KEY WORDS Mapping, soil degradation and vulnerability ; Spatial remote sensing ; Geographic Information System.

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EWASH & TI Journal, 2020 Volume 4 Issue 3, Page 442-450

Environmental and Water Sciences, Public Health & Territorial Intelligence Env.Wat. Sci. pub. H. Ter. Int. J.

ISSN Electronic Edition : 2509 - 1069

Acces on line : http://revues.imist.ma/?journal=ewash-ti/

M. AOURAGH & A. HAISSOUNE 442

Section : Environmental and Water Sciences Publication type : Full Paper

Mapping of soil degradation and vulnerability in the Noun Syed watershed by water erosion : What impacts of climate change:

Remote sensing and GIS approach

Cartographie de la dégradation et de la vulnérabilité des sols dans le bassin versant de l’oued Syed par l’érosion hydrique : Quels impacts du changement climatique : Approche par télédétection et SIG

Received 24 Aug. 2020 Accepted 11 Sep. 2020 On line 30 Sep. 2020

MBARK AOURAGH

¹

& ALI HAISSOUNE

¹

(1) Equipe de recherche : Gestion des Ressources, Développement et Géomatiques Faculté des Lettres et des Sciences Humaines / Université IBNOU ZOHR

Agadir, Maroc

E-mail : m.aouragh@uiz.ac.ma ; haissoune.ali@gmail.com

KEY WORDS

Mapping, soil degradation and vulnerability ; Spatial remote sensing ; Geographic Information System.

Abstract The Seyad watershed is located in the South of Morocco; it is a structured basin in pleated Bani, crowned by the quartzitic bars of the Ordovician and the limestone plateau of the Akhsass. The study area has an arid climate and presents the characteristics of Mediterranean desert landscapes vulnerable to soil degradation processes.

The objective of this study is to characterize the vulnerability of the soil, to quantify and map, in support of spatial remote sensing, the intensity of the risk of water erosion and the regressive soil dynamics following climate change.

The approach followed is based on the use of remote sensing and GIS data to map, assess and analyse the major factors involved in the erosive process (precipitation, vegetation cover, soil erosion, topography and anti-erosive practices) and their integration into the revised universal soil loss equation. The results obtained from field studies show the high susceptibility to the risk of water erosion in recent years.

MOTS CLES

Cartographie, dégradation et vulnérabilité des sols, Télédétection spatiale, Système d’information géographique.

Résumé Le bassin versant de l’oued Seyad se situe au Sud du Maroc, c’est un bassin structuré en Bani plissé, couronné par les barres quartzitiques de l’Ordovicien et le plateau calcaire des Akhsass. La zone d’étude, a un climat aride et présente les caractéristiques des paysages méditerranéens désertiques vulnérables aux processus de dégradation des sols.

L’objectif de cette étude est de caractériser la vulnérabilité du sol, de quantifier et de cartographier, à l’appui de la télédétection spatiale, l’intensité de l’aléa de l’érosion hydrique et la dynamique régressive des sols suite aux changements climatiques.

La démarche suivie repose sur l’exploitation des données de la télédétection et des

SIG en vue de cartographier, évaluer et analyser les facteurs majeurs intervenant

dans le processus érosif (précipitations, couvert végétal, érodibilité des sols,

topographie et pratiques antiérosives) et leur intégration dans l’équation

universelle révisée des pertes en sols. Les résultats obtenus via les études faites sur

le terrain montrent la forte susceptibilité au risque d’érosion hydrique pendent ces

dernières années.

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1. Introduction

L’érosion hydrique est un processus qui emporte et redistribue le sol. Dans certains endroits, l'érosion transporte les matériaux jusqu'aux cours d'eau et aux lacs et aussi à des retenues des barrages ce qui provoque un disfonctionnement dû à l’envasement.

Dans ce travail on a procédé à l'estimation des taux de l'érosion hydrique dans le bassin versant de l’oued Seyad en adoptant le modèle empirique d'évaluation des pertes en sol de Wischmeier modifié par [1]

Présentation de la zone d’étude Situation géographique

Le bassin versant de l’oued Seyad est situé en grande partie dans la province de Guelmim au SW du Maroc dans la zone présaharienne entres les altitudes 32° et 32°45’N et les longitudes 10° et 10° 55’ W (Cf. Fig. 1). Il prend naissance en plateau des Akhsass au nord, et il est dominé par des reliefs appalachiens (crêtes quartzitiques avec des dépressions topographiques nommées Foums) pour le reste du bassin [2], La superficie est de l’ordre de 2233 Km² jusqu’au barrage de Fask.

Fig. 1 : Situation géographique du bassin Source : Travail personnel

Hypsométrie et pendage

Les altitudes du bassin y varient entre 367 m et 1446 m.

L’analyse de la répartition des tranches d’altitude montre que l’altitude moyenne est de 879 m (Cf. Fig.2).

Les altitudes élevées sont marquées au nord du bassin et au niveau des formations quartzitiques du Bani.

Autrement, les faibles altitudes sont observées dans les zones de dépressions et les plaines.

Fig. 2 : Répartition hypsométrique du bassin Source : Travail personnel

Les pentes aussi ont une même répartition que les altitudes, elles varient entre 0 et 56° avec une moyenne est de 10,48° (Cf. Fig. 3).

Fig. 3 : Répartition des pentes du bassin de l’oued Seyad Source : Travail personnel

Géologie

De point de vue géologique le bassin de Seyad est divisé en deux grandes unités [2] :

- Des formations carbonatées et schisteuses au Sud du bassin qui appartient au plateau calcaire des Akhsass ; - Des formations de grès schisteux et de quartzites qui appartiennent au Bani plissé.

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Fig. 4 : Géologie du bassin de l’oued Seyad Source : [2]

Pédologie

La répartition des types de sols dans ce bassin est comme suit :

- Des sols squelettiques sur des roches paléozoïques dans la grande partie du bassin.

- Des sols bruns et rouges à l’amont du bassin, et des sols roux et bruns sableux à l’aval du bassin.

Fig. 5 : Carte pédologique du bassin de l’Oued Seyad Source : [3]

Hydrologie

Le réseau hydrographique du bassin versant de l’oued Seyad est essentiellement dense en amont et se développe le long des fissures et la zone d`altération superficielle.

La vallée du Seyad est dominée : au Nord par le plateau calcaire des Akhsass, qui alimente les deux affluents principaux : Oued Ifrane et Oued Klemt.

Les apports en eau annuels moyens sont estimés à 22 Mm 3 [2].

Fig. 6 : Réseau hydrographique du bassin de l’oued Seyad

Source : Travail personnel

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Climat

La zone d’étude est caractérisée par une aridité sévère, en raison de la rareté des précipitations, et cela du à la présence de la chaîne anti-atlasique faisant obstacle aux perturbations pluvieuses en provenance de l’ouest et du nord [4].

Les vents sont très fréquents provoquant des accumulations sableuses de différentes formes.

La pluviométrie est très faible et irrégulière, la saison des pluies va du mi-octobre jusqu’à fin février. Elle est caractérisée par une précipitation sous forme de fortes averses, concentrées durant quelques jours par mois, avec une moyenne interannuelle de 100 mm. La saison sèche comporte fréquemment une série de 4 à 5 mois consécutifs sans précipitations, parfois 6 mois, exceptionnellement 7 à 8 mois. La répartition spatiale des précipitations est marquée, par une diminution dans le sens Ouest-Est Le graphique de la figure, ci-après, montre la variation de la pluviométrie moyenne annuelle au niveau de la station pluviométrique de Taghjijt.

Fig. 7 : Pluviométrie annuelle de la station de Taghjijt Source : [5]

2. Matériel et méthodes

Pendant ce travail on a utilisé l’équation universelle des pertes en terre (Universal Soil Loss Equation ou USLE) pour déterminer le taux annuel moyen d’érosion hydrique, en fonction des précipitations, du type de sol, de la topographie, de la couverture végétale et des pratiques de gestion antiérosifs.

L’USLE prévoit uniquement l’importance des pertes en terre qui résultent des érosions en nappe ou en rigoles sur une pente simple, sans tenir compte des pertes en terre supplémentaires qui peuvent être attribuables aux autres formes d’érosion associées au ravinement, au vent ou au travail du sol.

La figure ci-dessous montre la méthodologie adoptée et les différentes données utilisées pour calculer les cinq facteurs nécessaires :

A = R x K x LS x C x P (1) A: les pertes en terre annuelles moyennes ; R : le facteur d’érosivité des pluies ; K : le facteur d’érodibilité du sol ;

LS : le facteur de longueur et d’inclinaison de la pente ; C : facteur de végétation ;

P : facteur de pratique de conservation de sol [6].

Fig. 8 : Etapes de cartographie de l’érosion hydrique par le modèle USLE.

2.1. Le facteur C

La valeur du facteur C dépend de la nature de la

végétation et du pourcentage du couvert végétal.

Ce dernier peut être estimé par l’écart normalisé de l’indice de végétation (NDVI).

Afin d’estimer les valeurs de ce facteur dans la zone d’étude, on a utilisé la régression entre deux valeurs extrêmes de NDVI. Ces valeurs sont tirées du diagramme expérimental représenté dans la figure 9 [7].

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Fig. 9 : Régression linaire entre le facteur C et NDVI Source : Travail personnel

Fig. 10 : Diagramme expérimental montre la relation entre le facteur C et NDVI

Source : [5]

La carte du facteur « C » est générée en utilisant

l’équation de régression trouvée à l’aide du module

« Spatial analysis » d’Arcgis :

2.2. Facteur R

R, l'indice d'érosivité des pluies est égal à E. l'énergie cinétique des pluies, que multiplie I30 (l'intensité maximale des pluies durant 30 minutes exprimée en cm par heure).

Dans notre cas, on a basé sur la formule d’Oliveira [8], on raison qu’elle donne des résultats fiables dans le climat semi-aride :

R=3.76×((Mx^2)/P)+42.77 (2)

Mx : précipitations mensuelles ;

P: précipitations annuelles.

Pour élaborer la carte de l’indice R du bassin versant de l’oued Seyad et vue au manque de stations pluviométriques bien réparties à l’intérieur de la surface du bassin. Il est donc difficile d’estimer la répartition spatiale du facteur R à partir des données d’une seule station pluviométrique.

Afin de palier à cette situation, nous avons pris en considération la relation existante entre les précipitations annuelles et l’altitude afin d’estimer les précipitations dans les parties où les stations sont inexistantes. En effet, si on considère toutes les stations pluviométriques existantes dans le grand bassin de Guelmim, une corrélation favorable existe entre les précipitations annuelles (P) et l’altitude (Z) (avec un indice de corrélation R²= 0,65).

2.3. Facteur LS

Le facteur topographique LS tient compte à la fois de la longueur (en m) et de l'inclinaison de la pente S (en %) [9].

Il a été calculé directement sous le logiciel ArcGIS à partir du MNT, de la carte des classes de pentes (en degré) et la carte de la direction des flux selon la formule trouvée par MITASOVA [10] :

Pour notre cas on a travaillé par une carte MNT avec une résolution de 30 m, alors la formule devient :

2.4. Facteur P

P est un facteur qui tient compte des pratiques purement antiérosives comme par exemple le labour en courbe de niveau ou le buttage, ou le billonnage en courbe de niveau. Il varie entre 1 sur un sol nu sans aucun aménagement antiérosif à 1/10ème environ, lorsque sur une pente faible, en pratiquant le billonnage cloisonné [11].

**Facteur C= -0,4292 *NDVI +0,4383 (3)**

Dans notre cas on a lui donnée une valeur de P=1 puisque ce bassin ne connaît aucun aménagement antiérosif.

2.5. Facteur K

L'érodibilité des sols (K) est varié en fonction de la matière organique, de la texture des sols, de la perméabilité et de la structure du profil. Il varie de 0,7 pour les sols les plus fragiles à 0,01 sur les sols les plus stables.

K = (2,1 M 1,4. 10-4 (12 - a) + 3,25 (b - 2) + 2,5 (c - 3))/100 (4) Où :

K : facteur d’érodibilité ;

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a : pourcentage de matière organique ;

b : le code de structure ; c : la classe de perméabilité ; M : (% sable fin + % limon) (100 - % argile) [12].

Le facteur K a été déterminé selon la carte pédologique et les analyses de sol (Cf. Table 1).

Tab. 1 : Valeurs du facteur K calculé pour les sols du bassin de l’oued Seyad

Type de sol Valeur de K

Sols brunes et rouges 0,16

Sols squelettiques pierreux 0,18

Sols sableux et pierreux 0,25

Sols bruns sableux 0,46

3. Résultats et Discussion

La superposition des cartes d’indice ont permis d’élaborer les cartes des pertes en sol (Cf. Fig. 18 et 19), qui montrent que l’érosion est faible dans la quasi-totalité du bassin, excepté le nord du bassin sur le plateau calcaire des Akhsass et sur les flancs du Bani. En effet, les zones les plus vulnérables à l’érosion sont celles qui se caractérisent par des pentes fortes et des hautes altitudes, le tableau suivant illustre les résultats obtenus pendant deux années différentes avec un écart type de 19 ans :

Tab. 2 : Tranches des pertes en sol pendant les années 1998 et 2017

Les pertes moyennes varient de 1,15 t/ha/an en 1998 à 1,08 t/ha/an en 2017. En comparant les moyennes pendant les deux années, on remarque que l’érosion hydrique a baissé en 2017 qu’en 1998, cela est du généralement à la diminution du taux des précipitations liées aux changements climatiques.

D’autres ressources naturelles sont impactées par ces changements, telle que la végétation. L’analyse des deux cartes d’occupation du sol et le sujet d’une comparaison qui montre une disparition de 0,39 % de la végétation clairsemée (Cf. Table 3). Apparemment la végétation dense et moyennement dense reste constante durant ces 19 ans, ceci est dû à la nature des plantes connues par leur résistance aux conditions climatiques sévères (arganier, palmier dattier et olivier).

Par contre, la végétation clairsemée est moins résistante face à ces conditions exprimées par une rareté des précipitations pendant les dernières décennies.

Tab. 3 : Variations de la végétation du bassin de l’oued Seyad entre 1998 et 2017

L’analyse des résultats (CF. Fig. 11) montre que presque 80 % du bassin a une valeur d’indice de pente LS inférieure à 10 équivalent à un faible potentiel d’érosion, 20 % du bassin montre une valeur moyenne de LS supérieure à 10 et donc subit une forte érosion potentielle due essentiellement à l’effet combiné de la pente et de sa longueur.

Fig. 11 : Diagramme des tranches de LS du bassin de l’oued Seyad.

Pour comprendre quel est le facteur le plus important qui influence sur l’érosion hydrique dans le bassin de l’oued Seyad, deux matrices de corrélation ont été élaborées à partir des cartes de cinq facteurs de l’équation de Wischmeier. Les résultats sont présentés dans les tableaux suivants :

Occupation du sol % en 1998 % en 2017

Eau 0,21 0,21

Sol nu 97,69 98,08

Végétation clairsemée 1,18 0,79

Végétation moyennement dense

0,59 0,59

Végétation dense 0,33 0,33

²Pertes en sol t/ha/an % en 1998 % en 2017

0 - 1 68.82 69.87

1 - 2 8.61 8.62

2 - 3 6.01 5.96

3 - 4 4.31 4.21

4 - 5 3.13 2.99

5 - 8 4.90 4.80

8 - 10 1.62 1.42

10 - 20 1.77 1.78

>20 0.41 0.34

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Tab. 4 : Matrice de corrélation 1998

A K LS R C

A 1 0,18616 0,45364 0,19699 0,02447 K 0,18616 1 0,01563 0,22472 0,14268 LS 0,45364 0,01563 1 0,11681 0,03127 R 0,19699 0,22472 0,11681 1 0,35829 C 0,02447 0,14268 0,03127 0,35829 1 Source : Travail personnel

Tab. 5 : Matrice de corrélation 2017

A K LS R C

A 1 0,18587 0,57045 0,19765 0,00404 K 0,18587 1 0,01404 0,22485 0,11267 LS ^0,57045 ^0,01404 ¹ ^0,11479 ^0,04637 R ^0,19765 ^0,22485 ^0,11479 ¹ ^0,37444 C ^0,00404 ^0,11267 ^0,04637 ^0,37444 ¹ Source : Travail personnel

A partir de cette corrélation, on déduit que le facteur qui est bien corrélé avec l’érosion en nappe c’est le facteur LS. Alors que la topographie reste le paramètre qui influence de plus sur l’érosion dans ce bassin.

Le facteur topographique reste l’un des plus importants facteurs de l’équation universelle qui influence sur la répartition spatiale des pertes en sol à notre bassin. Donc, pour toute intervention de la lutte contre l’érosion, il faut cibler les zones les plus vulnérables, en adaptant des méthodes qui corrigent les pentes, tel que le reboisement et les ouvrages de correction des pentes.

Même que la corrélation entre le facteur R et l’érosion est faible R²= 0,19, on a vu que les précipitations ont une influence directe sur la végétation clairsemée qui est moins résistante au changement climatique à court terme, ce qui est marqué par une diminution de 0,39%.

3.2. Présentation des cartes

Fig. 12 : Carte de facteur C de 1998 Source : Travail personnel

Fig. 13 : Carte de facteur C de 2017 Source : Travail personnel

Fig. 14 : Carte de facteur R de 1998 Source : Travail personnel

Fig. 15 : Carte de facteur R de 2017 Source : Travail personnel

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Fig. 16 : Carte de facteur LS Source : Travail personnel

Fig. 17 : Carte de facteur K Source : Travail personnel

Fig. 18 : Carte des pertes en sol de l'année 1998 Source : Travail personnel

Fig. 19 : Carte des pertes en sol de l'année 2017 Source : Travail personnel

4. Conclusion

La méthode de USLE montre qu’au niveau du bassin de l’oued Seyad l’érosion en nappe est proche à 1 t/ha, an.

Bien que la validité des pertes en sols soit sujettent à une discussion, la méthode apporte une aide importante aux décideurs et aux aménageurs pour simuler des scénarios d’évolution de la zone d’étude et planifier les interventions de lutte contre l’érosion surtout dans les endroits les plus vulnérables. Elle permet aussi de suivre l’impact de l’utilisation des sols et des aménagements.

Malgré les efforts fournis pour l’amélioration de l’applicabilité du facteur agressivité des pluies (R) dans des zones ayant connues un manque de données précises sur les précipitations, il reste très approximatif à cause de la grande variabilité des équations utilisées.

Contribution des auteurs

Ce travail est réalisé par ALI HAISSOUNE, doctorant à la faculté des lettres et des sciences humaines, Université IBN ZOHR - Agadir, sous l’encadrement de professeur MBARK AOURAGH.

Remerciement

Notre gratitude s’adresse à tous ceux qui nous ont aidés de près ou de loin dans l’élaboration de ce travail.

Références Bibliographiques

[1] R. Kalman, Ruissellement et érosion en nappe (Expérimentation au simulateur de pluie).

Recherche Forestière au Maroc 12, P. 117.

Rabat, 1970.

[2] R. DIJON, Reconnaissance hydrogéologique et

ressources en eau du bassin des Oueds Seyad -

Ouarg-Noun, 1966.

(9)

[3] I. Haidara, M. Tahri, M. Maanan, M. Hakdaoui., Efficiency of Fuzzy Analytic Hierarchy Process to detect soil erosion vulnerability, Geoderma, 2019.

[4] M. Agoussine, Contribution à l’étude hyrdrogéologique de la pleine de Guelmim (modélisation et gestion des ressources en eau souterraine, thèse 3 ème cycle.Université des sciences semlalia Marrakech, 1993.

[5] Agence du bassin hydraulique du Souss Massa Daraa, Etude d’actualisation du plan directeur d’amenagement intégré des ressources en eau (PDAIRE) du bassin hydraulique du Guelmim, 2010.

[6] Wischmeir & Smith, Universal Soil Loss Estimating Equation to Guide Conservation Farm Planning, 1960.

[7] I. Gitas , K. Douros, C. Minakou, G. Silleos, C.

Karydas, Multi-temporal soil erosion risk assessment in Chalkidiki using a modified usle raster model EARSeL eProceedings 8, 1/2009. pp 40-53, 2009.

[8] Jr.R.C.Oliveira & B.F Medina, A erosividade das chuvas em Manaus (AM). Rev. Bras. Cienc. Solo 14, 235–239, 1990.

[9] H. Zhang, Q.inke Yang, R. Lic, Q. Liu, D. Moore, P.

He Coen, J.Ritsema, Violette Geissen, Extension of a GIS procedure for calculating the RUSLE equation LS factor, Computers & Geosciences, 2013.

[10] A. RAISSOUNI, L. KHALI ISSA, R. MOUSSADEK, R.

MRABET, A. EL ARRIM, Érosion hydrique et transferts des matières vers les zones côtières méditerranéennes. Cas du bassin de l'oued Khmiss (Rif nord occidental. Maroc), Conférence Méditerranéenne Côtière et Maritime, EDITION 2, TANGER, MAROC, pp. 379 - 384, 2011.

[11] A. El Garouani, H. Chen, L. Lewis, A. Tribak, M. Abhrour, Cartographie de l’utilisation du sol

et de l’érosion nette à partir d’images satellitaires et du SIG Idrisi au Nord-Est du Maroc, Télédétection, Editions des Archives Contemporaines / Editions scientifiques GB / Gordon and Breach Scientific Publishers, pp.