La dégradation des sols dans le monde

III LES FACTEURS D'EROSION

Les facteurs d’érosion influencent l’intensité des processus de détachement, de transport et de dépôt. Les facteurs agissent donc sur les processus qui, eux, conduisent à des formes d’érosion spécifiques. Nous pouvons en citer cinq :

• La végétation,
• La pluie ,
• La topographie,
• Le sol,
• Les techniques culturales.

III.1 La végétation

Elle est de loin le facteur le plus important. La végétation vivante protège la surface du sol de l’impact des gouttes de pluie, et donc du détachement par le splash ; les tiges et troncs forment des obstacles qui ralentissent la vitesse du ruissellement, ce qui réduit le détachement par le ruissellement ainsi que sa capacité de transport. Les racines forment un réseau près de la surface qui tient le sol en place, augmentant ainsi sa résistance au détachement. Les feuilles mortes et débris végétaux protègent la surface de l’impact des gouttes, ralentissent le ruissellement, et ajoutent de la matière organique au sol, ce qui le rend plus résistant à l’érosion.

La relation entre végétation et l’érosion n’est pas simple :

• Elle dépend d’une part de la densité du couvert végétal. L’effet protecteur d’une culture agricole n’est souvent pas efficace avant environ 40-50% de couvert végétal et il y a peu de différences au-delà de 80-90%.
• Elle dépend, d’autre part, du type de végétation : des plantes à feuillage haut sont moins efficaces parce que les gouttes d’eau qui tombent des feuilles ont le temps d’atteindre une vitesse presque égale à celle de la pluie. Même la forme de la feuille peut jouer en altérant la taille de la goutte qui tombe au sol (l’énergie cinétique d’une goutte qui tombe à la surface est approximativement proportionnelle à mv2, où m=masse et v=vitesse). Des feuilles qui concentrent l'eau à leur surface pour agrandir la taille des gouttes peuvent en effet provoquer une érosion sous la couronne si le sol est nu.

III.2 La pluie

C'est souvent le deuxième facteur d’importance après la végétation. Il n’y a ruissellement que quand la vitesse avec laquelle la pluie arrive au sol est plus importante que la vitesse avec laquelle l’eau entre dans le sol. Dit autrement, le ruissellement est la différence entre l’intensité de la pluie et le taux d’infiltration d’eau dans le sol (R=P–I, en mm h^-1). Les études sur le ruissellement font souvent référence au « coefficient de ruissellement ». Le coefficient de ruissellement est le rapport de la pluie ruisselée sur la pluie totale * 100 (CR=R/P*100). Le coefficient de ruissellement est une mesure utilisée par les ingénieurs dans le dimensionnement d’ouvrages de génie civile mais qui demeure un indice relatif qui a moins de valeur qu’une mesure de débit instantané : 50/100 mm h^-1 et 10/20 mm h^-1 ont le même CR mais les risques d’érosion sont beaucoup plus importants dans le premier cas.

III.2.1) L’intensité de la pluie

C'est une caractéristique importante de la pluie : d’une part, elle joue sur le débit du ruissellement, et donc sur le détachement et la capacité de transport de l’écoulement ; d’autre part, elle influence directement le détachement du sol par le splash. Puisque les gouttes de pluie à forte intensité ont tendance à être plus grosses que les gouttes de pluie à faible intensité, la relation entre détachement de sédiments et intensité de pluie n’est pas linéaire : le détachement augmente approximativement avec le carré de l’intensité de la pluie (D∞I2). Si l’intensité est doublée, le détachement est augmenté par 4 (2²=4), si l’intensité augmente par 3, le détachement augmente par 9 (3²=9)...

III.2.2) La pluie totale

C'est la deuxième caractéristique importante puisque la quantité de sédiments érodée dépend du débit et de la concentration en sédiments (Consulter le chapitre sur Les processus d'érosion). Plus le débit est important, plus la quantité de terre exportée est importante. Une pluie de 80 mm déplacerait approximativement 2 fois la quantité de sédiments qu’une pluie de 40 mm, à intensité égale (ce qui est rarement le cas, puisque les grosses pluies ont souvent une intensité moyenne plus forte et déplacent donc beaucoup plus de sédiments car l’impact de l’intensité s’ajoute à celle de la pluie totale).

III.2.3) La répartition saisonnière de la pluie

Une troisième caractéristique est la répartition saisonnière de la pluie. Plusieurs cas de figures se présentent, les plus communs sont les suivants :

• Des hivers pluvieux : les pluies fréquentes sont de faible intensité. Le sol demeure saturé, ce qui provoque un ruissellement même avec une faible intensité de pluie.
• Des orages convectifs au printemps : les cultures d’été n’ont pas encore émergé, le sol est nu, et ces pluies temporellement et spatialement localisées ont une forte intensité et érosivité.
• Des pluies fortes après une longue période de sécheresse : ceci est le cas en zone semi-aride. Après une longue saison sèche, il y a peu de végétation pour protéger la surface du sol, alors les premières pluies de la saison humide sont plus érosives que celles de la fin de saison quand la végétation est mieux établie.

III.3 La topographie

Trois aspects de la topographie sont à prendre en compte – l’inclinaison de la pente, la longueur de pente, et la présence de concavités (et talweg) et convexités. Ces facteurs ne sont pas entièrement indépendants.

III.3.1) L’inclinaison de la pente

L’inclinaison de la pente est sûrement l’aspect topographique le plus important. Elle joue moins sur des très courtes pentes (quelques mètres) que sur des pentes plus longues puisque le ruissellement a besoin d’une certaine distance pour atteindre sa vitesse d’écoulement maximale. Le débit, et surtout la vitesse d’écoulement, détermine à quel moment une rigole va se creuser. La vitesse dépend d’une part de la rugosité du sol et d’autre part de l’inclinaison de la pente, comme le montre les équations de Chezy (1769) et Manning (1889). La transition entre érosion diffuse et érosion linéaire est donc en partie déterminée par l’inclinaison de la pente.

• Chezy (1769) : v = C (RS)0.5
• Manning (1889): v = k((R2/3 * S0.5)/n)

Symboles: C = coefficient de rugosité de Chezy ; n = coefficient de rugosité de Manning ;
v = vitesse moyenne de ruissellement ;
R = rayon hydraulique ((largeur*profondeur)/(2*largeur + profondeur)),
s= pente ;
k = 1 en unités SI.

III.3.2) La longueur de pente

Elle est moins importante que l’inclinaison. Au-delà d’une centaine de mètres, la longueur a peu d’influence puisque la vitesse d’écoulement maximale a été atteinte depuis longtemps et il y a un certain équilibre entre les apports d’eau venant de l’amont et les départs d’eau en aval. De plus, il a souvent été remarqué que le ruissellement diminue le long d’un versant de l’amont vers l’aval, peut-être dû à des zones d’infiltration plus élevées le long de la trajectoire de l’écoulement de surface.

III.3.3) Les zones de concentration de ruissellement

Les concavités et talwegs sont des zones où peuvent souvent être observées des rigoles et ravines. Comme il a été souligné ci-dessus, les anciens ruisseaux supprimés par l’accroissement des parcelles agricoles sont des sites privilégiés pour les rigoles et ravines.

III.3.4) Les convexités

Ces endroits, souvent aux sommets de versant, sont les premiers à être décapés et les premiers à révéler des affleurements de roche mère, même s’ils ne montrent pas forcément des signes d’érosion concentrée. La forme arrondie de la surface fait que les sédiments sont plus facilement dispersés sans compensation par des apports de l’amont. Le décapage des crêtes et sommets résulte également de l’érosion mécanique par le travail du sol (labours…).

III.4 Le sol

Les sols varient énormément en fertilité et en vulnérabilité à l’érosion (en « érodibilité »). L’érodibilité du sol est une mesure de la facilité avec laquelle le sol est érodé. Certains sols résistent bien à l’érosion, d’autres beaucoup moins. L’érodibilité du sol dépend surtout de sa « stabilité structurale ». La stabilité structurale est une propriété qui se mesure par un tamisage dans l’eau et est un indice de la résistance à la désagrégation d’un sol. C’est une mesure de la cohésion des agrégats et de leur capacité à ne pas se désagréger sous l’effet de la pluie.

La stabilité structurale dépend des propriétés qui donnent une cohésion au sol :

III.4.1) La texture

Des textures avec trop peu d’argiles ont une faible cohésion et donc une faible stabilité structurale. En-dessous d’environ 10-15% d’argile, la stabilité structurale est plutôt faible. Ces sols ont tendance à former une croûte de battance en surface : une couche dense et peu poreuse qui limite l'infiltration.

 

La vidéo ci-dessous compare l'effet d'une surface avec croûte de battance (à droite) à celle d'une surface poreuse (à gauche) lors d'une simulation de pluie à l'INRA d'Orléans. La surface avec croûte de battance ruisselle beaucoup plus et entraine plus de sédiments que la surface poreuse.

 

 

Les sols les plus sensibles sont les sols riches en limons et/ou sables fins puisque ce sont des particules avec une faible cohésion et qui sont facilement détachés et transportés par les eaux de ruissellement.

Sol (Photo : Y. Le Bissonnais) Sol après la pluie
(Photo : Y. Le Bissonnais) Sol après la pluie
(Photo : Y. Le Bissonnais)