VIII. PREDICTION DES PERTES DE TERRE PAR EROSION EN NAPPE ET EN GRIFFE

par

H.M.J. Arnoldus 1/

Division de la mise en valeur des terres et des eaux FAO - Rome

1. INTRODUCTION

L'équation universelle de perte de terre (U.S.L.E.) est à l'heure actuelle le modèle mathématique le plus couramment employé pour prédire les pertes dues à l'érosion de surface. Aux Etats-Unis, en particulier, le Service de la conservation des sols (SCS) a adopté l'équation pour ses recherches sur l'érosion parcellaire. Depuis de nombreuses années, l'équation mise au point en 1957 par Wuschmeier et ses collaborateurs (Voir à ce propos les références 1, 3, 6, 8, 9, 10, 11 ) a été utilisée sur les terres agricoles, sur les terrains à bâtir depuis 1971 et aussi, depuis 1972, sur les terrains forestiers, et pastoraux.

Remarque: L'U.S.L.E. ayant été mise au point aux Etats-Unis après analyses statistiques d'érosions mesurées sur parcelles expérimentales, les corrélations sont très bonnes pour les conditions de l'Amérique du nord. La prudence est recommandée quand on l'utilisera hors des Etats-Unis, car certaines relations ne sont pas toujours applicables à des environnements différents. Par exemple, l'index pluie (R) a une corrélation étroite avec les pertes de terre à Java, mais faible avec celles du Bénin. Les équations devront donc être adaptées aux conditions locales, particulièrement en ce qui concerne l'importance de l'index pluie (R) et l'indice culture (C) qu'il faudra vérifier. D'autre part, bien que l'U.S.L.E. soit un modèle relativement simple de situation statique, il nécessite une documentation assez complexe, surtout de nouveau en ce qui concerne la pluviosité (enregistrements quotidiens au pluviographe pendant un certain nombre d'années), le couvert végétal et, à un degré moindre, les conditions du sol, Faute de pouvoir disposer de ce jeu de données, il est conseillé de ne pas utiliser l'U.S.L.E., mais des techniques visuelles plus simples, comme par exemple celles décrites par Dunne dans cette série. (Volume 1, Chapitre VI).

Mais, à supposer même qu'on dispose d'une documentation suffisante, une certaine prudence est recommandée, car, sur les pentes de plus de 200 ou de longueur supérieure à 150 mètres, les expériences ont été limitées.

1/ Spécialiste de la Conservation des sols.

Cette étude est basée principalement, sauf indication contraire, sur le Manuel de Wischmeier et Smith, Agriculture Handbook No 282 (11).

Exemple: On trouvera au paragraphe 3.5. un exemple d'application de l'U.S.L.E. à la planification d'un bassin versant.

2. DESCRIPTION DE L'EQUATION ET EVALUATION DES FACTEURS

2.1 Equation de base

L'équation fondamentale est simple et s'écrit:

A = R K L S C P .............................................. 1/ où

A: représente une perte de terre calculée par unité de surface, que l'on obtient en multipliant les facteurs du second terme.

R: est l'indice de pluie, ou nombre d'unités d'indice d'érosion (EI) pendant la période considérée. L'indice d'érosion caractérise l'agressivité d'une pluie particulière, mesurée par sa force érosive, ou énergie cinétique,

K: l'indice sol, ou facteur d'érodabilité: c'est le taux d'érosion, par unité EI, d'un sol spécifique sur une jachère continuellement travaillée, à 9% de pente et longue de 22,1 m (72,6 pieds),

L: l'indice longueur de pente: c'est le rapport des pertes en terre d'un champ, de longueur donnée, à celles d'un champ de 22,1 m, de même inclinaison et conditions de sol,

S: l'indice inclinaison de la pente: c'est le rapport des pertes en terre d'un champ, d'une inclinaison donnée, à celles d'un champ à pente de 9%, de mêmes longueurs et conditions de sol,

C: l'indice culture: c'est le rapport des pertes en terre d'un champ, caractérisé par son mode de culture et son exploitation, à celles de la jachère continuellement travaillée sur laquelle le facteur K a été évalué,

P: l'indice conservation de l'eau et du sol (indice C.E.S. en français): c'est le rapport des pertes de terre d'un champ sur lequel on applique des pratiques de conservation (culture en courbe de niveau, en bandes alternées, en banquettes, etc.) à celles d'un champ cultivé selon la ligne de plus grande pente et en sillons droits.

1/ Evaluation des facteurs: l'U.S.L.E. a été établi à l'origine dans le système p.f.s. (pound-foot-second), tandis que, dans la présentation qui en est faite ici, le système métrique sera employé partout.

2.2 Index pluie R

L'index pluie (R) est l'indice d'érosion (6) de Wischmeier: EI₃₀, c'est-à-dire l'énergie cinétique totale d'une pluie, multipliée (9) fois par son intensité maximum en 30 minutes (I₃₀) et divisée par 100.

Pour calculer l'énergie cinétique totale d'une pluie, celle-ci est découpée en tranches d'intensité égale (approximativement). Dans chaque tranche, l'énergie cinétique unitaire est caractérisée par la formule:

E = 210,2 + 89 log I (Joules/m² par centimètre de pluie) /2/

E = l'énergie cinétique en Joules/m² par centimètre de pluie,

I = l'intensité moyenne de la pluie dans la tranche de temps considérée (en centimètre par heure).

Cette énergie cinétique est fournie par des tables. Celle établie dans le système métrique figure plus loin en 1 (Attention: la formule /2/ et la table 1 s'appliquent seulement à des pluies directes et non orographiques).

Pour obtenir l'énergie cinétique totale d'une averse, l'énergie cinétique unitaire de chaque tranche est multipliée par les centimètres de précipitation pendant cette période. Puis, on additionne ces produits.

La valeur (R) s'obtient en multipliant l'énergie cinétique totale par deux fois 1/ l'intensité maximum moyenne pendant 30 minutes (I₃₀) et en divisant par 100. L'intensité maximum moyenne en 30 minutes se lit sur les enregistrements du pluviographe (Fig. 1).

Pour nouvoir évaluer l'indice pluie (R) sur une période plus longue, il faut additionner les indices-RI de chaque averse (ou orage). Aux Etats-Unis, du moins à l'est des Montagnes Rocheuses, on dispose d'assez de données enregistrées pour calculer les valeurs-R annuelles moyennes, ce qui permet d'établir une carte d'iso-érosivité (Fig. 2). De même, pour les zones ayant la même répartition d'indices d'érosion sur l'année, on peut établir des courbes de distribution des indices d'érosion (Fig. 3). Ces courbes sont très utiles pour pouvoir pleinement apprécier l'effet de protection fourni par les cultures tout au long de l'année.

1/ L'intensité en 30 minutes est multipliée par deux de manière à convertir l'intensité/1/2 heure en intensité/heure.

TABLE I. ENERGIE CINETIQUE D'UNE PLUIE NON OROGRAPHIQUE

1ère Partie: en joules/m² par centimètre de pluie

TABLE I. 2ème Partie

Figure 1. Sur la courbe du pluviographe, on a isole la tranche de 30 Minutes où la précipitation la plus importante a été enregistrée, dont la valeur (en mm) se lit sur l'axe des ordonnées. L'intensité I₃₀ se traduit en oentimètres par 0,5 heure (D'après Hudson (2)).

Figure 2. Partie orientale de la carte d'iso-érosivité des Etats-Unis, à l'est des Montagnes Rocheuses, montrant les valeurs moyennes annuelles de l'indice pluie (R) (en unités p.f.s.). D'après Wischmeier et Smith (11), Fig. 1, pages 6-7.

Une bonne corrélation a été signalée (7) entre la moyenne par, an des indices-EI₃₀ et le produit de la pré ipitation annuelle multipliée par la quantité de pluie tombée en 1 heure, avec une période de récurrence de 2 ans, et par la quantité de pluie tombée en 24 heures avec période de récurrence également de 2 ans. Soit l'expression:

EI₃₀ = f (P x I₁ 2 ans x I₂₄ 2 ans) ............./3/,    où

P = la précipitation annuelle

I₁ ^{2 ans}= la quantité de pluie tombée en 1 heure, avec période de récurrence de 2 ans,

I₂₄ ^{2 ans} = la quantité de pluie tombée en 24 heures, avec période de récurrence de 2 ans.

Les équations de régresssion doivent être calculées séparément pour chaque région étudiée. On peut se servir de ces relations pour approcher les valeurs de EI₃₀ dans les stations qui n'ont pas de pluviographes enregistreurs automatiques (7).

D'après Hudson (2), l'indice EI₃₀ d'érosion s'adapte moins bien aux régions dont la plus grande part de la pluviométrie est constituée de très fortes précipitations. Pour ces régions (tropicales ou sub-tropicales), il propose l'indice KE >25. Dans ce système, on écarte toute pluie d'intensité inférieure à 25 mm/heure. Pour le reste, l'énergie cinétique est calculée conformément à /2/, ou bien est lue sur le Tableau 1. L'énergie cinétique totale est égale à la valeur de l'indice KE>25: autrement dit, elle n'est pas multipliée par l'Intensité en 30 minutes (I₃₀).

Figure 3. Courbe de distribution de l'indice d'érosion pour la partie du Texas indiquée dans l'insert. D'après Wischmeier et Smith (11), Fig. 9, courbe 10, p. 22.

2.3 Facteur d'érodabilité du sol: K

On peut évaluer ce facteur K sur des parcelles expérimentales, en résolvant l'équation:

K= A/RISCP .................... /4/, en conditions non normales, ou

K = A/R ........................... /5/, en conditions normales 1/.

Plus récemment, une abaque a été calculée (9) qui permet d'évaluer K d'après cinq paramètres simples: (i) le pourcentage de limon + sable très fin, (ii) le pourcentage de sable, (iii) le pourcentage de matière organique, (iv) la structure du sol, (v) sa perméabilité. Les paramètres sont introduits dans l'abaque de la Figure 4 dans cet ordre. Pour les évaluations de l'érodabilité du sol, le" pourcentage de limon + sable très fin" est défini comme ayant des particules de 0,002 à 0,10 mm et le "pourcentage sable" des particules de 0,10 à 2,0 mm.

Quant à la structure 2/, son-système de codification est le suivant:

1 = granulaire très fin et grumeleux très fin (< 1 mm)

2 = granulaire fin et grumeleux fin (1 à 2 mm)

3 = granulaire moyen, grumeleux moyen (2 à 5 mm) et granulaire grossier (5 à 10 mm)

4 = lamellaire, prismatique, colomnaire, polyédrique et granulaire très grossier.

Les valeurs suivantes: pourcentage de limon + sable très fin, pourcentage de sable, pourcentage de matière organique, structure, sont les valeurs moyennes pour les couches supérieures jusqu'à 15 - 20 centimètres. La valeur de la perméabilité se réfère au profil tout entier. Sa codification est la suivante 3/:

1 = rapide à très rapide

2 = modérément rapide

3 = modérée

4 = modérément lente

5 = lente

6 = très lente

1/ Les conditions "normales" sont celles définies au paragraphe 2.1: inclinaison de la pente = 9%, longueur de la pente = 22,1 m (72,6 pieds), jachère continuellement travaillée, labours dans le sens de la plus grande pente. Dans ces conditions "normales", L=S=C=P=1.

2/ et 3/ La classification que nous donnons ici est légèrement différente de celle de Wischmeier (9): elle est extraite de l'USDA Soil Survey Manual (5), pages 225-230 pour 2/ et 167-168 Pour 3/.

Les guides de classification générale de perméabilité sont donnés dans le Soil Survey Manual de l'USDA (5), pages 167-168; mais, selon Wischmeier et al, il est rarement nécessaire d'avoir recours à sa détermination en laboratoire. Ces auteurs complètent les principes généraux par les règles empiriques suivantes pour les codes 4, 5 et 6:

La méthode d'utilisation de l'abaque (Fig.. 4) pour évaluer le facteur K (indice sol) est la suivante:

1) Prendre à gauche sur l'axe des ordonnées le chiffre approprié de pourcentage de limon + sable très fin (0,002 mm - 0,10 mm).

2) Tracer de ce point l'horizontale jusqu'à intersection de la courbe correcte la plus voisine du pourcentage de sable (0,10 mm - 2,0 mm).

3) De ce point, tracer la verticale jusqu'à intersection avec la courbe correcte de pourcentage matière organique OM

4) Prendre de ce point l'horizontale sur la première échelle de droite.

5) Pour les sols à structure granulaire fine ou finement grumeleuse et à perméabilité modérée, la valeur de K se lit directement sur l'échelle de lère approximation de K, à droite dans la première partie de l'abaque (seulement dans le système métrique).

6) Pour tous les autres sols: continuer horizontalement sur la droite jusqu'à intersection avec la courbe correcte de structure.

7) Prendre la verticale jusqu'à intersection avec la courbe correcte de perméabilité.

Figure 4. Abaque de l'érodabilité du sol. Voir le texte pour la méthode à suivre et la codification. La lére approximation du facteur "K", indice d'érodabilité du soi, est exprimée seulement en unités du système métrique; le résultat final (abaque de droite) est exprimé dans les deux systèmes (le pfs entre parenthèses). D'après Wischmeier et al (9), Fig. 1, P. 190.

8) De ce point, tracer l'horizontale sur la gauche (2ème partie de l'abaque), où l'on lira sur l'échelle la valeur de K, facteur d'érodabilité du sol.

A l'expérience, l'utilisation de cette abaque aux Etats-Unis a conduit aux recommandations complémentaires suivantes:

1) Pour les sols à teneur en matière organique supérieure à 4 pour cent, ne pas extrapoler: utiliser la courbe des 4%.

2) Les valeurs de K extraites de l'abaque vont de 0,03 à 1,10. Pour des raisons pratiques, il suffit de prendre les catégories classées de K, à savoir (en système métrique): 0,13; 0,19; 0,22; 0,26; 0,31; 0,36; 0,41; 0,48; 0,56; 0,63; 0,71; 0,83.

3) Les valeurs de K devront être ajustées en cas de présence de fragments grossiers. Pour les sols qui ont une teneur élevée en fragments grossiers (graveleux, pierreux, schisteux, à rognons de silex, à galets ou à plaque rocheuse) 1/, les valeurs de K sont réduites à une ou deux classes; pour les sols à teneur très élevée en fragments grossiers, les valeurs de K sont réduites à deux ou trois classes.

2.4 Facteurs L et S de longueur et d'inclinaison de pente

La longueur de pente est définie comme "la distance depuis le point d'origine du ruissellement de surface jusqu'à l'un des points suivants, selon que la majeure partie de la zone étudiée est limitée par l'un ou l'autre: M le point où la pente diminue et où commence la sédimentation; ou (ii) le point où le ruissellement pénètre dans un chenal bien défini, qui peut être soit un élément de réseau de drainage, soit un ouvrage de diversion".

Le facteur L de longueur de pente est défini par:

L = ( / 22,1) ^m .................. /6/, où

=  la longueur de la pente du champ en mètres,

m. = un exposant, déterminé par l'interaction de la longueur de la pente avec son inclinaison, éventuellement aussi par les propriétés du sol, le type de végétation, etc.

La valeur de l'exposant varie de 0,3 pour de très longues pentes avec un gradient intérieur à 0,5%, à 0,6 pour des pentes de plus de 10%. La valeur moyenne, qui s'applique à la plupart des cas, est 0,5: c'est celle qui a été utilisée pour le graphique d'effet de pente de la Figure 6. Ce graphique donne la lecture d'une valeur de L pour l'effet combiné de la longueur et de l'inclinaison de la pente. Le diagramme de la Figure 5 est utilisé dans les cas où les valeurs de l'exposant m autres que 0,5 sont plus appropriées. Le chiffre traduit la longueur de la pente du champ, pour les pentes où l'exposant m a des valeurs égales à 0,3, 0,4 et 0,6, en équivalents de longueur de pente à exposant m = 0,5.

1/ Pour les définitions anglaises, voir le Soil Survey Manual de l'USDA (5), pages 215 et 216.

Le facteur d'inclinaison (ou de gradient) S de pente est défini par la relation:

S = 0,43 + 0,303 + 0,043 / 6,613 s² ........................ /7/ où

S = le gradient de la pente (en %)

L'effet combiné de longueur et d'inclinaison de pente se lit sur le diagramme de la Figure 6, ou bien peut être calculé par la formule:

LS = Ö  (0,0138 + 0,00965s + 0,00138s²) ................. /8/

pour les pentes jusqu'à 20% et 350 mètres de long. Pour les pentes de 10 à 50% et jusqu'à 800 mètres, la Figure 7 donne une approximation grossière, qui a été calculée d'après la formule:

Remarque: La formule 9 et la Figure 7 n'ont pas été suffisamment testées pour assurer la fiabilité de la prédiction.

Pour la Figure 6 comme pour la formule /8/, chaque fois que l'exposant m est différent de 0,5, la longueur de pente doit être remplacée par son équivalent (Cf. diagramme de la Figure 5 ).

Les équations /6/, /7/, /8/ et /9/ s'appliquent seulement à des pentes uniformes à un seul type de sol, ou à un seul type de couverture végétale, sur toute leur longueur.

Si des changements importants interviennent dans a) le gradient de la mente, b) la forme de la pente (convexe, rectiligne, concave), c) le type de sol, ou d) la couverture végétale, des corrections sont nécessaires (8).

Selon la plus ou moins grande complexité de la situation, deux méthodes permettent d'arriver aux valeurs moyennes appropriées pour la pente tout entière. Les procédures ci-dessous tiennent compte seulement d'un changement d'inclinaison de la pente. Toutefois, on peut s'en servir également pour évaluer les changements de type de sol ou de couvert, comme nous le montrerons à la fin de ce chapitre.

Figure 5. Longueurs équivalentes de pente à utiliser Pour le graphique d'effet inclinaisonlongueur quand la valeur de l'exposant correspondant (m) n'est pas 0,5. (D'après Wischmeier et Smith (II), Figure 3, page 9). A noter que, dans le texte aussi, est la longueur de la pente, c'est-à-dire la longueur réelle sur le terrain.

Figure 6. Diagramme de l'effet inclinaison-longueur de pente, montrant l'effet d'une longueur et d'une inclinaison S. (D'après Wichsmeier et Smith (II), Figure 2, page 8).

Figure 7. Graphique de l'effet inclinaison-longueur de pente, pour des longueurs et des inclinaisons supérieures à celles de la Figure 6. Extrapolé au-delà de la portée des données réelles: à n'utiliser que pour des estimations conjecturales. (D'après SCS(3)), Figure 3, page 127.

Procédures

Les ajustements seront assez faciles, si les deux Postulats suivants sont acceptables: (i) le changement de pente n'est pas suffisant pour provoquer en amont des dépôts, (ii) la pente irrégulière peut être divisée en un petit nombre de segments de longueur égale.

La procédure d'ajustement, si ces deux postulats sont vérifiés, S'établit comme suit (8):

1) Diviser la pente en segments d'égale longueur et déterminer la valeur du facteur d'inclinaison (S), conformément à l'équation  /7/ pour chaque segment.

2) Multiplier la valeur de (S) obtenue par la valeur du facteur (L) de longueur de pente, conformément à l'équation /6/, en utilisant la longueur totale de la pente.

3) Multiplier chacune des valeurs obtenues (LS) par un coefficient d'ajustement a. On en trouvera la valeur dans le Tableau 2 pour les pentes à exposant m = 0,5. Sinon, calculer a de la façon suivante:

               /10/

où

a = un coefficient d'ajustement,

j = le numéro du segment de pente dans la séquence, compté du sommet vers le bas,

m = l'exposant de longueur de pente,

n = le nombre total de segments d'égale longueur

4) Faire la moyenne des valeurs ajustées(LS) pour obtenir la valeur effective de (LS) pour la pente tout entière.

Tableau 2. Coefficient d'ajustement a des valeurs de LS, données par le graphique, pour les segments successifs d'une pente dont l'exposant m d'inclinaison-longueur est égal à 0,5.

(Cette table a été publiée pour la première fois dans Wischmeier (8), page 181).

S'il n'est pas possible de diviser la pente en segments d'égale longueur, il faut employer une autre technique:

1) Déterminer la valeur du terme u. Pour les pentes à exposant de longueur de pente m = 0,5, la valeur de u est donnée par l'abaque de Forster et Wischmeier (1), que l'on trouvera représentée en Figure 8. Pour les pentes à exposant m = 0,5, la valeur de u peut être calculée par la formule:

u = S (m + 1) /22,1^m ............................. /11/

où

u = le terme défini par l'équation

S = la valeur du facteur d'inclinaison de la pente (calculée conformément à l'équation /7/),

= la longueur de la pente en mètres,

m = l'exposant d'effet inclinaison-longueur de la pente.

Au moyen de l'abaque (1) de la Figure 8:

a) prendre sur l'axe des abscisses la valeur de (j - 1)      1/

b) de ce point, remonter jusqu'à la courbe de pourcentage de pente correspondant au segment j

c) lire la valeur de u_lj sur l'échelle des ordonnées

d) prendre sur l'axe des abscisses la valeur de pour obtenir la valeur correspondant à u_2j

2) Calculer la valeur effective de (LS) avec la formule:

  e   ..........................  /12/

où

j = le numéro du segment de pente dans la séquence (du haut vers le bas),

n = le nombre total de segments,

u_lj = la valeur de u pour la limite supérieure du segment j,

u_2j = la valeur de u pour la limite inférieure du segment j,

e = la longueur totale de la pente.

1/ (j-1) est la distance mesurée entre le haut et le bas du segment (j-1) Ainsi: (j=n) =  e.

Figure 8. Abaque du calcul de u = S^1,5 / 22,1^0,5 (ou u = S^1,5 / 72,6^0,5 en unités pfs), où S est l'indice de pente, la distance depuis le haut de la pente jusqu'au bas du dernier segment. (D'après Forster et wichsmeier (I), Figure 2, page 307)

Dans le cas où l'on a utilisé la première technique, si des changements se produisent dans le type de sol et/ou dans le couvert végétal, les valeurs obtenues à l'issue du stade 3 sont multipliées par les valeurs des indices K et/ou C et/ou P, relatives à chaque segment; puis on fait la moyenne des valeurs ajustées pour obtenir finalement la valeur de l'indice correspondant à la totalité de la pente.

Dans le cas où l'on aurait suivi la econde procédure, l'équation /12/ devient:

où

K_j = la valeur de l'indice K pour le segment j,

C_j = la valeur de l'indice C pour le segment j,

P_j = le valeur de l'indice P pour le segment j.

2.5 Indice culture C

Ce facteur caractérise l'effet total de la végétation, des résidus conservés sur le sol, de la surface du sol et du système de culture sur les pertes de terre. Dans la plupart des cas, la valeur de cet indice n'est pas constante toute l'année. Bien que l'indice (C) soit traité dans l'équation comme une variable indépendante, sa valeur "vraie" dépend probablement de tous les autres facteurs. En conséquence, la valeur de (C) doit, dans beaucoup de cas, être déterminée expérimentalement.

Pour les cultures: Les valeurs de (C) devront être établies à chacun des stades suivants, pour toutes les cultures du cycle d'assolement:

période F: jachère brute (des labours d'entre hivernage aux semis);

période 1: semis (de la préparation du sol jusqu'à 1 mois après plantation);

période 2: établissement de la végétation (de 1 à 2 mois après les semis de printemps ou d'été; pour les céréales semées en automne, cette période comprend aussi les mois d'hiver);

période 3: croissance et maturité: depuis la fin de la période 2 jusqu'à la récolte;

période 4: résidus ou chaume.

Remarque: La valeur trouvée pour une période F de la rotation ne peut être extrapolée à aucune autre période de jachère à l'intérieur du cycle: cette valeur est, en effet, influencée par la chronologie culturale du sol, par la nature et la quantité de résidus réenfouis dans le sol, etc.

Pour pouvoir évaluer convenablement le cycle d'une culture, le rapport des pertes en terre (c'est-à-dire, le rapport des pertes en terre du champ, tel qu'il est cultivé et exploité, à celles d'un sol nu) doit être ajusté conformément à la distribution de l'indice d'érosion dans chaque période: car les conditions d'un champ sont indifférentes lorsqu'il ne pleut pas et au contraire fort importantes lorsqu'il pleut beaucoup. C'est pourquoi, le rapport des pertes en terre de chaque période est multiplié par le pourcentage d'indice EI₃₀ applicable à cette période. Ce pourcentage est donné par la courbe de distribution des indices d'érosion (voir Figure 3). Pour la partie des Etats-Unis située à l'est des Montagnes Rocheuses, des tables ont été établies, qui donnent immédiatement les rapports de pertes en terre pour les différentes périodes des rotations habituelles. En combinant ces données avec la courbe appropriée de distribution des indices d'érosion, on peut obtenir la valeur (C) pour n'importe quelle période de la rotation. Le Manuel américain d'agriculture No. 282 (11) donne cette table et les courbes de distribution.

Dans les régions du globe où il n'existe pas de guides qui permettent de déterminer les valeurs de (C) pour les cultures de plein champ, il sera probablement plus facile de faire correspondre le rapport des pertes en terre avec la quantité de matière organique sèche par unité de surface, ou avec le pourcentage de couverture végétale du sol.

Pour les pâturages permanents, les parcours à bétail, les friches et les terrains boisés, des tables ont été publiées (3), qui donnent les valeurs moyennes annuelles de (C). Elles sont reproduites ici comme Tables 3 et 4.

Remarque: Pour application hors des Etats-Unis, ces valeurs devront être adaptées aux conditions locales et testées sur place.

2.6 Indice conservation de l'eau et du sol P

L'effet des mesures de lutte contre l'érosion est assimilable, estimet-on, à une variable indépendante et n'a donc pas à être inclus dans l'indice de culture (C). Les rapports de pertes en terre d'un champ sur lequel on applique des pratiques conservatrices varient selon l'inclinaison de la pente. Les rapports de pertes de terre en fonction des traitements du sol (culture en courbes de niveau ou en bandes alternées de niveau, cultures en banquettes) sont donnés dans le Tableau 5. On y trouvera deux valeurs pour les banquettes: la plus forte définit la perte de terre du champ, la plus basse l'effet sur la sédimentation: la différence représente la terre perdue pour le champ, mais récupérée dans le canal de la banquette.

Tableau 3. Valeurs de "C" pour les pâturages permanents, parcours à bétail et triches a/

a/ Toutes les valeurs exposées ici supposent: (1) une distribution aléatoire du tapis d'humus et résidus, ou de la végétation; (2) un paillis de résidus de profondeur appréciable, là où il existe.

b/ Hauteur de chute moyenne des gouttes de pluie, depuis la frondaison jusqu'au sol (m = mètres).

c/ Portion de la surface totale du sol qui serait masquée à vol d'oiseau par le couvert végétal.

d/ G (en anglais Grass): Le tapis superficiel est composé de graminées ou d'espèces qui leur ressemblent, de matte en décomposition ou de résidus végétaux d'au moins 5 cm d'épaisseur.

W (weeds en anglais).- Couverture superficielle surtout composée de plantes herbacées à tiges ligneuses, avec un petit réseau radiculaire latéral près de la surface, et/ou de résidus végétaux en décomposition.

(Ce Tableau figure comme Tableau 1 dans le SCS (3), page 2).

Tableau 4. Indices culture "CI' pour les terrains boisés

a/ Quand le couvert arboré est inférieur à 20%, la zone sera considérée comme pâturage, ou comme terrain de culture pour l'estimation des pertes de terre (Voir Tableau 3)

b/ La litière forestière est supposée avoir au moins 5 cm d'épaisseur sur le pourcentage de la superficie qui en est recouvert.

c/ Le sous-bois se définit comme arbustes, herbes folles, graminées, plantes grimpantes, etc., sur la superficie non protégée par l'humus forestier. Se rencontre habituellement sous les trouées de la frondaison.

d/ Aménagé: pâturage et incendies contrôlés Non aménagé: les boisements sont surpâturés et sujets à des feux répétés.

e/ Pour les terrains boisés non aménagés, où la couche de litière occupe moins de 20% de la superficie, on obtiendra les valeurs de "CI' en multipliant les valeurs appropriées du Tableau 3 par 0,7. Le facteur 0,7 est un ajustement pour les teneurs beaucoup plus élevées de matière organique sur les boisements permanents.

Ce Tableau figure comme Tableau 2 dans le SCS (3), page 3.

Tableau 5. Indices "P" pour les cultures en courbe de niveau, les bandes alternées de niveau, et les banquettes.

a/ Pour la planification de la lutte contre l'érosion sur les terres agricoles.

b/ Pour prédire la contribution de la charge solide des matériaux charriés hors des champs.

Ce Tableau figure dans le SCS (3), Page 9.

Tableau 6. Guide des valeurs de tolérance des pertes de sol (T) à attribuer à des sols de différentes profondeurs.

a/ sois avec substrat favorable, renouvelable par façons culturales, engrais, matière organique, et autres pratiques.

b/ Sols à substrat défavorable, tel que roche ou même roche tendre, ne pouvant être renouvelés par des moyens économiques.

Ce Tableau figure dans le SCS (4), page 4.

3. APPLICATIONS DU SYSTEME USLE

3.1 Prédiction de perte de terre d'un champ, par an ou par cycle de rotation

Pour prédire les pertes de terre, on évalue la valeur annuelle (ou par cycle de rotation) EI₃₀, la valeur k, la valeur LS, la valeur annuelle (ou par cycle de rotation) C, et la valeur P. Puis on résout l'équation /1/ .

3.2 Prédiction de perte de terre d'un champ, avec périodicité de retour en X années

La technique à suivre est exactement la même que pour la prédiction de perte annuelle moyenne, à cette exception près: au lieu de prendre la valeur annuelle de EI₃₀, on calculera cette valeur EI₃₀ avec une périodicité de retour sur X années.

3.3 Prédiction de perte d'un champ à l'occasion d'une averse particulière

Comme les relations utilisées dans l'USLE représentent des moyennes statistiques, les prédictions de pertes par averses ou orages particuliers sont moins précises. Toutefois, on peut obtenir des estimations valables si l'on connaît la valeur de EI₃₀ pour cette averse particulière et si la valeur de C, dans les conditions réelles du champ pendant cette pluie, peuvent être déterminées.

3.4 Planification de la conservation

Pour planifier la conservation, il faut pouvoir établir la tolérance (T) de perte de sol (c'est-à-dire la perte de sol maximum tolérable). Les directives suivantes sont utilisées aux Etats-Unis (d'après SCS (4)).

La tolérance (T) de perte de sol, parfois appelée perte permissible, représente le taux maximum d'érosion du sol compatible avec le maintien économique et indéfini d'un haut niveau de productivité.

On utilise des valeurs (T) de tolérance comprises entre 2,3 et 11,2. Ces nombres représentent les tonnes de pertes de terre permissibles par hectare et par an, là où l'on cultive des plantes vivrières, fourragères et à fibre. Les valeurs (T) ne sont pas applicables aux terrains à bâtir, ni à aucune autre utilisation non agricole de l'équation d'érosion.

Normalement, on attribue une seule valeur (T) à chaque série de sols. Une seconde valeur peut être donnée à (T), pour certains types de sols où l'érosion a réduit considérablement l'épaisseur utile de la zone radiculaire et par conséquent, a diminué le potentiel de production de végétaux sur une période de temps étendue. Par exemple, les phases érodées des séries de sois peu profonds à modérément profonds, par-dessus un horizon qui limite l'extension des racines, reçoivent habituelleemnt une valeur (T) intérieure d'une classe à la phase non érodée du même sol. Les pédologues et autres spécialistes utilisent les critères suivants pour attribuer les valeurs (T) de tolérance de perte aux séries des sols:

1) La croissance de la plante exige que soit maintenue dans le sol une profondeur suffisante d'enracinement. Pour les sols qui sont peu profonds, par-dessus une roche dure ou tout autre horizon limitant, il importe de retenir le sol qui reste: par conséquent, on ne saurait tolérer beaucoup de perte. La tolérance de perte doit être moindre sur les sols peu profonds au-dessus d'horizons imperméables, que pour ceux de bonne profondeur ou qui disposent de matériaux sous-jacents favorables et renouvelables par les pratiques culturales.

2) Les sols dont la diminution de rendement est importante, lorsque leur manteau a été enlevé par l'érosion, sont dotés de valeurs de tolérance de perte moindres que ceux où l'effet de l'érosion est peu sensible.

Dans l'équation universelle de perte de terre, on a choisi une valeur maximum de 11,2 tonnes de perte par hectare et par an, Ceci, pour les raisons suivantes:

1) Les pertes de sol dépassant 11,2 tonnes/ha/an ont une incidence sur l'entretient le coût et l'efficacité des ouvrages d'aménagement de l'écoulement, tels que les fossés à ciel ouvert, les bassins et autres structures qu'affecte la sédimentation.

2) Une érosion excessive en nappe s'accompagne en beaucoup d'endroits de la formation de ravines, source de difficultés supplémentaires pour les façons culturales et qui ajoutent à la sédimentation dans les fossés, cours d'eau et exutoires,

3) La perte d'éléments fertilisants. L'azote et le phosphore con- tenus dans une tonne de sol a une valeur moyenne d'environ 2 à 3 dollars. Des pertes de nutriments végétaux de plus de $25/ha/an sont considérées comme excessives 1/.

4) on connaît de nombreuses pratiques culturales qui peuvent être utilisées avec succès pour maintenir les pertes de sol au-dessous de 12,5 tonnes par hectare et par an.

On trouvera dans le Tableau 6 le guide correspondant.

Après avoir établi la tolérance de perte de sol, nous pouvons réécrire l'équation /1/ sous la forme suivante:

CP = T/RKLS ......... /12/

En choisissant le système correct de culture et les pratiques conservatrices appropriées, on peut trouver pour, l'effet combiné de C et P une valeur qui satisfasse l'équation /12/ A cet effet, il sera utile de consulter la courbe de distribution des indices d'érosion pour la zone intéressée, afin d'isoler les stades les plus critiques, en ce qui concerne l'agressivité de la pluie, car ce sont précisément ces phases où les améliorations culturales produiront la plus grande réduction de la valeur de (C).

1/ ces valeurs monétaires correspondent à des estimations du dollar des Etats-Unis, valeur 1973.

3.5 Planification de l'aménagement d'un bassin versant pour diminuer l'érosion (exemple)

Nous reproduisons ce paragraphe d'après le SCS (3).

Soit un bassin versant de 243 ha de superficie, dominant un ouvrage projeté pour retarder les crues dans le Fountain County (Indiana). Calculer la perte moyenne annuelle de terre provoquée par l'érosion en nappe dans les conditions présentes et futures, lorsque le traitement recommandé aura été appliqué sur tout le terrain du bassin versant.

Conditions actuelles

A = 321 x 0,48 x 1,4 x 0,43 x 1,0 = 92,8 tonnes/ha/an de perte de terre.

A = 321 x 0,48 x 1,4 x 0,012 = 2,6 tonnes/ha/an de perte de terre

A = 321 x 0,41 x 1,18 x 0,05 = 11,9 tonnes/ha/an de pertes de terre

Conditions futures

A = 321 x 0,48 x 1,4 x 0,119 x 0,3 = 7,7 tonnes/ha/an de perte de terre

A = 321 x 0,48 x 1,4 x 0,003 = 0,65 tonnes/ha/an

A = 321 x 0,41 x 1,8 x 0,003 = 0,71 tonnes/ha/an

Résumé des pertes de terre annuelles

Conditions actuelles

 

Conditions futures

Se rappeler que l'érosion que subit un bassin versant n'est pas directement comparable à la quantité d'atterrissements déposés dans les réservoirs de barrage en aval. La perte de terre annuelle calculée ici correspond à l'érosion brute: la quantité de matériaux ainsi charriés par les cours d'eau dépend du rapport de débit solide (c'est-à-dire du rapport entre le débit solide refoulé dans un réservoir et l'érosion brute). Car, finalement une portion seulement de ces matériaux de charriage est retenue dans un réservoir, selon l'efficacité de retenue du réservoir. L'article de Dunne, dans cette série, évoque brièvement les rapports entre le débit solide refoulé et la capacité de prise de sédiment, en donnant quelques références. On en trouvera aussi un bon résumé dans la Technical Release No, 22 (Géologie), d'août 1964, publiée par l'Engineering Division du Service américain de conservation des sols, intitulée ''Reservoir sedimentation surveys". Une autre bonne référence à signaler: "Design of small dams", 1973, 816 pages U,S, Bureau of Reclamation, U,S, Governing Printing Office - Denver, Federal Centre, Denver, Colorado, U.S.A. 80225 ($12,65).

4. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

1/ La note technique No 51 a été révisée et publiée de nouveau en janvier 1975 sous la dénomination Technical Release No 51 (Rev.).