Estimation de l’érosion et du transport solide

Estimation de l’érosion et du transport solide

L’eau étant le vecteur privilégié de la vie, constitue l’élément indispensable pour l’alimentation, la santé et le bien-être de l’humanité, habitat d’une partie de la faune et de la flore, vecteur de matières érodant et modifiant les paysages. Le Saint Coran, dans lequel rien n’a été négligé, évoque dans de nombreux versets l’importance de l’eau (Sabir Ahmed, 2013). Le savant grec Thalès de Milet disait déjà au VIe siècle av. J.-C. « L’eau est à l’origine et à la base de toutes choses. », (Bouguerra, 2003). Abondante ou rare, l’eau disait Léonard de Vinci au XVIème siècle, “est la force conductrice de la nature”, (Khaldi, 2005). Les flux de sédiments dans les cours d’eau sont le reflet des processus d’érosion et de transport de particules sur le bassin versant. Dans les torrents, les rivières ou les fleuves, les matériaux arrachés à la croûte terrestre transitent des surfaces continentales vers les océans (Manot V 2008).

Le sol est un milieu vivant. C’est le siège des processus biologiques vitaux pour la continuité de la vie en milieu terrestre. Il constitue, en effet, les fondements de la quasitotalité de notre alimentation et de nos ressources forestières (Boughalem, 2013). La durée de vie des sols peut aussi être estimée à partir des pertes en terre annuelles moyennes, de l’épaisseur du sol explorable par les racines, de la vitesse de la régénération de la fertilité du sol et de la courbe de rendement du sol en fonction de l’épaisseur de la couche arable (Elwell et Stocking, 1984). En milieu forestier, où les pluies sont agressives et les pentes fortes, les pertes en terre peuvent être importantes et la dégradation des terres est très rapide (quelques années). Cependant, la régénération des sols y est également rapide, car un sol dégradé est rapidement envahi par la végétation.

Les pertes en sols des terres, leur transport et sédimentation dans les infrastructures hydrauliques, hydro-agricoles, routières… ont poussé les décideurs à examiner de plus près cette problématique, vu son ampleur et les conséquences qu’elle engendre face aux changements climatiques attendus. Des outils d’investigation ont été mis en œuvre pour tenter de maîtriser le phénomène, malheureusement les sols continuent à se dégrader malgré une lutte antiérosive intensive entreprise à l’échelle des bassins versants. Le phénomène a atteint un stade parfois irréversible. Toutes les formes d’érosion y sont associées, laissant des paysages désolés. Le phénomène s’est accru et s’amplifie aussi bien dans l’espace que dans le temps, aggravé en maints endroits par le changement climatique. Des alternances d’inondations torrentielles et de sécheresses prolongées sont observées (Melalih, 2012). Dans le monde, l’érosion est un problème dont la gravité varie beaucoup d’un site à un autre. Kanwar (1982), a montré que sur 13.500 millions d’hectares de surface exondés dans le monde, 22 % sont cultivables et seulement 10 % sont actuellement cultivés (soit 1.500 millions d’ha). Pour l’ensemble de la Communauté Economique Européenne (CEE), De Ploey (1990) estime que 25 millions d’hectares ont été gravement affectés par l’érosion.

Le transport des matières solides en suspension est un phénomène qui est resurgi de l’érosion des sols, et qui a suscité d’énormes efforts de la part des nations, en matière de lutte contre la dégradation des terres arables, l’envasement des barrages et l’effet dévastateur des cycles d’inondation et de désertification, qu’il est capable de générer (De ploey et al., 1991; Shaban et Khawlie, 1998). Dans ce contexte, il apparaît primordial d’améliorer la gestion des sédiments sur le bassin versant. Celle-ci doit être étudiée et définie de manière globale, à court et à long terme, en tenant compte des conséquences des aménagements sur l’aval des cours d’eau.

Cas de l’Algérie 

L’érosion hydrique est un phénomène bien connu en Algérie, mais de nos jours, elle prend de plus en plus de l’ampleur. Elle reste une préoccupation majeure. L’érosion a déjà érodé environ 45% des terres fertiles en Algérie (Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement, 2000). L’Algérie est classée parmi les pays aux sols les plus érodables du monde (Touaibia 2010). Environ 6 millions d’hectares sont exposés à une érosion active Heddaj (1997). La subsistance des populations est de plus en plus menacée par l’accélération de l’érosion Sari (1977), principalement dans les montagnes où se concentrent plus de 8 millions d’habitants Taabni (1998).

Selon Heush (1970), l’énergie des eaux de ruissellement de surface est plus importante que celle des pluies dans le phénomène de l’érosion dans les régions semi-arides et méditerranéennes. Cet état de fait a été vérifié par Meddi (1992), Meddi et al., (1998), Terfous et al., (2001), Megnounif et al., (2003, 2007, 2013), Bouanani (2004), Bouanani et al (2013) et Morsli et al., (2013) dans le bassin-versant de l’oued Mina, le bassin de la Tafna et dans les monts de Beni Chougrane dans le Nord-ouest de l’Algérie.

L’étude de la relation entre le transport solide, comme facteur expliqué, et les facteurs géomorphologiques, hydrométriques et climatiques, comme facteurs explicatifs, a été menée dans de nombreuses régions du monde telles que : Zhang et al. (2004) en République Populaire de Chine, Ray et al., (2011), Essien et al., (2011) au Nigeria, Kane et Julien (2007) aux États-Unis d’Amérique et Zekai (2014) dans les régions arides. En Algérie, de nombreux chercheurs ont développé des relations liant le transport solide aux facteurs géomorphologiques et climatologiques pour certains bassins algériens (Achite et Meddi, 2005 ; Touaibia et al., 2001; Benkhaled et Remini, 2003). Par contre, Demmak (1982) et Meddi et al. (1998) ont développé des modèles d’estimations de la dégradation spécifique pour l’Algérie septentrionale.

Généralités sur l’érosion

Les phénomènes d’érosion et de sédimentation sont une partie de l’évolution géologique du paysage sous l’effet de l’eau, le vent, de la glace, et des vagues. L’érosion de la surface du globe s’est poursuivie à travers les âges. L’entrainement, le transport et le départ des matériaux sont des phénomènes naturels visibles en tout temps et tout lieu, c’est la perte de l’horizon essentiel du sol qui remplit les fonctions naturelles de stockage de l’eau et des nutriments, du milieu de soutien des plantes, du réservoir de la biodiversité  de la séquestration du carbone. Un sol nait et s’enrichit, mais il peut aussi s’appauvrir et mourir (Breton, 2004).

On a défini l’érosion comme le fragment des particules de sols ou de roches de leurs positions initiales par l’eau et les autres agents géologiques tels que le vent, la glace, les volcans, les tremblements de terre… Erosion géologique et érosion des sols sont deux termes de base les plus couramment utilisés pour décrire les phénomènes d’érosion (UNESCO 1986).

L’érosion hydrique est un phénomène complexe, qui menace particulièrement les potentialités en eau et en sol. Elle se définit comme le détachement et le transport de particules de sol de son emplacement d’origine par différents agents vers un lieu de dépôt. Ainsi, les trois étapes par lesquelles passe l’érosion sont le détachement, le transport et la sédimentation. Cependant, il est à signaler que la pluie et le ruissellement superficiel sont à l’origine du détachement, du transport et du dépôt des particules du sol arrachées .

Travaux sur l’érosion en Algérie

L’érosion, phénomène très complexe, lié à des facteurs naturels et anthropiques difficilement maîtrisables, évolutif aussi bien dans le temps que dans l’espace, affecte beaucoup les infrastructures hydro-agricoles, de telle sorte qu’il est parfois quasiment impossible d’y remédier. Elle représente une source importante de sédiments dans les domaines arides et semiarides, contribuant en moyenne pour 60% de leur production par l’érosion hydrique (Possen et al, 2002).

L’Algérie se classe parmi les pays les plus affectés dans le monde avec une érosion spécifique moyenne annuelle variant entre 55 et 2800 T/km²/an. L’Algérie du Nord reste soumise à de fortes pressions humaines qui ont engendré une sévère dégradation du couvert végétal et des sols. On estime à plus de 20 millions d’hectares de terres touchées par l’érosion particulièrement dans les zones où sont implantés plus de 90% d’ouvrages hydrauliques et où vivent environ 40 millions d’habitants (Mazour, 1992). Les zones de montagne restent les plus touchées par l’érosion. Beaucoup de chercheurs ont travaillé sur ce phénomène. On cite les travaux de Demmak (1982), Meddi (1992), Bourouba (1997), Touaibia (2001), Terfous et al., (2001, 2003), Megnounif et al., (2003), Bouanani (2004), Achite (2007), Megnounif (2007), Ghenim (2008), Elahcen et al., (2009), Cherif et al., (2009) Yles et al., (2012), Khenchoul (2012), Meddi (2015), El Mahi (2012), Bouguerra et al., (2016), Yles et al., (2016), Kouadri et al., (2016), Meddi et al., (2016), Tadriste (2004), Ghernaout et al., (2016), Benstaali et al.,(2017), Salah et Bensafi (2017), Guidoum (2017).

Facteurs qui influent sur le processus sédimentaire

Influence des activités humaines
Diverses sortes d’activités humaines, pratiques agricoles, exploitations forestières, pâturages, constructions des routes et des bâtiments….etc , tendent à modifier les phénomènes d’érosion, en accélérant souvent de façon considérable le rythme. Les phénomènes d’érosion dus à l’homme sont souvent désignés par le terme d’érosion accélérée.

En beaucoup de lieux l’érosion due à l’homme est prédominante alors que l’érosion géologique naturelle est seulement d’importance secondaire. Des scientifiques ont estimé que le taux actuel d’érosion représente deux fois et demie le taux existant avant que l’homme ait commencé à modifier le paysage sur une grande échelle (Focus on Environmental Geology., 1976).

Environnement rural
Le taux d’érosion des sols dépend étroitement du mode d’utilisation des terres. On s’accorde à reconnaître que l’aménagement des terres conditionne l’érodibilité plus que toute autre activité. L’utilisation des sols en général et la gestion des cultures en particulier ont toutes deux une grande importance pour l’évolution des processus d’érosion. On peut observer de nos jours une détérioration semblable du paysage et du sol dans de nombreuses régions, partout dans le monde, souvent au premier stade de l’évolution. On peut prouver l’importance de l’utilisation des sols et de la couverture végétale par les résultats des tests d’érosion des sols sur des terrains portant différentes couvertures végétales menés en Algérie et dans les zones semi-arides à savoir les travaux de Boudjemline 1987, Boudjemline et al., 2008; Roose 1984, 1996 ; Roose et al., 1993, 2008, 2012; Boli et al., 1996, Boughalem 2007, Boughalem et al., 2012 ; Morsli 1996, 1997; Morsli et al., 2004, 2012 ; Touaibia et al., 2000; Mazour, 1992 ; Mazour et al., 2002 ; Mazour 2004.

Environnement industriel 

Les exploitations minières sont souvent à l’origine d’un accroissement formidable de l’activité des phénomènes d’érosion et de sédimentation. En particulier, dans bien des régions du monde, l’exploitation à ciel ouvert de charbon et de schistes a été la cause de problèmes hydrologiques et sédimentologie notables. De même l’extraction de sables et de graviers dans des carrières à ciel ouvert et le dragage des matériaux du lit des cours d’eau et des berges ou du fond des lacs conduisent à des problèmes similaires. Les exploitations à ciel ouvert comprennent l’enlèvement du sol de couverture, des roches et d’autres couches couvrant les dépôts du minerai ou du combustible ainsi que l’exploitation du dépôt. Elles présentent des avantages certains par rapport aux mines souterraines, mais peuvent avoir un effet considérable sur l’état des eaux de surface et proches de la surface, ainsi que sur les processus de sédimentation .

Construction de routes et de bâtiments.

Les zones sans aucune couverture végétale courent toujours un plus grand risque de forte érosion que les autres. Ceci est particulièrement vrai pour les régions qui ont été travaillées et remodelées et où on a troublé l’équilibre sédimentologique naturel. C’est pourquoi on peut s’attendre à une érosion extrêmement intense sur les talus et fossés de route et sur les sites de construction de façon générale.

Habituellement, la production de sédiments atteint son maximum pendant les premières étapes de la période de construction. On a signalé à plusieurs reprises des productions de sédiments exceptionnellement élevées au cours de travaux routiers. Cependant, la relation de cause à effet entre les facteurs opérationnels et physiographiques et la production de sédiments est très vague. Cela vient de l’impossibilité de prévoir les processus érosifs liés aux différentes opérations de construction pour maîtriser les phénomènes de sédimentation, il est nécessaire de programmer soigneusement les travaux. Du fait que souvent on crée des talus artificiels en remodelant le terrain au cours des travaux, la stabilité des nouvelles pentes et des masses de terre déplacées peut être faible ou critique.

Effets généralisés

Les grands aménagements sont la cause d’une redistribution des apports d’eau et de sédiments qui modifie les processus du réseau de drainage. Une retenue retient les sédiments et le pouvoir érosif de l’écoulement à l’aval tend à s’accroître par rapport à la situation initiale. Cela provoque une érosion localisée plus forte près du barrage, aussi bien qu’une intensification du phénomène dans le réseau de drainage plus loin à l’aval (Makkaveev, 1970 ; Simons et Sentork, 1977 ; Bureau of Reclamation, 1974). Ces changements à l’aval peuvent être ressentis sur de longues distances (10 km ou plus). Le comblement en tête de retenue à l’amont est intensifié, produisant une élévation du niveau de l’eau. L’abaissement du niveau de base est une autre source de perturbations généralisées perceptibles sur de longues distances. Si le niveau d’une mer, d’un lac ou d’une retenue où se jette un cours d’eau s’abaisse, alors une érosion linéaire peut se produire à l’extrémité aval du cours d’eau ayant pour effet d’accroître la pente du lit et la vitesse du courant. La compétence augmente dans cette zone et il se produit une érosion du lit qui s’étend progressivement vers l’amont. On observe souvent un abaissement du niveau de base à l’aval d’une retenue, là où les affluents se jettent dans un lit érodé. Il se produit dans ces affluents une érosion linéaire et la vitesse de l’écoulement s’y accroît.

CONCLUSION GENERALE

Cette étude du transport de sédiments en suspension dans l’oued el Nachef, nous a permis de faire une approche globale de la problématique. En effet, nous avons traité le problème dans son ensemble. Dans ce contexte, notre démarche a été structurée en une analyse des données de concentrations en MES recueillies au niveau de l’ANRH, la compréhension des processus hydrologiques à l’échelle du bassin versant, l’étude des épisodes de crues, la modélisation des flux de MES, et finalement l’établissement de la carte qui présente les zones de grande sensibilité à l’érosion.

 

 

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Table des matières

Introduction générale 
Chapitre I Etat de l’art
Introduction
I. Travaux sur l’érosion en Algérie
II. Facteurs qui influent sur le processus sédimentaire
II. 1. Influence des activités humaines
II.1.1 Environnement rural
II.1.2. Environnement industriel
II.1. 3. Construction de routes et de bâtiments.
II.1.4. Urbanisation
II.1.5. Ouvrage de Génie Civil.
II.2. Influence des facteurs naturels:
II.2.1 Influence du climat:
II.2.2 Facteurs topographiques
II.2.3 Facteurs géologiques et pédologiques
II.2.4 Couvert végétal
III. Formes d’érosion hydrique
III.1 Erosion de rejaillissement
III.2 Erosion en nappe ou aréolaire ou laminaire
III.3 Erosion linéair
III.4 Erosion en masse
Conclusion
Chapitre II Transport solide
I.Introduction
II. Mouvement des sédiments dans le réseau de drainage
III. Transport en suspension
III.1. Mesure des concentrations en suspension
III.1.1 Mesure de turbidité
III.1.2 Mesure de la concentration
III.1.3 Mesure acoustique
III.1.4 Mesure laser III.1.5 Mesure nucléaire
III.1.6 Mesure par densimétrie
III.1.7 Mesure par prélèvement-filtration-séchage-pesée
III.2 Modélisation du transport en suspension
III.2.1 Formules empiriques
III.2.2 Modèles conceptuels à l’échelle d’un bassin versant
III.2.3 Modèles déterministes
Conclusion
Chapitre III Présentation de la zone d’étude
I Présentation de la zone d’étude
II Caractéristiques géométriques du bassin versant Meffrouche
II. 1 Forme
II. 2. Relief
II. 2. 1. Courbe hypsométrique
II. 2.2 Altitudes caractéristiques
II.2.3 Pente moyenne du bassin versant
III Réseau hydrographique
III.1 Définition du réseau hydrographique
III.1.1 Profil longitudinal du cours d’eau principal
III.1.2 Pente moyenne du cours d’eau principa
III.2 Degré du développement du réseau
III.2.1 Densité hydrographique
III.2.2 Densité de drainage
III.2.3 Rapport de confluence et de longueur
III.2.4 Indice d’allongement
VI Caractéristiques agro-pédo-géologiques
VI. 1 Géologie de la région
VI. 2 Lithologie de la région
VI. 3 Pédologie de la région
V. Barrage Meffrouche
Chapitre IV Précipitations, écoulement et température
Introduction
I. Etude des précipitations
I. 1 Répartition annuelle
I. 2 Répartition mensuelle des précipitations
I. 2 Répartition saisonnière des précipitations
I. 3 Précipitations journalières et pluies journalières extrêmes
I.4 Variation temporelle des précipitations
II. Tendance interannuelle des précipitations
III. Etude des températures
III. 1 Températures annuelles
III. 2 Températures mensuelles
III. 3 Tests de tendances pour les températures interannuelles
III. 4. Diagramme Ombrothermique :
VI. Etude des eaux de surface :
VI. 1 Variation mensuelle des débits du bassin versant Meffrouche:
VI. 2 Variation annuelle des débits et des apports de surface du bassin versant Meffrouche
V. Evapotranspiration et bilan hydrique
V.1 Evapotranspiration
V.2 Variation de l’évapotranspiration mensuelle
V.3 Bilan hydrique
V.4 Evolution du bilan mensuel
V.5 Evolution du bilan annuel
IV. Relation précipitations, températures et transport solide
IIV Evaluation des eaux de tarissement du bassin versant (Formule de Maillet)
Conclusion
Chapitre V Estimation de l’érosion et du transport solide
Introduction
I.Traitement de données et évaluation des charges en suspension
Bilan des apports solides
II. 1 Echelle interannuelle
II.2 Bilan des apports saisonniers
III. Modélisation débit solide-débit liquide
III.1 Echelle instantanée
III.2 Echelle saisonnière
III.3 Echelle semestrielle
IV. Quantification de la dégradation spécifique interannuelle dans le bassin versant Meffrouche
VI.Répartition interannuelle des paramètres a, b, pluviosité et hydraulicitéV. Cartographie et calcul de l’érosion hydrique (USLE)
V.1 Equation universelle de perte en sol (RUSLE)
V.2. Quantification de l’érosion par (RUSLE)
Conclusion
Chapitre VI Etude des crues
Introduction
I.Classification des débits et des concentrations
II. Critères de sélection des crues
II.1 Relation concentration-débit liquide
II.2 Hystérésis
III. Résultats et discussions
III 1. Relations concentration-débit liquide et débit solide-débit liquide
III .2. Analyse des crues
III 3. Relations entre précipitations, apports liquides et les apports solides
Conclusion
Conclusion générale

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