1.2 Méthodes d’échantillonnage
2.1.2. Géologie et pédologie
Le matériau parental qui sous-tend le bassin de Guaporé est d’origine volcanique. La formation de la Serra Geral (dont les âges s’étendent du Trias supérieur au Crétacé Supérieur (Creer et al., 1965), avec un pic de volcanisme daté entre 133 et 135 Ma (Janasi et al., 2011; Pinto et al., 2011), résulte de l’un des plus importants épisodes volcaniques d’Amérique du Sud. Cette formation s’étend sur toute la partie sud du Brésil (1,2 millions de km²) et elle est constituée de différentes couches de laves dont l’épaisseur peut atteindre 1200 m. Des laves basaltiques alcalines sont observées dans la partie inférieure, alors que la partie supérieure est plutôt caractérisée par des laves basaltiques et andésitiques constituées de rhyolite et de rhyodacite (Baggio et al., 2015).
C’est ainsi que différentes formations affleurent sur le bassin de Guaporé localisé au sud de la formation géologique de la Serra Geral. Le matériau parental qui sous-tend le bassin est essentiellement basaltique. A proximité de la rivière Guaporé, du basalte de la formation basique de Gramado (26%) affleure alors que dans les parties supérieures ce sont des matériaux plus acides (rhyodacite) de la formation de Caxias (72%) qui affleurent. Sur la marge septentrionale du bassin, un affleurement de la formation de Paranapanema est observé (arénite) (2%) (Figure 2.18).
Figure 2.18. Cartes géologique (a) et pédologique (b) du bassin de Guaporé (UFSM).
Les sols développés sur le bassin sont variés, compte tenu des différentes unités géologiques présentes et de la diversité géomorphologique. Cinq types de sols sont rencontrés : Ferralsols (31%), Nitosols (21%), Luvisols (24%), Acrisols (17%) et Leptosols (7%) (Tiecher, 2015). Les Ferralsols et Nitosols sont observés dans la partie amont du bassin, alors que les Leptosols sont observés en aval, où la topographie est plus accentuée. Acrisols et Luvisols sont observés dans la partie centrale du bassin. Ci-dessous sont présentées les principales caractéristiques de ces cinq types de sols (Figure 2.19).
Les Ferralsols se développent essentiellement sur des roches basiques sous l’action de pluies abondantes et sous un climat chaud. Fortement lixiviés, ces sols sont appauvris en cations (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) et en matière organique mais sont riches en kaolinite, fer et aluminium. Caractérisés par de bonnes propriétés physiques (perméabilité…), ces sols sont moins susceptibles d’être érodés que d’autres sols tropicaux, et sont cultivés de manière intensive dans certaines régions du Brésil après application d’engrais du fait de leur faible taux de rétention en azote, en potassium et en phosphore (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2006).
Les Nitisols sont des sols profonds, développés sur des roches basaltiques et caractéristiques des milieux tropicaux. Riches en argiles, drainés et fortement lixiviés, ils restent cependant plus fertiles et productifs que la plupart des sols tropicaux. Peu sensibles à l’érosion, les Nitisols sont couramment utilisés pour y développer une agriculture intensive.
Les Acrisols sont souvent associés aux Ferralsols. Majoritairement développés sur des roches acides, ces sols riches en argiles sont fortement lixiviés et présentent comme les Ferralsols des propriétés chimiques pauvres, avec peu de nutriments. Peu propices à l’agriculture, ils sont souvent recouverts de forêts, comme dans le bassin de Guaporé, ou travaillés pour une agriculture de subsistance. Les Luvisols, quelque peu acides sont, comme les Acrisols, pauvres en argiles dans l’horizon de surface mais riches en argiles dans l’horizon de subsurface. Fertiles, les Luvisols sont propices à l’agriculture mais souvent développés sur des terrains escarpés. La mise en place de pratiques de lutte contre l’érosion est nécessaires pour que l’agriculture y soit possible.
Enfin, les Leptosols, graveleux et pierreux, sont peu profonds, développés sur des roches « dures » et présents sous divers climats. On les retrouve principalement en zone montagneuse ou sur des surfaces tellement érodées que le matériau parental est apparent. Les Leptosols sont ainsi particulièrement sensibles à l’érosion et on y trouve essentiellement des forêts ou des pâturages (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2006; Gardi et al., 2015).
Figure 2.19. Profils des cinq types de sols rencontrés sur le bassin de Guaporé : Ferralsol, Nitisol, Acrisol, Luvisol et Leptosol (Gardi et al., 2015).
L’occupation des sols est hétérogène sur l’ensemble du bassin de Guaporé. Les forêts recouvrent la majeure partie du bassin (58%), le reste étant dédié aux terres arables (31%) ou recouvert par des prairies (10%) (Figure 2.20). La forêt primaire domine les parties les plus pentues du bassin, notamment à proximité directe des rivières. La partie amont du bassin, au relief ondulé, est caractérisée par la culture intensive du soja, du maïs et du blé avec un système de semis-direct. Dans la partie inférieure du bassin, caractérisée par des pentes plus importantes, les exploitations
agricoles sont plus petites et les cultures se concentrent sur la production de tabac et de maïs. On y trouve également des prairies où les agriculteurs pratiquent l’élevage (Figure 2.20).
Figure 2.20. Paysage caractéristique du bassin de Guaporé (a), forêt primaire (b), culture intensive du soja en amont du bassin sur pente douce (c) et culture du tabac dans les parties plus pentues du bassin (d).
2.2 Méthodes d’échantillonnage
Pour étudier les transferts de sédiments et déterminer quelles sont les sources majoritaires de particules, des échantillonnages ont été réalisés entre 2012 et 2014 par l’UFSM (Tiecher, 2015). Une sélection de ces échantillons a été réalisée au cours de cette thèse afin de réaliser un traçage lithologique (87Sr/86Sr et concentrations élémentaires) des sources de particules.
Les sources potentielles de particules ont été échantillonnées sur l’ensemble du bassin de Guaporé. L’échantillonnage s’est effectué selon les différents usages des sols. L’observation de la mobilisation des sédiments lors d’évènements pluvieux sur le bassin de Guaporé a rendu possible l’identification de quatre sources potentielles de particules. Ainsi, des échantillons de sols cultivés (n=48), de prairies (n=13), de routes non-asphaltées (n=9) et de berges (n=14) ont été collectés. Des observations sur le terrain ont montré que les forêts ne constituent pas une source potentielle de sédiments et n’ont donc pas été échantillonnées. L’échantillonnage a été concentré au niveau des zones sensibles à l’érosion et potentiellement connectées aux cours d’eau et de telle sorte que la variabilité lithologique du bassin soit couverte. En effet, ces échantillons sont représentatifs des Ferralsols (n=27), Nitisols (n=14), Acrisols (n=8), Luvisols (n=28) et Leptosols (n=7).
Pour étudier les sources et les transferts de particules, des sédiments ont été collectés grâce à des trappes en quatre points du bassin localisés en amont et en aval de la rivière Guaporé. Les sédiments collectés à l’amont (n=15) sont utilisés pour rendre compte de la signature géochimique
collectés à l’exutoire (n=7) intègrent les apports de particules de l’ensemble du bassin. Sept périodes consécutives de collectes de sédiments (mars 2012 – février 2014) ont été étudiées dans le cadre de cette thèse (Figure 2.21).
Figure 2.21. Hyétogramme et hydrogramme sur la période étudiée (25 mars 2012 au 12 février 2014). Les différentes périodes et durées de collecte de sédiments correspondantes sont indiquées par des doubles flèches.
Chaque site d’échantillonnage est équipé de deux trappes pour récolter suffisamment de matériel pour les analyses. L’eau circule dans le préleveur et les particules s’y déposent par sédimentation. Le matériel accumulé, récolté approximativement tous les trois mois, enregistre les variations saisonnières et spatiales des apports des différentes sources de particules. Les trappes permettent de collecter la fraction fine des particules (<63 µm) considérée comme représentative de l’ensemble des particules transitant dans l’hydrosystème (Figure 2.22).
Parmi les 309 échantillons de sources potentielles collectées par l’UFSM, 75 échantillons ont été sélectionnés sur l’ensemble du bassin de Guaporé (de manière à couvrir différents usages et types de sol). De même, parmi les 150 échantillons de sédiments collectés de l’amont vers l’aval de la rivière Guaporé (141 échantillons lors d’évènements extrêmes, 96 dans le lit de la rivière et 83 dans des trappes), 22 échantillons collectés dans des trappes situées en amont et à l’exutoire du bassin ont été sélectionnés. L’ensemble de ces échantillons a fait l’objet d’analyses géochimiques (isotopie du strontium et concentrations élémentaires), car il ne restait pas suffisamment de matériel disponible pour réaliser des analyses de radionucléides qui nécessitent au moins quelques grammes de matière.
Récapitulatif de l’ensemble des échantillons collectés sur le bassin de Guaporé et utilisés pour des mesures de géochimie
Figure 2.23. Récapitulatif des échantillons collectés sur le bassin versant de Guaporé.
Table 2.3. Récapitulatif des échantillons collectés sur le bassin de Guaporé et des analyses réalisées.
Type d'échantillon Analyses réalisées Informations complémentaires
Sources de particules
Discrimination selon l'usage des sols
Géochimie élémentaire
-
Isotopie du Sr (n=84)
Fraction <63 µm Sols cultivés (n=48), prairies (n=13),
route non-asphaltées (n=9), berges (n=14)
Discrimination selon les types de sols
Ferralsol (n=27), Nitisol (n=14), Acrisol (n=8), Luvisol (n=28), Leptosol (n=7)
Sédiments
Sédiments collectés en amont du bassin (n=15)
Sédiments collectés à l'exutoire du bassin (n=7)
Géochimie élémentaire
-
Isotopie du Sr (n=22)
Sédiments amont collectés en amont et en aval de la confluence du Rio Maraú avec le Rio Guaporé