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Terres d’altitude, terres de risque

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Georges De Noni
, 
Marc Viennot
, 
Jean Asseline
, 
et al.

Mesurer l'érosion et le ruissellement

Chapitre 6. Les résultats des parcelles de ruissellement témoins

Texte intégral

Les résultats globaux

1Les résultats globaux sont exprimés de la façon suivante :

  • par un tableau synthétique (tabl. X) qui reprend les valeurs moyennes de ruissellement et d'érosion par station et pour toute la période d'observations ;
  • par une série d'histogrammes (fig. 15 et 16) qui expriment par station et par année les valeurs moyennes annuelles de ruissellement (ordonnée de droite) et d'érosion (ordonnée de gauche en échelle logarithmique).

2Dans les deux cas, le ruissellement est exprimé par un coefficient qui indique le pourcentage d'eau ruisselée par rapport à la pluie tombée. Conventionnellement, le coefficient de ruissellement est noté KR %. KRm représente la moyenne mensuelle, KRa la moyenne annuelle et KRM la moyenne des valeurs annuelles sur toute la période. Lorsque l'on fait référence à la valeur maximale de KRm, ce qui est le cas le plus fréquent, on la note : KRm. max.

  • 1 L'érosion est exprimée en tonnes par hectare (t ha-1) par an. À la suite d'une pluie érosive, le b (...)

3Dans les deux cas, l'érosion telle qu'elle a été mesurée sur le terrain au pied des parcelles de ruissellement est exprimée par un poids1. Dans la mesure où notre travail porte sur des moyennes regroupant plusieurs dizaines de résultats d'érosion, l'unité de poids choisie est la tonne rapportée à une surface de référence, l'hectare : l'érosion est donc notée tha-1

4La durée de la période d'expérimentation est variable selon les stations. Les séries de données les plus longues, soit une durée de cinq ans comprise entre 1986 et 1991, sont issues des quatre stations (Tumbaco, Cangahua, Mojanda Riobamba) qui sont situées dans les bassins versants de Guayllabamba et de Pastaza, sur des sols de type andosol (De Noni et al., 1989-1990). Les stations de Jadan, Vega Grande et Ventanas ont été installées plus tardivement et les mesures ne couvrent que les années 1989-1991, et parfois de façon incomplète. L'éloignement de ces stations par rapport à notre base de travail de Quito (entre 400 et 800 km) n'a pas permis un contrôle des observations aussi régulier que pour les stations situées dans la Sierra du Nord. Lorsqu'il manque des données, seuls ont été pris en compte les résultats des stations du Nord dans cette phase d'interprétation du comportement des parcelles de ruissellement témoins. Néanmoins, grâce aux simulations de pluies, dont l'analyse fait l'objet du chapitre suivant, il a été possible de pallier l'absence de données en provenance des stations du Sud.

Fig. 15 — Érosion (log t ha-1), ruissellement moyen annuel (KRa) et KRM ( %) (1986-1991). Témoin planté et témoin non planté (Tumbaco, Mojanda, Cangahua, Riobamba)

Fig. 16 — Érosion (log t ha-1), ruissellement moyen annuel (KRa) et KRM (%) (1989-1991). Témoin planté et témoin non planté (Vega Grande, Ventanas)

5Les données du tableau X, complétées par celles des figures 15 et 16, apportent une première série d'informations qui révèlent la tendance générale de la dynamique suivie par les processus. On note que pour toutes les stations, les pertes en eau et en terre sont plus fortes sur les parcelles témoins non plantées, excepté à Ventanas, où les valeurs de la parcelle témoin plantée sont légèrement supérieures à celles de la parcelle témoin non plantée. Il est intéressant de noter que les valeurs du ruissellement n'impliquent pas toujours de façon directe des pertes en terre de même ampleur. Par exemple, le ruissellement le plus élevé, mesuré à Tumbaco, ne correspond pas aux pertes en terre les plus importantes ; à l'opposé, l'érosion la plus élevée, mesurée à Mojanda, ne correspond pas au ruissellement le plus important.

Tabl. X — Valeurs moyennes par station des coefficients de ruissellement (KRM, %) et de l'érosion (Ér. en t ha-1) pour toute la période d'expérimentation (1986-1991)

6Selon la classification mise au point par la FAO, l'ampleur de l'érosion est évaluée de la façon suivante :

7Pour les parcelles témoins travaillées et plantées, deux groupes de stations se dégagent : d'une part, Cangahua et Mojanda, qui ont subi une érosion annuelle inférieure à 10 tonnes et, d'autre part, Riobamba, Tumbaco, Vega Grande, Ventanas et Jadan, où l'érosion moyenne annuelle est comprise entre 10 et 50 tonnes. En ce qui concerne les parcelles témoins non plantées, toutes les stations se situent au-dessus de 50 tonnes par hectare, dans la classe d'érosion de catégorie forte à très forte.

La parcelle expérimentale de ruissellement porte bien son nom, car elle permet de mesurer l'érosion due au ruissellement de l'eau sur la pente et d'apprécier son action d'incision dans le sol. On relève sur la photo la présence de quelques griffes et de deux rigoles principales qui érodent le sol volcanique (andosol hydraté désaturé) d'une des petites parcelles de la station de Mojanda. Il a suffi d'une longueur de pente de cinq mètres pour que l'eau incise le sol.

8Néanmoins, il est difficile de porter un jugement objectif à partir d'une telle classification, qui reste trop générale pour que ressortent les spécificités du milieu andin de l'Équateur. À Cangahua, une érosion de 3 t ha-1 est encore trop importante pour un sol peu épais – à peine une vingtaine de centimètres en moyenne – et qui repose sans transition sur la cangahua indurée et stérile. À Ventanas, où il pleut trois à quatre fois plus qu'à Cangahua et où le sol atteint un mètre de profondeur, une érosion moyenne de 17 t ha-1 est comparativement moins dramatique (NAHAL, 1975 ; CTFT, 1979).

9Ce qui ressort également à l'examen de ces données, plus clairement que leurs valeurs respectives, c'est l'irrégularité des quantités de terre déplacées d'une année sur l'autre, quelles que soient les stations. Par exemple, la parcelle témoin plantée de la station de Tumbaco révèle des variations importantes des valeurs d'érosion d'une année sur l'autre (fig. 15) : 25 t ha-1 en 1986-1987, 43,5 t ha-1 en 1987-1988, 7,2 et 5,7 t ha-1 respectivement en 1988-1989 et en 1989-1990, et 15,2 t ha-1 en 1990-1991. Les coefficients de ruissellement indiquent également des variations interannuelles notables. D'autres facteurs interviennent, qui seront analysés plus loin.

10Pour tenter d'expliquer cette tendance générale des processus, nous nous proposons de rechercher l'existence de possibles relations entre l'érosion, le ruissellement et les principaux facteurs environnementaux participant à cette dynamique, à savoir : la végétation, le sol, la pente et les précipitations.

Au sortir du canal de collecte en ciment, l'eau qui ruisselle de la parcelle est piégée dans plusieurs bacs. Les éléments grossiers se sédimentent préférentiellement dans le premier bac alors que les éléments les plus fins se retrouvent dans le dernier. Les deux premiers bacs sont pleins d'eau et de terre alors que le dernier n'est rempli qu'au tiers de son volume. La présence de partiteurs sur le second bac a permis de collecter tous les produits d'une érosion importante sur la station de Tumbaco. Dans la Sierra, il est fondamental d'utiliser un dispositif adapté à de fortes érosions.

Les résultats par facteurs

Le facteur végétation

11Ce facteur a été étudié sur les parcelles témoins travaillées et plantées, qui sont les seules à porter une culture et donc à reproduire l'effet du couvert végétal, par le biais de la culture, associée à un type de travail du sol. Les histogrammes des figures 15 et 16 illustrent clairement l'influence de ce facteur. Ces parcelles se distinguent en effet des parcelles témoins non plantées par des pertes en eau et en sol moins élevées. Sur les parcelles plantées, l'érosion ne dépasse pas 30 t ha-1 et les coefficients de ruissellement sont inférieurs dans l'ensemble à 10 %. Seule se distingue la station de Ventanas, avec un coefficient de ruissellement légèrement plus élevé sur la parcelle non plantée : 11,9 % contre 12,4 % en situation plantée.

12Pour illustrer à l'échelle de la station et de l'année l'influence de la culture et des pratiques culturales, une analyse des observations réalisées à Tumbaco a été menée. Une nouvelle série d'histogrammes a été réalisée afin de comparer pour deux périodes distinctes, 1988-1989 et 1989-1990, la réponse au ruissellement et à l'érosion de la parcelle témoin plantée en maïs et de la parcelle non plantée (fig. 17). Chaque période est donc représentée par un couple de graphes montrant le comportement des deux types de parcelles. Tous les graphes sont conçus de la façon suivante : en abscisse sont portées les périodes décadaires, de janvier à décembre ; et sur une double ordonnée d'échelle logarithmique, à gauche sont indiqués les volumes d'eau ruisselée (m3 ha-1), et à droite l'érosion en t ha-1. Le ruissellement est figuré par des barres noires et l'érosion par des barres blanches. En comparant les graphes deux à deux, il ressort assez clairement que les pertes en eau et en terre sont supérieures sur les parcelles témoins non plantées. Les seules périodes où il y a érosion sur les témoins plantés, et en quantité réduite cependant par rapport aux autres parcelles, se situent soit entre les décades 29 et 9 (semis et début de croissance de la plante), soit entre les décades 20 et 25, après la récolte. Ces périodes correspondent aux moments de l'année où le sol est le plus mal couvert, et donc le plus vulnérable à l'érosion.

13L'évolution des pluies et des pertes en eau et en terre n'est pas représentative de la seule station de Tumbaco. On retrouve ces tendances sur les autres stations ; en fait, il s'agit d'un comportement assez classique et souvent souligné de l'influence du couvert de la plante associé au travail du sol sur l'évolution de l'érosion et du ruissellement. Au travers de cet exemple stationnel, il est donc confirmé que les risques d'érosion accélérée sont très élevés durant les périodes où le sol est mal couvert. Il en ressort également, outre l'irrégularité interannuelle des quantités de terre déplacée déjà signalée, la variabilité temporelle des manifestations d'un cycle cultural à l'autre, d'où l'absence d'une période érosive bien marquée. Ainsi, les histogrammes de la figure 17 présentent des différences notables pour une même parcelle et pour une même période lorsque l'on compare les années entre elles.

Fig. 17 — Ruissellement, érosion et pluies décadaires. Témoin planté, témoin non planté (Tumbaco, 1988-1990)

L'effet du sol

14Pour analyser cet effet, seules sont prises en compte les parcelles témoins non plantées, sur lesquelles l'absence de culture et de pratiques culturales permet d'isoler cet effet pour mieux l'apprécier. Par comparaison avec les parcelles témoins plantées, les pertes en eau et en terre sont plus importantes (cf. tabl. X et fig. 15 et 16). En rapportant les valeurs de ruissellement et d'érosion des parcelles témoins non plantées à celles des parcelles témoins cultivées, il ressort que Mojanda présente les rapports les plus élevés : la quantité d'eau perdue est 14 fois supérieure et celle de terre érodée 160 fois sur le témoin non planté. Puis viennent la station de Cangahua, avec 16 fois plus d'érosion, et les stations de Tumbaco et de Riobamba, avec 5 à 6 fois plus d'érosion. Les stations de Jadan, Vega Grande et Ventanas ont un comportement moins tranché entre ces deux situations avec des rapports de l'ordre de 3. De la même façon que pour les parcelles cultivées, l'érosion des parcelles non cultivées se caractérise d'une année sur l'autre par l'irrégularité de ses quantités et la variabilité temporelle de ses manifestations.

15À partir de ces données, plusieurs régressions ont été calculées pour déterminer les corrélations entre les valeurs moyennes de ruissellement et d'érosion (tabl. X) et les données caractérisant les principaux constituants du sol : matière organique, texture et densité apparente. N'ayant obtenu aucune relation satisfaisante entre l'érosion et l'un ou l'autre de ces constituants, nous nous sommes inspirés des travaux de Bryan (1968) qui a établi plusieurs corrélations significatives à partir d'associations de classes texturales. Il est arrivé à de bons résultats en utilisant les associations suivantes : sable fin + limon fin/argile + (10 x matière organique) ; sable/limon + argile + matière organique ; 1,5 limon fin + 0,75 limon grossier/argile + (10 x matière organique). Le résultat est une nouvelle fois décevant, car, en procédant de la sorte, on n'a pas pu faire apparaître de relation fonctionnelle significative entre les constituants du sol et les valeurs de l'érosion et du ruissellement. Force est de reconnaître qu'il est difficile, pour ne pas dire illusoire, d'isoler le comportement du sol sur une parcelle de ce type. Le fait d'avoir éliminé l'effet végétation/culture ne suffit pas, car il subsiste les effets introduits par la pente et le climat. C'est l'une des raisons principales qui nous ont conduits à développer la simulation de pluies, en complément de l'étude stationnelle.

16Nous nous sommes intéressés ensuite aux constituants des sédiments érodés prélevés dans les bacs de sédimentation. Roose (1981, 1994), Collinet (1988) Casenave et Valentin (1989) montrent dans leurs travaux qu'il existe une sélection texturale dans les sédiments érodés lorsque l'érosion est en nappe. L'énergie des pluies provoque par détachabilité l'érosion des particules fines, argiles et matière organique, qui se retrouvent ainsi en quantité majoritaire dans les sédiments érodés. En revanche, l'érosion linéaire n'est pas sélective, le ruissellement arrachant les particules de sol sous forme d'agrégats (Bolune, 1982 ; Poesen et Bryan, 1989-1990 ; Roose, 1994). Son action est particulièrement efficace sur les pentes. Pour évaluer cet effet éventuel, on a comparé les analyses des sols en place avec celles des sédiments érodés des stations de Tumbaco, Cangahua, Mojanda et Riobamba. Les échantillons ont été prélevés dans l'horizon de surface en place (0-5 cm de profondeur), dans et hors des parcelles, et comparés aux sédiments prélevés dans les bacs. Les comparaisons au cas par cas indiquent que l'érosion n'est pas sélective, les fluctuations n'étant pas assez marquées pour être interprétables, comme le montrent les graphes 18 et 19 des stations de Cangahua et de Mojanda pris en exemple. En faisant abstraction de la variabilité des prélèvements et des analyses, on peut donc conclure à la similitude de ces deux types d'échantillons en ce qui concerne l'analyse mécanique, le carbone, l'azote et la plupart des propriétés d'échange. En outre, l'analyse de quelques pluies unitaires, difficiles à isoler cependant compte tenu du protocole de terrain utilisé, a indiqué les mêmes tendances (Mietton, 1988).

Fig 18 — Comparaison sol en place, sédiments érodés. Résultats analytiques (Cangahua)

Fig. 19 — Comparaison sol en place, sédiments érodés. Résultats analytiques (Mojanda)

Des dispositifs de collecte de l'eau de ruissellement sont installés sur toutes les parcelles de ruissellement. Le premier d'entre eux est constitué d'un canal en ciment, en forme de « V » évasé, servant à collecter les eaux qui arrivent de la parcelle et à les orienter vers les bacs de décantation situés juste après le canal. Sur la photo figurent deux ustensiles indispensables : le seau pour mesurer les volumes d'eau ruisselés et la balance pour peser les sédiments transportés par les flux d'eau.

17Ce résultat n'est pas surprenant, compte tenu de la qualité médiocre des régressions entre l'érosion et les classes texturales. Comme on pouvait s'y attendre, le ruissellement concentré a une action forte sur l'érosion des sols en montagne.

L'effet de la pente

18Selon la même démarche, des régressions ont été calculées pour définir s'il existe une corrélation entre les valeurs globales d'érosion des sept stations et l'inclinaison de leur pente. Les résultats sont présentés sur la figure 20.

19On constate une dépendance fonctionnelle entre les deux variables, l'érosion croissant de façon linéaire avec l'inclinaison de la pente. Plus de 60 % des variations de l'érosion s'expliquent par celles de l'inclinaison de pente (r = 0,78, significatif au seuil de 1 %). Si on ne prend en compte qu'un effectif réduit aux stations de Tumbaco, Cangahua, Mojanda et Riobamba, pour lesquelles les données d'érosion sont les plus nombreuses et les plus complètes, ce pourcentage s'élève à près de 70 %.

Fig. 20 — Corrélation entre les valeurs globales d'érosion des stations et l'inclinaison de leur pente

20En revanche, les relations sont faibles entre la pente et les moyennes de ruissellement, moins de 50 % de la variance étant expliquée Ce constat rejoint les observations faites précédemment sur les histogrammes des figures 15 et 16, où nous avions noté que dans certains cas les forts taux d'érosion ne correspondent pas aux forts ruissellements. Il est difficile, en effet, d'apprécier l'effet des volumes d'eau ruisselés en montagne. Sur faibles pentes, le sol, devenu battant ou saturé, ruisselle et le ruissellement croît en s'accompagnant en général d'une augmentation de l'érosion. Sur fortes pentes, la dynamique semble différente. Les travaux de Fournier (1960), Lal (1982), Poesen (1987 b), Poesen et Bryan (1989-1990), Roose (1994) montrent que, sur fortes pentes, le ruissellement incise la croûte de battance et ouvre le sol, ce qui permet d'augmenter l'infiltrabilité de l'eau. Il reste néanmoins suffisamment d'eau en surface pour arracher et transporter les particules de sol si l'inclinaison de la pente le permet.

21Par ailleurs, la longueur de la pente ne semble pas être un facteur déterminant. Sur nos stations, les parcelles plantées et non plantées montrent un comportement à l'érosion et au ruissellement distinct alors qu'elles ont la même longueur de pente, qui est de 20 mètres. Dans ce cas, la longueur de pente est une constante qui n'explique pas les différences observées. Nos mesures rejoignent d'autres observations. Par exemple, les travaux de Roose (1994 : 112-114) n'ont pas établi de relation entre l'érosion et la longueur de pente. En outre, par rapport à l'objectif d'application de notre recherche, ce facteur ne s'est pas avéré d'une importance capitale. En effet, la longueur de pente est l'un des facteurs généralement pris en compte par les techniciens et les ingénieurs pour déterminer la fréquence et la localisation des ouvrages de conservation sur le versant. Les calculs ainsi effectués ignorent le plus souvent le point de vue des paysans qui sont généralement réticents, car l'installation d'ouvrages de cette nature se fait au détriment de la surface cultivable. Dans la pratique, la recherche d'un compromis entre l'opposition du paysan et la logique technique semble donc nécessaire. En ce sens, la prise en compte stricte de la longueur de pente est certainement à revoir pour rallier un plus grand nombre de paysans et faire aboutir la lutte antiérosive.

L'effet des précipitations

22Depuis près de cinquante ans, avec notamment les travaux de l'école américaine (Ellison, 1944 ; Wischmeier et Smith, 1978, 1981 ; Hudson, 1983) puis ceux de l'école française (Fournier, 1960 ; Roose, 1973, 1977, 1981 ; Boiffin et al., 1986 ; Casenave et Valentin, 1989), il est admis que les précipitations agissent davantage par leur intensité que par leur abondance. La pluie, par son intensité et l'énergie qu'elle libère au contact du sol, provoque un effet mécanique de détachabilité des particules du sol. Ce processus revêt donc une importance primordiale puisque les matériaux fins ainsi produits peuvent être entraînés par le ruissellement.

23Nos stations andines se placent dans ce schéma :

  • les tentatives de régressions pour évaluer l'existence éventuelle d'une relation fonctionnelle entre l'érosion et la pluie ont donné des coefficients de corrélation linéaire très faibles pour toutes les stations, moins de 20 % de la variance étant expliquée. Ainsi se présente le cas de la station de Cangahua, où l'érosion, qui est pour la période 1987-1988 de l'ordre de 90 t ha-1 pour une hauteur pluviométrique annuelle de 435,7 mm, n'est plus que de 15 t ha-1 pour les deux périodes suivantes, 1988-1989 et 1989-1990, alors que la pluviométrie annuelle est plus élevée : respectivement 691,5 mm et 488,6 mm pour ces deux périodes (fig. 15 et 16) ;
  • en revanche, les tentatives de régressions pour établir d'éventuelles relations fonctionnelles entre l'érosion et l'intensité maximale de pluie durant 15 minutes (IM 15) et durant 30 minutes (IM 30) ont abouti à des coefficients de corrélation linéaires bien plus probants : en effet, les résultats expliquent selon les stations entre 50 % et 70 % de la variance (0,72 < r2 > 0,50) et les variables sont corrélées significativement au seuil de 1 % dans tous les cas étudiés. Les graphes des figures 21 et 22 illustrent cette tendance pour les stations de Tumbaco et Mojanda.
  • 2 Un aspect d'ordre métrologique mérite d'être précisé. L'IM 30 constituant la référence standard, o (...)

24En outre, on constate en analysant les régressions effectuées sur toutes les stations que celles-ci peuvent être meilleures avec l'IM 152 comme l'indique le graphe de Mojanda (fig. 22). En général, à la suite des travaux de Wischmeier et Smith (1978, 1981) aux États-Unis et de Roose (1981) en Afrique de l'Ouest, il est considéré que l'IM 30 règle la battance et la naissance du ruissellement. À la lumière de ce résultat et pour les stations considérées, il semble donc que l'IM 15 tienne également un rôle essentiel et significatif pour déclencher l'érosion sur les pentes de la Sierra andine (De Noni et al., 1989-1990). Lal (1988) admet aussi que l'influence de l'IM 30 n'est pas forcément significative partout et propose de bonnes corrélations soit avec l'IM 15, soit avec l'intensité maximale durant 7 minutes (IM 7).

25En procédant ainsi (fig. 21 et 22), il a été possible de déterminer les seuils à partir desquels l'intensité de la pluie, soit par l'action de l'IM 15 soit par l'IM 30, déclenche le ruissellement et l'érosion des sols sur chaque station.

26Ces figures montrent que des pluies inférieures à 20-30 mm h-1 durant 15 minutes et à 15-20 mm h-1 durant 30 minutes ne provoquent qu'une érosion faible. Ce sont les pluies qui dépassent ces seuils qui doivent être prises en compte pour lutter efficacement contre l'érosion. Néanmoins, les pluies d'énergie supérieure à ces limites sont rares – plus de 80 % des pluies annuelles ne les dépassent pas – mais elles sont liées aux érosions les plus fortes. Le tableau XI présente les rapports en % entre l'érosion due aux cinq pluies les plus érosives et l'érosion annuelle pour les stations de Tumbaco et de Mojanda. Quelles que soient les parcelles considérées dans ce tableau, les rapports moyens sur cinq années sont compris entre 69 % et 79 % à Mojanda, et entre 78 % et 96 % à Tumbaco (CTFT, 1966, 1970).

Carte 16 — Pluviométrie annuelle en mm (période 1965-1978) et isolignes d'intensité maximale en mm h-1 durant 30 mm et de fréquence médiane (IM 30)

Fig. 21 — Corrélation érosion en fonction de l'IM 15 et de l'IM 30 (Tumbaco)

  • 3 A la suite des travaux des chercheurs américains , nous avions tenté d'apprécier les valeurs de l' (...)

27La carte de la pluviométrie annuelle3 (carte 16, 1965-1978), sur laquelle on a reporté les isolignes d'intensité maximale de pluie durant 30 minutes et de fréquence moyenne, corrobore cette tendance. On remarque que les valeurs d'intensité décroissent à mesure que l'on se rapproche de la zone montagneuse au centre de la carte. Les valeurs sont inférieures à 40 mm, ce qui est assez faible par rapport aux autres régions basses du pays, où les intensités de pluie dépassent 60-70 mm h-1, ce qui indique une certaine tendance à la baisse des intensités de pluie à mesure qu'augmente l'altitude.

Fig. 22 — Corrélation érosion en fonction de l'IM 15 et de l'IM 30 (Mojanda)

28Pour pouvoir comparer le degré d'agressivité des pluies des Andes équatoriennes à celui d'autres milieux, on a calculé l'indice d'érosivité de Wïschmeier et Smith (1978, 1981), généralement employé. Cet indice se calcule en multipliant l'intensité maximale de la pluie en 30 minutes par son énergie cinétique (valeur déterminée automatiquement à partir du tableau mis au point par Wïschmeier et Smith, 1978). Les valeurs de cet indice sont : 90 à Tumbaco, 60 à Cangahua, 110 à Mojanda et à Riobamba. Comparativement, dans d'autres milieux, elles sont comprises entre :

  • 20 et 650 aux États-Unis (Wïschmeier et Smith, 1978),
  • 20 et 150, en zone tempérée (France et Europe de l'Ouest : Pihan, 1979 ; Bolline, 1982),
  • 50 et 350, en milieu méditerranéen (Masson, 1971 ; Kalman, 1967 ; Heusch, 1970).
  • 100 à 450 en zone tropicale sèche et 500 à 1 200 en zone tropicale humide (Roose, 1981).

Tabl. XI — Érosion provoquée par les cinq pluies les plus érosives (kg ha-1)

29Les indices obtenus à partir de nos quatre stations se situent parmi les valeurs les plus faibles qui correspondent à la zone tempérée. Ce constat concorde assez bien avec nos observations sur la relative faiblesse des intensités des pluies andines et corrélativement sur l'absence de sélectivité dans les matériaux décapés par l'érosion.

30Il faut également noter que le phénomène de grêle est très fréquent dans ce milieu tropical de montagne tempéré par l'altitude. On a observé sur le terrain que celle-ci a un impact à ne pas négliger sur l'érosion accélérée, notamment au moment où la fusion des grêlons devient maximale. Néanmoins, son action n'est pas quantifiable correctement par les pluviographes classiques, qui enregistrent le phénomène comme si celui-ci correspondait à une pluie de longue durée peu intense, appréciation due à la fonte progressive des grêlons dans le réceptacle du pluviographe, ce qui est très différent de l'impact réel de la grêle sur le sol.

Hiérarchie des facteurs

31En zone de montagne – plus que dans d'autres milieux, notamment en plaine, où l'érosion a été très étudiée – les essais que nous avons effectués pour mettre en évidence de possibles corrélations entre les différents facteurs du milieu et les mesures obtenues sur les stations n'aboutissent qu'à des conclusions partielles. L'absence de recherches sur d'autres montagnes tropicales accroît la complexité de notre démarche. En comparaison avec les régions de plaine, aucune corrélation significative n'a pu être établie avec le ruissellement, ce qui prouve que celui-ci fonctionne différemment en montagne. De meilleurs résultats ont été obtenus en faisant intervenir les pertes en terre. En effet, les relations érosion-pente ont révélé l'existence d'une régression simple (érosion = f (pente) qui explique plus de 60 % des variations de l'érosion.

32Pour tenter d'améliorer cette régression et de dépasser le niveau partiel de nos conclusions, plusieurs régressions multiples ont été calculées en faisant intervenir toutes les variables dont nous disposions : texture du sol, matière organique et densités apparentes. De ces différents essais de calculs, il ressort que la meilleure corrélation multiple s'établit avec l'argile : on passe en effet de : érosion = f (pente) avec r2 = 0,61 et r = 0,78 à : érosion = f (pente ; argile) avec r2 = 0,81 et r = 0,9. En ajoutant dans le calcul la « densité apparente » comme troisième variable possible – soit érosion = f (pente ; argile ; densité apparente) -, on arrive à : r2 = 0,92 et r = 0,96. Les coefficients de pente sont positifs pour les variables « pente et argile » et négatifs pour la variable « densité apparente ». Autrement dit, si l'on s'en tient à cette régression multiple : sur les sept stations de notre dispositif de terrain, plus la pente est forte, plus le taux d'argile est élevé dans le sol et plus la densité apparente de ce dernier est faible, plus l'érosion est importante.

33En premier lieu, la part majeure prise par la pente dans ce calcul traduit l'importance de son influence sur ce type de milieu : plus la pente s'incline, plus l'énergie du ruissellement augmente et plus l'érosion est forte. D'après les travaux de Zingg (1940), Lal (1982), Hudson (1983) et Roose (1994), l'érosion croît avec l'inclinaison de 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 des sept stations étudiées. Pour l'argile, sa prise en compte dans le calcul peut interpeller, car ce constituant est plutôt considéré comme un élément structurant et stabilisant du sol dans le cas de l'érosion en nappe qui agit principalement en plaine. En montagne, l'érosion en nappe est secondaire car l'action de l'érosion concentrée est dominante ; dans ce cas, le rôle de l'argile peut donc être considéré différemment. Comme le montrent les graphes 18 et 19 analysés antérieurement, le manque de sélectivité texturale des sédiments érodés plaide pour un transport du sol sous forme d'agrégats par l'érosion concentrée. Dans cette hypothèse, le rôle de l'argile ressort pour sa présence importante, en tant qu'agent agrégeant, dans les agrégats de sol érodés. Enfin, plus un agrégat est léger, plus sa flottabilité est élevée et plus il est sensible à l'entraînement par le ruissellement : c'est ce qu'exprime la place tenue par la troisième variable « densité apparente » dans la régression multiple.

34D'un point de vue appliqué à la lutte antiérosive, il est clair que l'intervention sur le facteur pente est un point primordial à considérer pour essayer de diminuer et de dissiper l'énergie du ruissellement. Cette énergie est libérée par la fonction de transfert du ruissellement, autrement dit par la circulation de l'eau sur le versant. Néanmoins, étant donné la complexité du milieu montagnard et les limites méthodologiques des parcelles de mesures, l'importance du facteur sol semble quelque peu occultée, alors qu'il s'agit d'un compartiment majeur de l'agrosystème, qui joue à la fois le rôle essentiel de support des cultures et celui d'indicateur direct des manifestations de l'érosion. Le recours à la simulation de pluies a donc constitué une étape complémentaire d'observation pour préciser cet aspect.

Notes

1 L'érosion est exprimée en tonnes par hectare (t ha-1) par an. À la suite d'une pluie érosive, le bac de sédimentation contient un certain volume d'eau ruisselée. Les particules de sol les plus lourdes sont déposées sur le fond du bac, et les plus légères continuent de flotter en suspension dans l'eau. On mesure d'abord le volume d'eau ruisselée en vidant progressivement le bac et on prend une série d'échantillons afin d'évaluer le poids des sédiments en suspension. Une fois le bac vidé, on peut peser les sédiments déposés sur le fond.

2 Un aspect d'ordre métrologique mérite d'être précisé. L'IM 30 constituant la référence standard, on ne cherche pas forcément à utiliser des appareils plus précis permettant d'apprécier des intervalles de temps inférieurs à 30 minutes. En Équateur, nous avons pu avoir accès à des pluviographes de rotation journalière ou mensuelle dont l'échelle de temps plus étalée, de l'ordre de 16 mm h-1, a permis un découpage plus précis des enregistrements pluviographiques. Il a ainsi été possible de dégager l'IM 15. Avec davantage de temps et des objectifs de recherche moins finalisés, il aurait été envisageable de la même façon de faire ressortir l'influence d'intensités encore inférieures comme l'IM 5.

3 A la suite des travaux des chercheurs américains , nous avions tenté d'apprécier les valeurs de l'IM 30 pour évaluer la sensibilité des milieux de la Sierra à l'agressivité des pluies. Roose (1981) a établi pour l'Afrique de l'Ouest une relation simple entre l'indice d'agressivité annuel moyen et la hauteur moyenne annuelle de la pluie. Par ce procédé, une relation significative a été obtenue, qui s'appuie sur les données de 24 postes pluviographiques. Les valeurs correspondantes ont permis de tracer sur la carte 16 des isolignes illustrant les variations de l'IM 30 (De Noni et Nouvelot, 1983 ; De Noni et al., 1985, 1986 a).

© IRD Éditions, 2001

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