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CHAPITRE 12Érosion et conservervation des sols

12.1 INTRODUCTION

La fonte rapide des neiges et les pluies diluviennes provoquent parfois des phénomènes spec-taculaires d’érosion tels que l’apparition des ravins, le sectionnement d’une route ou l’affouil-lement d’un pont ou d’un ponceau. Généralement, les phénomènes d’érosion par l’eau sontréguliers et presque imperceptibles, mais leur action n’est pas moins dévastatrice à la longueque les quelques phénomènes spectaculaires que nous avons pu observer.

Il importe d’identifier deux principaux types d’érosion, l’érosion géologique et l’érosion accé-lérée. L’érosion géologique est le processus normal de dégradation de la rochemère, de forma-tion des sols, de leur destruction sous les conditions environnantes, tant climatiques que biolo-giques. Par ses activités et son intervention, l’homme accélère le processus de détériorationdes sols. On dit alors qu’il provoque une érosion accélérée qui s’additionne à l’érosion géolo-gique. Dans l’usage courant, le terme érosion fait généralement référence à cette érosion pro-voquée par l’homme qui est beaucoup plus importante que l’érosion géologique et qui dété-riore le milieu. C’est de cette érosion accélérée dont nous traiterons sous les aspects desprocessus, des effets, des mécanismes qui la provoquent, des facteurs qui l’influencent et desmesures qui permettent de la contrôler.

12.2 PROCESSUS ET EFFETS DE L’ÉROSION

12.2.1 Le processus

L’érosion est un processus selon lequel les particules de sol sont arrachées de leurmilieu, trans-portées par un agent de transport (l’eau, l’air) et déposées en un autre milieu. Ce processuspeut s’écrire:

ÉROSION = ARRACHEMENT→ TRANSPORT→ SÉDIMENTATION

172 ÉROSION ET CONSERVERVATION DES SOLS

L’érosion se produit lorsque les forces d’arrachement en présence sur les particules de sol sontplus grandes que leurs forces de résistance. Le phénomène est d’autant plus important que ledéséquilibre est grand. La déposition survient lorsque les forces de transport sont plus faiblesque le poids des particules.

12.2.2 Les effets

Les effets de l’érosion se font sentir sur le milieu d’origine comme sur celui où se déposent lesparticules de sol. Ces effets sont d’ordres physique et chimique. Au niveau du milieu d’ori-gine, le plus grand effet de l’érosion est la perte de sol. Ces pertes sont d’autant plus néfastesqu’elles sont plus grandes que le taux de formation de la couche arable. Ce sol perd graduelle-ment son potentiel de production et la culture devient impossible après un laps de temps plusou moins long.

Ce sol enlevé devient à unmoment ou l’autre des sédiments qui envasent les cours d’eau et lesréservoirs. Ils amènent des nettoyages plus fréquents et nécessairement des coûts supplémen-taires. Lors de l’utilisation de l’eau d’un cours d’eau comme source d’alimentation, la pré-sence de sédiments oblige une plus grande filtration et des coûts additionnels.

Au niveau chimique, la perte d’éléments nutritifs (azote, potassium et phosphore) représenteune valeur économique importante. Les nitrates sont facilement emportés car ils sont très solu-bles. Quant aux phosphates, ils sont surtout liés aux sédiments. Connaissant le prix des engraischimiques, ces pertes peuvent être évaluées pour le Québec et la valeur de ces pertes monétai-res pourrait surprendre.

Ces éléments nutritifs sont une cause principale de pollution en diminuant la qualité de l’eau.La présence de phosphates stimule la croissance des algues. Certains herbicides ou insectici-des délavés peuvent atteindre des niveaux de toxicité élevés pour les utilisateurs éventuels.

12.3 MÉCANISMES PROVOQUANT L’ÉROSION

Les mécanismes provoquant l’érosion sont liés à l’énergie de la pluie ou à l’énergie de l’écou-lement de l’eau.

12.3.1 L’impact des gouttes de pluie

La goutte de pluie qui arrive au sol entre en collision avec les agrégats du sol (figure ) et formeun cratère. L’énergie de cette goutte de pluie est absorbée par la projection de ces agrégats, parla déformation ou le bris de ceux--ci (cas le plus fréquent), ou par les deux enmême temps. Lesprojections des particules de sol sont les éclaboussures, phénomène facilement visible aprèsune pluie au bas des murs ou sur la partie inférieure des tiges et des feuilles des plantes.

MÉCANISMES PROVOQUANT L’ÉROSION 173

Figure 12.1 Les étapes de la création d’un cratère lors de l’impact d’une goute de pluie sule sol (adapté de Mihara, 1952).

0 sec

11400

sec

1700sec

170sec

1400sec

1150sec

La force d’impact d’une goutte d’eau est égale à sa décélération multipliée par sa masse. Sonénergie est proportionnelle à samasse et à sa vitesse au carré. En chute libre, la vitesse de cettegoutte d’eau est d’autant plus grande qu’elle est grosse. Les gouttes de pluie possèdent unedistribution de grosseur qui dépend de l’intensité de la pluie (I). L’énergie d’une pluie (E) a étéévaluée par Wischmeier et Smith (1958) :

[12.1]E = 0, 1190+ 0, 0379 ln i

E = énergie cinétique ( MJ ha--1 mm--1)

i = intensité de la pluie (mm h--1)

Les particules de sol pulvérisées entrent facilement en suspension dans la lame d’eau à la sur-face du sol et elles ont deux choix :

� si l’eau s’infiltre, elles seront déposées et formeront une croûte (phénomène de bat-tance) qui deviendra peu perméable lors de la prochaine précipitation.

� si l’eau ruisselle, elles seront, pour un grand nombre, emportées par l’eau et le proces-sus dynamique d’érosion est amorcé.


12.3.2 La force d’arrachement de l’écoulementL’eau qui coule sur une surface exerce une force de traction qui essaie d’arracher les particulesde sol se trouvant sur son chemin. Cette force est proportionnelle au gradient de vitesse del’écoulement au contact de la surface:

[12.2]T = � ∂V∂x

T = force de traction

∂V∂x = gradient de vitesse

µ = viscosité

L’augmentation de la quantité de sédiments accroît la viscosité de l’eau et nécessairement cetteforce de traction. En un sens, l’érosion est génératrice d’érosion. Le gradient de vitesse pour unécoulement uniforme est généralement proportionnel à la vitesse d’écoulement. Cette vitessed’écoulement est influencée par la pente du sol, l’épaisseur de la lame d’eau et la rugosité de lasurface. L’équation de Manning montre bien l’importance de chacun des termes.

[12.3]EV = 1n Rh2�3 S1�2

V = vitesse d’écoulement (m s--1)

n = coefficient de rugosité

Rh = rayon hydraulique de la lame d’eau ou du canal en fonction de laprofondeur d’écoulement ”y”

S = pente hydraulique (m m--1)

12.3.3 Le transportLes particules arrachées peuvent être transportées de trois manières par l’écoulement :

a) en suspension : l’écoulement ou l’impact des gouttes de pluie sur la lame d’eau provo-que une turbulence quimaintient les particules fines en suspension. Cesparticules fines sont alors transportées sur de grandes distances.

b) par roulement : lorsque l’écoulement devient important, il peut arracher de plus grossesparticules mais ne peut les mettre en suspension. La force de l’écoule-ment les roule sur le fond.

c) par saltation : lorsque les particules sont de grosseurmoyenne, elles peuvent se dépla-cer par sauts successifs (saltation). Ce phénomène est surtout importantavec le vent.

12.3.4 La dépositionLorsque pour une raison ou une autre, la vitesse de l’écoulement diminue, le poids des particu-les devient plus important que les forces de turbulence ou de roulement et les particules sedéposent. Les plus grosses se déposent en premier et les plus petites par la suite.

TYPES D’ÉROSION 175

12.4 TYPES D’ÉROSION

12.4.1 L’érosion par l’impact des gouttes de pluie

Le processus de l’impact des gouttes de pluie a été décrit dans la section 12.3.1. En général,c’est l’une des formes d’érosion les plus importantes en termes de dégradation du sol. SelonSchwab et al. (1966), le sol éclaboussé est de 50 à 90 fois plus important que le sol emporté parl’écoulement. L’impact des gouttes de pluie peut projeter une particule de sol à plus de 1.5mdeson point d’origine.

12.4.2 L’érosion en nappe (sheet erosion)

L’eau qui ruisselle en unemince lame à la surface du sol arrache les particules de sol commeunemince couche uniforme (une nappe) et les entraîne. C’est un concept plutôt idéalisé car l’eau seconcentre rapidement dans les micros dépressions pour provoquer l’érosion en rigoles.

12.4.3 L’érosion en rigoles

Les micros dépressions du terrain causées par les raies de labour et les sillons plus ou moinscreusés par le semoir ou le planteur provoquent rapidement la concentration de l’eau qui ruis-selle. Cette concentration de l’écoulement augmente le débit, la vitesse d’écoulement et lesforces d’arrachement. Avec l’arrachement du sol, ces micros dépressions s’accentuent pourformer des rigoles. L’érosion en rigoles est considée tant que les rigoles creusées peuvent êtreréparées par les opérations normales de travail du sol.

12.4.4 Le ravinement

Par la suite, l’eau des rigoles se concentre avec leurs sédiments dans de plus grandes dépres-sions topographiques ou les talwegs du terrain. Avec les grandes vitesses d’écoulement, lesmasses d’eau importantes et la faible résistance du sol, le sol peut être profondément entaillé.Le processus survient généralement comme ceci:

1. unemodification dans l’environnement (changement des cultures, modifications desaménagements) et des pluies importantes occasionnent des débits et des vitesses plusgrands que normalement. Alors, la végétation et le sol de l’horizon de surface sontgraduellement arrachés. Le phénomène de ravinement vient de s’amorcer;

2. les horizons inférieurs étant en général de résistance plus faible que celui de surface,le phénomène s’accélère à un rythme considérable. En général, le processus s’amorceen un point où la pente change pour s’accroître;

3. après un certain temps, le ravin atteint un nouvel équilibre, se stabilise et la végétations’y installe pour le consolider. Mais les dégâts sont faits.


12.4.5 L’érosion dans les cours d’eau

Dans les cours d’eau, l’érosion est de deux types. Le premier est causé par les grandes vitessesd’écoulement qui arrachent le matériel de faible résistance sur le lit du cours d’eau. Ledeuxième est dû à l’instabilité mécanique des talus qui s’effondrent dans le lit et dont le maté-riel est emporté. Ces processus sont décrits au chapitre 4.

12.4.6 Une classification réaliste et pratique

L’érosion en nappe ne se produit presque jamais. Localement l’érosion provoquée par l’impactdes gouttes de pluie est beaucoup plus importante que celle provoquée par la vitesse du filmd’eau. À la surface du sol, les vitesses de chute des gouttes d’eau (6 à 10 m/s) sont générale-ment beaucoup plus grandes que celles de l’écoulement de la lame d’eau (0,3 à 0,5 m/s)(Schwab et al, 1966). À cause des micros dépressions, l’écoulement cherche à se concentrer sibien que l’érosion par rigoles apparaît rapidement. Au niveau de la parcelle, ces trois formesd’érosion (si nous acceptons le concept d’érosion en nappes) sont très liées et très difficiles àséparer. Pour cette raison, la classification suivante est propososée :

� l’érosion de surface (ou au champs) qui inclut l’érosion par les gouttes de pluie et parrigoles et le concept théorique d’érosion en nappe;

� le ravinement;

� l’érosion dans les cours d’eau.

12.5 FACTEURS INFLUENÇANT L’ÉROSION HYDRIQUE

12.5.1 La nature du sol

Le facteur sol le plus important est la résistance (stabilité) des agrégats à l’impact des gouttesde pluie. Cette résistance ou cette stabilité est influencée positivement par la présence d’agentsliants tels que les argiles, la matière organique et le calcium. Ainsi, les sols de texture limo-neuse sont généralement plus sensibles que les sols argileux à cause de leur faible stabilitéstructurale. Au niveau de la stabilité des agrégats, la matière organique est un des facteurs lesplus importants. La grosseur des agrégats ou des particules de sol joue un rôle primordial. Plusils sont gros, plus ils sont difficiles à briser et plus ils sont difficiles à transporter.

La porosité du sol influence indirectement le potentiel d’érosion des sols. Une plus grandeporosité favorise une plus grande infiltration et un volume de ruissellement moindre, ce quidiminue les possibilités d’érosion. Lorsque le sol possède une plus grande capacité de stoc-kage de la pluie, cela diminue le volumede ruissellement et l’érosion. Cette capacité est favori-sée par une plus grande épaisseur de la couche arable, une teneur en eau faible avant la précipi-tation et la capacité intrinsèque de stockage du sol.

FACTEURS INFLUENÇANT L’ÉROSION HYDRIQUE 177

12.5.2 Le couvert végétal

Sur un sol nu, ce sont les particules de sol qui absorbent directement l’énergie des gouttes depluie. Par contre, un couvert végétal peut absorber une partie importante de l’énergie de lapluie.

Figure 12.2 Rugosité d’un canal enherbé (”bermuda grass” de longueur moyenne) possé-dant une pente de 5% (adapté de Ree, 1949).

TYPE D’ÉCOULEMENT

Faible Intermédiaire Élevé

Début de la submersion

Submergé à 30%

Submersiontotale

Épaisseur de la lame d’eau (pi)

Coefficientderugosité”n”

Face à l’écoulement, la présence de végétation augmente considérablement le facteur de fric-tion deManning. Tant que la végétation n’est pas submergée, le facteur de friction peut facile-ment être augmenté de dix (10) fois par rapport au sol nu (figure 12.2). Sous un autre aspect, lesystème radiculaire enlace considérablement les agrégats et accroît considérablement leurrésistance à l’arrachement. De plus, les racines sont un excellent apport de matière organiquepour le sol, ce qui augmente la porosité du sol, augmente l’infiltration et diminue le ruisselle-ment.

La végétation possède un taux d’évapotranspiration supérieur à celui d’un sol nu, ce qui contri-bue à diminuer les réserves en eau du sol et augmente sa capacité de stockage pour la pluiesuivante. Le ruissellement potentiel et l’érosion seront alors moindres.

Face à l’érosion, la végétation joue plusieurs rôles : elle absorbe l’énergie de la pluie, protège lesol et influence positivement les propriétés physiques du sol.

12.5.3 Les facteurs climatiques

Nous avons présenté précédemment le rôle important que jouent l’intensité de la pluie et sonénergie sur l’érosion. Le volume de précipitation joue un rôle similaire. En général, un plusgrand volume de précipitation provoque un plus grand volume de ruissellement et nécessaire-ment une plus grande érosion.


En climat sec ou chaud, où l’évapotranspiration est plus grande que les précipitations, le solpossède un plus grand déficit, ce qui augmente sa capacité d’absorber une précipitation etdiminue le ruissellement et l’érosion. Pour deux précipitations identiques, les conditionsmétéorologiques antérieures jouent un rôle important sur leur potentiel respectif d’érosion.Une longue période sans pluie augmente les capacités de stockage du sol et d’absorption de laprécipitation et diminue le ruissellement et l’érosion. Tous les facteurs qui influencent positi-vement l’évapotranspiration contribuent à diminuer le potentiel d’érosion. Une mauvaiserépartition des précipitations provoquent une concentration de celles--ci qui augmentent levolume de ruissellement et le potentiel d’érosion.

12.5.4 Les facteurs topographiques

La pente du terrain est le facteur topographique le plus important. L’influence première de lapente est l’augmentation des vitesses d’écoulement comme le montre l’équation de Manning(Eq. 12.3). Sur des pentes plus grandes, l’infiltration est plus faible et le volume de ruisselle-ment augmente. La longueur de la pente joue un rôle similaire. Elle augmente le volume deruissellement et ainsi l’érosion.

Les micros dépressions du terrain provoquent une concentration de l’écoulement qui aug-mente le potentiel érosif par rapport à un même volume de ruissellement coulant selon unelame uniforme. Par contre, les dépressions fermées limitent les effets de l’érosion en permet-tant aux sédiments en suspension de se déposer au lieu de poursuivre leur chemin.

12.6 MOYENS DE CONTRÔLE OU DE CONSERVATION

Sous notre climat humide où les précipitations sont plus importantes que l’évapotranspiration,nous ne pouvons empêcher le ruissellement et l’érosion de se produire. Tout ce que nous pou-vons faire est de minimiser cette érosion à un niveau acceptable par des mesures de conserva-tion (pour conserver le sol). Ce niveau acceptable peut être défini selon deux aproches, soit :

1. d’une façon physique où lesmoyens de conservation amènent une érosion du sol plusfaible que le taux de formation des sols;

2. d’une façon économique où les coûts des moyens de conservation sont compenséspar la diminution des coûts des dégâts, l’économie des engrais et la valeur du main-tien du niveau de productivité.

Quant à l’agriculteur, il doit envisager les mesures de conservation non comme un coût, maiscommemoyen d’augmenter ses revenus en diminuant sa facture d’engrais et en empêchant sesrendements de diminuer par le maintien du potentiel de productivité de ses champs.

12.6.1 Les principes de conservation

Pour minimiser l’érosion, l’homme ne peut intervenir que sur les facteurs affectant les condi-tions de surface (sol et végétation) et à un degré moindre sur les facteurs topographiques. Il nepeut intervenir (pour le moment) sur les facteurs climatiques.

MOYENS DE CONTRÔLE OU DE CONSERVATION 179

Comme l’érosion est générée par l’impact des gouttes de pluie et l’écoulement de l’eau quiruisselle, nous devons, si nous voulons laminimiser, intervenir sur ces deux causes. Pour avoirune action efficace, l’analyse des facteurs influençant l’érosion montre que les moyens d’in-tervention doivent favoriser un des objectifs suivants :

1. augmenter la stabilité et la résistance des agrégats;

2. absorber l’énergie de la pluie;

3. limiter ou ralentir les vitesses d’écoulement;

4. réduire le ruissellement en favorisant l’infiltration.

Les deux premiers ont un effet sur l’impact des gouttes de pluie et les deux derniers sur l’écou-lement. Nous devrions toujours avoir ces principes en tête lors de toutes nos interventions. Auniveau du champ, l’érosion peut être minimisée en intervenant au niveau de la régie des cultu-res et des sols, des méthodes de culture et des méthodes de conservation.

12.6.2 Régie des cultures et des sols

Par la régie des cultures, nous devons favoriser une végétation plus luxuriante et donner au solune plus grande stabilité structurale. Une série de mesures agronomiques bien connues peu-vent jouer ce rôle telles que la fertilisation, l’application de fumier et de chaux. La chaux estconnue comme jouant un rôle considérable sur la structure du sol. L’application de fumier, enplus d’apporter des éléments fertilisants comme les engrais chimiques, contribue à accroîtreou à maintenir le taux de matière organique. L’application de fumier peut facilement réduirel’érosion de 20 à 30%. Lemaintien du taux de matière organique est primordial. Ces mesuresfavorisant l’infiltration, diminuent le ruissellement, augmentent la résistance du sol et permet-tent d’absorber l’énergie de la pluie.

12.6.3 Les méthodes culturales

Le choix des méthodes culturales peut jouer un rôle important pour prévenir l’érosion. La pré-sence de résidus de récolte sur le champ protège le sol en absorbant une partie de l’énergie de lapluie, ralentit l’écoulement et offre une couche de protection entre le sol et l’écoulement.

Le choix de la période et des types de travaux du sol peut être important. Sur les sols couvertsde résidus ou de végétation, les labours de printemps (quand ils sont possibles) soustraient lesol nu de la fonte des neiges. Les techniques de travail du sol laissant desmottes plutôt grossiè-res en surface sont préférables à une pulvérisation fine desmottes. Ces grossesmottes sont plusdifficiles à briser par la pluie et offrent unemeilleure infiltration. Le degré de pulvérisation dessols est un point important à surveiller. Les techniques qui travaillent peu les sols telles que letravail minimum du sol et le no--till permettent de diminuer considérablement l’érosion carelles soustraient le sol de la possibilité d’être nu.

Les cultures herbagères de graminées ou de légumineuses sont très efficaces pour réduirel’érosion. Elles absorbent presqu’entièrement l’énergie de la pluie, favorisent considérable-


ment l’infiltration et ralentissent l’écoulement. De plus, elles contribuent à maintenir un tauxde matière organique élevé. Elles peuvent réduire l’érosion de 100 fois par rapport à uneculture continue de maïs. Leur introduction dans une rotation a un effet très bénéfique. Là oùl’érosion est sévère, elles sont souvent la seule solution avant le reboisement. Tout en étant unesolution très économique, elles apportent souvent des rendements aussi élevés qu’une culturede maïs où les rendements décroissent d’année en année à cause de la perte de fertilité causéepar l’érosion.

12.6.4 Les méthodes de conservation

Aucontraire desméthodes liées à la régie des cultures et desméthodes culturales, lesméthodesde conservation interviennent au niveau de l’organisation physique d’une parcelle et exigentune intervention technique.

12.6.5 Les cultures en contour

Pour empêcher l’eau de se concentrer dans les sillons laissés par le semoir ou les instrumentsde travail du sol, les travaux sont effectués en suivant les lignes de niveau. Alors, ces sillonssont perpendiculaires à l’écoulement normal et le billon entre les sillons devient un obstacle àl’écoulement qui est ralenti.

Pour être efficace, cette technique doit être utilisée avec soin. Elle exige la mise en place delignes de référence après un relevé topographique. Ces lignes de référence doivent être suffi-samment rapprochées pour que les labours suivent une pente située entre 1 et 2%. Le labour estla clef de tous les autres travaux et demande le plus d’attention. Les raies et les ados sont géné-ralement utilisés comme lignes de référence permanente. Pour labourer entre deux lignes deniveau, deux méthodes peuvent être utilisées et elles sont présentées à la figure 12.3.

L’opération des outils aratoires et autres équipements au travers du sens de la pente accroîtl’efficacité des machines d’environ 10% et amène une économie de carburant d’environ 10%(Schwab, 1966) car lesmachinesmontent peu de pente. Pour certaines récoltes telle que l’ensi-lage de maïs, un tracteur de 25 à 30 HP de moins peut être suffisant. Cette technique tout enétant peu dispendieuse réduit l’érosion de 30 à 50%. Par contre, elle devient moins efficace etmêmedangereuse pour les pentes supérieures à 10%. Alors le danger de ravinement croît prin-cipalement avec les cultures sur billon car le bris d’un billon amène un volume d’eau considé-rable et risque d’engendrer le phénomène d’avalanche ou de bris successif des ”digues” for-mer par les billons. Pour les cultures en rang, la culture selon les lignes de niveau est aussipratiquement limitée à des pentes de 10% car les machines deviennent plus difficiles àconduire à cause de la poussée latérale créer par la pente.


Figure 12.3 Méthodes de labour et travail du sol pour les cultures en contour (adapté deSchwab et al., 1966).

Labourez jusqu’à ce que la partie nonlabourée soit d’environ 9 m dans les partiesétroites.

Continuez de labourer les parties largesjusqu’à ce qu’il ne reste qu’une bande de9 m non labourée.

Labourez la bande restante.

MÉTHODE 1 MÉTHODE 2

En utilisant les rangs comme guide,commencez par labourerla partie irré-gulière en débutant à ce point.

Quand les parties labourées se rejoi-gnent, labourez d’une façon continue.

Continuez de labourer jusqu’à com-plétion de la bande.

12.6.6 Les cultures en bandes

En addition à la culture en contour, la culture en bande (figure 12.4) introduit des bandes enher-bées et/ou de culturesmoins susceptibles à l’érosion qui captent et retiennent les sédiments desbandes supérieures plus susceptibles à l’érosion. Le travail général de l’érosion sur la parcelleest ainsi ralenti.

Il existe trois méthodes de culture en bandes,

1. suivant les lignes de contour;

2. en bandes parallèles, possible sur les pentes régulières;

3. en bandes avec tampons enherbés.

Cette dernière est la plus facile d’utilisation.

La culture en bande est surtout utilisée avec la rotation maïs--céréales--foin--foin. Elle réduitl’érosion de 50 à 75 %. La culture en bande exige les mêmes études topographiques et un sys-tème de lignes de référence comparable à celui des cultures en contour. La largeur des bandesvarie généralement de 15 à 40 m dépendant des pentes et des régions.


Figure 12.4 Types de cultures en bandes (adapté de Schwab et al., 1966).

Direction des ventsdominants ou directionde la pente

a) Bandes suivant les lignes de contour. b) Bandes parallèles.

BANDETAMPON

BANDE

TAMPON

c) Bandes avec tampons enherbés.

12.6.7 Les terrasses

Le but des terrasses est de diminuer la longueur de la pente de l’écoulement en construisant unfossé intercepteur qui acheminera sécuritairement l’eau vers l’extérieur de la parcelle.

Il existe trois types de terrasse (figure 12.5),

1. terrasse en escalier;

2. errasse avec un fossé d’interception;

3. terrasse de conservation.

Le premier type est utilisé de concert avec l’irrigation des cultures et sert aussi bien de structured’irrigation comme de protection contre l’érosion. Le troisième est utilisé dans les régionssemi--arides pour conserver l’eau des rares précipitations et permettre une meilleure infiltra-tion dans la zone aplanie. Les terrasses avec fossés d’interception sont celles qui conviennent ànos conditions.

La largeur des terrasses est généralement déterminée à l’aide de l’équation universelle des per-tes de sol. Leur longueur maximale peut varier de 300 à 550 m. La pente du fossé intercepteurest généralement de 0.4%, mais peut varier de 0,1 à 2%. En aucun cas, les vitesses d’écoule-


Figure 12.5 Les types de terrasses.

0

0

30 m15 m

60 m30 m 90 m

7,5 m0 15 m

6 %

2 %

25 %

Excavation Remblais

a ) Terrasse avec fossé d’interception en Amérique du nord.

Horizontal

Horizontal oupente inverse

b ) Terrasse de conservation.

c ) Terrasse en escalier.

ment dans le fossé intercepteur ne doivent excéder les vitesses qui y provoqueraient l’érosion.Ces vitesses sont les mêmes que celles utilisées pour les cours d’eau et les canaux.

En général, ces fossés intercepteurs sont cultivés et la pente des talus doit être suffisammentfaible pour permettre la circulation des machines. La pentemaximale doit être alors de 4:1. Lapente des talus peut parfois être aussi faible que 12:1.

Ces fossés intercepteurs se déversent dans les voies d’eau enherbées ou protégées par la pierre.Le design des voies d’eau enherbées est présenté au chapitre 4. Le dimensionnement d’uncanal protégé par la pierre est identique à celui d’un cours d’eau.

En plus de l’effet de réduction de la longueur de la pente, le fossé intercepteur joue un secondrôle qui est d’intercepter les sédiments provenant de la pente. C’est ce qui accroît l’efficacitédes terrasses. Les terrasses réduisent l’érosion de 85 à 90% sur la parcelle. Par contre, sur lapente elle--même, outre de réduire la longueur d’écoulement, les terrasses ont la même effica-cité qu’une culture en contour ou même en bande lorsqu’elle y est cultivée en bandes.


12.7 LUTTE AU RAVINEMENT

Le ravinement est causé aux endroits où d’importants débits coulent. Lors d’un aménagement,il faut prévoir ces endroits et y installer des voies d’eau enherbées ou protégées par de la pierre.Les talwegs sont des emplacements idéaux pour ces voies d’eau. De plus, elles doivent êtreaménagées de la sorte que lemoindre obstacle ou le débordement n’amène l’eau à prendre unenouvelle direction pour y creuser un ravin.

Dans les conditions naturelles, le ravinement peut être souvent prévenu en maintenant unebonne végétation dans les voies d’eau naturelles et en surveillant le moindre signe demanifes-tation de points faibles et en les protégeant davantage.De chaque côté de ces voies d’eau, ils estessentiel qu’une bande de 3 à 5m soit enherbée pour retenir les sédiments, les empêcher d’em-plir la voie d’eau ou de contribuer à augmenter le pouvoir abrasif de l’écoulement.

Lorsqu’un ravin est créé, il incombe lorsque la situation le permet, de le combler, de compacterce sol, de l’ensemencer le plus tôt possible et de le recouvrir d’un paillis comme protectiontemporaire. Lorsque le comblement n’est pas possible, on doit l’aménager pour le stabiliser etl’empêcher de s’agrandir.

12.8 CONCLUSION

L’érosion des sols est causé par l’impact des gouttes de pluie et l’écoulement de l’eau qui ruis-selle. Pour lutter contre cette érosion, les moyens d’intervention devront:

1. augmenter la stabilité et la résistance des agrégats;

2. absorber l’énergie de la pluie;

3. réduire le ruissellement en augmentant l’infiltration;

4. imiter ou ralentir les vitesses d’écoulement.

Les sols étant la base de la productivité agricole, il importe de les protéger au niveau du champpar des régies adéquates de cultures et du sol, des pratiques culturales et des méthodes deconservation. La protection contre le ravinement réside dans le maintien de bonnes voiesd’eau enherbées naturelles ou construites.

BIBLIOGRAPHIE 185

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CHAPITRE 13Équation universelle des pertes de sol

13.1 INTRODUCTION

Les ingénieurs, les techniciens et les scientifiques ont toujours désiré pouvoir quantifier lesphénomènes qui les entourent pour mieux les évaluer, les prédire et mieux les contrôler. Laquantification des pertes de sol n’a pas échappé à ce phénomène et le tout a véritablementdébuté au début du siècle dernier, lorsque le problème de l’érosion devenait de plus en pluspréoccupant aux États--Unis.

Les premières parcelles de mesures ont été établies en 1914 à l’Université du Missouri. En1930, un programme systématique est lancé avec la création d’un réseau de stations de mesu-res de l’érosion à travers les États--Unis. De 1930 à 1950, 48 stations sont mises sur pied dans26 états. Les premières tentatives de création demodèles sont apparues en 1940 (Zingg, 1940).Ce n’est qu’en 1957 que Smith et Wischmeier (1957) présentent un modèle mathématiquecomplet de prédiction des pertes de soi connu sous le nom de l’équation universelle des pertesde sol (USLE Universal Soil--Loss Equation).

13.2 L’ÉQUATION UNIVERSELLE DES PERTES DE SOL

L’équation universelle des pertes de sol regroupe toutes les variables sous six facteurs majeurs(Wischmeier et Smith, 1965). Elle prédit les pertes moyennes de sol au champ, pertes qui sontoccasionnées par l’érosion de surface (érosion par l’impact des gouttes de pluie ou la battance,érosion en nappe et érosion en rigole). Elle s’exprime :

188 ÉQUATION UNIVERSELLE DES PERTES DE SOL

[13.1]Xa = R K L S C P

Xa = perte annuelle moyenne de sol (t ha--1 an--1)R = indice d’érosivité potentielle de la précipitation (MJ mm ha--1 h--1 an--1)K = indice d’érodibilité des sols à l’érosion hydrique (t ha--1 MJ--1 mm--1 ha h)LS = facteur topographique dépendant de la pente et sa longueurC = facteur de culture, incluant la régie des cultures et des sols et les prati-

ques culturales;P = facteur de conservation et d’aménagement.

Le modèle est présenté dans l’Agricultural Handbook N° 537 du U.S.D.A. (Wischmeier etSmith, 1978) et ses versions subséquentes.

13.3 INDICE D’ÉROSIVITÉ POTENTIELLE DES PRÉCIPITA-TIONS (R)

La précipitation joue un rôle premier pour provoquer l’érosion. Wischmeier et al. (1958) ontcorrélé plus de 40 facteurs climatiques oumétéorologiques (hauteur de précipitation, différen-tes intensités caractéristiques, les conditions antécédentes de précipitations ou d’humidité,etc.) et leur relation avec l’érosion sur des parcelles standards nues et cultivées dans le sens dela pente. La plus grande corrélation a été obtenue avec le produit de l’énergie de la pluie (E) etde l’intensité maximale de la pluie pour une période de 30 minutes (I30 ). Le taux de corrélationétait d’environ 90% (R = 0.90) et l’introduction d’autres variables accroissait très peu la préci-sion. De plus, cette nouvelle variable (E130) s’avérait indépendante des facteurs sols, topogra-phiques, de culture et de conservation.

13.3.1 La méthode du El30

La méthode E130 utilise les relevés des pluviographes pour les différents orages. Pour chaqueorage, la méthode calcule la somme des énergies par chaque portion de l’orage. Le E130 d’unensemble d’orages s’exprime ainsi :

[13.2]EI30 =�nj=1

I30j �mi=1

�hj,i − hj,i−1� Ej,i

EI30 = indice d’érosivité potentielle de la pluie pour une période donnée(MJ mm ha--1 h--1)

I30 = intensité maximale de la pluie de durée de 30 min pour l’orage consi-déré (mm h--1)

h = hauteur totale de la pluie pour la durée considérée (mm)n = nombre d’oragesm = nombre de portions pour l’orage donnéeEj,i = énergie cinétique de la pluie pour la portion de l’orage “j” d’intensité

“i” (MJ ha--1 mm--1).

INDICE D’ÉROSIVITÉ POTENTIELLE DES PRÉCIPITATIONS 189

L’énergie cinétique de la pluie dans un orage (Wischmeier et al., 1958) s’exprime :

[13.3]Ei = 0, 1190 + 0, 0379 ln Ii

Ei = énergie cinétique de la pluie (MJ ha--1 mm--1).Ii = intensité de la pluie pour la durée considérée (mm h--1).

Deux méthodologies sont utilisées pour déterminer le E130. La première utilise directementles chartes des pluviographes et divise l’orage en intervalles variables où l’intensité pour cha-que intervalle est relativement constante. La seconde utilise les hauteurs maximales d’unedurée de 5 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, et 6 h. déjà déterminés par les services météorologi-ques pour chaque orage. Dans ce dernier cas, les hauteurs et les intensités considérées sontmutuellement exclusives de la précédente. Cette dernière méthode sous--estime l’énergietotale d’une précipitation et le résultat doit êtremultiplié par 1.04 (Wischmeier et al. 1958). Unexemple de calcul est présenté aux tableaux 11.1 et 11.2. Pour déterminer l’indiceR, leE130 estcalculé pour chaque année et la courbe de distribution de fréquence cumulée de ces E130annuels est tracée sur papier de probabilité correspondant à une distribution log--normale. LeE130 moyen ou l’indice R correspond à une récurrence de 2 ans. La série de données doit êtrepour une période minimale de 22 ans (Wischmeier, 1962).

Tableau 11.1 Exemple de calcul du EI30 pour un orage -- méthode des intensités constantes.

Heure h1Hauteurde pluie(mm)

h1 -- hi--1

(mm)

Temps

(min)

IIntensité

(mm/h)

EÉnergie

(MJ/ha--mm)

(h1 -- hi--1) E

(MJ/ha)

2h00 -- 3h30 1,2 1,2 90 0,8 0,111 0,133

3h30 -- 3h45 1,8 0,6 15 2,4 0,152 0,091

3h45 -- 3h55 3,6 1,8 10 10,8 0,209 0,376

3h55 -- 4h00 5,4 1,8 5 21,6 0,235 0,423

4h00 -- 7h00 6,4 1,0 180 0,3 0,073 0,073

7h00 -- 7h20 10,0 3,6 20 10,8 0,209 0,752

7h20 -- 8h00 10,4 0,4 80 0,6 0,100 0,040

I30 max = 8,4 mm h--1 (3h30 -- 4h00)

EI30 = 1,888 MJ ha--1 x 8,4 mm h--1 = 15,86 MJ mm ha--1 h--1�= 1, 888


Tableau 11.2 Exemple de calcul du EI30 pour un orage -- méthode des intensités maximales.

Heure h1Hauteurde pluie(mm)

h1 -- hi--1

(mm)

Temps

(min)

IIntensité

(mm/h)

EÉnergie

(MJ/ha--mm)

(h1 -- hi--1) E

(MJ/ha)

5 minutes 1,8 1,8 5 21,6 0,235 0,424

15 minutes 3,6 1,8 10 10,8 0,209 0,377

30 minutes 4,2 0,6 15 2,4 0,152 0,091

1 heure 5,2 1,0 30 2,0 0,145 0,145

2 heures 5,6 0,4 60 0,4 0,084 0,034

6 heures 10,4 4,8 240 1,2 0,126 0,604

I30 max = 8,4 mm/h

E I30 = 1,675 MJ ha--1 x 8,4 mm h--1 x 1,04(1) = 14,86 MJ mm ha--1 h--1

1 Facteur de correction suggéré par Wischmeier et al. (1958) pour tenircompte des effets de distribution des intensités dans les orages.

�= 1, 675

Le E130 est aussi intéressant, car il permet de classifier les précipitations et de comparer leurniveau potentiel d’érosion. Cet indice ne tient pas compte de l’érosion occasionnée par l’eauqui ruisselle lors de la fonte des neiges ou lors de précipitations de faible intensité mais de lon-gue durée et où le sol est saturé. Cette contribution à l’érosion est importante pour nos condi-tions nordiques. Un indice additionnel devrait être ajouté à celui de la pluie pour tenir comptede ce phénomène. Wischmeier et Smith (1978) suggèrent comme indice provisoire d’érosivitépotentielle de la neige, la hauteur de précipitation en pouces sous forme de neige. Madramoo-too (1988) multiplie l’indice R basé sur les précipitations par un facteur tenant compte de laproportion des précipitations annuelles sous forme de neige (N) pour obtenir l’indice R ajusté.

[13.4]Rajuste = R (1 + N)

13.3.2 Validité de la méthode du EI30 au Québec

L’équation universelle des pertes de sol a comme hypothèse que lorsque tous les facteursautres que la précipitation sont constants, les pertes de sol par érosion sont proportionnelles àl’indice d’érosivité potentielle de la précipitation R (ou EI30). Cette hypothèse a été validé parSalehi et al. (1991) en utilisant les données de trois années de parcelles d’érosion de sol à nu surla ferme expérimentale d’Agriculture Canada à Lennoxville (tableau 11.3). Les données sontconsidérées sur un base d’évènements individuels, regroupées par mois individuels et regrou-pées pour chaque mois pour les trois ans. Le tableau 11.3 montre un excellent coefficient decorrélation lorsque les données sont regroupées pour chaquemois pour les trois ans (R2 =0,87)et un faible coefficient de corrélation lorsque les données sont considérées individuellement.Cette conclusion est en accord avec le modèle qui a été développé pour prédire les moyennes àlong terme des pertes de sol par érosion.

INDICE D’ÉROSIVITÉ POTENTIELLE DES PRÉCIPITATIONS 191

Tableau 11.3 Coefficient de corrélation en leEI30 et les pertes de sol de parcelles de sol à nu àLennoxville (Québec) (Salehi et al. 1991)

Regroupement des données Nombre d’observations R2

Évènements individuels 38 0,15

Mois individuels 10 0,36

Chaque mois pour les trois ans 5 0,87

13.3.3 Une méthode approximative

Wischmeier (1962) compara l’indice E130 moyen avec plusieurs facteurs climatiques ettrouva une corrélation significative (R2 = 0.95) avec le produit des paramètres suivants, pourles régions à l’est du Mississipi : la précipitation moyenne annuelle (Pa) et les précipitationsd’une heure et de 24 heures pour une récurrence de 2 ans (Plh--2 ans etP24h--2ans ). Ainsi, l’équa-tion suivante peut être utilisée pour une bonne approximation :

[13.5]R = 1, 038 10−3 Pa P1h−2ans P24h−2ans

R = érosivité potentielle annuelle (MJ mm ha--1 h--1 an--1)

Pa = précipitation moyenne annuelle (mm)

Plh--2ans = précipitation d’une durée de une heure et de 2 ans de récurrence(mm)

P24h--2ans = précipitation d’une durée de 24 heures et de 2 ans de récur-rence (mm)

Madramootoo (1988) s’est penché plus récemment sur l’évaluation de l’indice R pour le Qué-bec. Son approche est basée sur les cartes disponibles de la fréquence des intensités des préci-pitations d’une durée de 6 h pour une période de récurrence de 2 ans, P2h--2ans (mm) dans lecalcul de l’indice R.

[13.6]R = 0, 417 P2,176h−2ans

13.3.4 L’indice R au Québec

Le traitement manuel pour déterminer les E130 annuels en différentes stations est une tâche detrop grande envergure en général. Une première estimation de cet indice au Québec est pré-senté à la figure 13.1, basée sur l’équation 13.5. Cette carte a été élaborée en combinant la carte19 (Ferland et Gagnon, 1967) et les cartes 18 et 40 (Ferland et Gagnon, 1974) par une méthodebasée sur l’intersection des isolignes. Deplus, nous avons effectué le calcul à partir de donnéesclimatiques locales en 55 stations et nous avons comparé ces résultats avec les précédents. Cesstations étaient surtout réparties dans le sud--ouest du Québec. Les résultats étaient compara-bles, sauf en trois stations (déviation de plus de 10%). De plus, sur la frontière Québec--États--Unis, nos résultats sont semblables à ceux présentés parClyde et al. (1978). Nous avons utilisé


Figure 13.1 Indice R d’érosivité annuelle des précipitations au Québec selon l’équation13.5 (pour obtenir les unités en MJ mm ha--1 h--1 an--1, multipliez par 17,01).

la précipitation totale annuelle en supposant que la fraction nivale apportait une contributionsemblable à celle de la pluie. C’est la moins mauvaise approximation que nous pouvions faire.Depuis, Well et al. (1983) ont présentés des cartes établissant l’indice R pour neuf provinces àl’est des montagnes Rocheuses. Madramootoo (1988) a aussi produit des cartes plus précisespour l’Ontario et le Québec (figure 13.2).

13.4 INDICE D’ÉRODIBILITÉ DES SOLS (K)

Le facteur ”K” exprime la vulnérabilité du sol à être érodé par la pluie. Ce facteur dépend despropriétés physiques et chimiques du sol (granulométrie, agrégation, stabilité structurale,porosité, teneur en matière organique, etc.).

Cet indice représente, pour une unité d’érosivité de la pluie, les pertes de soi d’une parcellestandard de 22.1 m (72.6 pi) de long, possédant une pente de 9%, labourée suivant le sens de lapente et maintenue en jachère (sol nue). Cet indice est déterminé expérimentalement sous desconditions de précipitations naturelles et de plus en plus sous des précipitations artificielles.

Cette méthode est dispendieuse et longue. Après plusieurs tentatives pour relier cet indice auxpropriétés du sol, Wischmeier et al. (1971) présente un nomogramme permettant d’évaluer cet

193

Figure 13.2 Indice de l’érosivité potentielle annuelle au Québec en MJ mm ha--1 h--1 an--1

selon Madramootoo (1988).

a) En négligeant les conditions nivales

b) En considérant les conditions nivales

194

indice avec une précision acceptable (±0,05 t ha--1 MJ--1 mm--1 ha h) pour treize sols duMidwest américain lorsque l’on possède la connaissance des cinq paramètres du sol suivants :% de limon et de sable très fin, % de sable (0.1 mm -- 2.0 mm), % de matière organique, lastructure et la perméabilité du sol. Ce nomogramme est présenté à la figure 13.3 et a été établisuite à l’analyse des résultats des nombreuses parcelles de mesures.

Figure 13.3 Nomogramme de Wischmeier pour estimer l’indice d’érodibilité des sols àl’érosion hydrique (adapté de Foster, 1981).

Une équation de régression a été établie pour estimer la valeur de K :

[13.7]K = 2, 8 10−7 M1,14 (12 −M.O.) + 0, 0043 (b− 2) + 0, 0033 (c− 3)

M = facteur granulométrique = (% limon + % sable très fin) (100 -- % argile)M.O = matière organique (%)b = code de la structure du sol (granulaire très fine : 1; granulaire fine : 2;

granulaire moyenne et grossière : 3; en blok ou massive : 4)c = code de la classe de perméabilité (rapide : 1; modéré à rapide : 2; modé-

rée : 3; lente à modérée : 4; lente : 5; très lente : 6)

Ce nomogramme est valable pour les États--Unis, mais sa validité au Québec peut être grande-ment affectée par les différences que possèdent nos sols. Salehi (1989, 1990) a mesuré l’indicede susceptibilité des sols à l’érosion K à l’aide de simulateurs de pluie pour quelques séries desols au Québec et ces mesures sont présentées au tableau 11.4. Le tableau 11.4 présente lesvaleurs mesurées avec unC de 1,0 et 0,35. Avec les simulateurs de pluie, une parcelle de sol nu

195

est utilisée et assumeun facteur de culture de 1,0. Par contre, comme le sol était en prairie avantla transformation en parcelle de sol nu, le facteurC devrait plutôt être d’environ 0,35. Commeles mesures d’érosion sur de vraies parcelles n’ont été réalisées que sur la station de recherched’Agriculture Canada à Lennoxville, nous n’avons qu’un seul point de comparaison. Ces par-celles ont un sol de la série Coaticook et la valeur moyenne de K mesurée sur trois ans est de0,067 t ha--1 MJ--1 mm--1 ha h, ce qui est prêt de la valeur 0,071 t h ha--1MJ--1 mm--1ha hutilisantun C de 0,35 et justifie l’utilisation de cette valeur pour l’estimation de K lorsque les simula-teurs de pluie sont utilisés. Le tableau 11.4 présente aussi la valeur estimée à partir du nomo-gramme. L’auteur a conclu que les valeurs de l’indiceK tel qu’estimé à l’aide dunomogrammede Wischmeier risquent d’être imprécises pour les sols du Québec. Les écarts entre les valeursmesurées et observées sont attribuées aux différences texturales et structurales entre les solsquébécois et les sols du Midwest américain. II faut toutefois noter que ces études préliminairesn’ont été conduites que sur quelques séries de sols.

Tableau 11.4 Indices d’érodibilité des sols à l’érosion hydrique (K) mesurés par simulateurde pluie et estimés par le Nomogramme de Wischmeier pour quelques sériesde sols au Québec (Salehi et al., 1993)

Série de sol % limon +sable très fin

% sable(0,1 -- 2,0 mm)

Matièreorganique

Indice de susceptibilité du sol(t ha--1 MJ--1 mm--1 ha h)

sable très fin(20 -- 100 µm)

(0,1 -- 2,0 mm) organique Simula-teur

(C=1,0)

Simula-teur

(C=0,35)

Nomo-gramme

Greensboro 67,5 20,4 4,7 0,012 0,034 0,036

Magog 61,4 28,0 6,2 0,009 0,026 0,022

Berkshire 73,0 17,4 6,7 0,022 0,063 0,025

Dufferin 66,8 18,7 2,0 0,027 0,077 0,052

Calais 66,4 24,4 6,1 0,078 0,223 0,025

Ascot 66,6 24,1 5,2 0,017 0,049 0,032

Sherbrooke 65,2 20,0 2,0 0,014 0,040 0,055

Sheldon 56,8 38,3 1,1 0,030 0,086 0,058

Coaticook 59,4 22,2 3,9 0,027 0,071 0,033

Danby 40,5 49,1 3,8 0,011 0,031 0,035

St--Nicolas 35,6 51,0 3,3 0,042 0,120 0,022

196

13.5 FACTEURS TOPOGRAPHIQUES (LS)

Ce facteur représente l’effet combiné de la longueur et l’inclinaison de la pente.

13.5.1 Pour une pente régulière

Suite à l’analyse de régression des résultats des parcelles d’érosion, Smith et Wischmeier(1962) établirent les relations suivantes pour le facteur ”L” :

[13.8]L = λ22, 1�m

L = facteur de longueur de la penteλ = longueur de la pente (m)m = exposant, généralement 0,5

Et pour le facteur ”S”:

[13.9]S = 0, 065 + 0, 045 s+ 0, 0065 s2

S = facteur d’inclinaison de la pente;s = inclinaison de la pente (%).,

La longueur de la pente représente le trajet que peut faire l’écoulement depuis le haut de lapente jusqu’à une structure d’interception. L’influence de la longueur de la pente a été expéri-mentée pour des longueurs variant de 22.1 m à 192m, mais où seulement deux cas possédaientdes longueurs plus grandes que 44.2 m (82 m et 192 m) sur un total de 15 cas.

L’exposant ”m” est variable et est grandement influencé par les caractéristiques des sols, l’in-teraction pente--longueur et l’ampleur des tempêtes. L’influence de l’inclinaison de la pente aété expérimentée pour des pentes variant de 3% à 22%.

13.5.2 Pour une pente irrégulière

Pour les pentes irrégulières et complexes (figure 13.5), Foster etWischmeier (1974) ontmis aupoint une méthode pour évaluer le facteur LS. La pente est divisée en plusieurs tronçons et lefacteur LS calculé ainsi pour un exposant m de 0.5.

[13.10]LS = 1λe 22, 10,5

�ni=1

Si λ1,5i

− Si λ1,5i−1

λe = longueur totale de la pente depuis le haut jusqu’au point d’intercep-tion

n = nombre de tronçonsλi = longueur depuis le haut de la pente jusqu’à la fin du tronçon ”i”λi--1 = longueur depuis le haut de la pente jusqu’au début du tronçon ”i”

FACTEURS TOPOGRAPHIQUES 197

Un nomogramme a été préparé pour simplifier les calculs (figure 13.4). Un exemple de calculest présenté au tableau 11.5 pour le cas présenté à la Figure 13.5.

Figure 13.4 Nomogramme de calcul du facteur LS pour les pentes complexes.

1 1052 20020 50 100

100

10

1

200

20

2

50

5

500

Longueur de la pente li (m)

ui=Si l

1,5

i

22, 1�

2 %

10 %

6 %4 %

8 %

12 %

15 %

20 %

Figure 13.5 Pente complexe.

198

Tableau 11.5 Calcul du facteur LS pour la pente complexe de la figure 13.5.

Tronçon λi(m)

λi--1(m)

pente(%)

u2* u1* u2 -- u1 u2 -- u1λe

LS %**

1 50 0 5 34 0 34 0,28 0,28 13

2 90 50 8 153 63 90 0,75 1,03 35

3 120 90 11 378 245 133 1,11 2,14 52

257 2,14

*ui=Si λ

1,5

i

22, 1�

** contribution de chaque tronçon

La méthode permet aussi de connaître les tronçons qui contribuent le plus à l’érosion et d’yconcentrer notre action. Dans ce cas, le tronçon no 3 contribue à plus de 50%de toute l’érosionde la pente. Le même nomogramme peut être utilisé pour calculer le facteur LS sur une penteuniforme.

13.6 FACTEUR DE CULTURE (C)

Le facteur de culture exprime l’influence des méthodes culturales et de la régie des sols et descultures sur les pertes de sol par érosion. Ce facteur incorpore les effets du couvert végétal de la

séquence des cultures, du niveau de productivité, de la longueur de la saison de croissance, desméthodes culturales, de la quantité de résidus laissés sur le sol et de la distribution de l’indicede l’érosivité de la pluie (R). Ce facteur est égal à l’unité pour un sol labouré et, maintenu enjachère. Pour permettre une évaluation plus significative, Wischmeier (1960) proposa de divi-ser la saison de végétation en cinq périodes bien définies :

0 Jachère Du labour à la préparation du sol.

1 Semis La préparation du sol et 1er mois après les semis.

2 Établissement Le 2e mois après les semis.

3. Croissance et maturation Du 3e mois après les semis jusqu’à la récolte.

4. Chaume De la récolte jusqu’au prochain stade (labour, semissans labour, croissance (céréales grainées)).

Les nombreux sites de mesure aux États--Unis (10 000 années--stations accumulées en 1976)[En collaboration, 1977] ont permis de dresser un tableau des facteurs de culture pour différen-tes cultures (incluant la régie et les méthodes culturales) et correspondant aux différents stadesde la saison de végétation. Le tableau 11.6 présente les facteurs de culture tirés de Wischmeier(1965) pour quelques cultures d’intérêt pour le Québec. Le tableau 11.7 présente les valeursdes facteurs de culturemesurés sur les parcelles d’érosion de la station de recherche d’Agricul-ture et agroalimentaire Canada de Lennoxville et les compare aux valeurs proposées par leUSDA Handbook No 537 (Wischmeier et Smith, 1978) et reprises par le tableau 11.6. Lesvaleurs mesurées et celles proposée sont très comparables.

FACTEUR DE CULTURE 199

Tableau 11.6 Facteurs de cultures (C) pour quelques pratiques culturales et rotations typi-ques (Wischmeier et Smith, 1965).

� Culture, rotation, méthode culturaleFacteur C x 100 pour le stade de culture

� Culture, rotation, méthode culturale0 1 2 3 4L1 4R2

MAÏS1ière année� après foin, méthode conventionnelle 17 35 19 12 18 40

� après foin, labour de printemps et semis direct -- 10 10 7 18 40

2ième année� après maïs--grain & foin, méthode conventionnelle 39 58 41 22 26 --

� après maïs ensilage & foin, méthode conventionnelle 67 72 51 24 -- 65

� après maïs--grain & foin, labour de printemps -- 32 32 13 26 60

3ième année ou 4ième année de mais après foin ou2ième année de mais après céréales� après maïs--grain, culture conventionnelle 52 73 54 29 40 --

� après maïs ensilage, culture conventionnelle 82 87 60 30 -- 70

� aprèsmaïs ensilage, 20 t/ha de fumier, culture conven-tionnelle

67 77 52 28 -- 62

� après mais--grain, semis direct -- 45 45 17 40 --

� no--till -- mais--grain -- 7--20 7--16 7--9 7--15 --

CÉRÉALES GRAINÉES� après foin 17 35 19 6 3 --

� après 1 an de maïs ensilage ou céréales (paille enlevée) 60 65 42 6 3 --

� après 1 an de maïs--grain ou céréales (paille laissée) 35 51 34 5 3 --

� après2 ansdemaïs ensilage oucéréales (paille enlevée) 65 70 45 7 4 --

� après 2 ans de maïs grain ou céréales (paille laissée) 55 70 45 7 4 --

CÉRÉALES NON GRAINÉES� (culture conventionnelle) idem 10--12 10--12 20

FOIN� implantation idem céréales grainées

� graminées et légumineuses (1 an et plus) 0.4

� luzerne (1 an et plus) 0.6

POMME DE TERRE� 1 et 2ième année après céréales 55 66 60 28 40(3) 70

� 3ième année 70 76 64 32 40(3) 800 Labour1 Semis (1er mois après les semis)2 Établissement (2ième mois après le semis)3 Croissance et maturation4 Chaume

(1) Les résidus sont laissés ( mais--grain)(2) Les résidus sont enlevés (mais ensilage)(3) Défannage

200

Tableau 11.7 Facteurs de culture C mesurés sur les parcelles d’érosion de Lennoxville(Salehi et al. 1991)

Système de culture Stade de culture Facteur C

Mesuré (±s) USDA Handbook

Prairie permanente 3 0,006±0,002 0,003

Maïs -- No till 2 0,03±0,01 0,01 -- 0,02

3 0,03±0,02 0,01 -- 0,02

Maïs -- conventionnel 2 0,73±0,21 0,72 -- 0,73

3 0,29±0,03 0,23

Pour tenir compte de la répartition inégale de l’érosivité des pluies durant l’année, le facteur deculture est calculé en pondérant le facteur de culture de chaque stade avec la contribution de cestade à l’indice annuel de l’érosivité de la pluie. Cette contribution de chaque stade est détermi-née avec la courbe relative de l’indice cumulatif de l’érosivité de la pluie (un exemple est pré-senté à la figure 13.6). Wall et al (1983) et Madramootoo (1983) ont déduit la contributionmensuelle de l’indice R pour le Québec (tableau 11.8). Le calcul s’effectue ainsi :

[13.11]C = 1m�mj=1

�4i=0

∆R Ci�j

∆R = pourcentage (%) de la contribution du stade ’i’ à l’indice annuel del’érosivité de la pluie

C = facteur de culture pour le stade ”i”

m = nombre d’années de la rotation

Figure 13.6 Distribution mensuelle de l’indice de l’érosivité de la pluie (R) pour quatrerégions américaines (A, B, C, D) (Adapté de Smith et Wischmeier, 1962).

MOIS

%DEL’ÉROISIONANNUELLE

FACTEUR DE CONSERVATION 201

Tableau 11.8 Distribution mensuelle de l’indice d’érosivité potentielle pour l’est du Canada.

Région / localitéPourcentage mensuel de l’indice R

Région / localitéJ F M A M J J A S O N D

Sud--ouest de l’Ontario 1

(long. 85--80)4 4 4 9 7 13 17 14 11 7 5 5

Est de l’Ontario et Ouest duQuébec 1 (long. 85--80)

0 0 5 10 8 15 19 16 13 8 4 2

Montréal 2 0 0 0 6 5 17 19 22 15 9 7 0

Lennoxville3 0 0 0 2 10 15 25 32 11 4 1 0

Est du Québec 1 (long. 85--80) 0 0 8 11 10 14 18 16 9 8 6 01 Source : Madramootoo (1988)2 Source : Wall et al. (1983)3 Source : Salehi et al. (1991)

13.7 FACTEUR DE CONSERVATION (P)

Le facteur de conservation exprime l’influence des méthodes de conservation sur l’érosion. IIest égal à l’unité pour un sol cultivé dans le sens de la pente. Avec l’analyse des nombreusesparcelles où différents systèmes de conservation ont été expérimentés, les facteurs de conser-vation ont été déterminés et sont présentés au tableau 11.9.

Le facteur de conservation pour les terrasses ne considère pas le sol déposé dans le fossé d’in-terception comme perdu pour l’ensemble du champ. Si l’on veut considérer la perte de sol surla pente (entre les fossés d’interception), on utilise le facteur de culture en contour ou deculture en bandes selon le cas. L’implantation de terrasse modifie le facteur topographique.

Tableau 11.9 Facteurs de conservation recommandés et adaptés par Schwab et al. (1966) àpartir des travaux de Smith et Wischmeier. (1957, 1962)

Pente(%)

En Contour En bandes * Terrasse aveccultures en contour

Parallèles aux limitesdes champs

0,8** ---- ----

1 -- 2 0,6 0,30 ----

2.1 -- 4 0,5 0,25 0,10

4.1 -- 7 0,5 0,25 0,10

7.1 -- 12 0,6 0,30 0,12

12.1 -- 18 0,8 0,40 0,16

> 18 0,9 0,45 ----

* rotation de quatre ans : maïs, céréales, foin, foin** pour des pentes jusqu’à 12%

202

13.8 LIMITES DE L’ÉQUATION UNIVERSELLE DES PERTESDE SOL

L’équation universelle des pertes de sol n’évalue que les pertesmoyennes à long terme causéespar l’érosion de surface (pluie et ruissellement). Elle ne tient pas compte du ravinement, ni dela déposition dans les dépressions, les ”baisseurs”, les fossés ou les bordures des champs. Ellen’est pas conçue pour prédire les pertes de sol hors des champs. Elle ne peut pas prédire lespertes de sol d’une année particulière, d’une saison particulière ou d’un orage particulier.Maiselle peut prédire la moyenne normale à long terme pour des années semblables, pour des sai-sons semblables ou des orages semblables. Beaucoup d’autres variables secondaires peuventinfluencer les pertes de sol à court terme, mais leurs effets tendent à s’annuler à long terme.

L’équation universelle des pertes de sol a prédit les pertes annuellesmoyennes sur les parcellesexpérimentales américaines avec une déviation standard moyenne de 15% (0--40%) (Wisch-meier, 1976). La variation est énormément influencée par la longueur de la période d’observa-tion. Une période d’observation de 20 à 22 ans est considérée nécessaire.

13.9 UTILITÉ DE L’ÉQUATION

L’équation a été conçue pour être simple et facile d’utilisation. Elle peut être utilisée de plu-sieurs façons:

1. Elle peut prédire les pertes annuelles moyennes de sol pour une culture donnée, uneculture dans une rotation, une rotation et même pour un stade de croissance. C’estainsi que nous l’avons présentée.

2. Elle peut servir de guide dans l’établissement d’une régie des cultures ou des modes deconservation pour limiter l’érosion à un niveau acceptable :

[13.12]C P ≤Xtol.

R K L S

Xtol. = pertes annuelles tolérées de sol (t/ha)La connaissance du facteur CP maximal permet de déterminer les types de culture, lesrotations, la séquence des cultures et les régies acceptables pour une méthode de conser-vation donnée ou de déterminer la méthode de conservation nécessaire pour un systèmede production.

Aux États--Unis, les pertes de sol tolérées varient de 4 à 11 t/ha dépendant des régions etde l’épaisseur de la couche de sol. Cette limite correspond au taux de formation ou régé-nération du sol à partir de la roche mère. Pour le Québec, où le climat est froid et le tauxde formation des sols est plutôt lent, le maximum tolérable des pertes de sol ne devraitpas dépasser les 4 t/ha. Au Nouveau Brunswick, une valeur de 9 t/ha est communémentutilisée pour le design de structures de conservation (Daigle, 1989).

SA VALIDITÉ AU QUÉBEC 203

3. Elle permet d’estimer la réduction des pertes de sol suite aux changements que l’agricul-teur effectue.

4. Elle permet d’évaluer l’effet de l’intensification d’une culture sur les pertes de sol parérosion.

5. Elle permet d’évaluer la longueur critique d’une pente pour une culture donnée, soit ladistance entre les fossés intercepteurs :

[13.13]λ < 22, 1 Xtol.R K S C P

�2

Aux États--Unis, l’équation universelle des pertes de sol est un outil que les techniciens et lesprofessionnels utilisent tous les jours.

13.10 SA VALIDITÉ AU QUÉBEC

L’équation universelle des pertes de sol est utilisée à plusieurs endroits dans le monde (En col-laboration, 1977). Le problème de l’utilisation de l’équation pour des régions extérieures auxÉtats--Unis n’est pas l’adaptation de l’équation aux conditions locales, mais l’obtention descoefficients locaux, représentatifs des conditions très variables d’une localité à l’autre.

AuQuébec, l’érosion nivale étant importante (Dubé etMailloux, 1969;Dubé, 1975) un coeffi-cient représentatif de ce type d’érosion devra être trouvé et additionné à l’indice de l’érosivitéde la pluie. De plus, la répartition mensuelle de l’indice de l’érosivité de la pluie devra êtredéterminée pour les grandes régions agricoles. L’analyse des quelques mesures d’érosion dis-ponibles (Dubé et Mailloux, 1969; Dubé, 1975; Mehuys, 1979) peuvent nous permettre dedériver quelques coefficientsC etK approximatifs, compte tenu des courtes périodes d’obser-vation (3 ans, 6 ans, 10 ans).

Dans les conditions actuelles et avec l’empirisme de nos coefficients, la variabilité de la pré-diction de l’équation serait de l’ordre de grandeur de 100%. Les recherches en cours doiventêtre poursuivies pour préciser les coefficients s’appliquant à nos conditions et nos régions.

13.11 CONCLUSION

L’équation universelle des pertes de sol est un modèle simple et pratique, tout en étant unexcellent moyen de planification dans la prévention de l’érosion. Son fonctionnement a étéprésenté. Pour qu’elle puisse être valablement utilisée au Québec, la recherche devra expéri-menter pour préciser les valeurs locales des coefficients de l’équation.

204

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CONCLUSION 205

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CONCLUSION 207

GAE--3005 PROBLÈMES SÉRIE 11.

11.1. Une des techniques pour évaluer la susceptibilité d’un sol à l’érosion (facteur K del’équation universelle des pertes de sol) est l’utilisation de simulateurs de pluie. Lors del’été 1986, nous avons entrepris d’évaluer la susceptibilité à l’érosion du loam argileuxSt--Nicholas de l’Île d’Orléans en utilisant cette technique. Ce sol est principalement uti-lisé pour la culture de la pomme de terre. Les essais ont été effectués sur trois parcellesayant des pentes respectives de 5.4%, 7.1%et 14.6%.Chaque parcellemesurait 4mètresde largeur par 5 mètres de longueur (sens de la pente). Chaque essais durait 30 minuteset était répété 4 fois pour chaque parcelle. Le simulateur de pluie générait une intensitéde 63 mm/h. Pour évaluer la quantité de sol érodée, le volume d’eau ruisselé ainsi quela concentration en sédiments étaient mesurés. Le tableau 11.10 présente les résultatsbruts.

Tableau 11.10 Essais d’érosion par l’eau pour le loam argileux St--Nicholas situe a St--Jean (Ìle d’Orléans).

Parcelle Pente(%)

Volume deruissellement

(litres)

Concentrationen sédiments

(g/L)Sol érodé

(kg)1 5,4 463 15,6 7,22

448 14,8 6,63576 13,1 7,55611 11,1 6,79

2 7,1 319 12,3 3,92490 13,4 6,57483 12,0 5,80508 11,8 6,00

3 14,6 499 31,9 15,9656 28,0 18,4668 26,4 17,6634 25,8 16,4

a ) Déterminez le facteur d’érodibilitê de la pluie (R) de l’équation universelle des pertes desol pour chaque essais.

b )Un essais équivaut à quelle portion du potentiel d’érosion d’une année pour cette localité?c ) Déterminez l’indice moyen d’érodibilité (K) de l’équation universelle des pertes de sol

pour ce sol.d ) L’analyse granulométrique de ce sol est de 20% d’argile, 25% de limon et 55% de sable

dont 3% de sable très fin, 6% de sable fin, 10% de sable moyen et 36% de sable grossier.Le % de matière organique est de 5 %. Déterminez l’indice d’érodibilité (K) selon lenomogramme de Wischmeier et comparer le résultats avec l’indice mesuré.

e ) Quelle est la quantité potentielle de perte de sol si un agriculteur de l’Île d’Orléans culti-vait ce sol en pomme de terre d’une façon continue dans le sens de la pente? Ses champsont une largeur de 120 m, une longueur de 450 m et une pente de 6%.

11.2. Quel est l’effet sur l’érosion lorsque l’on passe d’un système de cultures herbagères (1an céréales -- 3 ans foin) à une culture intensive de mais ensilage?

208

11.3. A. Pesant, G. Mehuys et A. Dubé présentent quelques données (tableau 11.11) de pertesde sol au Québec dans leur conférence intitulée ”l’érosion des sols par l’eau au Québec”(Érosion et Conservation des sols -- 8ième Colloque de génie rural, tableau 2, page 72).

Tableau 11.11 Quelques mesures de pertes de sol au Québec

Traitement Sol érodé(kg/ha--an)

Loam Taillon, Saint--Coeur--de--marie sur pente de 18% (6 ans)Prairie permanente 3Foin (perpendiculaire à la pente) 11Foin (sens de la pente) 9Céréales (perpendiculaire à la pente) 150Céréales (sens de la pente) 500Sol nu 34000Loam sablo--graveleux Charlevoix, Cap--aux--Corbeaux sur pente de 15% (10 ans)Prairie 60Foin 560Céréales 3800Pomme de terre (perpendiculaire à la pente) 3300Pomme de terre (sens de la pente) 6000Sol nu 28100Loam argileux Coaticook, Lennoxville sur pente de 10% (4 ans)Prairie permanente 190Mais sur chaume (culture minimum, sens de la pente) 1000Mais continu (sens de la pente) 12700Sol nu 31100

a ) Si les parcelles d’érosion ont 15 m de longueur, évaluez l’indice de susceptibilité à l’éro-sion (K) pour le loam argileux Coaticook (Lennoxville), le loam Taillon et le loam sablo--graveleux Charlevoix en utilisant l’équation universelle de pertes de sol.

b ) Si l’analyse granulométrique du loam argileux Coaticook donne 20.5% d’argile, 57.7%de limon, 14.5% de sable très fin, 6.2% de sable fin et 1.1% de sable moyen et grossieret le contenu en matière organique est de 4.9%, comment se compare l’indice de suscepti-bilité à l’érosion (K) mesurée avec celui calculé par l’abaque de Wischmeier?

c ) Comment se comparent leurs données de perte de sol pour les cultures de prairie, de foin,de céréales, de pomme de terre, de mais continu et de mais sur chaume avec les valeursprédites par l’équation universelle des pertes de sol et les coefficients dérivées de larecherche américaine?

11.4. Pour un agriculteur résidant dans la région de Ste--Marie de Beauce,

a ) évaluez les pertes pertes moyenne de sol pour un champ possédant une pente de 8% etune longueur de 350m s’il cultive dumais ensilage dans le sens de la pente de façon conti-nue. Le sol est un loam graveleux Ste--Marie (sable (0.10--2.0 mm) :50%, limon et sabletrès fin: 30%, matière organique: 3%, structure granulaire fine, perméabilité modérée).

b ) est--il possible de cultiver ce en mais avec un niveau tolérable d’érosion? Si oui, com-ment? Si non, pourquoi?

CHAPITRE 14Concepts d’intérêt pour le design

14.1 INTRODUCTION

Lors de la construction d’ouvrages hydrauliques tels que cours d’eau, ponceaux et barrages,l’ingénieur doit choisir une récurrence pour déterminer le débit de design. Cette récurrence estgénéralement choisie en fonction de critères économiques, de sécurité et d’expériences anté-rieures et varie généralement entre 2 ans et 20 ans. Suite au grand orage qu’a connu la régiondu Saguenay en 1996, une question se pose: qu’arrivera--t--il à ces ouvrages s’ils rencontrentun orage correspondant à une très grande récurrence? C’est à cette question que va essayer derépondre cette présentation en présentant quelques approches.

14.2 FONCTIONNALITÉ ET PÉRENNITÉ

Deux aspects doivent être considérés lors de la conception d’ouvrages:

fonctionnalité : caractéristique de l’ouvrage qui doit être capable de remplir la missionpour lequel il est construit,

pérennité : caractéristique de l’ouvrage qui le rend capable de durer très longtemps etde résister aux événements extrêmes.

En hydraulique agricole, l’aspect fonctionnalité a été considéré dans le passé mais l’aspectpérennité a peu été considéré. Traditionnellement, les ouvrages ont été construits pour unerécurrence correspondant aux besoins économiques et auquel un coefficient de sécurité estajouté pour compenser pour les erreurs et pour palier aux plus grands débits qu’ils pourraientrencontrer. Au delà de ce coefficient de sécurité, comment se comportera l’ouvrage? Sera--t--ilcapable de résister aux grandes crues? Cet aspect est important lors de la conception d’unouvrage.

210 CONCEPTS D’INTÉRÊT POUR LE DESIGN

Pour des récurrences au--delà des conditions de design, deux situations peuvent se présenterdans la conception d’un ouvrage:

1. l’ouvrage ne devient plus fonctionnel mais ne présente aucun danger d’êtredétruit,

2. l’ouvrage risque de rencontrer des conditions critiques et d’être endommagé oudétruit.

L’ingénieur doit essayer d’éviter cette dernière situation.

Pour expliquer cette nouvelle approche de design, la construction de cours d’eau ou de voiesd’eau et de ponceau est examinée.

14.2.1 Cours d’eau et voies d’eau

Un cours d’eau construit avec une plaine d’inondation (figure 14.1) perdra une partie de safonctionnalité (prévenir les inondations) lors des crues de grande récurrence mais ne risquerajamais de problème de destruction si la vitesse maximale est respectée lors du design. Lesdébits de crue n’augmenteront pas la vitesse d’écoulement car le rayon hydraulique n’aug-mentera pas avec le niveau d’eau.

Figure 14.1 Cours d’eau avec plaine d’inondation.

Par contre, le cours d’eau de la figure 14.2 risque d’éprouver des problèmes pour les crues plusgrandes que les crues de design. Le rayon hydraulique et la vitesse augmenteront avec leniveau d’eau et la vitesse pourra dépasser la vitesse maximale sécuritaire. Alors, le coursd’eau risque de subir une érosion importante et entraîner l’amplification du ravinement. Pource dernier cas, l’ingénieur doit considérer son design pour des crues extrême.

La construction de canaux d’interception pour les terrasses illustre davantage le danger.Lorsqu’un canal d’interception (figure 14.3) reçoit un débit plus grand que celui correspon-dant à sa pleine section, il débordera. Comme le canal n’est pas construit avec une bordureuniforme, il se trouvera un endroit plus bas que les autres où le débordement commencera à seproduire. Ce débordement localisé amènera généralement la destruction du talus. Lamajorité

FONCTIONNALITÉ ET PÉRENNITÉ 211

Figure 14.2 Cours d’eau dans un ravin.

du débit s’échappera par cet échancrure nouvellement créée pour provoquer du ravinement etsouvent, une plus grande érosion (parfois catastrophique) que si la terrasse n’avait pas étéconstruite. Ici, les crues extrêmes sont dangereuses et doivent être considérées lors du design.

Figure 14.3 Canal d’interception.

14.2.2 Ponceaux

Le ponceau de la figure 14.4 n’est fonctionnel que pour de très faibles récurrences mais peutsupporter des débits de très grande récurrence car il gênera très peu l’écoulement. Par contre,le ponceau de la figure 14.5 risque d’être détruit lors des grandes crues. Lorsque le tuyau nefournira plus, le niveau d’eau s’élèvera à l’arrière du barrage et lorsque le niveau d’eau dépas-sera le niveau du tablier, tout le matériel de remplissage risquera d’être emporté. Le ponceausera alors détruit. Cette situation arrive très souvent.

212 CONCEPTS D’INTÉRÊT POUR LE DESIGN

Figure 14.4 Ponceau pour bas niveaux d’eau.

Figure 14.5 Ponceau barrage.

14.3 BRIS CONTRÔLÉ

Il existe une approche de design en mécanique qui pourrait être utilisée en hydraulique agri-cole; c’est le bris contrôlé. Cette approche a comme hypothèse qu’il est impossible de prévoirun design à toute épreuve et qu’alors, il est préférable de forcer le bris sur une pièce spécifiquequi n’entraînera pas la destruction de lamachine en sous dimensionnant cette pièce par rapportaux autres. En hydraulique agricole, nous pourrions prévoir les points de débordement et lesaménager pour qu’il puissent résister.

14.4 CONCLUSION

Cette présentation a voulu conscientisé l’ingénieur au sujet de concepts de pérennité et de briscontrôlé, concepts qui étaient surement présent dans le subconscient de beaucoup d’ingé-nieurs.

v

CHAPITRE 7Cours d’eau à deux niveaux 89. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1 INTRODUCTION 89. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.2 OBSERVATIONS 90. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3 CONCEPTION 93. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3.1 Identification des problèmes 93. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.2 Collecte des données 93. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.3 Analyse des données 94. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.4 Analyse hydrologique 95. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.5 Dimensionnement 95. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.6 Évaluation du projet 96. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.7 Dimensionnement final 96. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.8 Construction 96. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.9 Suivi et évaluation des performances 96. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHAPITRE 8Enrochement 97. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.1 INTRODUCTION 97. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.2 DIMENSIONS ET ANGLE DE REPOS 97. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3 L’ENROCHEMENT DES TALUS ET DU FOND 98. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.4 PROTECTION DANS LES COURBES 102. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.5 ENROCHEMENT DE PENTES FORTES 105. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.6 EFFONDREMENT DES TALUS 109. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.7 L’ENGAZONNEMENT DES TALUS 110. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.8 CONCLUSION 110. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHAPITRE 9Génie végétal 113. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.1 INTRODUCTION 113. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2 BOUTURE (Cutting/slip) 114. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.3 MARCOTTAGE (Layering (plant) ; layer) 115. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.4 PEIGNE (Live brush gully plugging) 116. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.5 FASCINE D’HÉLOPHYTES (Marsh reed roll/swamp reed roll) 117. . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.6 TRESSAGE DE SAULES (Willow weaving) 118. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.7 FASCINE DE SAULES (Willow fascine) 119. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.8 COUCHE DE BRANCHES À REJETS (live brush mattress) 120. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.9 LIT DE PLANTS ET PLAÇONS (Hedge brush layer) 122. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.10 CAISSONS VÉGÉTALISÉS (Log cribwall with branchlayers) 123. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.11 TREILLAGE---BOIS (Wooden grating) 124. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.12 TECHNIQUES MIXTES 125. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHAPITRE 10Courbe de remous 127. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.1 INTRODUCTION 127. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.2 CONCEPTS DE BASE 127. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.3 FRICTION 129. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.4 CANAL TRAPÉZOÏDAL 130. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.5 CALCUL DE LA COURBE DE REMOUS 130. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.6 EXEMPLE DE COURBE DE REMOUS 131. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vi

CHAPITRE 11Ponceaux 135. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.1 INTRODUCTION 135. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 TYPES DE PONCEAUX 136. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.2.1 Matériaux utilisés 136. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2.2 Forme de la canalisation hydraulique 137. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2.3 Type d’installation et entonnement 137. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.3 HYDRAULIQUE DES PONCEAUX 137. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.3.1 Écoulement avec contrôle à l’entrée 137. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.3.2 Écoulement avec contrôle à la sortie 140. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.3.3 Écoulement critique 142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.4 TYPE RÉEL D’ÉCOULEMENT 142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.5 COURBES DE PERFORMANCE 142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.5.1 Contrôle à l’entrée 142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.5.2 Contrôle à la sortie 145. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.6 DESIGN 148. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.6.1 Facteurs hydrauliques régissant le choix des ponceaux de ferme 148. . . . . . . . . . . . . .11.6.2 La hauteur admissible de l’eau dans la canalisation 148. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.7 CONSTRUCTION 149. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.7.1 Implantation des ponceaux 149. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.7.2 Préparation de la fondation 150. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.7.3 Mise en place et remblayage 150. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.7.4 Protection contre l’affouillement et contre l’érosion 150. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHAPITRE 12Érosion et conservervation des sols 171. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.1 INTRODUCTION 171. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.2 PROCESSUS ET EFFETS DE L’ÉROSION 171. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.2.1 Le processus 171. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.2.2 Les effets 172. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.3 MÉCANISMES PROVOQUANT L’ÉROSION 172. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3.1 L’impact des gouttes de pluie 172. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3.2 La force d’arrachement de l’écoulement 174. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3.3 Le transport 174. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3.4 La déposition 174. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.4 TYPES D’ÉROSION 175. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.1 L’érosion par l’impact des gouttes de pluie 175. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.2 L’érosion en nappe (sheet erosion) 175. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.3 L’érosion en rigoles 175. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.4 Le ravinement 175. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.5 L’érosion dans les cours d’eau 176. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4.6 Une classification réaliste et pratique 176. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.5 FACTEURS INFLUENÇANT L’ÉROSION HYDRIQUE 176. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5.1 La nature du sol 176. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5.2 Le couvert végétal 177. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5.3 Les facteurs climatiques 177. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5.4 Les facteurs topographiques 178. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12.6 MOYENS DE CONTRÔLE OU DE CONSERVATION 178. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.6.1 Les principes de conservation 178. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.6.2 Régie des cultures et des sols 179. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CH 12 14 - Université Laval · CHAPITRE 12 Érosion et conservervation des sols 12.1 INTRODUCTION...

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