Etude de l'envasement de quelques lacs collinaires au bassin versant de la Medjerda

Abstract

Water erosion is a common environmental problem which affects nearly 3 million hectares of agricultural soils in Tunisia, and is threatening the longer term viability of reservoirs. In order to evaluate the sediment deposition, it is necessary to characterize the process of erosion on watersheds and to highlight the most affected areas which require priority of intervention.

The main purpose of this study is to determine a methodology for quantitatively estimation of water erosion and to identify vulnerable areas to establish a soil erosion map in four sub-watersheds of the watersheds Medjerda: Jannet, El Hnach and Echar.

We will apply an approach based on a combination of the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) as an erosion model and the Geographic information Systems (GIS). RUSLE is commonly used to compute the average annual soil loss per unit land area resulting from water erosion and gullies. This soil loss depends on several factors: Rainfall and runoff erosivity, Soil erodibility, Topography, Cover and management, and supporting practices factor.

The superposition of layers of information on rainfall, soils, topography and vegetation, allows to obtain a map which presents the average soil loss by erosion in t/ha/yr per space unit.The estimation of the erosion in watershed Medjerda will be made after modeling.

Key words:

Erosion - Water Erosion- Modeling- SIG- RUSLE.

Projet de fin d'études_3^éme année HAR 2014-2015 YOUNSI Soumaya

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Plan detaillé

Introduction 1

I. Chapitre 1 : Partie bibliographique 3

I.1 Les types d'érosion 3

I.1.1 L'érosion hydrique 3

I.1.2 L'érosion éolienne 3

I.2 Processus de l'érosion hydrique 3

I.2.1 Le détachement 3

I.2.1.1 La pluie 4

I.2.1.2 Le ruissellement 4

I.2.2 Le transport 5

I.2.3 La sédimentation 6

I.3 Les formes de l'érosion hydrique 7

I.3.1 L'érosion en nappe 7

I.3.2 L'érosion en rigoles (ravinement élémentaire) 7

I.3.3 L'érosion ravinante (ravinement généralisé) 8

I.3.4 Ravinement généralisé et hiérarchisé 8

I.3.5 Le sapement des berges 9

I.3.6 Le glissement de terre (mouvement de masse) 9

I.3.7 L'érosion en tunnel (piping) 9

I.3.8 La sédimentation 9

I.4 Les facteurs de l'érosion hydrique 10

I.4.1 Les facteurs physique naturels 10

I.4.1.1 Le climat 10

I.4.1.2 La topographie 11

I.4.1.3 La lithologie 11

I.4.1.4 Les facteurs géologiques et pédologiques 12

I.4.1.5 Le couvert végétal 12

I.4.2 Les facteurs anthropiques 12

I.4.2.1 Les techniques culturales 13

I.4.2.2 Le surpâturage 13

I.4.2.3 L'exploitation minière 13

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I.4.2.4 La croissance démographique 14

I.4.2.5 L'incendie 14

I.4.2.6 Le bois de feu 14

I.5 Les impacts de l'érosion hydrique 15

I.6 L'érosion hydrique en Tunisie et stratégie national de CES 16

I.6.1 Les ressources naturelles en Tunisie 16

I.6.2 Importance et répartition de l'érosion hydrique en Tunisie 17

I.6.3 Les stratégies nationales de Conservation des Eaux et des Sols 21

I.6.3.1 Les objectifs de la Conservation des Eaux et des Sols 21

I.6.3.2 Les stratégies nationales de Conservation des Eaux et des Sols 22

I.6.4 Les actions anti-érosifs en Tunisie 23

I.6.4.1 Les types d'aménagements 23

I.6.4.2 La réalisation en terme de la Conservation des Eaux et des Sols 26

I.7 Les méthodes de quantifications de l'érosion hydrique 27

I.7.1 La mesure de terrain 27

I.7.2 La télédétection 27

I.7.3 La modélisation 28

I.7.4 Traçage des sources de sédiments 34

II. Chapitre 2 : Présentation de la zone d'étude 35

II.1 Localisation de la zone d'étude 35

II.2 Caractéristiques morphologiques des bassins versants étudiés 36

II.3 Caractéristiques climatiques de la zone d'étude 37

II.4 Caractéristiques géologiques 37

II.5 Caractéristiques hydrologiques des lacs collinaires étudiés 39

II.6 Caractéristiques érosifs des lacs collinaires étudiés 39

III. Chapitre 3 : Méthodologie du travail 41

III.1 Introduction 41

III.2 Approche RUSLE/SIG 41

III.2.1 Création des couches d'information 41

III.2.2 Combinaison des couches sous SIG 42

III.3 Matériels et Méthodes 43

III.3.1 Matériels utilisés 43

III.3.2 Méthodologie de l'étude 44

III.3.2.1 Facteur d'érosivité des pluies R 46

III.3.2.2 Facteur d'érodibilité du sol K 47

III.3.2.3 Facteur du couvert végétal C 49

III.3.2.4 Facteur de pratiques anti-érosives P 50

III.3.2.5 Facteur topographique combiné LS 51

III.3.2.6 Carte des pertes en sols 53

IV. Chapitre 4: Application et interprétation des résultats 54

IV.1 Données expérimentales disponibles 54

IV.1.1 Données de mesure du transport solide 54

IV.1.2 Données hydro-pluviométriques 55

IV.1.2.1 Bassin versant Echar 55

IV.1.2.2 Bassin versant El Hnach 56

IV.1.2.3 Bassin versant Jannet 57

IV.2 Résultats et validation du modèle RUSLE pour le bassin versant Echar 58

IV.2.1 Facteur d'érosivité des pluies R 58

IV.2.2 Facteur d'érodibilité du sol K 60

IV.2.3 Facteur du couvert végétal C 61

IV.2.4 Facteur de pratiques anti-érosives P 62

IV.2.5 Facteur topographique combiné LS 62

IV.2.6 Carte des pertes en sols 63

IV.3 Résultats et validation du modèle RUSLE pour le bassin versant El Hnach 65

IV.3.1 Facteur d'érosivité des pluies R 65

IV.3.2 Facteur d'érodibilité du sol K 67

IV.3.3 Facteur du couvert végétal C 68

IV.3.4 Facteur de pratiques anti-érosives P 70

IV.3.5 Facteur topographique combiné LS 71

IV.3.6 Carte de perte des sols 71

IV.4 Résultats et validation du modèle RUSLE pour le bassin versant Jannet 73

IV.4.1 Facteur d'érosivité des pluies R 73

IV.4.2 Facteur d'érodibilité du sol K 75

IV.4.3 Facteur du couvert végétal C 76

IV.4.4 Facteur de pratiques anti-érosives P 77

IV.4.5 Facteur topographique combiné LS 78

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IV.4.6 Carte des pertes de sols 79

IV.5 Application de quelques scénarios sur le bassin versant El Hnach et Jannet 81

IV.5.1 Le bassin versant El Hnach 81

IV.5.1.1 Absence d'aménagement 81

IV.5.1.2 Changement du facteur d'érosivité R 83

IV.5.1.3 Changement de facteur d'érodibilité K 84

IV.5.1.4 Combinaison des trois scénarios 87

IV.5.2 Bassin versant Jannet 88

IV.5.2.1 Premier cas avec R=112 (Ben Chikha et al., 2008) 88

IV.5.2.2 Premier cas avec R=151(Ben Chikha et al., 2008) 90

IV.5.3 Tableau récapitulatif des différents scénarios 91

IV.5.3.1 Le cas du bassin versant El Hnach 91

IV.5.3.2 Le cas du bassin versant Jannet 93

V. Chapitre 5 : Estimation de l'érosion du bassin versant de la Medjerda 95

V.1 Méthodologie de calcul de l'érosion 95

V.1.1 La lame d'eau ruisselée 95

V.1.2 L'apport solide spécifique moyen 96

V.1.2.1 Formule de TIXERONT 96

V.1.2.2 Formule de FERSI 96

V.1.2.3 Formule de FRIGUI H.L. 96

V.2 Résultat et interprétation 97

Conclusion générale 99

Références Bibliographique 101

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Liste des abréviations

v AMI : Ateliers Méditerranéens Interrégionaux ;

v AUF : Agence Universitaire de la Francophonie ;

v CES : Conservation des Eaux et des Sols ;

v CNEA : Commission Nationale des Etudes Agricole ;

v CRDA : Commissariat Régional au Développement Agricole ;

v DG/ACTA : Direction Générale de l'Aménagement et de la Conservation des Terres Agricoles ;

v DGRE : Direction Générale des Ressources en Eau ;

v DRES : Direction des Ressources en Eau et en Sol ;

v FAO : Food and Agriculture Organisation (Organisation des Nations Unies pour l'Agriculture et l'Alimentation) ;

v HAR : Hydraulique et Aménagement Rural ;

v IIIEE : Institut International de l'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement ;

v INAT : Institut National Agronomique de Tunisie ;

v INRGREF : Institut National de Recherche en Génie Rural, Eaux et Forêts ;

v IRD : Institut de Recherche pour le Développement ;

v MES : Matière En Suspension ;

v MNT : Modèle Numérique de Terrain ;

v MUSLE : Modified Universal Soil Loss Equation (Equation universelle de perte en terre modifiée) ;

v NASA : National Aeronautics and Space Administration ;

v NGA : National Geospatial Intelligence Agency ;

v PARLCD : Programme d'Action Régionale de Lutte Contre la Désertification ;

v PFE : Projet de Fin d'Etude ;

v PNUE : Programme des Nations Unies pour l'Environnement ;

v RUSLE : Revised Universal Soil Loss Equation (Equation universelle de perte en terre révisée) ;

v SIG : Système d'Information Géographique ;

v SRTM : Shuttle Radar Topography Mission ;

v TAU : Terre Agricole Utile ;

v USLE : Universal Soil Loss Equation (Equation universelle de perte en terre) ;

v UTM : Universal Transverse Mercator (Transverse universelle de Mercator).

Liste des symboles

- A : Perte en terre ;

- A : Superficie du bassin versant ;

- A : est le coefficient de croissance de la lame ruisselée en fonction de la pluie ;

- Al : Apport en eau moyen annuel ;

- A_s : Apport solide spécifique moyen ;

- C : Facteur du couvert végétal ;

- C1 : le coefficient de texture des sols ;

- C2 : le coefficient topographique ;

- C3 : le coefficient d'exploitation des sols ;

- Ds : Dénivelé spécifique ;

- Es : taux spécifique annuelle d'érosion ;

- Espec : Erosion spécifique ;

- Fm : indice de Fournier modifié caractérisant l'érosivité des pluies ;

- Hmax : Hauteur maximale ;

- Hmin : Hauteur minimale ;

- Hmoy : Hauteur moyenne ;

- Ig : Indice global de pente ;

- K : Facteur érodabilité des sols ;

- Kc : L'indice de compacité de Gravelins ; - K_r : le coefficient de ruissellement ;

- L : Longueur de rectangle équivalent ;

- L : Facteur longueur de la pente ;

- l: largueur du rectangle équivalent ;

- L_r : est la lame d'eau ruisselée annuellement sur le bassin versant ;

- LS : Facteur topographique combiné ;

- m : Exposant qui dépend du degré de la pente ;

- n : Exposant du facteur inclinaison de la pente ;

- P : Facteur des pratiques anti-érosives ;

- P : Pluie annuelle ;

-P : est la pluie annuelle tombée sur le bassin versant ;

-P0 : paramètre de position que l'on peut assimiler à une pluie annuelle limitée du

ruissellement ;

- Pa : la pluie moyenne annuelle ;

- Pi : Pluie mensuelle ;

- P : Périmètre du bassin versant ;

- R : Facteur érosivité des pluies ;

- R : Indice d'agressivité des pluies ;

- S : la superficie du bassin ;

- S : Facteur inclinaison de la pente ;

- s : L'angle de la pente ;

- Vu : volume total de la retenue ;

- á : Coefficient de précision ;

- â : Coefficient de correction ;

- â : Ratio entre l'érosion en et l'érosion en inter-rigoles ;

- O : L'angle de la pente en degré ;

- ë : Longueur de la pente.

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Liste des tableaux

Tableau 1: Répartition des zones d'érosion hydrique par grande région (Farhat, 2008) 18

Tableau 2: Répartition spatio-temporelle des superficies érodées en ha et % en Tunisie

(Farhat, 2008) 20
Tableau 3: Prévisions et Réalisation des stratégies nationales de Conservation des Eaux et des

Sols (DG/ACTA, 2008) 26
Tableau 4 : Tableau de description et de comparaison des trois modèles de perte en sol :

USLE, MUSLE et RUSLE (cherif, 2012) 30

Tableau 5: Les caractéristiques physiques des lacs collinaires étudiés (Chouchani, 2012) 35

Tableau 6:Caractéristiques physiques des bassins versants étudiés (Hermassi el al., 2013) 36

Tableau 7: Les caractéristiques des bassins versants de la Dorsale Septentrionale

(Gharbi, 2005) 38
Tableau 8: Les caractéristiques des bassins versants de la Dorsale méridionale. (Gharbi, 2005)

38
Tableau 9: Les caractéristiques du fonctionnement hydrologique des 3 bassins versants

(Hermassi et al., 2013) 39
Tableau 10: Caractéristiques du fonctionnement sédimentaire du réseau des lacs collinaires

(Hermassi et al., 2013) 40
Tableau 11: Facteur érodibilité des sols K en (t ha^-1MJ^-1 mm^-1 ha h) adopté pour les trois

bassins versants (Zante et al., 2001) 48

Tableau 12:Facteur du couvert végétal C adopté pour les trois bassins versants 50

Tableau 13:Facteur des pratiques anti-érosives P adopté selon RUSLE 51

Tableau 14: Mesures bathymétriques 55

Tableau 15: L'érosivité des pluies en (MJ mm ha-1 h^-1 an^-1 ) pour la station de Talah 59

Tableau 16: L'érodibilité des sols en (t ha^-1MJ^-1 mm^-1 ha h) pour le bassin versant Echar 60

Tableau 17: La couverture végétale (C) pour le bassin versant Echar 61

Tableau 18: Classes des pertes de sols déterminées par le modèle RUSLE pour le bassin

versant Echar 64

Tableau 19: L'érosivité des pluies en (MJ mm ha-1 h^-1 an^-1 ) pour la station Siliana 66

Tableau 20. L'érodibilité des sols en (t ha^-1MJ^-1 mm^-1 ha h) pour le bassin versant El Hnach 67

Tableau 21: La couverture végétale (C) pour le bassin versant El Hnach 69

Tableau 22: Le Facteur des pratiques de conservation (P) pour le bassin versant El Hnach 70

Tableau 23: Classe de perte de sol déterminé par le modèle RUSLE pour le bassin versant El

Hnach 73

Tableau 24: L'érosivité des pluies en (MJ mm ha-1 h^-1 an^-1 ) pour la station Makthar 74

Tableau 25: L'érodibilité des sols en (t ha^-1MJ^-1 mm^-1 ha h) pour le bassin versant Jannet 75

Tableau 26: La couverture végétale (C) pour le bassin versant Jannet 77

Tableau 27: Le Facteur des pratiques de conservations (P) pour le bassin versant Jannet 78

Tableau 28: Classe des pertes en sol déterminées par le modèle RUSLE pour le bassin versant

Jannet 80
Tableau 29: Répartition des superficies des pertes en sols dans le cas du premier scénario pour

le bassin versant El Hnach 82

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Tableau 30 : L'érosivité des pluies en (MJ mm ha-1 h^-1 an^-1 ) pour le bassin versant El Hnach

83
Tableau 31: Répartition des superficies des pertes en sols dans le cas du deuxième scénario

pour le bassin versant El Hnach 84
Tableau 32: L'érodibilité des sols en (t ha^-1MJ^-1 mm^-1 ha h) déterminée par le troisième

scénario pour le bassin versant El Hnach 85
Tableau 33: Répartition des superficies des pertes en sols pour le troisième scénario pour le

bassin versant El Hnach 87

Tableau 34: Répartition des superficies des pertes en sols pour les trois scénarios 88

Tableau 35: Classe des pertes des sols déterminées pour le bassin versant Jannet 89

Tableau 36: Classes des pertes en sol déterminées pour le bassin versant Jannet 91

Tableau 37: Le pourcentage des pertes en sol selon les scenarios pour le bassin versant El

Hnach 92
Tableau 38: Le pourcentage des pertes en sol selon les scenarios pour le bassin versant Jannet

94

Tableau 39: Estimation des apports solides des trois bassins versants 97

Tableau 40: Estimation des apports solides du bassin versant de La Medjerda 98

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Liste des figures

Figure 1: Relation entre échelles de temps et d'espace dans la modélisation de l'érosion (Le

Bissonnais, 2008). 33

Figure2: Localisation des lacs collinaires étudiés 35

Figure 3: Passage du modèle vecteur vers le modèle raster (Site officiel de le FAO, 1998) 42

Figure 4: Combinaison des couches sous SIG selon RUSLE (Cherif, 2012) 43

Figure 5: Organigramme méthodologique de l'intégration de l'Equation universelle de perte

en sol dans le SIG (Cherif, 2012) 45

Figure 6: Variation annuelle de l'indice de l'érosivité des pluies pour la station de Talah 56

Figure 7: Variation annuelle de l'indice de l'érosivité des pluies pour la station de Siliana

(1993-2014) 57
Figure 8: Variation annuelle de l'indice de l'érosivité des pluies pour la station de Makthar

(1993-2014) 58

Figure 9: Carte du facteur K du bassin versant Echar 61

Figure 10. Carte du facteur C du bassin versant Echar 62

Figure 11: Carte du facteur LS du bassin versant Echar 63

Figure 12: Carte des pertes de sols du bassin versant Echar 64

Figure 13: Carte du facteur K du bassin versant d'El Hnach 68

Figure 14: Carte du facteur C du bassin versant d'El Hnach 69

Figure 15: Carte du facteur P du bassin versant d'El Hnach 70

Figure 16: Carte du facteur LS du bassin versant d'El Hnach 71

Figure 17: Carte de perte de sol du bassin versant d'El Hnach 72

Figure 18: Carte du facteur K du bassin versant Jannet 76

Figure 19: Carte du facteur C du bassin versant Jannet 77

Figure 20: Carte du facteur P du bassin versant Jannet 78

Figure 21: Carte du facteur LS du bassin versant Jannet 79

Figure 22: Carte de perte de sol du bassin versant Jannet 80

Figure 23: Carte d'érosion résultante pour le bassin versant El Hnach du premier scénario 82

Figure 24: Carte d'érosion résultante pour le bassin versant El Hnach du deuxième scénario 84

Figure 25: Carte du facteur K pour le deuxième scénario 86

Figure 26: Carte d'érosion résultante du bassin versant El Hnach du troisième scénario 86

Figure 27: Carte d'érosion résultante des trois scénarios pour le bassin versant El Hnach 87

Figure 28: Carte de perte de sol du bassin versant Jannet pour R=112 89

Figure 29: Carte de perte de sol du bassin versant Jannet pour R=151 90

Figure 30: Localisation des lacs collinaires de la Medjerda (Hermassi, 2014) 95

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