La dégradation des sols dans le monde

INFILTRATION ET RUISSELLEMENT

Les premiers mm du sol servent d’interface entre les eaux qui s’infiltrent dans le sol et qui servent à alimenter les végétaux, ou à recharger la nappe phréatique, et les eaux qui ruissellent et qui sont responsables de l’érosion des sols. Cette interface est donc particulièrement importante car beaucoup dépend de cette séparation des eaux de pluie entre eaux de subsurface et de surface.

A première vue, l’infiltration semble plutôt simple. L’eau arrive à la surface du sol et pénètre dans les pores du sol grâce à l’attraction gravitaire. En réalité, la gravité n’est qu’un facteur qui détermine le mouvement de l’eau dans le sol. Sur un sol sec, l’eau est fortement aspirée dans le sol par des forces de succion connues sous le nom de « succion matricielle ». Cette force d’attraction est le résultat de la forte attraction entre les molécules d’eau et les surfaces minérales, d’une part, et l’attraction entre les molécules d’eau entre elles, d'autre part : la première est un phénomène d’adsorption, la deuxième de cohésion. La succion matricielle dépend de la teneur en eau du sol : plus le sol est sec, plus l’attraction est forte. C’est pour cela que typiquement, les taux d’infiltration sont bien plus faibles sur des sols humectés ou saturés la succion matricielle devient négligeable.

Ce phénomène peut se voir dans les hydrogrammes ci-dessous : en hiver le sol est déjà humide alors le ruissellement est plus important qu’en été quand les sols sont secs pour des événements pluvieux comparables.

Les propriétés hydriques des sols varient d’un endroit à l’autre dans le paysage. Les taux d’infiltration dépendent fortement du couvert végétal puisque les végétaux et matières organiques augmentent la porosité du sol et agissent ainsi sur sa conductivité hydraulique. En absence d’un couvert végétal, la porosité du sol près de la surface peut diminuer fortement sous l’impact des gouttes de pluie et former une croûte de battance. Dans ce cas, le taux d’infiltration est très faible. Le ruissellement Hortonien est provoqué lorsque l’intensité de la pluie est supérieure au taux d’infiltration du sol ; la pluie arrive à une vitesse plus importante et ne peut être absorbée par le sol.

Visionner l'animation de « L'infiltration et du ruissellement de l'eau »:

Une fois infiltrées dans le sol, les eaux de percolation se dirigent verticalement vers la nappe phréatique. Cependant, très souvent, la conductivité hydraulique diminue vers la limite inférieure du sol en surface et ceci provoque un écoulement latéral le long de la surface à faible conductivité, qui peut correspondre à la limite de la zone racinaire ou à la présence d’une roche mère. L’écoulement est donc un problème qui ne peut être résolu qu’en prenant en compte les gradients de gravité et de succion matricielle, ainsi que la variation de la conductivité hydraulique à travers le profil du sol et du substrat géologique.

Lors de fortes pluies, il est possible que des eaux qui ont infiltrées et se sont écoulées dans le sol resurgissent en surface pour provoquer un ruissellement par retour ou exfiltration. Il se peut également que les eaux de pluie tombent directement sur un sol complètement saturé à cause d’une remontée de la nappe phréatique en proximité d’un cours d’eau. Dans ce cas, nous parlons de ruissellement sur sol saturé.

Sauf pour les canaux bétonnés, le lit d’un cours d’eau est un lieu d’échange entre l’eau s’écoulant dans le cours d’eau et les eaux de la nappe phréatique. En fonction des gradients entre la surface de la nappe phréatique et le niveau du cours d’eau, la nappe peut alimenter le cours d’eau (le cas le plus fréquent) ou le cours d’eau peut alimenter la nappe. Typiquement, en France le niveau de la nappe baisse en été pendant la saison sèche et la période de prélèvement maximale (irrigation, piscines, stations balnéaires…) et se recharge avec les pluies d’hiver.