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Lutte antiérosive

Thème 5. Spatialisation des risques de divers types d'érosion (SIG)

Estimation du risque d’érosion dans un bassin-versant agro-sylvicole, Province de Phu Tho (Nord Vietnam)

Assessment of the erosion risk in an agro-forestry watershed, Phu Tho province (North Vietnam)

Thiet Nguyen Van, Simon Pomel and Ha Pham Quang

Abstract

The soils in Vietnam are very fragile. Regardless of the physical factors (climate, topography and soil characteristics), the sloping lands and the mountains are often used for agricultural practices, forestry or pasture, increasing largely the risk of erosion. Indeed the population and economic growth has pushed the inhabitants to extend the clearing of fragile lands, such as sloping lands to compensate the reduction of farmland in the flat zones. These practices are highly erosive and feed the spiral of land degradation and water in Vietnam, country of which 75 % is mountainous. This study has been located in the District of Doan Hung, on the edge of the crescent of high land that border the Red River Delta, to illustrate the erosion risk due to the land use of the mountainous areas. Doan Hung district is largely mountainous and forested.
The methodology used was to perform different maps : slope and land use impas to estimate a map of erosion risks. These documents are a prerequisite for environmental protection and planning of sustainable land use. From the study of surface soils under different uses, estimates of the specific erosion have been conducted in a watershed assumed to be representative of the experimental study area. The practice of logging in the watershed are also evaluated in terms of erosion risk. The validation of the method of surface states by comparison with measurements of hydrological stations is not significant. However, the method of surface states to estimate the rate of erosion in the upstream compartment of the catena (departure area) and is therefore well to assess the risk of erosion. The risks in term of erosion rates are generally :
- very low in dense secondary forest and terraced fields (<1t/ha/year)
- 1 to 5 t/ha/year in tea, coffee, co-tree planting beans, soybeans and peanuts
- 5 to 20 t/ha/year under the forest plantation (Acacia, Eucalyptus,...)
- 20 to 40 t/ha/year in annual planting (corn, cassava, soy...), but can exceed 40 t/ha/year.

Full text

1. Introduction

1Plus de 600 millions de personnes vivent de l’agriculture itinérante dans le monde. Cette pratique consiste à créer une clairière par abattage des arbres, à brûler la végétation et à ensemencer ensuite la parcelle ainsi défrichée. En moyenne, après trois ou quatre années de culture, les sols sont épuisés et l'agriculteur est contraint de déboiser une autre zone. Environ quatre décennies sont nécessaires entre deux défrichements consécutifs pour permettre à la forêt de se régénérer [BETEILLE, 2000], dans un contexte de gestion durable de la forêt. Les usages inappropriés des sols sont reconnus depuis longtemps comme la cause principale des problèmes d'érosion [ECHOLMS, 1997]. L’érosion est la première origine des baisses de rendements dans les systèmes de production des pays en développement [ECKHOLMS, 1997]. Chaque année, l’érosion rend improductifs 20 millions d’hectares dans le monde [UNEP, 1991]. Tous les ans, 75 milliards de tonnes de sol sont érodés sur des terres agricoles. L’érosion des sols est très importante en Asie, en Afrique et en Amérique du Sud, atteignant 30 à 40 t/ha/an (BARROW, 1991).

2Au Vietnam, pays couvert de collines et de montagnes au 2/3, 13 millions d’hectares soit 40 % du territoire sont affectés par l’érosion des sols (VALENTIN, 1999). Dans ce pays, l’environnement subit, depuis plusieurs années, de sérieuses dégradations, particulièrement en ce qui concerne la qualité de l’eau et des sols. La croissance démographique s’accompagnant d’un accroissement des besoins, cela a poussé les hommes à étendre les défrichements sur des terres fragiles comme les terres de pente, pour compenser la réduction des terres cultivables, avec des conséquences sur tout le réseau hydrographique. En aval des versants, les populations, souvent pauvres, sont victimes de nombreuses inondations et glissements de terrain.

3Ce texte se propose de participer à l’étude des risques d’érosion dans différents usages sur pente dans un bassin-versant au Nord Vietnam, afin de développer la cartographie multiscalaire des états de surface.

2. Matériel et méthode

2.1. Matériel

4L’action est basée sur les données accumulées à l’Institute for Agriculture Envionment (IAE) de Hanoi au Vietnam. Les données de télédétection (image aérienne du 07 mai 2000) ont été fournies par l’Office Général de la Cartographie – Ministère des Ressources Naturelle et de l'Environnement du Vietnam. Les cartes (carte topographique, carte des usages, carte du réseau hydrographique…) utilisent la couverture végétale et les pratiques culturales. Les photos au sol ont été réalisées durant des missions sur le terrain. Les missions ont été réalisées au début et à la fin de la saison de mousson. Les images ont été analysées sur le logiciel Optilab Pro 2.6.3 au Laboratoire Environnement Tropical - ADES – CNRS de l’Université de Bordeaux 3.

2.2. Méthode

2.2.1. Les états de surface des sols

5Les états de surface des sols représentent une mémoire immédiate des sols (VALENTIN, 1999 ; POMEL, 2008). La surveillance de ces surfaces élémentaires permet d’étudier la fixation et la déstabilisation des sols et de mesurer l’érosion. La surface des sols est occupée par une mosaïque d’états qui traduisent le fonctionnement aux échelles spatio-temporelles élémentaires (POMEL, 2004 et 2008). Ces instantanés du sol enregistrent les déstabilisations du sol, assurent aussi une fonction de fixation des paysages et sont indicateurs des types de gestion. Le PICS franco-allemand du CNRS n° 521 entre 1997 et 2000 a permis d’établir que l’érosion est estimable à partir des états de surface (POMEL, 2004 et 2008). Photographies au sol, mesures de l’épaisseur de la perte en sol par an dans les différentes formations et calculs de surface à partir d’une analyse d’images sont la base de la méthode. L’érosion est quelquefois contrebalancée par les apports en litière et une redéposition des particules fines (POMEL, 2003) ou par la remontée de terre par les vers et autres animaux fouisseurs.

6À partir de la cartographie des états de surface des sols et du suivi de la perte en terre mesurée chaque année sur des parcelles définies en fonction de la végétation et des usages du sol, une cartographie est établie aux différentes échelles d’observation, centimétrique à métrique à partir d’images au sol, décamétrique à partir d’une couverture aérienne et satellitaire. L’étude de l’érosion à la surface du sol est privilégiée, en particulier le rôle des litières s’avère très important. Les états de surface des sols sont des concentrations de matériel par des processus phytiques, biologiques, minéralogiques, hydriques ou érosifs. On distingue cinq types (POMEL, 2004 et 2008).

  • Les « bioconcentrations » (ou concentrations biologiques) par la microflore et la microfaune jouent un rôle fondamental dans la décomposition de la matière organique.

  • Les « duriconcentrations » (ou concentrations minéralogiques) procèdent de processus minéralogiques avec formation de croûtes salées, sulfatées, carbonatées, ferrugineuses ou siliceuses.

  • Les « satuconcentrations » (ou concentrations en turbides) sont des concentrations hydriques d’argiles et de limons.

  • Les « abruconcentrations » (ou concentrations par érosion) se définissent par un amaigrissement de la surface du sol en éléments fins et par une concentration relative des éléments grossiers.

  • Les « phytoconcentrations » (ou concentrations végétales) procèdent de nécroses végétales, les thanato-ou rhizo-concentrations.

2.2.2. L’érosion spécifique des zones de départ

7Les observations portent sur un suivi des états de surface, avec des mesures au sol et à partir de photographies aériennes, et un suivi de chaque formation végétale et d’usages, avec une moyenne de 20 mesures. Le calcul est effectué à partir du % des surfaces affectées par les abruconcentrations en fonction de la densité du sol ramené à 1 hectare/an. La perte annuelle en mm est calculée à partir de l’érosion des croûtes biotiques ou du déchaussement racinaire des plantes annuelles (POMEL, 2007).

8Le calcul de l’érosion spécifique : Perte annuelle en sol en t/ha/an = densité apparente du sol x % en abruconcentration x par perte annuelle en mm x 10.

3. Résultats et discussion

3.1. L’érosion dans les différents types d’usage du sol

9Les systèmes bocagers, co-plantations, cultures sous couvert arboré ou arbres fruitiers sont conservatrices des sols, et les taux d’érosion y sont relativement faibles, malgré de fortes pentes. Au contraire, les monocultures (maïs et manioc) ou les plantations forestières d’Eucalyptus présentent des risques d’érosion importants, en particulier d’érosion linéaire.

3.1.1. Sous forêt secondaire dense

10Sous forêt de feuillus l’érosion est très faible, la litière occupe la surface des sols. L’horizon supérieur du sol est fixé par la décomposition de l’humus sur plus de 10 cm.

Figure 1 : Etats de surface du sol sous forêt secondaire dense

11Décomposition de la litière de feuillus et développement du mycelium, de nattes algobactériennes et de polysaccharides empêchent l’érosion sous litière. Sous forêt dense, les abruconcentrations représentent 1 % des surfaces, l’érosion est de moins de 1 mm/an et les taux moyens d’érosion sont de 0,13 t/ha/an.

3.1.2. Sous plantations forestières (Eucalyptus, Acacia,…)

12L'usine à papier de Bai Bang est située dans la zone. La plantation forestière se caractérise par des plantations d’arbres à croissance rapide et haute en productivité de bois, il s’agit principalement d’Acacia mangium et d’Eucalyptus.

13Les types d’arbres et l’âge des arbres ont un impact sur l’érosion des sols (figure 2). La figure montre que l’érosion sous la plantation d’Eucalyptus est plus forte que sous plantation d’Acacia (de 9,7 à 16,1 t/ha/an sous Eucalyptus et de 2,3 à 10,1 t/ha/an sous Acacia). On peut expliquer comme suit : sous Eucalyptus, la couverture des adventices de la surface du sol est faible. De plus, sous plantation d’Eucalyptus, la litière n’empêche pas l’érosion, car elle se décompose très lentement et ne fixe pas le sol. Cela est favorable à l’énergie de la pluie "splash" des gouttes d’eau sur la surface du sol qui est plus forte et qui entraîne une forte détachabilité du sol. Enfin, le « splash » influe directement sur le ruissellement de surface, sur l'écoulement des eaux de pluie et le transport des sédiments. La litière n’empêche pas l’érosion du fait du tassement du sol. L’érosion en nappe sous litière est liée aussi au ruissellement. Ces plantations ont été réalisées après labour ce qui explique que la litière n’ait pas été préservée et les forts taux d’érosion.

3.1.3. Les autres types d’usage du sol

14Selon les sources officielles, le district de Doan Hung comprend 30 différents types d’utilisation des terres. Ils sont groupés en cinq catégories principales : agriculture, sylviculture, habitation, autres terres, terres non-utilisées. Il en est de même dans tous les systèmes de la classification d’utilisation des terres au Vietnam. Dans le bassin versant, les systèmes d’agriculture sont multiformes, ce qui a entraîné des phénomènes érosifs aussi plus compliqués (tableau 1).

Tableau 1 : Mesures de l’érosion dans les zones cultivées (érosion spécifique en t/ha/an dans les zones de départ) à partir des états de surface des sols

15Le tableau 1 montre que les risques d’érosion sous plantation de théiers et caféiers sont faibles (moins de 5 t/ha/an maximum). À partir de la couverture végétale, il apparaît ici clairement qu’avec un couvert déjà important, les taux de ruissellement dans les parcelles de plantation de théiers et de caféiers sont peu importants. Ces couverts denses limitent considérablement le ruissellement ainsi que la perte en sol (tableau 1 et figure 3). En effet, son couvert dense qui couvre rapidement le sol, lui permet de limiter l’effet d’éclatement des gouttes de pluie. Son système racinaire est aussi celui qui est le plus dense, les agrégats y sont piégés et l’infiltration favorisée.

Figure 3 : Risque d’érosion sous différents types d’usage du sol

16L’érosion est forte sous plantation annuelle (culture du maïs, manioc et soja…) et peut dépasser les 42 t/ha/an, au niveau des pertes en terres, du fait d’un couvert peu important mais surtout à cause des pratiques culturales récentes, notamment durant la saison des pluies. Or, dans les zones de montagnes du Nord Vietnam où la pluviosité est forte et mal distribuée, les plantations annuelles sur pente, commencent à la fin de saison sèche jusqu'au début de la saison des pluies. Les plantations annuelles, en particulier, le manioc, avec les grosses pluies, ne limitent pas l’érosion hydrique. Enfin, au niveau des pratiques culturales, le labour sur terres en pente représente une condition favorable à l’érosion, comme on le remarque avec la culture du maïs et du soja.

17En lutte antiérosive, on a développé le système de co-plantation pour les zones montagneuses. Quand les arbres de la forêt ne sont pas encore à feuillage fermé pendant la première année ou même la deuxième année, les agriculteurs plantent souvent arachide, haricots et soja. Dans les autres cas, arachide, haricots et soja sont remplacés par le riz, le manioc ou le maïs. Ces systèmes ont diminué de façon appréciable les pertes en terre, notamment dans le système co-planté à arbres fruitiers et ananas, dans le système co-plantation d’arbres avec haricots ou soja et arachide (tableau 1 et figure 3).

3.2. Le rôle de la pente

18La distribution spatiale des pentes montre l’importance de cet élément dans la constitution du relief du district de Doan Hung d’après le rapport du Soils and Fertilizers Research Institute (SRFI).

19Pour illustrer cet état du milieu physique, une carte des pentes à l’échelle de 1/25.000, a été réalisée. Le zonage des pentes ainsi obtenu montre que les pentes inférieures à 25 % sont très largement dominantes (figure 4).

Figure 4 : Le facteur pentes dans le bassin-versant de Doan Hung

20En superposant à la carte des pentes, une carte des grands types d’occupation du sol, un certain nombre d’informations ressortent :

  • Les plantations annuelles (maïs, manioc,…) se situent principalement dans les zones où les classes de pente sont situées entre < 25 % et > 45 % ;

  • Ces plantations correspondent à des milieux où l’occupation des sols est consacrée à l’agriculture alors que, paradoxalement, quelques parcelles de forêt se situent sur les pentes douces (< 25 % de pente), les meilleures terres (< 15 % de pente), notamment dans les fonds de vallée.

21Les données chiffrées obtenues sur les parcelles de forêt et de plantation annuelle montrent également le rôle de la pente. Elles montrent qu’existe une dépendance entre les deux variables, l’érosion croissant de façon linéaire avec la pente.

22Cette conclusion rejoint un certain nombre de travaux, notamment ceux de POESEN (1987), ROOSE (1981 et 1994), qui montrent que l’érosion croît avec la pente car l’énergie cinétique du ruissellement augmente et l’emporte sur l’énergie cinétique des pluies dès que les pentes dépassent 15 %, ce qui est bien le cas dans le bassin-versant étudié.

3.3. Comparaison des méthodes d’estimation de l’érosion

23Il s’agit ici de valider les résultats issus de la méthode des états de surface. Nous avons mesuré les taux d’érosion aux déversoirs W2 et W3 dans deux sous-bassins du bassin-versant. Ces mesures sont comparées à celles établies sur des parcelles d’érosion et dans les stations hydrologiques.

Figure 5 : Les corrélations des mesures de l’érosion dans deux sous-bassins du bassin-versant

24La figure 5 montre que :

25L’équation linéaire y = ax + b à W2 et W3 signifie que dans les mêmes conditions (couverture végétale, sol, pluviosité, intensité de pluie, pratique culturale,…) la perte en terre estimée par la méthode des états de surface est supérieure à celle obtenue par la méthode de mesure dans la station hydrologique à l’aval de bassin-versant de 261 kg sol/ha/an à W2 et 113 kg sol/ha/an à W3.

26Les deux sous-bassins représentent une bonne corrélation entre les deux méthodes, avec un coefficient de corrélation R2 = 0,98 à W2 et R2 = 0,80 à W3. Cela démontre que la méthode des états de surface est applicable et peut remplacer les méthodes de mesure de l’érosion traditionnelle pour estimer l’érosion des sols (POMEL et al., 2007). Néanmoins, le coefficient (b) dans l’équation linéaire y = ax + b est un nombre positif. Dans ces conditions, il faut justifier significativement cette statistique des données de mesures du coefficient (b). Si le coefficient (b) est un nombre positif et significativement, dans ce cas la perte en terre estimée par la méthode des états de surface est supérieure à celui de la méthode de mesure dans la station hydrologique à l’aval de bassin-versant. La détachabilité du sol sur place puis le transport et la redéposition avec les barrières (racines des plantes, relief…) ne sont pas pris en compte par la méthode hydrologique.

27Cette validation de l’estimation du départ de terre sur les versants comparée aux transports solides sur deux bassins-versants n’est pas satisfaisante. En fait, il n’y a pas de lien direct entre ces deux estimations, car les transports solides dans le bassin-versant = érosion des fines des versants + érosion des berges – les dépôts sur les versants (colluvions). Il est évident que nous sommes bien au courant que ce n’est pas la même chose, mais nous ne disposons pas d’autres données comparatives.

28La méthode des états de surface mesure des taux d’érosion dans la zone de départ (amont du système), alors que la méthode de la station hydrologique mesure des taux à l’aval du système, zone d’arrivée. La méthode des états de surface convient mieux à la prévision des risques d’érosion des sols. Elle est une base essentielle pour la cartographie des risques d’érosion. De plus, la méthode des états de surface vise principalement à la mise au point d’indicateurs de l’érosion des sols qui soient rapides et faciles à mettre en œuvre pour tous les sols et les zones d’étude. Au contraire de la méthode des états de surface, la méthode de la station hydrologique a besoin de valeurs sur le long terme et celles-ci ne sont pas exactes pour tous les cas étudiés.

3.4. Essai de cartographie des risques d’érosion des sols

29La cartographie préliminaire est un essai de représentation des différents usages des sols et des risques d’érosion dans la région de Doan Hung. Elle est basée sur une couverture aérienne du 07/05/2000 et les mesures réalisées en mai 2005 dans le cadre d’un programme Vietnam du réseau Érosion de l’AUF.

30Les cartes ci-dessus présentent les types d’usage des sols et l’érosion spécifique par hectare et par an. Ce sont des résultats, obtenus à l’issue du fonctionnement de la méthode des états de surface. De cette façon, la variation annuelle dans la croissance de végétation est prise en compte. Le modèle résultant consiste en une carte des types d'usage des sols dans le bassin versant (figure 6).

Figure 6 : Les types d'usage des sols dans le bassin versant de Doan Hung

31Les taux d’érosion sont calculés à partir des états de surface des sols dans les différentes formations végétales et d’usage. Une estimation de l’actuel risque annuel d’érosion est montré sur la figure 7. La figure 7 est une carte d’érosion généralisée à tout le bassin-versant de Doan Hung. Pour améliorer son apparence visuelle, la carte a été lissée en utilisant les données d’usage des sols de l’actuel qui remplace les valeurs d’informations invalide sur l’image aérienne (07/05/2000).

Figure 7 : Risques annuels d’érosion dans le bassin versant de Doan Hung

32Une validation convenable des résultats est difficilement possible à l’échelle utilisée. Néanmoins, il est possible de faire quelques commentaires sur le motif général de la carte, pour quelques aires particulières.

33Premièrement, les taux d’érosion semblent assez bas sur la carte. En général les taux d’érosion dans le bassin-versant sont inférieurs à 40 t/ha/an (figure 7). Une raison pour ces taux assez bas est la valeur du facteur de la couverture végétale. La figure 6 a montré que, dans le bassin-versant de Doan Hung, tous les terrains cultivés sont couverts par les végétaux, notamment durant la saison de pluie. Les valeurs trouvées à partir des missions sur le terrain pour ces périodes sont beaucoup plus fortes. Sur l’image aérienne, il existe des petites tâches de végétation très dense, forêt secondaire dense, forêt plantée et maquis, qui devraient montrer une plus grande réponse.

34Deuxièmement, le bassin versant de Doan Hung est situé dans des zones à relief en escalier. Il y a une zone où les pentes sont moyennes et douces sur la carte des pentes (figure 4), ce qui donne un taux d'érosion en marches.

35De plus, les pratiques d’exploitation du bois dans le bassin versant influencent le terrassement ou le drainage de surface. L’effet de pratiques d’exploitation du bois dans le bassin-versant est quasiimpossible à estimer ici. Cependant, il faudrait réaliser que les pratiques d’exploitation du bois peuvent être un des plus importants facteurs d’érosion.

4. Conclusion

36Ce travail est dans la continuité des études précédentes menées au sein des projets AUF, qui ont permis d’acquérir un grand nombre de données, et étudier l’impact de la culture sur pente sur l’érosion.

37Ce présent travail a permis de mettre en évidence l’importance du couvert végétal et des pratiques culturales sur le risque d’érosion des sols. En effet, il a été montré que plus le couvert est abondant, plus l'effet érosif de la pluie est atténué. En effet, sous forêt, en plus de la protection des arbres, le sol est couvert de feuilles et d’arbustes, ce qui permet de limiter considérablement le ruissellement et donc les pertes en sol, même lors de fortes pluies.

38Les différents systèmes de mesures donnent des résultats différents car ils ne mesurent pas les mêmes compartiments du géosystème érosif (Sécheresse, 2004 ; ORSTOM Actualités, 1998). La méthode de mesure du taux d’érosion par les états de surface est une méthode qui a tendance à surévaluer les pertes en terre, car elle mesure les pertes en terre au niveau de la zone de départ, amont du géosystème. Elle est complémentaire des autres méthodes (mesure des turbides, bathymétrie) qui ne mesurent pas l’érosion de la zone de départ, mais celui de la zone d’arrivée, aval du géosystème, en ne tenant pas compte des redépositions sur les versants.

39La validation de la méthode des états de surface par la comparaison avec les mesures des stations hydrologiques n’est pas satisfaisante. Cependant la méthode des états de surface évalue des taux maximum des zones de départ et convient donc très bien pour évaluer les risques d’érosion. Elle est une base essentielle pour la cartographie des risques d’érosion.

40Les pratiques de culture dans le bassin versant de Doan Hung (restes de forêt, plantations de forêt, co-plantations et système de « mulching ») sont en général conservatrices pour les sols. Toutefois, on peut se demander si la zone n’avait pas d’usines (usine à papier, usine à thé…), est-ce que les paysans seraient prêts à planter par eux-mêmes ? En effet, l’agriculture et la sylviculture sont relativement pénibles et nécessitent beaucoup de main d’œuvre, alors que l’industrie agro-sylvicole n’est pas encore très développée dans la zone. Les agriculteurs trouvent avec peine une ressource financière. La déforestation continue pour l’extension et l’intensification des cultures annuelles (manioc, maïs, taro, maranta…). Là où n’existent pas de pratiques de conservation des sols, cela entraîne une augmentation de l’érosion et des mouvements de terrain (glissements de terrain, coulées de boue,…).

Bibliography

Bibliographie

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POESEN J., 1987 : The role of slope angle in surface soil formation, in V. Gardner (editor), International Geomorphology II, pp. 437-448.

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VALENTIN C., 1999. « Erosion et Changement d’Usage des terres (ECU) ». Projet d’Unité de Recherche (U. R.), Paris : IRD, 39 p.

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