4. LE TAUX ET L'AMPLITUDE DE L'EROSION EOLIENNE
Le taux et l'amplitude de l'érosion éolienne sont
contrôlés par les facteurs suivants (www5) :
1. Susceptibilité du sol à
l'érosion
Le vent peut mettre en suspension de très fines
particules et les transporter sur de grandes distances. Les particules moyennes
et fines peuvent être soulevées et redéposées alors
que les grosses particules peuvent être soufflées en surface
(saltation). L'abrasion qui en résulte peut réduire la dimension
des particules de sol et augmenter d'autant sa susceptibilité à
l'érosion.
2. La rugosité de la surface
Les sols à la surface non rugueuse offrent très
peu de résistance au vent. Toutefois, avec le temps, les
rugosités peuvent se combler et s'aplanir par abrasion. Ceci
résulte en une surface lisse, plus susceptible au vent. Un travail
excessif du sol peut contribuer à briser la structure du sol et ainsi
augmenter l'érosion.
5. LA VITESSE DE FRICTION
La vitesse de friction est le seuil U*t et la hauteur de
rugosité, des paramètres clé pour évaluer les
émissions.
L'érosion éolienne est la mise en mouvement des
grains à la surface du sol sous l'action du vent. Ce
phénomène est contrôlé par deux paramètres
principaux :
- L'énergie apportée par le vent à la
surface ;
- Le seuil minimal de mobilisation des particules libres du sol,
ou seuil d'érosion en conditions lisses.
L'énergie disponible est du domaine des interactions
atmosphère/surface, à travers la force de cisaillement du vent
(ô), et la résistance à l'arrachement est du domaine des
propriétés de surface des sols : type de surface,
encroûtement et humidité, taille, nature et densité des
particules. La tension de cisaillement du vent est fonction de la vitesse de
friction U* (Laurent. B) :
ô = ñ. U*2 (1)
Les émissions de poussières sont un
phénomène à seuil qui ne se produit que lorsque la force
de cisaillement exercée sur la surface devient supérieure aux
forces de maintien, c'est à dire principalement à la force de
gravité et aux forces de cohésion inter particulaires. Cette
valeur atteinte, la particule peut-être mise en mouvement. Ce seuil
d'érosion est généralement exprimé sous la forme
d'une vitesse de friction seuil U*t dépendante de la surface et de la
taille des grains du sol. Ce paramètre clé des processus
d'érosion éolienne contrôle la fréquence et
l'intensité des émissions d'aérosols désertiques.
En effet, les soulèvements de poussières sont d'autant plus
fréquents que cette valeur est souvent dépassée, et les
quantités soulevées sont d'autant plus importantes que la vitesse
du vent est grande devant ce seuil.
Pour arriver à une bonne paramétrisation de
l'érosion éolienne, il faut considérer deux cas de figure.
Soit la surface est lisse et le transfert de l'énergie éolienne
aux particules érodables est quasi total, soit des
éléments non érodables sont présents et absorbent
une partie de l'énergie éolienne.
Ces obstacles contribuent alors à la rugosité de
surface. Dans le cas d'une surface lisse comme dans celui d'une surface
rugueuse, la quantité d'énergie à fournir à une
particule du sol pour initier son mouvement est la même. Pour observer un
mouvement, il faut donc que l'énergie totale apportée par le vent
soit plus importante dans le cas rugueux.
Dans le cas d'une surface lisse, le seuil dépend
essentiellement de la taille des particules du sol. Iversen and White
(1982) ont proposé une paramétrisation de U*t en fonction du
diamètre des particules "Dp ", basée sur des mesures de seuil
réalisées en soufflerie. A cause des forces de cohésion et
de la gravité, il existe un diamètre optimum (--'100 mm) pour
lequel la vitesse de friction seuil est minimale (--'20 cm.s-1) (Iversen and
White, 1982).
Pour les surfaces rugueuses, il faut représenter la
répartition de l'énergie éolienne entre la surface
érodables et les éléments de rugosité pour
déterminer le seuil. Marticorena and Bergametti, (1995) ont
proposé une paramétrisation de cette partition (feff), en
fonction de la hauteur de rugosité de la surface lisse Z0s et de la
hauteur de rugosité totale Z0. Z0 ne rend pas compte de façon
explicite de chaque obstacle, mais intègre sur une échelle
donnée leurs effets cumulés.
Dans ce cas, le seuil est la combinaison de U*t(Dp) et de feff :
U*t (D p;Z0;Z0s) = U*t(D p) / feff(Z0, Z0s)
(2)
Cette paramétrisation a été validée
à partir de mesures de terrain pour différentes rugosités
(voir figure : 10).
Figure 10 : U*t en fonction de Z0 pour
Z0s fixé. Les points représentent des mesures
in
situ, la courbe représente la modélisation de U*t
en
fonction de Z0 (Marticorena et al., 1997).
Z0s peut être estimée à partir de la
taille des particules érodables. On considère que la hauteur de
rugosité de particules jointives est proportionnelle au diamètre
de ces particules (Greeley and Iversen, 1985) :
Z0s = Dp / 30 (3)
En fixant Z0s pour une gamme de taille de particule,
on peut finalement calculer U*t en fonction de Z0.
Pour estimer les fréquences de soulèvement il
est plus commode de relier U*t à une vitesse de vent. L'équation
classique du profil vertical de vitesse de vent dans la couche limite de
surface, en condition d'atmosphère neutre (gradient vertical de
température nul) permet de relier la vitesse du vent et la vitesse de
friction :
U (Z) = (U* / k) * ln (Z/ Z0) (4)
U (Z) : vitesse du vent
U* : vitesse de friction
K : Cste de Von Karman = 0.4
Z : hauteur à laquelle la vitesse du vent est
mesurée Z0 : hauteur de rugosité
L'application de cette équation au seuil d'érosion
U*t permet d'estimer la vitesse seuil de vent à une hauteur
donnée.
Pour conclure, nous avons vu dans cette première partie
l'importance du rôle des aérosols désertiques sur le
fonctionnement de la planète, ainsi que les caractéristiques des
déserts chinois, qui sont une des régions sources principales de
poussières. Le processus à seuil d'émission des
poussières est contrôlé par la météorologie
et les caractéristiques des surfaces des zones arides. Pour estimer les
fréquences de soulèvement de poussières désertiques
on doit connaître la vitesse seuil. Elle peut-être estimée
en fonction de la hauteur de rugosité aérodynamique Z0.
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