1La connaissance des processus d'érosion en Équateur n'est pas une fin en soi mais l'étape préliminaire d'une démarche visant à déterminer les procédés de lutte antiérosive les mieux adaptés au minifundio de la Sierra. Si l'approche historique et qualitative exposée dans les chapitres précédents est utile pour définir le cadre spatio-temporel et l'environnement physique et humain des dynamiques érosives dominantes, elle est en revanche insuffisante pour répondre à certain nombre d'interrogations posées par la lutte antiérosive. En effet, il est fondamental d'analyser l'influence des principaux facteurs de l'érosion – pente, sol, pluie, cultures et pratiques culturales – afin de pouvoir hiérarchiser leur degré d'implication dans l'accélération des dynamiques avant de passer à l'étape de la lutte antiérosive. Observer les comportements de ces facteurs de façon continue, jour après jour durant plusieurs années, mesurer leurs effets spécifiques et leurs possibles interactions a nécessité, par rapport aux limites de l'approche qualitative initiale, la mise en œuvre d'une approche expérimentale et quantitative.

2En outre, ce type d'approche s'est imposé pour son aspect pratique, car il permet de travailler dans de vraies conditions de terrain, dans le minifundio, et de faire participer les paysans, un des points essentiels recherchés pour mener à bien l'étape finale de la lutte contre l'érosion. Les observations ont donc été réalisées sur des stations de mesures du ruissellement et de l'érosion localisées dans le minifundio, choisies en accord avec les paysans et suivies en liaison étroite avec eux.

3Ainsi, nous nous sommes efforcés de suivre l'objectif fixé par le partenaire équatorien en menant une démarche à la fois cognitive et appliquée, qui vise à suivre le déclenchement et le fonctionnement des processus en fonction des modes de cultures, des calendriers culturaux et du choix des végétaux.

L'approche expérimentale et quantitative

4Cette approche est fondée sur un réseau de stations composées de parcelles expérimentales sur lesquelles les dynamiques érosives ont été mesurées durant cinq ans, sans interruption. Elle repose également sur la réalisation de campagnes de simulations de pluies sur les sites des stations, qui ont permis d'acquérir des données complémentaires à celles issues des parcelles expérimentales.

5Notre démarche rejoint les travaux de Bennett et de Hudson, qui ont marqué les recherches sur l'érosion et la conservation des sols. Dans le bulletin n° 68 de la FAO (1993), Hudson a réalisé une synthèse des principales méthodes utilisées par la recherche pour mesurer sur le terrain le ruissellement et l'érosion. Il souligne que les courants actuels de la recherche suivent essentiellement trois types de méthodes qui se distinguent par les échelles d'approche envisagées : l'échelle kilométrique pour les bassins versants, l'échelle décamétrique ou hectométrique pour les parcelles expérimentales et l'échelle métrique pour les simulations de pluies. Concernant les bassins versants, Hudson estime qu'ils constituent un excellent support pour mesurer l'érosion des terres à l'échelle d'une région mais qu'ils ne sont pas assez précis pour permettre d'évaluer le phénomène à l'échelle de la parcelle paysanne. Dans ce dernier cas, il préconise l'emploi des parcelles expérimentales et de la simulation de pluies.

6Concernant les parcelles expérimentales, notre approche se situe dans le droit fil d'anciens travaux menés en Afrique par Fournier (1960) qui, du côté francophone, a été pionnier dans ce domaine. Il souligne : « Chaque champ (parcelle expérimentale) est représentatif d'une condition bien définie du milieu naturel : association d'un degré de pente, d'une nature de sol et d'un état de surface soit naturel, soit créé par l'homme. Ces mesures, associées à celles de la pluviosité et du ruissellement pendant le même temps, expriment la grandeur de l'érosion créée par ces deux facteurs dans un milieu naturel donné [...] On conçoit immédiatement tout l'intérêt que revêtent des données chiffrées tirées de cette investigation scientifique : elles doivent permettre de serrer de très près le problème posé. »

Les parcelles expérimentales de ruissellement

7La parcelle de ruissellement est une portion de terrain limitée artificiellement, de forme rectangulaire, située sur un versant et à l'intérieur d'une parcelle paysanne. Elle est délimitée par des planches de bois fichées dans le sol, la jointure entre planche et angles droits de la parcelle est assurée par des morceaux de zinc cloués sur les planches. Un fossé ceinture la parcelle dans son tiers amont afin d'assurer une bonne étanchéité en l'isolant de possibles apports d'eau extérieurs. Des bacs de tôle, munis de 11 partiteurs chacun et reliés à la parcelle par un canal en ciment légèrement incliné, sont placés au pied des parcelles et servent à mesurer les pertes en eau (ruissellement) et les pertes en terre (érosion). Chaque site est pourvu d'un pluviographe destiné à mesurer la pluie et ses principales caractéristiques, notamment son intensité, paramètre déterminant dans le déclenchement du ruissellement et de l'érosion.

8Selon les sites, la station se compose de trois ou quatre parcelles (fig. 7) :

• un couple de deux parcelles, dites « témoins » parce qu'y sont reproduits les modes de travail du sol et de cultures, selon les calendriers culturaux traditionnellement pratiqués par le minifundio. L'une est plantée1 et l'autre ne l'est pas ;
• une ou deux parcelles travaillées et plantées, dites « améliorées » parce qu'y sont testées des méthodes de lutte antiérosive.

9L'objectif est d'évaluer sur chaque type de parcelle les facteurs déclenchants, physiques et agronomiques, de l'érosion puis de comparer les comportements des différentes parcelles, afin d'évaluer l'efficacité des méthodes de lutte antiérosive testées.

10En théorie, l'idéal serait de débuter les mesures sur le couple de parcelles témoins et de n'installer les parcelles améliorées que plus tard, une fois mieux appréhendés les mécanismes et les causes des processus agissant en situation de culture traditionnelle. Dans la pratique, cela est difficilement réalisable, car un tel programme nécessiterait un nombre d'années trop important. Aussi, nous avons installé les parcelles témoins et améliorées simultanément, avec l'idée que ces dernières pourraient être modifiées, si besoin était, à mesure que les parcelles témoins livreraient leurs résultats.

11Dans cette deuxième partie seules seront analysées les parcelles témoins ; les parcelles améliorées seront étudiées dans la troisième partie.

12Dans chaque station sont placées deux parcelles témoins, dont les caractéristiques sont les suivantes :

• la première parcelle témoin, travaillée et plantée, de 100 m² (20 X 5 m) de surface, est conduite selon les pratiques culturales en usage dans le minifundio. Les travaux sont manuels et réalisés conjointement avec les paysans du site, depuis le semis jusqu'à la récolte. Le travail du sol est effectué de façon isohypse avec une sorte de houe, l'asadon, jusqu'à une quinzaine de centimètres de profondeur. Le buttage et le désherbage sont accomplis deux fois durant le cycle cultural ;
• la seconde parcelle témoin, travaillée superficiellement, non plantée, également de 100 m² (20 X 5 m) de surface, est labourée et ratissée et ne porte ni végétation ni culture (témoin non plantée). L'intérêt de cette seconde parcelle témoin est de pouvoir préciser l'action du sol et de la pente en éliminant les effets consécutifs à la culture et au travail du sol. Cette parcelle est travaillée une fois par an, au moment où le sol de l'autre parcelle est préparé pour le semis, et elle est désherbée chimiquement lorsque le développement du couvert végétal le requiert.

13L'utilisation de parcelles de ruissellement n'est pas une méthode nouvelle. Rappelons que les chercheurs américains furent les premiers à mener des recherches sur l'érosion et qu'ils employèrent largement les parcelles de ruissellement pour répondre à la grave crise érosive qui affecta les États-Unis dans les années trente-quarante. À partir de là furent obtenus plusieurs milliers de données provenant de 45 stations de recherche des États-Unis, que Wischmeier et Smith (1978, 1981) traitèrent statistiquement pour proposer une équation, dite « universelle », de prévision de l'érosion. Cette équation fait intervenir cinq facteurs : R, l'érosivité des climats ; K, l'érodibilité des sols ; SL, la longueur et l'inclinaison de la pente ; C, les techniques culturales ; P, les pratiques antiérosives. Elle permet donc de distinguer de manière commode l'effet de chacun des facteurs : par exemple, une influence majeure est attribuée à l'énergie de la pluie qui donne de bonnes relations avec l'érosion en nappe, pour le moins telle qu'elle intervient aux États-Unis.

14Néanmoins, la similitude de notre démarche avec les travaux américains s'arrête là, car notre objectif est en fait très différent. Il n'a pas été envisagé d'utiliser les données des parcelles pour quantifier l'érosion par des extrapolations aux échelles du bassin versant ou de la région. En installant nos stations chez les paysans au lieu d'user des stations agronomiques existantes, faciles d'accès et disposant d'un bon dispositif métrologique, nous avons fait le choix d'être moins précis sur la qualité des mesures et mis l'accent sur la participation paysanne. Loin d'extrapoler donc, nous sommes conscients que les mesures obtenues ne sont significatives que des parcelles sur lesquelles elles ont été effectuées. En ce sens, nous sommes donc pleinement en accord avec les mises en garde de Tricart (1965, 1978) sur les risques liés au transfert d'échelles à partir des seules parcelles de ruissellement.

15En outre, notre approche se distingue par son objet d'étude, l'érosion concentrée, qui est la dynamique dominante dans la Sierra, alors que l'équation des Américains est adaptée à l'érosion en nappe. Cette équation ne tient pas compte de l'effet de la pente combiné au couvert végétal sur l'érosion, ni de l'effet du type de sol sur l'effet de la pente, qui sont des processus déterminants de l'érosion concentrée. Il semble qu'en montagne les sols sur pente infiltrent mieux l'eau, d'une part, parce que les particules fines sont exportées vers le bas alors que si elles restaient sur place elles colmateraient la porosité et diminueraient l'infiltration ; d'autre part, parce que le ruissellement, en se concentrant, incise le sol, brise les croûtes de surface et ouvre des voies à l'infiltration de l'eau. Malgré ces bonnes conditions d'infiltration, l'érosion est un phénomène actif en montagne, aux conséquences généralement plus graves qu'en plaine car l'inclinaison de la pente est un puissant facteur d'accélération du transport des particules (Roose, 1981, 1994 ; Lal, 1982, 1988 ; Poesen, 1987 a ; Poesen et Bryan, 1989-1990).

16L'érosion concentrée pose donc un certain nombre de questions nouvelles auxquelles ne répondent pas les données issues de l'érosion en nappe sur laquelle s'est fixé l'intérêt des chercheurs durant de nombreuses années. Les parcelles de ruissellement, qui permettent d'observer expérimentalement l'effet du facteur pente, constituent un bon support d'étude de l'érosion en montagne.

Les simulations de pluies

17La simulation de pluies est une méthode expérimentale qui complète les données issues des parcelles expérimentales de ruissellement. Elle permet notamment d'isoler l'étude du sol, dont le comportement, en tant que support à la fois des cultures mais aussi des manifestations de l'érosion, est un facteur fondamental à prendre en compte dans une recherche sur la lutte antiérosive. Le comportement du seul facteur sol ne peut être isolé sur les parcelles de ruissellement où sont toujours associés les effets sol – pente – pluie et modes et types de cultures lorsque ces derniers sont présents. Par exemple, à partir d'une parcelle de ruissellement sur sol nu, qui est le cas le plus simple où n'interviennent que trois facteurs – pente, sol et pluie –, il n'est pas possible à partir des mesures effectuées de dissocier les effets de chacun de ces facteurs.

18Quel est l'effet sol sur l'érosion, en particulier sur l'infiltration et la naissance du ruissellement ? L'effet sol se combine-t-il à un autre facteur dominant pour accélérer l'érosion ? Quel est l'effet sol avant et après la mise en culture ? Ce sont autant de questions auxquelles la simulation de pluies peut aider à répondre.

19Cette technique a pris un large essor au cours des quinze dernières années. Elle permet, grâce à un dispositif adapté, de reproduire expérimentalement l'impact des gouttes de pluie sur le sol. Il est ainsi possible d'effectuer une analyse fine des phénomènes de détachabilité (« splash ») et d'évaluer à la surface du sol le devenir de l'eau par infiltration et par naissance du ruissellement.

20Avant la mise au point du simulateur de pluies, la technique la plus utilisée était celle de Pioger (Valentin, 1985). Elle consistait à remplir d'eau un petit cylindre fiché dans le sol et à mesurer la vitesse d'abaissement du niveau de l'eau dans le sol. Le principal défaut de cette méthode était d'ignorer l'impact des gouttes de pluie sur le sol et leur action sur l'évolution des états de surface. En ce sens, la simulation de pluies, en reproduisant expérimentalement des pluies d'intensité proche des pluies naturelles et en assurant le contrôle des paramètres correspondants (durée et hauteur des pluies en particulier), représente un réel progrès.

21Il existe plusieurs types d'appareils pour simuler les pluies. On peut distinguer deux modèles principaux (Valentin, 1985) :

• le premier utilise des dispositifs producteurs de gouttes. Les appareils les plus simples produisent des gouttes de même taille et il est possible, grâce à l'adjonction d'un ventilateur, de créer des gouttes plus fines et mieux réparties sur la surface du sol. D'autres appareils permettent de produire des gouttes de taille différente par l'utilisation d'embouts de diamètres variés, de tubes capillaires ou d'aiguilles hypodermiques. Mais ce type d'appareil fournit des gouttes d'eau dont il est difficile d'évaluer l'énergie cinétique par rapport aux pluies naturelles. En effet dans ce type d'appareil, la hauteur de chute des gouttes est limitée en général à quelques décimètres, alors que dans la nature les gouttes nécessitent, en fonction de leur grosseur, une hauteur comprise entre 5 et 10 m pour atteindre leur vitesse limite dans l'air ;
• le second appareil emploie de l'eau sous pression et des gicleurs, ce qui permet de reproduire une énergie cinétique proche de celle des pluies naturelles. Ce type de dispositif peut arroser des surfaces de grande dimension. Le plus grand simulateur est de type Swanson (Roose, 1981 ; Collinet, 1988). Il est pourvu de dix bras tournant autour d'un axe fixe à 3,50 m au-dessus du sol, et il arrose une surface de 200 m²2. La construction d'un appareil plus petit, plus maniable et moins onéreux s'est révélée nécessaire afin de pouvoir exploiter cette technique et multiplier les sites de mesures. Cela a été à l'origine de la création d'un mini-simulateur de pluies de type Orstom et de l'amélioration des techniques infiltrométriques évoquées antérieurement (Asseline et Valentin, 1978). C'est ce type d'appareil que nous avons utilisé dans la Sierra de l'Équateur (Asseline et al., 1993). Il est constitué d'une tour pyramidale de 4 m de hauteur qui peut recevoir une bâche qui protège des effets du vent durant les essais. Au sommet de cette tour se trouve un gicleur calibré, monté sur un bras mobile permettant d'arroser une aire d'environ 4 m². Un dispositif a été prévu pour maintenir, quelle que soit la pente, l'axe d'oscillation du gicleur au-dessus du centre d'une micro-parcelle de 1 m², matérialisée par un cadre métallique qui limite la zone d'étude. Les intensités peuvent varier de 15 à 140 mm h^-1 en fonction du réglage choisi. L'ensemble est facilement transportable dans un véhicule léger. Il faut environ deux heures à 4 personnes pour monter l'appareil et préparer le premier essai. Une quantité d'eau d'environ 500 litres est nécessaire pour réaliser un essai d'une heure (fig. 8).

22Dans le tableau V ont été récapitulés les apports majeurs des parcelles de ruissellement et de la simulation de pluies.

23Ces deux approches sont très intéressantes car elles permettent d'apprécier l'effet des différents facteurs de l'érosion, soit de manière groupée, soit de manière individuelle. Comme déjà signalé, les parcelles de ruissellement permettent de prendre en compte le facteur pente, très important en montagne, ce qui n'est pas possible avec la simulation de pluies, appliquée sur une microparcelle de pente trop courte. En revanche, la simulation de pluies permet d'isoler certains facteurs, notamment le sol dont l'effet est essentiel pour l'analyse du bilan infiltration/ruissellement. En définitive, ces deux approches sont très complémentaires, dans la mesure où l'action des deux processus majeurs de l'érosion peut être observée : sur les microparcelles de simulation de pluies, l'action de l'énergie des gouttes de pluies qui, en fermant la surface du sol, diminue l'infiltration et préside à la naissance du ruissellement ; sur les parcelles de ruissellement, l'action de l'énergie du ruissellement qui provoque le décapage du sol en griffes, rigoles et ravines.