses car elles restent humides plus longtemps après les pluies, et parce que s'y accumulent débris et cendres fines amenés par le vent. Humidité et substrat meuble semblent nécessaires à l'implantation des herbes. Les fougères, elles, semblent pouvoir s'en passer.


Figure 6. Surface d'une vieille coulée de lave, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Surface d'une vieille coulée de lave, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

On voit bien que seules les parties basses sont (un peu) colonisées par les herbes. Les parties hautes ont leur roche encore à nu, et seules des fougères ont pu s'installer, notamment dans les fissures.


Figure 7. Surface d'une vieille coulée de lave, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Surface d'une vieille coulée de lave, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

On voit bien que seules les parties basses sont (un peu) colonisées par les herbes. Les parties hautes ont leur roche encore à nu, et seules des fougères ont pu s'installer, notamment dans les fissures.


Les photographies qui suivent montrent des coulées récentes (post 1974). Le mécanisme de la colonisation par les fougères s'y voit bien, et ce sont les seuls végétaux ayant réussi à s'implanter en un temps aussi bref. Aucune herbe ou représentant d'un autre groupe végétal n'est visible.

Figure 8. Vue d'ensemble d'une coulée pa hoe hoe récente du Sud du Kilauea (Hawaii)

Vue d'ensemble d'une coulée pa hoe hoe récente du Sud du Kilauea (Hawaii)

On distingue bien les deux types de morphologie superficielle de ce type de coulée : les coulées « cordées » en bas à gauche, et des coulées « en boules et coussins » (à ne pas confondre avec des pillow lava »), boules coussins qui recouvrent les cordes au centre de la photo. La surface des coulées anciennes des figures précedentes était plutôt de type « boules et coussins ».

Quelques fougères ont réussi à s'implanter dans les fissures et les anfractuosités de la coulée.


Figure 9. Vue d'ensemble d'une coulée pa hoe hoe récente du Sud du Kilauea (Hawaii)

Vue d'ensemble d'une coulée pa hoe hoe récente du Sud du Kilauea (Hawaii)

On distingue bien une ride de pression (au centre de l'image), structure fréquente sur ce type de coulée.Quelques fougères ont réussi à s'implanter dans les fissures et les anfractuosités de la coulée, notamment dans la fissure centrale de la ride de pression.


Figure 10. Gros plan sur une fissure de ride de pression, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Gros plan sur une fissure de ride de pression, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Quelques fougères qui ont réussi à s'implanter. On voit une « pseudo-stratification » qui structure les premiers décimètres de cette coulée. Les fougères semblent s'être implantées sur un « niveau » bien précis de cette pseudo-stratification (porosité et humidité favorables ?).


Figure 11. Une surface cordée montrant les sites privilégiés d'implantation des fougères, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Une surface cordée montrant les sites privilégiés d'implantation des fougères, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Les sites d'implantation des fougères sont de simples fractures à peine ouvertes (comme par exemple au centre gauche de la photo), et surtout « mini abris » du fait des plis des cordes.


Figure 12. Fougères implantées dans un repli de coulée cordée, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Fougères implantées dans un repli de coulée cordée, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Figure 13. Gros plan sur un repli de coulée cordée particulièrement accentué, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Gros plan sur un repli de coulée cordée particulièrement accentué, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Zoom de la figure précédente.

Ce repli contient quelques débris bruns. Ce sont quelques débris végétaux, des cendres fines et des cheveux de Pelé amenés par le vent. Cette accumulation de débris organiques et minéraux semble favoriser l'implantation des fougères.


Figure 14. Gros plan sur un autre repli de coulée cordée particulièrement accentué, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

Gros plan sur un autre repli de coulée cordée particulièrement accentué, flanc Sud du Kilauea (Hawaii)

On retrouve une accumulation de débris bruns. Ce sont quelques débris végétaux, des cendres fines et des cheveux de Pelé amenés par le vent. Cette accumulation de débris organiques et minéraux semble favoriser l'implantation des fougères.


 

L'implantation de fougères comme végétaux pionniers sur les coulées de lave en climat chaud et humide n'est pas limitée aux coulées pa hoe hoe. Les fougères sont aussi les premières à coloniser les coulées aa, comme l'attestent ces deux photos de coulée de La Réunion, coulée vieille de quelques dizaines d'années (coulée de 1976 probablement). En plus des fougères sont aussi « arrivés » des lichens et quelques végétaux ressemblant à des bambous.

Figure 15. Surface d'une coulée de lave de type aa, île de La Réunion, quelque part dans l'Enclos

Surface d'une coulée de lave de type aa, île de La Réunion, quelque part dans l'Enclos

Le climat sur cette partie Est de l'île de La Réunion est aussi chaud mais plus humide que la côte Sud de la Grande Île d'Hawaii. Cette coulée est colonisée par de nombreuses fougères, mais aussi par des lichens et quelques angiospermes de types herbe et bambou.


Figure 16. Surface d'une coulée de lave de type aa, île de La Réunion, quelque part dans l'Enclos

Surface d'une coulée de lave de type aa, île de La Réunion, quelque part dans l'Enclos

Le climat sur cette partie Est de l'île de La Réunion est aussi chaud mais plus humide que la côte Sud de la Grande Île d'Hawaii. Cette coulée est colonisée par de nombreuses fougères, mais aussi par des lichens et quelques angiospermes de types herbe et bambou.