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Modélisation du risque d’érosion des sols dans le bassin versant de N’Fiss : Utilisation de l’Equation Universelle Révisée des Pertes
en Sols (RUSLE)
Badreddine ENNASSIRI1 & Said MOUAK2
1 Enseignant chercheur en géographie, Faculté des Langues, des Artes et des Sciences Humaines d’Ait Melloul. Equipe de recherche ESEAD.
2Enseignant chercheur en géographie, Faculté des Lettres et des Sciences Humaines - Mohammedia.
Laboratoire: LADES.
Résumé
L'érosion des sols est l'un des problèmes environnementaux les plus graves auxquels la société humaine est confrontée.Ce phénomène évolutif est influencé par l'action de plusieurs facteurs naturels et anthropiques, tels que la topographie accidentée, l’agressivité climatique, le déboisement, le surpâturage et l'exploitation excessive des terresce qui entraine le déclenchement et l'amplification de l’érosion hydrique, contribuant par la suite la dégradation des sols et l’envasement des barrages.
Au Maroc les apparences de ce risque paraient visibles dans l’espace naturel agraire et forestier. Ce phénomène était le sujet de beaucoup d’études suivant plusieurs méthodes et approches scientifiques. Plusieurs modèles mathématiques ont été adoptées comme le modèle empirique de l’équationuniverselle révisée des pertes en sols (RUSLE) (Renard et al, 1997) basé sur le modèle de l’équation universelle des pertes en sols (USLE) (Wischmeieret Smith 1978), pour la quantification de l'érosion hydrique dans les terrains agricoles et forestiers.
L’objectif de cette étude est de modéliser et cartographier le risque d’érosion hydrique dans le bassin versant de N’Fis, en utilisant l’équation universelle révisée des pertes en sols, et faire sortir les différents facteurs contrôlant le phénomène de l’érosion, afin d’avoir une carte de pertes en sols et quantifier le phénomène d’érosion hydrique dans la zone d’étude.
Mots clés : Modélisation, RUSLE, Erosion, Sol, N’Fiss
Abstract
Soil erosion is one of the most environmental risks which affect the societies. The combined of several factors are the origin of this phenomenon. These factors include topography, extreme weather events, deforestation, overgrazing and excessive land use which leads to the triggering and the increase of water erosion, thus reinforcing, among other things, soil degradation and silting of dams.
In Morocco, the impacts of soil erosion are apparent in both agricultural and forest land. This phenomenon has been a subject of several studies based on different scientific methods.
Among the mathematical models developed in this regard, the empirical model of the Revised
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Universal Soil Loss Equation (Renard and al, 1997)which refers to the model of the Universal Soil Loss Equation (USLE)(Wischmeier et Smith 1978), for quantifying water erosion in agricultural and forestry environments.
This study seek to mapping of the risk of soil erosion in the N'Fiss basin, using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). The mains results of this study are the different factors controlling the erosion phenomenon and will lead to detailed mapping and quantification of the erosion risk and soil loss in the study area.
Keywords: Modeling, RUSLE, Erosion, Soil, N’Fiss
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Wischmeier and Smith 1978 (
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1. Introduction.
Dans le centre-Ouest du Maroc, l’Oued N’Fis prend sa source dans le Haut Atlas à une altitude d’environ 2417m. Après un parcours d’un peu plus de 183km vers le Nord, il est limité au Sud par les sommets de la haute chaine atlasique à Aghbar, vers l’Est, il est limité par le sous bassin de Ghiraya, à l’Ouest il se limite par le sous bassin d’Assif Lmal, vers le Nord il se jette dans l’oued Tensift, le principal axe hydrographique du bassin versant de Tensift (Fig 1).
Sur le plan administratif, le bassin versant de N’Fiss relève de la région Marrakech-Safi, province d’Al Haouz, couvrant les cercles d'Amezmiz et de Tahanaout et les communes territoriales Ouzguita, Aghbar, Ighil, Ijoukak, Imgdal, Ouirgane et Talât N’yaacoub, Sidi Zouine ...(Azzioui, Essoussi, 2021).
L’irrégularité climatique, le couvert végétal dégradé, la topographie et les pentes très accidentées, des sols faiblement épais et des substrats souvent imperméables, présentent des facteurs qui confèrent au bassin de N’Fis une sensibilité particulière face aux activités anthropiques (Meliho et al,2016).
Les impacts de certaines activités anthropiques telles que le pâturage, l’agriculture, le défrichement des terres, les aménagements de l’espace pour des fins de logement, conduisent à l’accélération du phénomène d’érosion et à la péjoration du potentiel pédologique.
L’érosion hydrique présente un grand intérêt pour les chercheurs en différents domaines scientifiques comme la pédologie, la géomorphologie et la foresterie. C’est un risque environnemental et agricole majeur (Asfaw, Mulugeta, 2017)qui a pris de l'ampleur à l'échelle mondiale, plus de 20% des terres cultivées, 30% des zones boisées, 10% des prairies(Meliho et al, 2018),et qui varie considérablement en fonction des sols, des saisons, des années et des techniques culturales (Roose et al, 1990).Chaque année, environ 10 millions d'hectares de terres cultivées sont perdues en raison de l'érosion des sols, réduisant ainsi les terres cultivables disponibles pour la production alimentaire (Pimentel, 2006).L'Afrique où se concentre 50% de la population totale touchée par l'érosion dans le monde constitue la zone la plus touchée parce phénomène(Asfaw, Nekam, 2017), et plus particulièrement, l’Afrique subsaharienne avec plus de 20 % des terres dégradées, affectant plus de 65% de la population
; cela entraîne des effets négatifs importants sur la production alimentaire et les moyens d’existence(FAO 2015).
Selon des études de la FAO (1990), la situation continue à se détériorer par l’érosion hydrique. En Grèce 35 % des terres, en Algérie et Tunisie 45 % et en Turquie 50 % avec des pertes de terre de 500 à 600 millions de tonnes/an (Hajji et al, 2019).
Au Maroc, 40% des terres sont affectées par l'érosion hydrique (Chevalier et al, 1995). Elle constitue la principale menace de la dégradation des sols (Ouallali et al, 2016). Les plus grands barrages marocains reçoivent chaque année environ 50 millions de tonnes de sédiments (Merzouki, 1992), ce qui réduit leur capacité de stockage et entraîne une perte annuelle de près de 300 millions de dirhams (HCWFCD 1996).
L’intégration de l’équation universelle révisée des pertes en sol dans un SIG s'est avérée dans de nombreux cas d’études comme une approche efficiente pour estimer l'ampleur de la perte de sol (Meliho et al, 2016) et pour identifier les endroits les plus vulnérables à l'érosion hydrique (Wachal, Banks, 2007).
L’objectif de ce travail est d’intégrer les facteurs de RUSLE dans un système d’informations géographique, afin de modéliser le risque d’érosion hydrique dans le bassin de N’Fiss, tout en mettant en évidence d’une part, les facteurs intervenants dans la genèse de ce risque et le quantifier dans la zone d’étude. D’autre part, le rôle des pratiques de lutte contre l’érosion, en vue de réduire le risque d’érosion dans le bassin de N’Fiss.
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Figure 1 : Situation géographique du bassin versant de N’Fiss.
Source : Model numérique du terrain ALOS World 30 m
2. Méthodologie.
La modélisation du risque d’érosion hydrique par RUSLE, repose sur plusieurs éléments et paramètres naturels et anthropiques, qui contrôlent le fonctionnement du ruissellement dans le bassin de N’Fiss et permettent de déterminer le taux de perte en sol (A) en (t/ha/an) en multipliant les cinq facteurs (Sadiki et al, 2004) comme suivant :
A=R * K * LS * C * P
A cet effet, les données satellitaires (couverture végétale, utilisations et occupations des sols), les données de la lithologie, la morphologie du terrain et les données climatiques seront croisées dans un système d’informations géographique à l’aide du logiciel ArcGIS 10.8(Fig2).
1. Le facteur (R) : Agressivité des précipitations
Le facteur R exprime la capacité des pluies à éroder (Hudson, 1981). L’intensité et l’énergie des pluies sont parmi les facteurs générant des pertes en terres. (Wischmeier et Smith 1978).Afin de déterminer le facteur R, ce travail a adopté la formule de Rango et Arnoldus (Rango et Arnoldus, 1987) :
A= Taux de perte en sol t/ha/an
R = Erosivité des pluies (MJ.mm/ ha.h.an), K = Erodibilité du sol (t.h/ha. MJ.mm),
LS = Facteur topographique (L en m, S en %), C = Le couvert végétal,
P = Activités et pratiques agricoles et projets antiérosifs.
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Log R= 1,74 * Log Σ (Pi²/P) + 1,29
R : Agressivité des pluies ;
P : précipitations annuelles en mm ;
Pi : précipitations mensuelles en mm.
Le calcul du facteur R est basé sur les données pluviométriques mensuelles et annuelles de 6 stations se trouvant dans la région d’étude et couvrant une période de 34 ans. De même, l’interpolation spatiale de R a été effectuée par la méthode IDW en utilisant le logiciel ArcGIS (Childs, 2004).
2. Le facteur (K) : Erodibilité des sols
L’érodibilité est la résistance du sol vis-à-vis de l’érosion. Elle est fonction des constituants et de la structure du sol. La texture est le principal facteur affectant le K, mais la structure, la matière organique et la perméabilité y contribuent également (Stone et Hilborn, 2012).
Pour estimer le facteur K, nous avons utilisé les données de la base de données mondiale harmonisée des sols (HWSD) de la FAO(FAO 2003)C’est une base de données qui comprenne tous les paramètres granulométriques des sols à savoir, le pourcentage du carbone organique, le pH, la capacité de stockage de l'eau, le pourcentage de la salinité, la classe de texture …Les données de la FAO ont été calculés avec l’équation de Williams (1995) (Neitsch, 2000) (Chadili, 2016), comme suivant :
K
USLEf
csandf
clsif
orgcf
hisand Kusle est le facteur d'érodabilité ;
Orgc est le% du Carbone organique ;
Csand : % Sable grossier ;
cl-si : % argile et limon ;
hisand : % Sable
3. Le facteur (LS) : Facteur topographique
Le facteur topographique (LS) est la longueur et l'inclinaison des pentes qui affectent la production et le transport des sédiments dans l’espace. Plus la pente est raide, plus l'eau ruisselée érodera le sol (Elgarouani et al, 2003).Afin de déterminer le facteur LS, ce travail adopte le model numérique de terrain ALOS (Advanced Land Observing Satellite), issu de la plateforme numérique américaine USGS.org.com, caractérisé par une résolution spatiale de 30m.
4. Le facteur (C) : Occupation des sols
Plusieurs recherches ont mis l’accent sur les effets de la couverture végétale sur l'atténuation de l'érosion des sols, montrant que c'est un facteur de première importance dans la réduction de ce risque (Alejandro et Kenji 2007), plus particulièrement, la végétation naturelle qui joue un rôle antiérosif (Belasri, Lakhouili, 2016). Les gouttes de pluie peuvent détacher les particules du sol sur les surfaces non protégées par une couverture végétale et initier leur transport vers les grands cours d’eaux (Neitsch et al 2000).
Afin de déterminer le facteur C, une image satellitaire Landsat Oli du bassin de N’Fiss datée du 24 juillet 2019 est exploitée dans le but de calculer l’indice de végétation par différence normalisé (NDVI). Par la suite, effectuée une classification du couvert végétal existant dans le bassin versant de N’Fiss.
5. Le facteur (P) : Pratiques anti-érosives
Ce facteur concerne les projets et les pratiques culturaux anti-érosifs existant dans le bassin de N’Fiss, comme le labour selon les courbes de niveau, cultures en bandes alternées ou en
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terrasses, le buttage ou le billonnage en courbe de niveau (Payet, Dumas et al, 2011).Ce sont en l'occurrence des pratiques efficaces pour la conservation des sols et pour la réduction de l’intensité du ruissellement et de l’érosion.
La carte du facteur (P) a été établie par l’analyse d’une image prise dans Google Earth Pro caractérisée par une résolution de 0,6 m.
Figure 2 : Outils et méthodologie suivie
3. Résultats et discussion.
1. Facteur (R)
La spatialisation des données pluviométriques enregistrées dans la zone d’étude durant une période de 34 ans, en utilisant la méthode d’interpolation IDW,a permis d’aboutir à une évaluation globale du facteur (R). Les résultats du calcul du facteur R (Fig3) montre que l’érosivité augmente en amont du bassin vers le Sud, et met en évidence un étagement croissant des valeurs avec la topographie.
Les valeurs de (R) varient entre 40 et >52. Pour 55% de la surface du bassin de N’Fiss, ces valeurs de R sont supérieures de 48 avec une superficie de 137 Km2.Les valeurs les plus faibles, sont comprises entre 40 et 48 avec une superficie de121 Km2, constituant la moitié Nord du bassin (Fig3).
Figure 3 : Agressivité des précipitations dans le bassin versant de N’Fiss entre 1975-2017.
42 2. Facteur (K)
Les valeurs du facteur (K) varient entre 0,1 comme valeur faible et 0,8 comme valeur forte (Fig4).La spatialisation de ce facteur montre que les fortes valeurs correspondent aux sols plus érodables (lithosols) dominant dans les versants de l’amont. Tandis que seulement sur l’aval du bassin règnent des sols résistant aux processus d’érosion.
Le calcul du facteur (K) a montré que plus de 52% de la superficie du bassin de N’Fiss possède une érodibilité moyenne à faible (0.1< K <0.4). Ceci explique l’abondance des sols peu évolués dans le Nord du bassin, issus généralement de l’altération des roches facilement érodables.
Figure 4 : Erodibilité des roches dans le bassin versant de N’Fiss.
1. Facteur (Ls)
Le calcul du facteur de l’inclinaison et de la longueur de la pente dans le bassin de N’Fiss (Fig5) montre de fortes valeurs du facteur topographique (LS > 10) avec une concentration maximale vers le sud du bassin sur les versants du Haut-Atlas avec une superficie de 148 Km2. En revanche, sur presque la moitié Nord du bassin, domine une morphologie assez aplatie avec des valeurs LS inférieures à 6 (Fig 5). Les faibles valeurs sont moins sensibles à l’érosion, alors que les fortes valeurs en amont révèlent une plus forte sensibilité à l’érosion.
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Figure 5 : L’inclinaison et la longueur des pentes dans le bassin versant de N’Fiss.
2. Facteur (C)
L’étude montre que la couverture végétale du bassin de N’Fiss est divisée en trois classes, les forêts denses et les matorrals entre 0.01 et 0.1, les cultures irriguées 0.15 et les cultures bourres et les terres nues entre 0.6 et 0.9. Comme on peut observer sur la figure 6, les matorrals dominent sur les versants du Haut- Atlas avec une surface de 28% du bassin de N’Fiss. En revanche les forêts denses se localisent au milieu du bassin, dans les régions Ouirgane, Ouzguita et Amezmiz, constituant 15% de la surface total du bassin. Sur une surface38Km2 dominent les terres nues, ce qui intensifie le ruissèlement et favorise l’érosion hydrique dans le bassin.
Figure 6 : Occupation des sols et valeurs du facteur (C) dans le bassin versant de N’Fiss
44 3. Facteur (P)
Le résultat obtenu a montré que les zones n’ayant bénéficié d’aucune intervention, ont une superficie qui dépasse la moitié de la surface du bassin de N’Fiss avec une surface de 180Km2. Etant donnée cette insuffisance des aménagements antiérosifs dans le bassin, la valeur 1 représente l’absence des interventions et des projets anti-érosifs.
La superposition des cartes des facteurs(P) et (C) a montré que le couvert végétal dense correspond à une opération de reboisement sur les versants du bassin qui avait visé à réduire le ruissèlement à proximité des centres urbains et ruraux de la région. (fig 7)
Figure 7 : Pratiques anti-érosif dans le bassin versant de N’Fiss 4. Taux de pertes en sols (t/ha/an) : (A)
La carte des pertes en sol a été établie en multipliant les différents facteurs de l’équation universelle révisée de perte des sols. Le résultat obtenu (fig 8) montre l’amplitude des pertes en sols dans la zone d’étude ainsi que sa répartition dans le bassin.
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Figure 8 : Taux des pertes en sols (t/ha/an) dans le bassin versant de N’Fiss
Cette étude confirme la grande fragilité des sols sur les versants du Haut-Atlas, constitués essentiellement des régosols, des rendzines et des sols squelettiques d’altitude, dont les valeurs sont supérieures à 10 t/ha/an. En revanche, sur presque la moitié Nord du bassin de N’Fiss dominent de faibles pertes (<4 t/ha/an) dans les forêts plantées et le paysage agraire appartenant à la plaine d’El Haouz avec un pourcentage de 60% de la surface totale, constituée essentiellement par des terres noires (Tchernoziom) et (Isohumiques).
Ce résultat montre l’importance et le rôle primordial que joue le couvert forestier comme solution éliminant le ruissellement et par conséquent l’érosion hydrique.
4. Conclusion
L’objectif de cette étude était de modéliser le risque d’érosion hydrique dans le bassin versant de N’Fiss, en utilisant l’équation universelle révisée des pertes en sols (RUSLE). Une méthode efficace et simple pour quantifier le risque d’érosion hydrique.
En substance, cette étude a constaté que les versants Nord du Haut Atlas vers le sud du bassin présentent une concentration marquée des terres érodées, même si ces versants sont constitués géologiquement par des formations plus ou moins résistantes aux facteurs d’érosion. Cela montre l’importance des pentes dans l’amplification du risque d’érosion. De même, les zones couvertes par une couverture végétale présentent une sorte de résistance relative confirmant ainsi l’importance du couvert végétal en termes de protection anti-érosive.
En aval du bassin de N’Fiss, le paysage repose sur des formations alluviales épaisses du quaternaire, couvertes globalement d’une végétation moins dense et des agricultures irriguées.
Il présente des terres plates avec de faibles pentes. La superposition de ses caractéristiques
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atteste que cette zone est considérée comme étant la zone à faible risque d’érosion, car elle reçoit les sédiments et les formations alluviales en provenance de l’amont du bassin.
L’utilisation de la modélisation par l’équation universelle révisée des pertes en sols (RUSLE) dans le bassin de N’Fiss, démontre son efficacité et ouvre des perspectives de son application à une échelle plus élargie, dans toutes les régions voisines du Haut-Atlas, voire toutes les zones montagneuses de l’espace méditerranéen. 3
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