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L’érosion hydrique des sols Baptiste Algayer, Frédéric Darboux 2 Plan détaillé

L’érosion hydrique des sols Baptiste Algayer, Frédéric Darboux 2 Plan détaillé Introduction : le sol (p. 3-5) Partie 1 : l’érosion hydrique des sols, facteurs et processus • L’érosion du sol : définition et vocabulaire (p. 7-10) • Les enjeux de l’érosion (p. 11) • Les facteurs de l’érosion (p. 12-17) • Les processus de l’érosion (p. 18-20) • Interactions entre processus et facteurs (p. 21-22) • Spécificités de l’érosion hydrique (p. 23-25) Partie 2 : Etudier l’érosion et lutter contre l’érosion • Etudier l’érosion, pourquoi et comment ? (p. 27-29) • Comment lutter contre l’érosion ? (p. 30-32) Synthèse (p. 33) Lexique (p. 34) Bibliographie (p.35) 3 Introduction : le sol Sol = couche superficielle de la croûte terrestre, interface entre atmosphère, lithosphère et hydrosphère, support et produit de la biosphère. INRA, base de données géographiques des sols, 1998 Les sols se forment à partir de l’altération de la roche mère, de l’incorporation de matières organiques* et de la redistribution des matières au sein du sol. 4 Sol = milieu complexe composé de différentes fractions : • minérale : particules minérales ; • gazeuse : gaz contenus dans la porosité du sol ; • liquide : solution du sol ; • organique : débris de végétaux, plus ou moins dégradés (débris, molécules,…) ; • biologique : faune du sol, champignons, population microbienne. Introduction : le sol Image MEB, INRA Matière organique* Particule minérale 5 La formation d’un sol est un processus long ( plusieurs centaines d’années). Le sol est soumis à différentes menaces : pollution, artificialisation, érosion…, Introduction : le sol En agronomie, le sol est le support des cultures (eau + nutriments pour les plantes). Ressource non renouvelable à l’échelle humaine Photo : V. Souchère / INRA Photo : M. Eimberck / INRA Ruissellement et érosion en cours dans une parcelle agricole Dépôt de sédiments dans un champ à la suite d’une pluie 6 Partie 1 L’érosion hydrique des sols : facteurs et processus 7 L’érosion du sol • Différents types d’érosion : érosion éolienne, érosion hydrique, érosion « anthropique ». Erosion hydrique : « ensemble des processus de déplacement du sol sous l’action de l’eau » En Europe, érosion hydrique majoritaire : « 26 millions d’hectares dans l’UE souffrent de l’érosion par l’eau et 1 million de l’érosion par le vent » (FAO 1998 ). Vitesse d’érosion : se mesure en t / ha /an. exemple : 10 t / ha / an = épaisseur de 1 mm / an environ, à comparer à la vitesse de formation des sols : 0,1 mm / an environ. • Processus de détachement, de transport et de dépôt des particules de la surface du sol. 8 • Particules minérales : grains élémentaires de différentes tailles (argiles, limons, sables) et de différentes natures minéralogiques. • La texture du sol* correspond à la distribution des particules en fonction de leur taille. Elle peut être déterminée à l’aide d’un triangle de texture. Le sol : particules et agrégats Triangle de texture (source USDA) Diamètre Classe granulométrique <2 µm argile <20 µm limon <2 mm sable >200mm gravier Tableau des classes granulométriques (source NF P18-560 ) 9 • Ces particules peuvent s’agglomérer entre elles pour former des agrégats. • Les agrégats sont constitués de particules minérales « collées » entre elles notamment par des molécules organiques (invisibles sur ces photos). Le sol : particules et agrégats Coupe d’un agrégat de sol de diamètre 1mm Zoom sur les particules qui le composent Image synchrotron ESRF O. Rosenbaum, ISTO Particules minérales (grains de quartz) Porosité 10 Stabilité structurale • Sous l’action de la pluie, des liens qui agrègent les particules entre elles vont se casser  les agrégats se fragmentent. • La stabilité structurale* correspond à la capacité d’un agrégat à conserver sa structure lorsqu’il est soumis à la pluie. Si la stabilité structurale est forte, l’agrégat ne se fragmente pas ou peu. Si la stabilité structurale est faible, l’agrégat se fragmente facilement. Plus la stabilité structurale est forte, moins le sol est sensible à l’érosion Fragmentation d’agrégats sous l’action de la pluie. Source : Y. Le Bissonnais, INRA. Avant la pluie Après 5 min. Après 90 min 11 Les enjeux L’érosion engendre un transfert de matière de l’amont vers l’aval. Photo : Y. Le Bissonnais / INRA Photo : Y. Le Bissonnais / INRA Amont Dégâts pour l’agriculture Pertes en sol, en matières organiques, pertes à la levée*… Aval Altération de la qualité de l’eau : turbidité*, pollution.. Inondation boueuse 12 Pluie et partition entre ruissellement et infiltration L’effet splash* fragmente les agrégats à la surface et ceux-ci bouchent la porosité du sol en surface. La capacité d’infiltration* dépend de la porosité du sol. L’eau qui n’est pas infiltrée ruisselle à la surface. Il en résulte une érosion potentielle RUISSELLEMENT INFILTRATION PLUIE Splash SOL Sol nu 13 Pluie et partition entre ruissellement et infiltration La végétation intercepte une partie de la pluie, limitant l’effet splash. L’eau qui atteint le sol a moins d’énergie cinétique et peut s’infiltrer le long des racines. Le réseau de racines maintient la structure du sol. Il en résulte une érosion limitée RUISSELLEMENT INFILTRATION PLUIE SOL Sol végétalisé INTERCEPTION 14 Facteurs de l’érosion • La pluie : agent essentiel de l’érosion Potentiel érosif de la pluie (érosivité) déterminé par : • les caractéristiques d’un événement pluvieux : intensité et durée, • la pluviométrie globale : saisonnalité. • Le ruissellement : Potentiel érosif du ruissellement (érosivité) déterminé par : • énergie cinétique et vitesse de l’eau, • concentration du ruissellement lié à la topographie du terrain. • Le sol Résistance du sol à l’érosion (érodibilité) déterminée par : • stabilité structurale = capacité d’une motte de terre à ne pas se fragmenter sous l’effet de la pluie et de l’humectation • La végétation Le couvert végétal limite l’impact des gouttes de pluie. 15 Erosion, érosivité et érodibilité EROSIVITE ERODIBILITE X Pluie Ruissellement Sol Végétation • Erodibilité = sensibilité du sol à l’érosion • Erosivité = intensité potentielle de l’érosion Pour que l’érosion ait lieu, il faut à la fois une pluie ou un ruissellement érosif et un sol sensible à l’érosion. ex : si la surface est très sensible à l’érosion par l’eau et qu’il n’y a pas de pluie alors il n’y aura pas d’érosion. EROSION HYDRIQUE 16 Ruissellement Le ruissellement peut avoir différentes origines : • le dépassement de la capacité d’infiltration du sol par des pluies de très fortes intensités (ex : orage sur un sol sec,) • la saturation en eau des surfaces (ex : pluie fine sur sol gorgé d’eau). Dans les deux cas, le ruissellement entraine le détachement de particules de la surface du sol et donc un début d’érosion. 17 Deux grands types de ruissellement et d’érosion concernent toute la surface cultivée des bassins versants. L’érosion est liée à l'impact des gouttes (dit « effet splash »). • Ruissellement et érosion diffus : sont localisés à l'aval des bassins versants. L’érosion est liée à la vitesse de l’écoulement. Ruissellement et érosion concentrés avec incision des talwegs : Le ruissellement diffus à l’amont alimente le ruissellement concentré à l’aval 18 Processus de l’érosion diffuse • Effet splash : déplacement local de fragments du sol sous l’impact des gouttes de pluie. • Phénomène de battance : les nouveaux agrégats (plus fins) obturent les pores en surface ruissellement mobilisation de fragments Lit de semence Croûte de battance* 0 5 10mm fragmentation des agrégats La croûte de battance diminue la porosité du sol donc la capacité d’infiltration ce qui provoque l’imperméabilisation de la surface formation d’une croûte de battance 19 Formation de croûte battance 28 avril : lit de semence 5 mai (après pluie) : croûte de battance en formation 10 juin (après orage) : croûte de battance formée 8 août (après fortes pluies) : croûte de battance étendue sur toute la surface du sol Présence d’agrégats de toutes tailles Les agrégats les plus petits ont été fragmentés et scellés Les agrégats de taille plus grande sont encore visibles Les agrégats de taille plus grande ont été fragmentés ou sont scellés Tous les agrégats ont été fragmentés et scellés La formation d’une croûte de battance est un processus discontinu dans le temps et dans l’espace Source : B. Algayer, INRA 20 Processus d’érosion concentrée La concentration des écoulements de surface dans des modelés linéaires (sillons, chemins, talwegs ) entraine : • détachement de fragments  incision, • transport de fragments sur de longues distances (plusieurs centaines de mètres). Ce processus d’érosion dépend de : • l’énergie cinétique du ruissellement (et donc la vitesse de l’écoulement,) • la topographie concentrant le ruissellement dans les talwegs, • la résistance du sol à la contrainte cisaillante exercée par l’eau en écoulement. 21 Interactions entre processus et facteurs Croûte de battance : ruissellement et érosion diffuse Rigole et ravine : ruissellement et érosion concentrée pluie sol pratiques agricoles morphologie du terrain Rugosité Sens de travail du sol couvert végétal 22 Interactions entre processus et facteurs • A l’échelle du bassin versant, on observe uploads/Geographie/ diaporama-inra-erosion-hydrique 1 .pdf