Introduction
Dans les pays méditerranéens à climat
semi-aride, les ressources en eau et en sol sont rares et vulnérables.
Le capital-sol est une ressource non renouvelable ou à renouvellement
extrêmement lent. Il est fortement menacé par la
dégradation et l'érosion (Al Ali, 2007).
En effet, l'érosion hydrique est très
sévère dans ces régions et surtout au sud de la
Méditerranée, touchant près de 3 millions d'hectares des
sols agricoles en Tunisie. D'une part, elle constitue une menace pour la
durabilité des retenues collinaires destinées à mobiliser
les eaux de surface. D'autre part, elle provoque une perte de la couche arable
la plus riche en matière organique et en nutriments ce qui
entraîne une baisse de la productivité des terres agricoles et un
déficit pour subvenir aux besoins nutritionnels, ainsi que des
problèmes d'ordre économique et social (Ben Slimane, 2013).
D'autre part encore, depuis les années 60, la Tunisie a
initié une politique d'aménagement et de conservation des sols.
En 1990, des stratégies de lutte contre l'érosion hydrique ou
stratégie de conservation des eaux et des sols ont été
achevées (Cherif, 2012) à cause de la baisse de la
productivité des terres agricoles par perte de la couche arable la plus
riche, ce qui a engendré des problèmes d'ordre économique
et social (Ben Slimane, 2013).
Dans le but de déterminer les techniques de
conservation des eaux et des sols adéquates et pour lutter contre le
phénomène d'érosion en vu de prolonger la durée de
vie des barrages et l'aménagement des voies d'eau, la quantification et
la cartographie des perte en sol suite à l'érosion hydrique,
devient un besoin indispensable (Cherif, 2012).
La modélisation de l'érosion hydrique constitue
un outil de cartographie et de prévision des processus de ce
fléau. Parmi les modèles empiriques disponibles,
l'équation universelle de perte en sol révisée (RUSLE) qui
est utilisée en hydrologie et dans l'ingénierie
environnementale.
C'est dans ce cadre que s'inscrit le présent sujet de
Projet de Fin d'Etude (P.F.E intitulé Etude de
l'envasement de quelques lacs collinaires sur le bassin versant de la
Medjerda) qui vise à utiliser le modèle empirique,
l'équation universelle des pertes en sol révisée (RUSLE),
intégrée sous un Système d'Information Géographique
(SIG). L'objectif étant de
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quantifier, d'identifier et de cartographier le
phénomène de l'érosion dans les trois lacs collinaires :
Echar, El Hnach et Jannet au niveau du bassin versant de la Medjerda.
Ainsi, le rapport du présent PEF a
été subdivisé en quatre chapitres:
? Une synthèse bibliographie, dans
laquelle, on va identifier d'abord les différents types, processus,
formes et facteurs de l'érosion hydrique. Ensuite, on indiquera les
impacts, les stratégies nationales de CES et les méthodes de
quantification de l'érosion hydrique. Enfin, on présentera
brièvement les caractéristiques de la zone d'étude.
? Présentation de la zone d'étude,
notamment les trois bassins versant Echar, Jannet et El Hnach de la
région de Kasserine et Siliana appartenant au bassin versant de la
Medjerda, en ce qui concerne les aspects relatifs au climat, notamment
l'étude de la pluviométrie ainsi que les caractéristiques
physiques du milieu (relief, réseau hydrographique, géologie,
pédologie, occupation des sols, aménagements CES).
? La méthodologie du travail, dans
laquelle on va présenter les démarches utilisées et
l'approche SIG/USLE pour l'application du modèle, ainsi que les facteurs
et les paramètres adoptés.
? Les résultats numérique et
cartographique d'application du modèle RUSLE,
interprétation des résultats obtenus pour les bassins
versant des trois lacs collinaires Echar, Jannet et El Hnach, avec application
de quelques scénarios sur les bassins versant Jannet et El Hnach et
comparaison des résultats.
? Le dernier chapitre renferme une estimation
de l'envasement des lacs collinaires dans le bassin versant de la Medjerda.
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I. Chapitre 1 : Partie bibliographique
I.1 Les types d'érosion
D'après la littérature, l'érosion est
subdivisée principalement en deux types : l'érosion hydrique et
l'érosion éolienne.
I.1.1 L'érosion hydrique
L'érosion hydrique est l'une des principales causes de la
dégradation du sol dans le monde, elle résulte de
l'altération et la redistribution des produits de décomposition
et de dégradation des roches en entraînant parfois une perte
irréversible du sol (Ben Slimane, 2013).
I.1.2 L'érosion éolienne
L'érosion éolienne est l'un des processus les plus
traumatisants de la désertification. Elle conduit à la
dégradation du sol sous l'action du vent qui arrache, transporte et
dépose des quantités importantes de terre. Elle s'installe quand
:
? Le climat, pendant la saison sèche, entraîne la
dessiccation des horizons superficiels du sol et la disparition du couvert
végétal ;
? Il existe des vents violents et réguliers durant de
longues périodes dans la même direction (vents dominants) ;
? Il existe des reliefs atténués sur des grandes
étendues plates;
? Il s'agit d'un sol à texture grossière, sableux
notamment (AUF et IIIEE).
I.2 Processus de l'érosion hydrique
L'érosion hydrique des sols résulte de la
conjugaison de trois mécanismes: le détachement des particules du
sol, leur transport et leur sédimentation (Ben Slimane, 2013).
I.2.1 Le détachement
Le détachement des particules du sol est la
résultante de l'impact de deux agents érosifs : la pluie et le
ruissellement.
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I.2.1.1 La pluie
La pluie est reconnue depuis longtemps comme un agent
essentiel de l'érosion des sols (Ben Slimane, 2013).
Il existe plusieurs mécanismes permettant de mettre en
jeu l'origine de la désagrégation par l'action de l'eau, dont on
a identifié quatre :
- L'éclatement : est lié à la compression
de l'air piégé lors de l'humectation. On note que les sols
argileux sont moins affectés par l'éclatement que les sols
limoneux ou sableux à cause de leur porosité réduite et de
leur importante capacité de rétention d'eau.
- La désagrégation mécanique : est due
à l'énergie dissipée lors de l'impact des gouttes de
pluie, effet « splash ». Cette énergie se transforme en force
de cisaillement qui provoque le détachement des particules du sol.
- La microfissuration : est produite par le gonflement des
argiles. Le gonflement et le retrait des argiles provoquent des microfissures
des agrégats.
- La dispersion physico-chimique : est la résultante
des forces d'attraction entre les particules colloïdes composant le sol.
Elle dépend de la taille et de la valence des cations présents
qui peuvent former des ponts entre les particules chargées
négativement (Ben Slimane, 2013).
I.2.1.2 Le ruissellement
Le ruissellement est un agent d'arrachement et de transport
des sédiments, son impact dépend de la vitesse
d'écoulement et de la résistance du sol qui peut détacher
des particules du sol à son passage.
D'un point de vue hydrologique, le ruissellement
désigne le phénomène d' écoulement des eaux
à la surface du sol et cette circulation de l' eau qui se produit sur
les versants en dehors du réseau hydrographique peut être
connectée, ou pas, à un drain permanent (Cosandey, 2000).
D'un point de vue sédimentologie, le ruissellement est
un agent d'érosion, de transport et de dépôt des
sédiments à l'échelle du versant qui se caractérise
par un écoulement dilué de particules sédimentaires dans
de l'eau (Bertran et Texier, 1999).
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Le ruissellement entraîne les matériaux qu'il
détache et ceux déjà disponibles à la surface du
sol (détachés par effet "splash" ou tout autre facteur externe)
en fonction de sa capacité de transport et de la taille des particules.
Les particules fines (argiles et limons fins) peuvent être
transportées en suspension sur de longues distances même lorsque
les vitesses de ruissellement sont faibles. Les éléments moyens
et grossiers (limons grossiers et sable) sont transportés par saltation
et/ou reptation et constituent le charriage de fond (Ben Slimane, 2013).
I.2.2 Le transport
Une fois que les particules du sol sont
détachées, elles sont transportées sur des distances plus
ou moins importantes (Ben Slimane, 2013).
Le détachement des sédiments et le
rejaillissement des fragments sont provoqués par l'effet splash. Ce
processus a lieu sur une surface de sol libre ou sur une surface de sol
couverte par une fine lame d'eau. L'entrainement ou le transport se fait
simultanément avec la couronne de splash. Les particules fines,
notamment les limons, sont arrachés et projetées sur de courtes
distances. L'intensité de ce processus dépend de l'énergie
cinétique des gouttes quand elles arrivent au niveau du sol, et aussi de
la nature des matériaux et de la pente (Mounirou, 2012).
Casenave et Valentin (1989) affirment que les trajectoires des
particules transportées par suspension, saltation et traction sont plus
longues vers l' aval que vers l' amont. La résistance du sol au
détachement diminue quand la teneur en eau augmente. Elle est minimale
quand le sol est saturé et lorsque l'eau apparaît à la
surface.
Il existe deux types de ruissellement :
? le ruissellement de sub-surface
(ou hypodermique), il est dû à la présence
d'un horizon imperméable sous la surface du sol;
? le ruissellement de surface, il
est le résultat soit d'un refus d'infiltration de surface du sol
dû à une pluie dont l'intensité est supérieure
à la capacité d'infiltration de la surface du sol
(mécanisme de Horton) et qui est souvent conséquence de la
formation de la croûte de battance, soit d'un dépassement de
capacité de stockage du sol (ruissellement par saturation ) (Ben
Slimane, 2013).
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L'exportation des sédiments par le ruissellement est
fortement influencée par le fait que la lame d'eau soit soumise ou non
à l'impact des gouttes de pluie. Pour un écoulement en nappe peu
épais (érosion diffuse), la pluie tend à augmenter la
concentration et la granulométrie de la charge solide exportée,
d'où l'existence de deux cas de figures : quand la charge en
sédiments est inférieure à la capacité de transport
de l'écoulement, les particules de sol peuvent être ainsi
transportées et quand la charge est supérieure à la
capacité de transport, les sédiments en excès se
déposent. Ce déplacement des particules de sol est
favorisé par plusieurs autres facteurs moins importants, tels que la
gravité, le labour et le vent (Ben Slimane, 2013).
I.2.3 La sédimentation
La sédimentation est le mécanisme qui
contrôle et limite la quantité des sédiments
exportés. Elle aura eu lieu lors du ralentissement du ruissellement
cette troisième phase du processus d'érosion hydrique apparait.
En effet, les particules les plus grossières se déposent les
premières et celle les plus fines sont transportées plus loin. On
parle ainsi de tri granulométrique (Ben Slimane, 2013).
Des recherches antérieures permettent d'estimer que le
transport par splash contribue à moins de 25% et le transport par splash
et par ruissellement contribue à plus de 64% au total de
sédiments exportés (Singer et Walker, 1983).
D'autres chercheurs observent que la contribution du splash
décroît au cours de l'événement du fait de
l'humectation progressive des sols par la pluie. Aussi, l'effet de
l'augmentation de la pente moyenne du sol et la longueur de la pente accentue
cette décroissance car le débit augmente et l'entraînement
des particules par ruissellement devient prédominant (Proffit et Rose,
1983).
En résumé, la structure de la surface du sol
évolue au cours de l'évènement pluvieux. Elle devient plus
compacte et moins rugueuse. Les croûtes de sédimentation
apparaissent dans les zones basses immergées et les croûtes
structurales sur le reste de la surface. Les états de surface ainsi
créés possèdent des caractéristiques propres qui
diffèrent de l'état de surface initial (Mounirou, 2012).
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I.3 Les formes de l'érosion hydrique
Les formes d'érosion hydrique se distinguent par la
nature du ruissellement et l'agent d'arrachement des particules solides
(Mounirou, 2012).
I.3.1 L'érosion en nappe
L'érosion en nappe est engendrée par une eau de
ruissellement non concentrée. Sous l'effet de l'impact des gouttes de
pluies (effet splash), les particules sont arrachées et
transportées. Ce phénomène est observé sur les
pentes faibles où l'eau ne peut pas se concentrer (Benaicha, 2011). En
provoquant ainsi le déplacement des éléments fins (tels
que sable, limon et argile) vers l'aval, menace le maintien de la
fertilité et la productivité du sol (Cherif, 2012).
L'érosion en nappe dépend de:
? L'intensité maximale des pluies qui déclenchent
le ruissellement ;
? L'énergie cinétique des pluies qui
détachent les particules (Benaicha, 2012) ? La pente du terrain ;
? La durée des pluies et/ou l'humidité avant les
pluies, c'est à dire l'état du sol ; ? La présence ou
l'absence du couvert végétal (Cherif, 2013)
Les signes qui permettent de caractériser
l'érosion en nappe sont l'apparition de plages de couleur claire aux
endroits les plus décapés et la remontée de cailloux
à la surface du sol (Benaicha, 2011).
I.3.2 L'érosion en rigoles (ravinement
élémentaire)
Lorsque le ruissellement diffus se concentre au niveau des
irrégularités topographiques, et avec la formation de veines
liquides suffisamment importantes, l'érosion en nappe va se combiner
à l'érosion linéaire pour former l'érosion en nappe
et rigoles (Roose, 1977), qui peut évoluer vers des griffes
(dénivelées de quelques cm), des rigoles (dénivelée
de 10 à 50 cm) ou des ravines (dénivelée de plus de 50
cm).
En faite, l'érosion en rigoles est une
résultante d'une rupture dans la pente qui est due à une
augmentation de la vitesse de frottement, une augmentation du débit et
à l'apparition de
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tourbillons. Elle conduit à des pertes en sols
considérables d'une année à une autre, et par
conséquent à la diminution de la productivité des terres
agricoles (Wazzeni, 2013).
I.3.3 L'érosion ravinante (ravinement
généralisé)
L'érosion en ravines résulte de la connexion
hydrologique entre une aire génératrice de ruissellement et un
collecteur linéaire au niveau duquel les débits et les vitesses
tractrices des écoulements dépassent les seuils d'incision
(Wazzani, 2013).
Les rigoles peuvent se développer au fils des
années en des ravins plus profonds et plus larges c'est le ravinement
généralisé. En effet, le ravinement
généralisé constitue une phase avancé du ravinement
élémentaire (Cherif, 2013).
Cette forme d'érosion constitue un stade avancé
du ravinement élémentaire, du point de vue taille des ravins et
importance du phénomène. En effet, les écoulements
deviennent plus érosifs et entaillent profondément les sols
meubles, donnant lieu à des ravins assez profonds (1 à 3 m) et
assez larges (2 à 4 m), qui restent plus ou moins parallèles.
L'approfondissement des ravines remonte du bas vers le haut de la pente
(érosion régressive) (Cherif, 2012).
I.3.4 Ravinement généralisé et
hiérarchisé
C'est le stade le plus évolué de
l'érosion hydrique. Il s'agit d'une ramification très
poussée des ravins qui deviennent plus profonds et plus denses, tout en
ayant plusieurs directions. On parle ainsi d'un ravinement
généralisé hiérarchisé (Cherif, 2012).
En effet, quand les conditions du milieu le permettent (la
nature du sol, la couverture végétale et la pente du terrain,
ainsi que la vitesse du ruissellement), les écoulements érosifs
provoquent des incisions profondes et rapprochées au niveau des terres
en pente. Ainsi, on obtient des zones très ravinées
appelées « bad lands » qui constitue une perte des terres
cultivées (Cherif, 2013).
D'autre part, l'évolution et la forme des ravins varient
suivant les conditions du milieu :
? Versants rectilignes à formations
hétérogènes. ? Versants rectilignes à formations
homogènes. ? Versants à pente concave.
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