Table de matières
L'érosion est une des formes de dégradation des sols les plus graves. Elle présente deux aspects selon qu'elle est provoquée par la pluie (érosion pluviale) ou par le vent (érosion éolienne) (Duchaufour, 1997).
Le vent est un agent d'érosion mécanique, surtout lorsqu'il transporte des grains de sable. Pour l'essentiel, il polit, par un véritable sablage, les parois ou les galets sur lesquels il se frotte (Dars, 1992).
En revanche, l'érosion pluviale a des graves conséquences sous tout climat, même tempéré humide, bien que ses effets soient généralement plus spectaculaires et plus durables dans les régions à climat chaud.
Le type de dégradation d'un sol se réfère au processus qui cause la dégradation (déplacement du matériau sol par l'eau et le vent, détérioration in situ par des processus physiques, chimiques et biologiques) ; on peut en distinguer deux catégories (Barro, 1995).
Il provoque de perte de la partie supérieure du sol. Perte uniforme par ruissellement superficiel ou érosion en nappe. Cette forme d'érosion se rencontre souvent dans les sols à textures sableuses en surface ; la déformation de terrain : déplacement irrégulier des matériaux du sol caractérisé par de grosses rigoles, des ravins ; la sédimentation en aval ; l’inondation avec comblement des lits de rivières ; l’érosion des berges ; le dépôt de limon.......
Il entraine la perte de la partie supérieure du sol : déplacement uniforme par déflation ; la déformation du terrain ; un déplacement inégal caractérisé par de grandes dépressions ; des dépôts éoliens tels que recouvrement des structures : routes, constructions et/ou vent de sable sur la végétation.
Qui a pour cause, la perte des éléments nutritifs : conduisant souvent à une réduction sérieuse de la production (acidification accélérée des sols ferrugineux sous culture).
Pollution et acidification à partir d'industries biologiques. Apports excessifs d'éléments chimiques.
Salinisation due à une roche mère, ou à l'accumulation par drainage latéral, ou causée par les activités humaines telles que l'irrigation.
Qui a pour cause : La Battance et croûte à la surface du sol ; la compaction causée par une machine lourde sur un sol à structure de faible stabilité, ou sur des sols où d'humus est insuffisant ; L’engorgement par l'eau (l'hydromorphie du sol due à l'homme, inondation et submersion).
Qui a pour cause : le déséquilibre de l'activité (micro) biologique de la partie supérieure du sol par : déforestation, feu de brousse, surpâturage, excès d'apport d'engrais chimiques, etc…
L'érosion hydrique des sols résulte de la conjugaison de trois mécanismes: le détachement des particules du sol, leur transport et leur sédimentation (Ben Slimane, 2013).
Le détachement des particules se produit à la surface du sol lorsque, sous l’action des gouttes de pluie, des agrégats éclaboussent ou lorsque la force de cisaillement devient supérieure à la résistance au détachement du sol (LTHE, 2007 cité par Georges, 2008). L’impact des gouttes de pluie a pour effet de désagréger les éléments présents à la surface du sol pour donner lieu à des agrégats de plus petite taille et des particules élémentaires (Nord, 2006). La désagrégation rend la surface du sol plus compacte et tend à diminuer la rugosité au fur et à mesure de l’exposition à la pluie (Kinnell, 2000). Ces effets dépendent de l’énergie cinétique des gouttes de pluie et des propriétés de la surface du sol.
Le détachement des particules du sol est la résultante de l'impact de deux agents érosifs : la pluie (splash) et le ruissellement.
Une fois que les particules du sol sont détachées, elles sont transportées sur des distances plus ou moins importantes.
Le détachement des sédiments et le rejaillissement des fragments sont provoqués par l'effet splash. Ce processus a lieu sur une surface de sol libre ou sur une surface de sol couverte par une fine lame d'eau. L'entrainement ou le transport se fait simultanément avec la couronne de splash. Les particules fines, notamment les limons, sont arrachés et projetées sur de courtes distances. L'intensité de ce processus dépend de l'énergie cinétique des gouttes quand elles arrivent au niveau du sol, et aussi de la nature des matériaux et de la pente (Mounirou, 2012).
Il existe deux types de ruissellement :
Le dépôt des apports sédimentaires s’effectue lorsque l’énergie cinétique du courant, qui déplace les matériaux issus du détachement, diminue ou s’annule (Georges, 2008). Les particules arrachées sont déposées à différents endroits entre le lieu d’origine et le bassin de sédimentation.
En résumé, la structure de la surface du sol évolue au cours de l'évènement pluvieux. Elle devient plus compacte et moins rugueuse. Les croûtes de sédimentation apparaissent dans les zones basses immergées et les croûtes structurales sur le reste de la surface. Les états de surface ainsi créés possèdent des caractéristiques propres qui diffèrent de l'état de surface initial (Mounirou, 2012).
Les formes de l'érosion hydrique dépendent de l'influence respective de la pluie, du ruissellement, de la rugosité et de la pente du terrain, (Zouagui, 2010).
Elle est caractérisée par une eau de ruissellement sans griffes ou rigoles visibles. Sous l'effet de l'impact des gouttes de pluies (effet splash), les particules sont arrachées et transportées. Ce phénomène est observé sur les pentes faibles, où l'eau ne peut pas se concentrer.
Dans un premier temps, c'est l'impact des gouttes qui va arracher les particules. La battance des gouttes de pluie va envoyer des gouttelettes dans toutes les directions. Sous l'effet de la gravité les gouttelettes auront une vitesse plus importante vers l'aval que vers l'amont.
En fait, l'érosion en rigoles est une résultante d'une rupture dans la pente qui est due à une augmentation de la vitesse de frottement, une augmentation du débit et à l'apparition de tourbillons. Elle conduit à des pertes en sols considérables d'une année à une autre, et par conséquent à la diminution de la productivité des terres agricoles (Wazzeni, 2013).
Les rigoles peuvent se développer au fils des années à des ravins plus profonds et plus larges. Cette forme d'érosion constitue un stade avancé des rigoles, du point de vue taille. En effet, les écoulements deviennent plus érosifs et entaillent profondément les sols meubles. Ils peuvent aller de 1 à 3m de profondeur et de 2 à 9m de largeur. L'approfondissement des ravines remonte du bas vers le haut de la pente (érosion régressive) (Cherif, 2012).
Les facteurs de l'érosion qui influencent les phénomènes érosifs font maintenant l'objet d'un consensus et regroupent le sol, l'occupation du sol, la topographie et le climat.
Bref, l’érosion résulte de l’interaction des facteurs suivants (Zaher, 2010):
Selon la conduite de ses activités, l'homme intervient d'une manière positive ou négative sur le processus d'érosion hydrique.
La mise en œuvre d’un système de culture sur une parcelle détermine au cours du temps une évolution cyclique des états de surface et de l’occupation du sol.
Chaque système de culture implique une répétition d’opérations culturales qui induisent des discontinuités dans l’évolution des propriétés physiques des sols et qui fixent pour chaque culture un calendrier d’occupation et de recouvrement des sols. De par ses actions, l’exploitant peut contribuer à l’accélération ou au contraire au ralentissement de la dégradation superficielle des sols.
Les opérations culturales modifient l’état structural du sol, mais les conséquences vis à vis des possibilités d’infiltration diffèrent selon les techniques utilisées et leur date de réalisation par rapport aux périodes pluvieuses. Tout travail du sol visant à l’implantation des cultures, tels que le labour et les semis, ou à la lutte contre les adventices, tels que le déchaumage et le binage, ont pour conséquence un accroissement instantané de la capacité d’infiltration. Elles constituent donc un frein au ruissellement en réduisant sa vitesse et par conséquent, sa force tractrice.
Par ailleurs, outre les modifications de rugosité, le travail du sol modifie le ruissellement par rapport à la direction imposée par la plus grande pente. Dans le cas où la direction du travail du sol est perpendiculaire à la direction de la plus grande pente, la rugosité créée peut contribuer à stocker un important volume d’eau. Mais cette technique de travail du sol en suivant les courbes de niveau, souvent préconisée, est extrêmement difficile à mettre en œuvre dans des parcelles de forme rectangulaire allongée. En outre, la moindre ondulation topographique crée une accumulation d’eau en une série de points bas où la rupture brutale des billons peut être responsable d’une importante érosion.
Le passage d’engins agricoles dans les parcelles imprime à la surface du sol des traces de roue. Ces traces vont être à l’origine d’une diminution brutale des capacités d’infiltration.
L'espace pastoral s'amenuise (peu de volume) suite au surpâturage. La disparition de la couverture végétale, laisse donc des surfaces importantes du sol non protégées et par la suite plus exposées aux effets érosifs de l’eau de la pluie et du ruissellement.
On considère que l’exploitation minière joue aussi un rôle dans l'érosion hydrique et ce, par les travaux au cours desquels les machines déplacent de grandes quantités de terre et par le déplacement des camions.
Les grandes exploitations minières coupent le réseau de drainage naturel et modifient les phénomènes de ruissellement et d’érosion des bassins fluviaux. De fortes pluies peuvent provoquer une érosion désastreuse et de sérieux problèmes de sédimentation et par la suite peuvent agir sur la qualité de l’eau.
Les zones urbanisées ont souvent une érosion spécifique supérieure à celle des régions rurales. On a signalé des taux d’érosion de 20.000 à 40.000 fois supérieurs à ceux des régions naturelles non perturbées.
Les plus grandes quantités de sédiments sont produites durant les phases de construction, surtout quand la végétation et le sol de couverture sont provisoirement enlevés. Les travaux de construction peuvent accroître l’érodibilité et diminuer la stabilité des pentes de façon radicale.
L’absence du couvert végétal expose le sol à l’action directe des gouttes de pluie. Les arbres forestiers ou les plantes cultivées protègent le sol contre l’érosion hydrique. Celles-ci protègent le sol de l’action des gouttes de pluie et les racines maintiennent en place les particules emprisonnées dans un réseau racinaire dense qui accroît ainsi la résistance du sol au cisaillement et limite l’incision.
En fait, un couvert végétal bien développé protège le sol de l’action des pluies de diverses manières :
Cette action protectrice du sol par la couverture végétale est conditionnée par sa densité et sa structure et donc sa nature. En présence de la végétation, la majorité de l’eau des précipitations s’infiltre en profondeur et alimente les nappes phréatiques. La présence de cette eau crée aussi des conditions favorables pour le développement de la végétation, naturelle ou cultivée. Les sols se conservent, s’enrichissent et donc évoluent.
Roose (1994) constate que l'érosion est fonction non seulement du couvert végétal, mais également de sa hauteur au-dessus du sol. Plus la hauteur est réduite, plus la protection est importante et donc l’érosion est minimale.
Les forêts et surtout les couvertures herbacées sont plus efficaces pour fournir une protection du sol qu’une couverture de plantes cultivées ou une jachère. C'est le manque de végétation qui crée la condition permettant l'érosion. L’existence d’une litière protège également les sols de l'érosion (Sliman 2013). En d’autres termes, l’action protectrice de la couverture végétale contre le ruissellement dépend de type de végétation installé sur le sol.
Certaines cultures ont la réputation d'être protectrices, car elles recouvrent rapidement le sol : c'est le cas des cultures arbustives (palmier, hévéa, caféier, vergers fruitiers), des plantes de couverture, des pâturages et des cultures fourragères. Le Panicum maximum par exemple couvre plus de 80% du sol après 1 mois, mais peine 10% après la fauche (=graminée en touffe). D'autres, au contraire, sont soupçonnées d'être dégradantes, soit que leur croissance est assez lente (ex. les légumineuses, le manioc, l'ananas qui prennent plus de 6 mois pour couvrir 80% du sol), soit qu'elles sont associées à des techniques culturales (plantations tardives ou faible densité) qui laissent le sol découvert pendant les périodes fortement arrosées (ex. maïs, sorgho, tabac, coton, riz de montagne en culture extensive) ( Roose 1985).
Le défrichement est l’action de transformer en terre cultivée une terre inculte (qui n’est pas cultivée).
Avec l’accroissement de la démographie, la mécanisation des travaux agricoles, l’extension des terres de culture, la dégradation de la végétation et du sol ont progressé d’une manière alarmante. La dégradation du couvert végétal a eu comme conséquence l’accélération de l’érosion hydrique.
Puisque le feu endommage et ravage le couvert végétal, cela sous-entend un risque élevé d’érosion. En fait, les zones sans aucune couverture végétale courent toujours un plus grand risque de forte érosion que les autres.
Vu que la demande de bois de feu et de charbon de bois est forte en zones rurales et même urbaines et ce, d’une façon plus accentuée dans les pays sous-développés et en voie de développement, le bois va continuer d'être exploité comme une source importante de combustible pour les usages domestiques aussi bien que pour la petite industrie dans les zones rurales et urbaines. L'essentiel du bois de feu provient encore des forêts et bois naturels qui sont abattus et détruits à des rythmes alarmants. Ce qui va continuer à exercer une pression sur les forêts dont le couvert végétal joue un rôle protecteur très important à ralentir les forces érosives de la pluie. En effet, le système radiculaire des arbres contribue à maintenir la cohésion des particules, les matières organiques provenant de la végétation (humus) améliorent la structure des sols. Cette pratique est fréquente à Idjwi, qui alimente la ville de Bukavu en charbon de bois.
La destruction du couvert végétal par le feu, le surpâturage ou l'arrachage des racines et des branches utilisées comme bois de feu expose le sol à l'action érosive de l’eau de pluie et de ruissellement.
Le Climat constitue la cause et la source d’énergie érosive. Ce sont les gouttes de pluie et les eaux de ruissellement sur les terrains en pente et les vents violents qui détachent et entraînent les particules terreuses.
L'efficacité de la pluie vis à vis des processus d'érosion est liée aux rôles qu'elle a dans le détachement des particules des sols, mais surtout dans la formation du ruissellement. Cette érosivité dépend essentiellement de l'intensité et du volume des précipitations.
Les paramètres pluie liés à l'érosion sont:
L'eau ruisselle sur le sol sous forme d'une lame d'eau en filets diffus ou en écoulement concentré. Elle exerce sur le sol une force de cisaillement qui arrache les particules puis les transporte. Les conditions d'arrachement, de transport et finalement de dépôt dépendent de la vitesse du courant et de la taille des particules. Il existe ainsi pour un sol donné une vitesse critique d'arrachement et une vitesse limite au-dessous de laquelle les particules sédimentent. L'érosion se fait en nappe dans le cas de ruissellement diffus; l'arrachement des particules est sélectif, il est produit par le splash sur l'ensemble de la surface, le transport est faible et le dépôt proche sous forme de colluvionnement. L'érosion en rigoles apparaît lorsque le ruissellement se concentre et acquiert un pouvoir d'arrachement suffisant pour mobiliser localement l'ensemble des particules. Il se forme d'abord de simples griffures, puis des rigoles décimétriques qui peuvent évoluer en ravines métriques.
La température et l’humidité constituent sont aussi des facteurs climatiques pouvant influencer l’érosion.
Les paramètres topographiques sont fondamentaux pour expliquer l'importance des phénomènes érosifs.
La pente est un facteur important d'érosion. Le ruissellement et l'érosion commencent sur des pentes faibles (1 à 2%). Toutes choses égales par ailleurs, l'érosion augmente avec la pente. Egalement, la perméabilité des sols est un facteur déterminant. En effet, si les sols sont absolument imperméables, le ruissellement de la pluie sera total et ne dépendra pour une surface de pente donnée que de l'intensité de la pluie. Par contre, si les sols sont relativement perméables, la pente aura une influence certaine sur l'infiltration et donc le ruissellement.
Des études effectuées par Sabir au Moyen Atlas Central (Khénifra-Maroc) (Zaher, 2010) ont montré que l’un des facteurs important de l’érosion hydrique dans cette zone est le degré de pente, notamment sur les substrats friables et non couverts de végétation. Sur les pentes faibles (<5%) l’érosion en nappe peut apparaître sur les sols mal structurés et pauvre en matière organique. Sur des pentes de moins de 10%, mais assez longues, le ruissellement peut se concentrer et donner lieu à des rigoles. Une érosion facile à contrôler peut apparaître sur les sols sableux et gréseux. Entre 10 et 30%, l’érosion est très forte en cas des sols peu argileux, très limoneux et mal structuré. Au-dessus de 10%, le ruissellement s’installe sur les argilites rouges du Trias et des mesures de lutte antiérosive sont nécessaires. Entre 30 et 50% l’érosion peut être très forte. Le ravinement devient important sur les roches friables (Trias, basaltes). La mise en culture aggrave le phénomène et nécessite des mesures particulières de lutte antiérosive (terrasses, banquettes). Au-delà de 50%, l’érosion est très forte et le ravinement façonne les versants en paysage désolé, les badlands. Les cultures ne sont plus possibles et seule une végétalisation permanente (plantations forestières) pourrait réduire les méfaits de l’érosion.
La dénomination des pentes en fonction des classes est présentée au tableau ci-dessous.
Tableau 1. La dénomination des pentes en fonction des classes
|
Pente |
Classes |
|
Pente très faible |
<05 |
|
Pente faible |
05 - 10 |
|
Pente modérée |
10 - 15 |
|
Pente élevée |
15 - 25 |
|
Pente très élevée |
>25 |
(Elbouqdaou et al. 2005).
En principe, plus la pente est longue, plus le ruissellement s'accumule, prend de la vitesse et de l'énergie et plus l'érosion s'intensifie.
Il semble que l'influence de la longueur de pente est d'autant plus importante que le ruissellement a la possibilité de se concentrer. Par contre, l’influence est probablement nulle en absence du ruissellement et que le splash est le seul processus actif.
Une pente donnée a tendance à devenir de plus en plus concave parce que les produits arrachés au sommet s'accumulent en bas de la pente. Cette évolution est parfois sensible et se traduit parfois par une diminution de l'érosion au cours du temps. Ainsi, une rupture de pente concave favorise le dépôt, à moins qu'elle ne facilite la concentration alors qu'une rupture de pente convexe se traduit par un accroissement de la vitesse d'écoulement et de la contrainte de cisaillement exercée sur le sol si l'eau n'est pas dispersée.
En plus des facteurs favorisant le ruissellement, l'entraînement des particules du sol est facilité par les caractères du sol comme sa texture, sa minéralogie, sa stabilité structurale et la matière organique qu'il contient. Les sols limoneux et limono-sableux sont les plus sensibles à l'érosion et à la battance, alors que les sols argileux plus fins résistent mieux à l'action du cisaillement par l'eau de ruissellement. Le détachement des particules est important pour des tailles de grains compris entre 63 et 250 µm. La stabilité des agrégats maintient la structure du sol et s'oppose à l'érosion. Les argiles gonflantes comme les smectites diminuent la résistance des agrégats. Par ailleurs, la matière organique favorise au contraire l'agrégation des particules et l'infiltration.
Le critère le plus important pour apprécier la résistance d'un sol à l'érosion est la stabilité structurale qui est l'aptitude de la terre à résister à l'action dégradante de l'eau. Cette résistance reflète leur comportement à l'humectation lorsqu'ils sont soumis à l'impact des gouttes de pluie. La stabilité structurale est influencée par de nombreuses caractéristiques des sols dont les plus souvent évoquées sont la texture, la nature minéralogique des argiles, la teneur en matière organique et l'état et l'histoire hydrique.
Kheyrabi et Monnier (Zaher, 2010) ont mis en évidence l'influence de la composition granulométrique sur la stabilité structurale en l'absence des autres facteurs. Ils en ont tiré un triangle structural où les sols limoneux apparaissent comme les plus instables au contraire des sols argileux. Par ailleurs, ces deux auteurs démontrent que les sols à texture plus grossière ou plus fine sont moins sensibles au détachement par la pluie du fait de la masse plus importante de leurs particules ou de la plus grande stabilité des agrégats.
La stabilité des agrégats peut varier énormément suivant la nature des minéraux argileux, du fait de leur propriété de gonflement à l'eau. Les phénomènes de gonflement-retrait qui interviennent lors des cycles d'humectation dessiccation des particules argileuses entraînent une microfissuration des agrégats qui ne se traduit pas systématiquement par une désagrégation mais facilite les désagrégations ultérieures.
Elle constitue un facteur important dans l’explication des pertes en sol. En fait, la prédisposition d’un sol à l’incision est due à la perte de cohésion des particules du sol et donc à la détérioration de la stabilité structurale.
La stabilité structurale est donc potentiellement un indicateur pertinent de la sensibilité des sols à l’érosion.
La structure initiale du sol peut être totalement détruite si l'action des pluies sur la surface du sol détruit les agrégats et si la texture et la composition physico-chimique du sol s'y prêtent, la surface du sol passe d'un état meuble et poreux à un état plus compact. La couche superficielle s'individualise par rapport au reste du profil et forme une croûte de battance qui diminue considérablement la perméabilité du sol. Elle participe ainsi à la formation du ruissellement.
Au début d'une pluie, la capacité d'infiltration est relativement grande puis au fur et à mesure que le sol s'humidifie, elle diminue jusqu'à une certaine valeur constante, celle de la capacité d'infiltration terminale. Le temps requis pour cela variant de quelques minutes à plusieurs heures suivant les pluies et la perméabilité du sol.
Elle favorise l'agrégation des particules entre elles et ont ainsi une influence positive sur la stabilité structurale. Son influence est d'autant plus grande que la teneur en argile est faible. Elle agit essentiellement en modifiant la cohésion et la mouillabilité du sol. La matière organique agit aussi bien sur les propriétés physiques, chimiques que biologiques du sol. Cette influence est conditionnée non seulement par sa quantité dans le sol mais également par sa qualité.
Ils expliquent d'importantes variations de la stabilité structurale et de la sensibilité au tassement. L'histoire hydrique intervient du fait des modifications de mouillabilité des constituants organiques. La stabilité du sol augmente si le sol reste faiblement humide pendant plusieurs jours et inversement, diminue lorsqu'il est à proximité de saturation. Les flux d'infiltration qui conditionnent le ruissellement dépendent de l'état de surface et du système de porosité, influencé par l'état de compacité, la fissuration et l'activité biologique
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