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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.
3Journée 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 3
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
4Journée 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 4
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)
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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
6Journée 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 6
� 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
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Exemples de dommages
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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
9Journée 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 9
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
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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
11Journée 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 11
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
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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
13Journée 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 13
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
14Journée 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 14
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
rauliq
ues
15Journée 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 15
� 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)
Facteurs de l’érosion
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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
17Journée 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 17
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.
18Journée 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 18
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
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� Estimation de la perte en terre par mesure du déchaussement de pieds de vignes
Source : Paroissien et al., 2010 (Catena)
Observation érosion long terme
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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)
21Journée 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 21
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
22Journée 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 22
� 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
Modélisation de l’érosion
23Journée 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 23
� 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)
Facteurs de l’érosion
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
Modélisation de l’érosion
24Journée 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 24
� Echelle nationale/régionale
Intégration par PRA
Source : Gis Sol – Inra – SOeS, 2010
Données d’entrée plus précises
Intégration par communes
Intégration par BV
Modélisation de l’érosion
25Journée 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 25
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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Merci de votre attention
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