Soutenance mémoire
Processus de l’érosion hydrique et agents érosifs
L‘énergie des gouttes de pluies et du ruissellement sont les agents les plus actifs de l‘érosion hydrique (Figure 3) à l‘échelle du versant. L’action des agents érosifs sur les reliefs conduit à la production et au transport d’une certaine quantité de sédiments. Les sols et les roches sont détachés (humectation par l‘effet de l‘impact des gouttes de pluies et du ruissèlement), transportés (rejaillissement et ruissellement) et déposés (sédimentation des particules arrachées entre le lieu d‘origine et l‘aval en fonction de leur dimension, de leur densité et de la capacité de transport du cours d‘eau) (Karambiri et al, 2004), générant un flux de sédiments sur les versants et talwegs, dont la dynamique est encore mal connue. Les processus érosifs et de déposition qui peuvent se développer sur les bassins versants sont différenciés selon l’agent érosif : vent, pluie, ruissellement ou selon la source de sédiments: rigoles, ravines, berges, plaines d’inondation, etc.
L’érosion en nappe (sheet erosion)
L‘érosion en nappe ou érosion diffuse se manifeste par une dégradation du sol sur l‘ensemble de sa surface. De ce fait, elle est peu visible d‘une année à l‘autre puisque une érosion importante de 15 à 30 t/ha/an correspond à une perte de hauteur de 1à 2 mm. L‘érosion en nappe peut entraîner un décapage de la majorité de l‘horizon humifère en quelques dizaines d‘années. Le signe le plus connu de l‘érosion en nappe est la présence de plages de couleur claire aux endroits les plus décapés, les plus agressés des champs (haut de collines, et rupture de pentes). Ce type d‘érosion existe sur la plupart des sols cultivés dès lors que la pente dépasse 5%. La cause de l‘érosion en nappe est le phénomène de battance des pluies et de ruissellement diffus sur les sols dénudés. Le matériau sol peut être plus ou moins résistant du fait de la présence de cailloux ou bien en fonction du pourcentage de limon et de sable fin, de matières organiques et d’argile, de la présence de gypse ou de calcaire, d’hydroxydes de fer et d’alumine libre, en fonction également de la stabilité structurale et de la perméabilité du profil. Le déplacement des particules se fait d’abord par effet « splash » à courte distance et ensuite par le ruissellement en nappe. La battance des gouttes de pluie envoie des gouttelettes et des particules dans toutes les directions mais, sur les pentes, la distance parcourue vers l’amont est inférieure à la distance parcourue vers l’aval, si bien que dans l’ensemble, les particules migrent par sauts vers l’aval. Ce n’est qu’après formation des flaques et débordement de l’eau non infiltrée d’une flaque à l’autre que naît le ruissellement en nappe. Celui-ci s’étalant à la surface du sol gardera une faible vitesse même sur des pentes de 5 à 10 %, à cause de la rugosité du sol (mottes, herbes, feuilles, racines, cailloux, etc…) qui l’empêche de dépasser la vitesse limite de 0,25 m/seconde. Au-delà de 0,25 m/seconde, le ruissellement peut non seulement transporter des sédiments fins, mais aussi attaquer le sol et creuser des rigoles hiérarchisées où la vitesse augmente rapidement. On passe alors à l’érosion linéaire (griffes, rigoles et ravines).
Le couvert végétal
Le couvert végétal et les systèmes de cultures sont les facteurs primordiaux de protection du sol contre l’érosion. La litière, la végétation, les canopées des arbres absorbent efficacement l‘énergie des pluies et du ruissellement (Roose, 1994 ; Valentin, 1981). Le rôle de la couverture végétale est multiple : elle protège le sol de l’action battante et dispersante des gouttes de pluie en formant un toit sur la surface du sol, elle peut agir comme un obstacle face au ruissellement, en le freinant et réduisant ainsi son potentiel érosif. La végétation influence le comportement mécanique du sol par enrichissement en matière organique, elle favorise également la perméabilité du sol par l‘entretien d‘une macroporosité (Bertran et al., 2003). D‘après Naveh & Lieberman, 1984 ; Les montagnes méditerranéennes sont profondément découpées, complexes et partiellement instables, avec de nombreux versants escarpes et des sols jeunes rocailleux peu profonds, les versants sont donc très vulnérables à l‘érosion en nappe et en ravine. Cette vulnérabilité augmente quand le couvert végétal est détruit et la couche de sol peu profonde est exposée à la dessiccation durant les étés secs et aux pluies torrentielles en hiver. Selon Roose, 1994. L‘érosion est fonction non seulement du couvert végétal, mais également de sa hauteur au-dessus du sol. Ce sont donc les forêts et plus particulièrement les couvertures herbacées qui protègent avec efficacité le sol de l‘érosion.
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre 1. Synthèse bibliographique sur l’érosion
Introduction
1.1. Dégradation des sols par l‘érosion
1.2. Concepts-clés de l‘érosion
1.2.1. Processus de l‘érosion hydrique et agents érosifs
1.2.1.1. Intensité et agressivité des pluies
1.2.1.2. Le ruissellement
1.2.1.3. La gravité
1.2.2. Présentation des différentes formes d‘érosion et de ruissellement
1.2.2.1. L‘érosion en nappe (sheet erosion)
1.2.2.2. L‘érosion linéaire (rill erosion)
1.2.2.3. L‘érosion en masse
1.2.3. Causes et facteurs de résistances du milieu des différentes formes d‘érosion hydrique
1.3. Facteurs d‘érosion hydrique en milieu semi-aride
1.3.1. Facteurs physiques naturels
1.3.1.1. Le climat
1.3.1.2. La topographie
1.3.1.3. Le couvert végétal
1.3.1.4. Facteurs liés au sol
1.3.1.5. Facteurs anthropiques
1.4. Le transport solide
1.4.1. Le transport solide par charriage (bed load)
1.4.2. Le transport solide en suspension ou particulaire (suspended load)
1.4.3. Le transport solide par saltation
1.5. Approches et méthodes de quantification de l‘érosion hydrique
1.5.1. Quantification des pertes en sol par mesures sur terrain
1.5.2. Évaluation de l‘érosion hydrique par des formules empiriques
1.5.2.1. Formule de la SOGREAH
1.5.2.2. Formule de Tixeront (1960)
1.5.2.3. Formule de Fournier (1960)
1.5.2.4. Formule de l‘A.N.R.H (1970)
1.5.3. La modélisation de l‘érosion hydrique
1.5.4. L‘équation universelle des pertes en sol (USLE)
1.5.5. L‘utilité de la télédétection pour le suivi et la cartographie de l‘érosion
1.5.6. L‘utilité des systèmes d‘information géographique (SIG) dans la modélisation de l‘érosion
1.6. L‘ampleur du problème d‘érosion hydrique et de transport solide en Algérie
1.7. La lutte contre l‘érosion des sols en milieu semi-aride
1.8. Conséquences de l‘érosion hydrique
Conclusion
Chapitre 2. Contexte physique et géographique de la zone d’étude
Introduction
2.1. Aperçu géographique
2.1.1. Le grand bassin de Medjerda-Mellègue
2.1.2. Le bassin d‘étude
2.2. Caractéristiques du relief
2.2.1. Réseau hydrographique
2.2.2. Altimétrie
2.2.3. Courbes hypsométriques
2.2.4. Profil en long
2.3. Paramètres morphométriques
2.3.1. Indice de compacité de Gravelius
2.3.2. Rectangle équivalent
2.3.3. Densité de drainage
2.3.4. Coefficient de torrentialité
2.4. Les indices de pente
2.4.1. Dénivelée 5%-95%
2.4.2. Indice global de pente
2.4.3. Dénivelée spécifique
2.5. Analyse des pentes
2.6. Occupation du sol
2.7. Effet des activités anthropiques sur l‘érosion
2.8. Analyse du sol
2.9. Les ensembles lithologiques
2.10. Géomorphologie
2.11. Aspect socio-économique de la zone d‘étude
Conclusion
Chapitre 3. Contexte climatique de la région d’étude
Introduction
3.1. Le climat
3.2. Les précipitations et leurs variations
3.2.1. Variabilité annuelle des précipitations
3.2.2. Variabilité mensuelle et saisonnière des précipitations
3.2.3. Répartition des précipitations par sous-bassins
3.3. Température de l‘air
3.3.1. Températures moyennes mensuelles
3.3.2. Températures moyennes annuelles
3.4. La gelée
3.5. L‘évapotranspiration
3.6. Bilan hydrique
Conclusion
Chapitre 4. Contexte hydrologique de la région d’étude
Introduction
4.1. Variabilité interannuelle des débits
4.2. Bilan moyen annuel de l‘écoulement
4.3. Variation mensuelle des écoulements
4.4. Le régime saisonnier des écoulements
Conclusion
Chapitre 5. Modélisation statistique du transport solide en suspension
Introduction
5.1. Estimation de l‘érosion par formules empiriques
5.2. Méthodologie de mesure des transports solides en suspension
5.2.1. Mesure des MES
5.2.2. Données utilisées
5.2.3. Homogénéisation et traitement des données
5.3. Courbes de transport solide (sedimentrating curves)
5.3.1 Méthodologie adoptée pour la quantification du transport solide en suspension
5.3.2 Évolution de la concentration des sédiments en suspension instantanés et des débits liquides instantanés
5.3.2.1. A l‘échelle interannuelle
5.3.2.2. A l‘échelle saisonnière
5.3.3. Relation reliant le débit solide instantané au débit liquide instantané
5.3.4. Relation entre les concentrations moyennes et les débits moyens à l‘échelle des crues
5.3.5. Relation C-Q en montée de crue et décrue
5.3.6. Relation entre les débits solides et les débits liquides moyens à l‘échelle des crues
5.3.7. Relation Qmax- SL à l‘échelle des crues
5.4. Estimation des apports solides et la dégradation spécifique
5.5. Résultats et discussion
5.5.1. Variation des apports solides pour les données instantanées
5.5.2. Variation des apports solides à l‘échelle des crues
5.5.3. Variation des apports solides et spécifiques à l‘échelle interannuelle
5.5.4. Variation des apports solides à l‘échelle mensuelle et saisonnière
Conclusion
Chapitre 6. Cartographie des zones sensibles à l’érosion
Introduction
6.1. Méthodologie mises en œuvre
6.1.1. Facteur pente
6.1.2. La lithologie
6.1.3. L‘occupation du sol
6.2. Cartographie des zones sensibles à l‘érosion
6.3. Avantages et limites du modèle
Conclusion
Chapitre 7. Evaluation et cartographie du risque d’érosion par le modèle rusle
Introduction
7.1. Équation universelle des pertes en sol révisée (RUSLE)
7.1.1. Le facteur d‘érosivité des pluies (R)
7.1.2. Le facteur d‘érodibilité du sol (k)
7.1.3. Le facteur de la longueur et de l‘inclinaison de la pente (LS)
7.1.4. Le facteur du couvert végétal (C)
7.1.5. Le facteur des pratiques antiérosives (P)
7.2. Préparation de la base de données du modèle RUSLE
7.2.1. Données utilisées
7.2.2. Logiciels utilisés
7.2.3. Méthodologie adoptée
7.2.4. Traitement des données
7.2.4.1. Traitement du modèle numérique d‘élévation (MNE)
7.2.4.2. Cartes topographiques et géologiques
7.2.4.3. Prétraitement des images satellitaires
7.2.4.4. Choix des indices de végétation
7.3. Résultats et Discussion
7.3.1. Facteur d‘érosivité des précipitations (R)
7.3.2. Facteur topographique (LS)
7.3.3. Facteur d‘érodibilité des sols (K)
7.3.4. Facteur du couvert végétal (C)
7.3.5. Facteur des pratiques culturales antiérosives (P)
7.3.6. Évaluation des pertes en sols et du risque érosif
7.3.7. Pertes en sols par classe d‘occupation des sols
Conclusion
Chapitre 8. Mesures de lutte contre l’érosion
Introduction
8.1. Inventaire des mesures de lutte contre l‘érosion
8.1.1. Traitement des thalwegs et des ravines
8.1.2. Mesures de protection des versants
8.1.2.1. Mesures agronomiques
8.1.2.2. Mesures mécaniques et de petite hydraulique
8.1.2.3. Mesures biologiques
8.2. Plan d‘aménagement anti-érosif
8.2.1. Zones prioritaires
8.2.2. Mesures anti-érosives proposées pour l‘aménagement
Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques
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