MODELE LISEM _ PARCELLE TEMOIN
Modèle : OPEN LISEM version 1.99
Le modèle Open LISEM (Limburg Soil Erosion Model) version 1.99 a été utilisé, développé par l'ITC « Faculty of Geo Information Science and Earth Observation » de l’Université de Twente (Pays Bas). Ce modèle à base physique basé sur l’évènement décrit, au sein de bassins versants de quelques hectares à quelques kilomètres carrés l’ensemble des s processus hydrologiques et hydrauliques au pixel de 5 x 5 m².
Ce modèle intègre les effets des pratiques agricoles sur les processus physiques en jeu. Il a fait l’objet, en collaboration avec l’INRA, d'une adaptation aux contextes agricoles du nord de la France. Le modèle permet d’analyser les changements effectués au niveau des pratiques culturales, l’introduction d’aménagements d’hydraulique douce, et de calculer le gain par rapport à la situation antérieure.
Principe & Base de données
Le modèle LISEM reproduit les mécanismes physiques en jeux lors des évènements de ruissellement (de l’infiltration aux écoulements), en tenant compte des effets des pratiques agricoles sur ces mécanismes, en interaction avec le sol (texture) et le relief. La parcelle témoin est représentative des parcelles en mi versant, avec une pente moyenne de 3%, une longueur de 260 ml. Ce profil est reporté sur 50 m de large, donnant ainsi une parcelle test de 1,3 ha.
Les pluies de projet retenues sont obtenues à partir ajustement d’un pluviogramme d’un enregistrement au pas de la minute d’un épisode pluvieux réel :
• une pluie de retour 2 mois : 6 mm en 1h,
• une pluie de retour 4 mois : 9 mm en 1h,
• une pluie de retour 9 mois : 13 mm en 1h,
• une pluie de retour 2 ans : 22 mm en 1h,
• une pluie de retour 5 ans : 26 mm en 1h, Les caractéristiques suivantes sont prises en compte :
• la pente locale
• la direction des écoulements
• la texture des sols : limon argileux
• les occupations du sol standards pour 2 saisons : o hiver : interculture, blé ou colza, labour,
o printemps : blé, pomme de terre, betterave sucrière.
NB :
1. le sol pour le blé de printemps est supposé fissuré avec une forte infiltrabilité. En cas de pluviométrie saturant préalablement le sol, voire valeur « blé d’hiver » pour le blé de printemps,
2. le sol pour la situation hivernale est supposé préalablement saturé, cas favorable au ruissellement.
Les aménagements d’hydraulique douce testés sont :
• bande enherbée en bas de parcelle,
• haie en limite aval de parcelle.
Les paramètres des aménagements d’hydraulique douce retenus sont :
• haie :
o conductivité à saturation (Ksat) de 50 mm (idem prairie), o rugosité de surface RR 2 fois supérieure à un bois,
o rugosité de frottement (Manning’s n) de 1,25 fois celle d’une praire,
• bande enherbée : idem prairie.
Lame d’eau ruisselée
La lame d’eau ruisselée, exprimée en L/s, croît fortement avec l’augmentation de l’intensité pluvieuse. Cette lame d’eau, nulle pour des pluies de faible intensité, atteint un maximum de 12 L/s (blé de printemps) à 133 L/s (betterave), sans aménagement d’hydraulique douce.
Les aménagements d’hydraulique douce ont tous un impact significatif sur le ruissellement. Le taux de réduction est d’autant plus fort que le ruissellement intercepté est faible. En situation à forte pluie (à l’origine des désordres aval), avec une occupation du sol en betterave sucrière, le taux de réduction est de :
• 16% avec une haie,
• 32% avec une bande enherbée de 15 mètres de large.
Exportation de sédiments
Les simulations donnent une exportation de sédiments estimée à près de 1,7 tonne / ha avec une occupation du sol en betterave sucrière pour une forte pluie, tandis qu’elle est nulle pour le blé.
L’impact des aménagements d’hydraulique douce est de (exprimé en taux de réduction de l’exportation des sédiments par rapport à la situation sans aménagements) :
• 99% pour une bande enherbée de 15 mètre de large,
• 92 % pour une haie.
Ces valeurs sont cohérentes par rapport aux essais réalisés par l’AREAS présentés ci-dessous (source « Fascines
& Haies, pour réduire les effets du ruissellement érosif, caractérisation de l’efficacité et conditions d’utilisation », avril 2012, AREAS, auteurs Jean François OUVRY et al.).
Il faut cependant rappeler que ces essais et simulations sont en conditions optimales :
• écoulements en lame d’eau sans concentration préférentiels,
• implantation des aménagements d’hydraulique douce parfaite, avec une très forte densité végétale,
• concernant uniquement la granulométrie de limon grossier à sable.
En situation réelle de terrain, une efficacité moindre est attendue, avec un taux de réduction de l’ordre de :
• 50% pour les limons grossiers et les sables,
• 0% pour les argiles.
Synthèse des simulations de la parcelle test sous Open LISEM
Descript.
Saison Parc.
Occup.
Pluie 6 9 13 22 26 6 9 13 22 26
Catchment area (ha) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
Total rainfall (mm) 13.1 22.6 26.2 8.9 13.1 22.6 26.2
Total discharge (mm) 0.0 0.4 0.9 0.0 0.7 7.1 10.2
Total interception (mm) 1.4 1.7 1.7 0.0 0.0 0.0 0.0
Total House interception (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total infiltration (mm) 11.7 20.5 23.5 8.8 12.3 15.4 15.9
Surface storage (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Water in runoff + channel (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total discharge (m3) 0.0 5.4 11.7 0.0 9.7 92.1 133.2
Peak discharge (l/s) 0.0 6.0 10.9 0.2 13.1 83.4 120.1
Peak time rainfall (min) 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1
Peak time discharge (min) 135.0 143.0 142.8 136.3 138.0 142.2 140.8
Discharge/Rainfall (%) 0.0 1.8 3.4 0.0 5.7 31.4 39.2
Flood volume (max level) (m3) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Flood area (max level) (m2) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Splash detachment (land) (ton) 1.5 2.4 2.6 2.5 3.3 4.3 4.4
Flow detachment (land) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 11.1 18.2
Deposition (land) (ton) -1.4 -2.4 -2.6 -2.4 -4.5 -14.4 -20.3
Suspended Sediment (land) (ton) 0.1 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0
Flow detachment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Deposition (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (buffers) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total soil loss (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 2.2
Average soil loss (kg/ha) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 742.1 1720.2
Descript.
Saison Parc.
Occup.
Pluie 6 9 13 22 26 6 9 13 22 26
Catchment area (ha) 1.3 1.3 1.3 1.3
Total rainfall (mm) 26.2 13.1 22.6 26.2
Total discharge (mm) 0.0 0.0 4.3 6.9
Total interception (mm) 1.7 0.1 0.1 0.1
Total House interception (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0
Total infiltration (mm) 24.4 12.9 18.1 19.1
Surface storage (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0
Water in runoff + channel (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0
Total discharge (m3) 0.0 0.0 55.7 90.2
Peak discharge (l/s) 0.1 0.0 58.9 96.1
Peak time rainfall (min) 132.1 132.1 132.1 132.1
Peak time discharge (min) 143.8 100.0 147.0 144.7
Discharge/Rainfall (%) 0.0 0.0 19.0 26.5
Flood volume (max level) (m3) 0.0 0.0 0.0 0.0
Flood area (max level) (m2) 0.0 0.0 0.0 0.0
Splash detachment (land) (ton) 2.6 3.2 4.1 4.3
Flow detachment (land) (ton) 0.0 1.2 9.8 15.6
Deposition (land) (ton) -2.6 -4.3 -13.9 -19.9
Suspended Sediment (land) (ton) 0.0 0.1 0.0 0.0
Flow detachment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0
Deposition (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (buffers) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0
Total soil loss (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0
Average soil loss (kg/ha) 0.0 0.0 2.7 14.0
Descript.
Saison Parc.
Occup.
Pluie 6 9 13 22 26 6 9 13 22 26
Catchment area (ha) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
Total rainfall (mm) 13.1 22.6 26.2 8.9 13.1 22.6 26.2
Total discharge (mm) 0.0 0.0 0.3 0.0 0.2 5.6 8.6
Total interception (mm) 1.4 1.7 1.7 0.1 0.1 0.1 0.1
Total House interception (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total infiltration (mm) 11.7 20.9 24.2 8.8 12.8 16.8 17.4
Surface storage (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Water in runoff + channel (mm) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total discharge (m3) 0.0 0.3 3.7 0.0 2.9 73.1 111.7
Peak discharge (l/s) 0.0 2.8 3.0 0.0 9.1 66.1 102.7
Peak time rainfall (min) 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1 132.1
Peak time discharge (min) 100.0 132.3 149.3 100.0 135.0 146.3 144.2
Discharge/Rainfall (%) 0.0 0.1 1.1 0.0 1.7 24.9 32.8
Flood volume (max level) (m3) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Flood area (max level) (m2) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Splash detachment (land) (ton) 1.5 2.4 2.6 2.4 3.3 4.2 4.4
Flow detachment (land) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 10.3 16.7
Deposition (land) (ton) -1.4 -2.4 -2.6 -2.3 -4.4 -14.5 -20.9
Suspended Sediment (land) (ton) 0.1 0.0 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0
Flow detachment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Deposition (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (channels) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Susp. Sediment (buffers) (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total soil loss (ton) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1
Average soil loss (kg/ha) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 18.6 80.3
Betterave
300 500
Blé haieprintemps
Betterave
300 500
Blé
bande enherbée dense de 15 ml printemps
Betterave
300 500
Blé
sans aménagment printemps
EXEMPLES RESULTATS SIMULATION POUR BETTERAVE
Betterave, pluie 9 mm, sans aménagement d’hydraulique douce
Betterave, pluie 13 mm, sans aménagement d’hydraulique douce
Betterave, pluie 22 mm, sans aménagement d’hydraulique douce
Betterave, pluie 26 mm, sans aménagement d’hydraulique douce
Betterave, pluie 9 mm, avec haie
Betterave, pluie 13 mm, avec haie
Betterave, pluie 22 mm, avec haie
Betterave, pluie 23 mm, avec haie
