Facteurs Flashcards
Facteurs de l’érosion hydrique ?
- Pluie : intensité, durée, énergie cinétique
- Sol : Résistance au détachement, Capacité d’infiltration
- Topographie : pente, longueur, morphologie
- Couverture du sol : couverture végétale, densité racinaire, rugosité hydraulique
- Travail du sol
Principaux facteurs de la pluie ?
–La capacité de la pluie à provoquer du ruissellement : intensité, durée (pluviométrie totale)
–La capacité de la pluie à détacher des particules élémentaires ou des micro-agrégats : énergie cinétique
Erositivité ?
Erosivité: exprime la capacité de la pluie à provoquer de l’érosion :
–par le détachement lors de l’impact des gouttes de pluie
–par la genèse du ruissellement
Energie cinétique de la pluie dépend de :
L’érosivité dépend donc entre autres de l’énergie cinétique de la pluie. Celle-ci est fonction :
1.de la distribution de la masse m(diamètre) des gouttes
2.de la vitesse v de chute des gouttes, elle-même fonction de la masse et de la hauteur de chute
3.du cumul pluviométrique
1+2 = énergie cinétique par unité de lame d’eau tombée
Distribution de la taille des gouttes en fonction de la pluviométrie ?
Distribution plus large si intensit élevée
Moyenne plus élevée si intensité plus élevée
Méthodes de mesure de la taille des gouttes ?
–Bain d’huile
–Bac de farine
–Papier buvard
–Disdromètre à laser : intensité, quantité, taille des gouttes (φ> 0.2 mm)
Vitesse de chute selon le diamètre ?
Vitesse de chute augmente selon le diamètre
Vitesse terminale après environ 10 m
Quantifier l’énergie cinétique de la pluie ?
- En pratique, il est très fastidieux / couteux de quantifier l’énergie cinétique de la pluie
*L’énergie cinétique (Ec; J m-2mm-1) peut s’estimer sur base de l’intensité de la pluie (I; mm/h) grâce à différentes relations empiriques, du type :
Ec= a + b * log(I)
Ec= Ecmax(1 –aexp(-bI))
Avec Ecmax, a et b, des paramètres empiriques, qui varient d’un lieu à un autre
E = SOMME(Ecin * I * dT)
par tranche de 15 min
Principaux facteurs du sol ?
–Résistance mécanique (détachement)
–Capacité d’infiltration (ruissellement)
–(Stockage superficiel d’eau : voir ‘pratiques culturales’)
Erodibilité ?
L’ «érodibilité» du sol exprime la sensibilité du sol à l’érosion, c’est-à-dire sa sensibilité au détachement et au ruissellement
Facteurs de la résistance au détachement ?
- Deux propriétés sont fortement corrélées avec le détachement :
–la stabilité structurale(«aggregatestability»)
–la cohésiondu sol («cohesion»). - Ces deux propriétés ne sont pas indépendantes, mais se mesurent avec des méthodes différentes.
Sabilité structurale :
–mesure de la capacité des agrégats à résister à la fragmentation sous l’effet de forces externes : impact de gouttes de pluie, ‘slaking’, dispersion physico-chimique, …).
–déterminée à partir d’agrégats
–caractérise le détachement au cours de
l’érosion diffuse(interrill)
Cohésion se mesure par, se détermine sur, et est corrélée avec :
Cohésion:
–mesure la capacité d’une surface à résister à des forces de cisaillement : ruissellement.
–se détermine sur des surfaces de sol cohésives (p.ex., sol encrouté, sol compacté, …)
–fortement corrélée au détachement au cours de l’érosion par ruissellement concentré.
Eléments déterminant la stabilité structurale et la cohésion ?
La stabilité structurale et la cohésion entre les particules sont conditionnées par :
–Texture : sable < limon < argile
–Minéralogie des argiles : kaolinite > … > smectite
–Composition de la solution du sol (voir chap.5)
–Liants
* inorganiques : (Oxy-)hydroxydes ou formes amorphes de fer, d’aluminium; Carbonates; Silice, …
* organiques : polysaccharides, humus, radicelles, hyphes, …
Types de liants organiques ?
Liants transitoires: polysaccharides,…
*Produit lors de la décomposition bactérienne de matières organiques fraîches
*Facilement biodégradés
*Contribuent très efficacement à la stabilisation des agrégats, mais pendant un temps court : quelques semaines.
Liants temporaires: radicelles, hyphes,…
*Contribuent efficacement à la stabilisation des agrégats par un effet mécanique direct : enrobage d’agrégats.
*‘Durée de vie’ : quelques mois
Liants persistants: matière organique humifiée(« complexe argilo-humique »)
*Représente l’essentiel (50 à 98%) de la M.O. totale
*Dégradation lente (minéralisation ~ 2%/an)
*À quantité égale, nettement moins efficace dans la stabilisation des agrégats que les liants transitoires
Résistance au détachement du sol :
En conclusion :
–Il y a peu ou pas de cohésion entre les particules de sable ou de limons (agrégats fragiles, particules facilement arrachées).
–Dans le cas des argiles, la stabilité structurale / cohésion dépendent du type d’argile (minéralogie) et de la solution du sol (concentration/composition).
–La M.O. accroît la cohésion / stabilité structurale : l’effet dépend du type de M.O. et de la nature du sol.
*Le détachement a un impact sur l’érosion, mais aussi sur l’infiltration via la battance !
Le ruissellement (principal agent du transport de sédiments) apparaît lorsque:
–intensité de la pluie > capacité d’infiltration du sol
et
–le stockage superficiel en eau est dépassé.
Calcul du ruissellement ?
Roff= Pluie -Interception -Stockage -Infiltration
Calcul d’infiltration ?
J = K dH/L
J = flux d’infiltration
K= conductivité hydraulique
dH = différence des hauteurs piézométrique
L = taille de l’échantillon
Facteur principal de l’infiltration
- Le taux d’infiltration final dépend principalement de la conductivité hydraulique à saturation (Ks) du sol
- La conductivité hydraulique à saturation dépend de la distribution de la taille des pores, et donc de la texture, la structure (en particulier la présence de macropores)
Taux d’infiltration selon texture ?
- Sable : 100 -200 mm / h
- Limon : 10 -50 mm / h
- Argile : (0) -10 mm / h, mais très dépendant de la présence de macropores (diamètre > 100 μm) !
L’infiltration est sensible à :
L’infiltration est largement conditionnée par la conductivité hydraulique de la couche superficielle du sol
*Elle est donc sensible à :
–croûte de battance ou croûte superficielle (surface seal/ surface crust)
–compaction superficielle (p.ex., traces de roues)
–semelle de labour (plowsole)
–pratiques culturales
–…
Effets d’une croute superficielle ?
–destruction des agrégats en surface et réorganisation des particules sous l’effet de l’impact des gouttes de pluie, de l’humectation et du ruissellement
–de quelques millimètres à quelques centimètres d’épaisseur
–réduction de la porosité, mais surtout de la macroporosité
Définition, conséquences et types de compaction ?
*Compaction: Augmentation de la densité apparente du sol sous l’effet d’une pression mécanique
*La compaction se traduit par :
–une réduction de la porosité
–une forte réduction dans la proportion de macropores
*On distingue la **compaction de surface ** (passages de roues des engins agricoles) et de profondeur (semelle de labour)
Influence du gradient de pente ?
Le gradient de pente influence essentiellement:
–la vitesse d’écoulement
–l’**infiltration **: effet complexe
Influence de la longueur de la pente ?
La longueur de la pente influence essentiellement :
–le volume d’eau de ruissellement
–possibilité de réinfiltration de l’eau de ruissellement sur des sols hétérogènes
Influence de la forme de la pente ?
La forme de la pente
–Convexe : érosion maximale
–Concave : érosion -dépôt
–Relief complexe : concentration du ruissellement
Exemples et effets de la couverture du sol ?
Exemples de couverture du sol :
–végétation naturelle ou cultivée
–litière
–résidus de récolte,
–paillage (‘mulching’)
La couverture du sol joue un rôle primordial dans le contrôle de l’érosion
–en réduisant la désagrégation (détachement),
–en réduisant la formation des croûtes superficielles
–en freinant le ruissellement par augmentation de la rugosité du sol
–en fixant le sol (litière, racines de plantes)
Relation taux d’érosion et couverture du sol ?
Taux d’érosion diminue de manière convexe quand la couverture augemente
Equation de Manning ?
Relation hauteur – vitesse (Eq. De Manning, régime permanent):
Avec :
v = rad(S0) / n * h^(m+1)
v = vitesse du ruissellement (m/s),
h = hauteur d’eau (m)
S0 la pente (m/m)
n = coeff. de rugosité de Manning
m est un paramètre qui dépend du type d’écoulement.
Risque de végétation trop haute ?
Une végétation trop haute peut néanmoins causer de l’érosion par la formation de grosses gouttes (4-5 mm) avec des vitesses de chute relativement élevées
Facteurs influencés par le travail du sol ?
Le type de travail du sol a une forte influence sur :
–la capacité d’infiltration (entre autres, les macropores),
–le taux de couverture du sol par les résidus (labour ou non-labour)
–la sensibilité du sol à la battance (effet sur la M.O.),
–le stockage superficiel
–la rugosité hydraulique (Manning)
–…
Définition valeurs et unités du stockage superficiel ?
- Rétention d’eau dans les dépressions formées par la rugosité du sol et le microrelief.
- Exprimée en mm d’eau
- Varie de 0…5 mm; décroît lorsque la pente croît.
