5-JST Lemercier Colloque Transferts 7-02-14-erosion BL · L’érosion des sols est un phénomène...

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s Comprendre et estimer l’érosion hydrique des sols

Blandine Lemercier avec les contributions de Yves le Bissonnais, Catherine Grimaldi,

Chantal Gascuel, Christian Walter et Lionel Berthier

UMR Sol Agro et hydrosystème Spatialisation INRA –AGROCAMPUS OUEST

2Journée de synthèse scientifique Azote3 février 2012 - PloërmelJournée de synthèse scientifique Transferts - 7 février 2014 – Rennesorganisée par les Chambres d’agriculture de Bretagne, INRA - Agrocampus Ouest, Arvalis - Institut du Végétal, IRSTEA, OSUR, CRESEB 2

Introduction

� L’érosion des sols est un phénomène naturel, essentiel à la formation des sols et des paysages.

� Elle devient problématique quand l’érosion des sols est plus rapide que l’altération de la roche-mère.

� Erosion hydrique : ensemble de processus de détachement, transport et sédimentation qui interviennent à la surface du sol sous l’action de l’eau (pluie + ruissellement).

� C’est un processus irréversible.


Fil de la présentation

� Les enjeux de l’érosion hydrique des sols

� Comprendre l’érosion hydrique– Processus en jeu– Facteurs

� Estimer l’érosion– Observation – Modélisation

� Conclusion


Les enjeux

� Au niveau mondial, l’érosion hydrique est une cause majeure de dégradation des terres.

Estimation des pertes en terre en T/ha/an (équation USLE)


En Europe, 26 millions ha (17 % de la superficie) seraient affectés par l’érosion hydrique

Estimation des pertes en terre en T/ha/an (PESERA)

Kirkby et al, JRC, 2004

Les enjeux


� Les dégâts causés à l’agriculture (amont)� dépend du taux d’érosion et de l’épaisseur de la couche arable� perception nette :

– Diminution des rendements– Obstacle pour les travaux agricoles (ravines) – Perte en éléments fertilisants– Destruction de semis

� … ou plus insidieuse :– Perte/redistribution de terre agricole– Diminution de la teneur en matière organique

� Les dégâts causés en aval� Infrastructures : habitat, voirie : zone d’atterrissement, coulées

boueuses � Qualité de l’eau et des écosystèmes aquatiques : envasement,

turbidité, mobilisation des contaminants associés aux particules de terre (phosphore, pesticides)

� Coûts difficiles à évaluer mais conséquents

Les enjeux


Exemples de dommages






� Conclusion


Les processus de l’érosion hydrique

1. Désagrégation de la structure du sol

2. Génèse et concentration du

ruissellement

3. Transport puis atterrissement des particules de terre

arrachées

EROSION

Transfert de composés solubles


Processus de désagrégation de la structure du sol par l’eau

� Éclatement par compression de l’air lors de l’humectation ("slacking")

� Désagrégation mécanique par l’impact des gouttes de pluie ("splash")

� Microfissuration par gonflement différentiel de l’argile

� Dispersion physico-chimique par hydratation des cations monovalents (inverse de la floculation)

Échelle de l’agrégat


Favorisée par la fragilité des agrégats (peu de MO, peu d’argile, peu d’activité biologique) et certains types de travail du sol

Infiltration

Processus de désagrégation de la structure du sol par l’eau


Transport des particules

� Concentration progressive du ruissellement de l’amont vers l’aval– Dictée par la topographie en

l’absence d’aménagement– Impactée par les pratiques

agricoles et les aménagements

� Le ruissellement est le moteur du transport

� Sa capacité de transport dépend de sa vitesse (pente) et détermine la masse et la granulométrie du matériau déplacé

Source : Bussière, 1996

Concentration du ruissellement et genèse de l’érosion


Différents types d’érosion

Érosion rang inter-rang Érosion diffuse

Érosion en ravine (concentrée)

D’après Chambres d’agriculture Seine-Maritime et Eure, AREAS, avril 2008


Facteurs de l’érosion

D’après Mosimann et al., 1991

Erosion hydriqueInteraction

Facteurs naturels

Ecoulementssuperficiels

Etat du sol-Taille des agrégats-Stabilité structurale-Rugosité-Tassement

Sol-Texture

- Perméabilité- Capacité de stockage en eau

Relief- Pente

- Aire drainée amont

Pluie- Fréquence- Intensité- Cumul

Facteurs anthropiques

Espace rural- Taille et forme des parcelles

- Assolement- Espaces interstitiels

Occupation du sol- Système de culture

- Rotation

Travail du sol- Type

- Intensité- Méthode

Couverture du sol

Continuités

hyd

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� Leviers d’action possibles sur les facteurs anthropiques

– Couverture des sols� Protéger la surface contre l’impact des gouttes de pluie (splash)� Réduire ou freiner l’écoulement : augmenter la rugosité de

surface

– Pratiques agricoles (binage, mulch, enherbement, drainage) et activité biologique� Augmenter l’infiltrabilité et la rétention en eau� Créer et maintenir une porosité importante et fonctionnelle

– Maintien/augmentation de la teneur en MO du sol en surface� Améliorer la stabilité structurale du sol

– Mosaïque paysagère adaptée� Limiter les distances de transfert, donc l’énergie érosive (vitesse

et capacité de transport)







� Conclusion


Estimation de l’érosion

� Observation – Long terme– Court terme

� Modélisation

Détachement

érosion ≠ perte en terreTransport de particules détachées au-delà d’une certaine limite, la parcelle ou le bassin versant par exemple.


Observation érosion long terme

� Epaississement de terre en amont des talus dans les paysages bocagers (Follain, 2005 ; Lacoste, 2012)

Schéma conceptuel :

Datation OSL :• Sol sous les horizons organo-minéraux : environ

9600 ans (âge des derniers dépôts éoliens)• Redistribution des horizons riches en carbone à

partir du Haut Moyen-Âge (il y a 1 100 à 1300 ans)

D’autres méthodes sont utilisées pour dater des redistributions plus récentes : césium 137

Source : Lacoste, 2012

Organisation des horizons pédologiques Source : Follain, 2005


� Estimation de la perte en terre par mesure du déchaussement de pieds de vignes

Source : Paroissien et al., 2010 (Catena)

Observation érosion long terme


Observation/expérimentation à court terme

Suivi du ruissellement et de l’érosion sous culture de blé, sous différentes modalités de travail du sol

(station de Kerguéhennec, année culturale 2008-2009)


Modélisation de l’érosion

� Les dispositifs d’observation/expérimentation sont :– Nécessaires (acquisition de références)– Lourds et couteux, peu généralisables

� modélisation– Estimation des pertes en terres

� Application d’équations de perte en terre (RUSLE…)� Modélisation dynamique

– Modélisation de l’aléa érosif (probabilité de survenue de l’érosion)� Modèle MESALES


� Échelle parcellaire

– Evolution de la redistribution de terre simulée de 2010 à 2100 par le modèle Landsoil

� Redistribution intra-parcellaire

� Impact des anciennes haies visible

Source : Lacoste, 2012



� Echelle régionale/nationale– Modèle qualitatif MESALES : Modèle d’Estimation

Spatiale de l’ALéa Erosion des Sols (Le Bissonnais et al., 2002,

Dubreuil et al., 2003)


Paramètres de l’érosion

Données du modèle

MESALES

sol topographie occupation du sol climat

battance érodibilité Classes d’occupationdu sol

pente Agressivité des pluies

Arborescence logique



� Echelle nationale/régionale

Intégration par PRA

Source : Gis Sol – Inra – SOeS, 2010

Données d’entrée plus précises

Intégration par communes

Intégration par BV



Conclusion

� L’érosion hydrique des sols est un phénomène de dégradation des sols irréversible…

� … qui a des conséquences agronomiques, environnementales, sociales et économiques majeures.

� L’érosion se caractérise par un emboîtement d’échelles – Spatiales– Temporelles

� L’érosion dépend de facteurs naturels, mais aussi anthropiques sur lesquels s’appuyer pour limiter l’érosion hydrique

� Besoin de références (cf exposés suivants)� Gestion globale à l’échelle du BV nécessaire

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