Erosion et transport solide en suspension

Erosion et transport solide en suspension

Erosion et Transport Solide en Suspension

L’Algérie, caractérisée par un climat semi-aride, est menacée par l’érosion des terres agricoles qui provoque l’augmentation du transport solide et l’envasement croissant des barrages. Ce phénomène constitue un problème majeur au niveau des bassins versants.En effet, la dégradation du milieu a des conséquences très néfastes sur la productivité des terres et sur la qualité des eaux. Malgré les efforts de luttes anti érosives telles que le reboisement et la reforestation de 800000 ha(ceintureverte) et l’aménagement de banquettes (d’absorption ou de diversion) sur 350000 ha cultivés, la dégradation de la végétation et des sols continue.C’est dans ce contexte que nous allons aborder dans ce chapitre une étude synthétique sur le phénomène du transport solide en suspension, permettant de connaitre les processus élémentaires et les facteurs influençant l’érosion hydrique ainsi qu’une estimation du flux de sédiments véhiculés par l’Oued khemis à différentes échelles temporelles.

Généralité

L’érosion c’est le détachement de fragments ou de particules de sol ou de roches de leur emplacement initial par l’eau et par d’autres agents géologiques tels que le vent, les vagues et la glace.Roose (1994) définit l’érosion comme un processus qui concerne l’arrachement, le transport et la sédimentation des particules par l’eau, le vent ou la gravité. Ces mouvements de sol sont des processus discontinus à fortes variations spatio-temporelles.Dans un bassin de n’importe quelle taille, grand ou petit, les particules une fois déplacées par une quelconque des forces d’érosion décrites plus haut peuvent se déposer temporairement n’importe où. Les vallées de montagne, les pentes des talus le long, des collines de piedmont où des hauts plateaux, les plaines de graviers à l’aval des lits plus pentus de montagne, les connes de déjection, les plaines d’inondation et les deltas sont des lieux classiques de dépôt.Il peut se former des dépôts plus localisés à l’intérieur d’un bassin fluvial sur des terres de cultures à l’extrémité d’un champ, à l’aval d’une ravine, dans un bras-mort ou un ancien méandre, sur la rive interne ou convexe dans la courbe d’un cours d’eau ou dans des deltas plus petits à l’amont des lacs ou des retenues.Les deux agents principaux de l’érosion hydrique sont les précipitations et le ruissellement superficiel. Néanmoins d’autres facteurs liés au climat, à la morphologie du site, au couvert végétal et l’état hydrique initial du sol sont à prendre en considération dans la description du phénomène.

Principaux Agents De L’Erosion Hydrique :

Le volume et l’intensité des précipitations jouent tous deux un rôle important dans les processus d’érosion par suite de leur effet dans la dynamique du détachement des particules des sols sans protection et du maintien en mouvement des particules par l’écoulement.

Intensité et agressivité des précipitations :

La pluie est essentiellement à l’origine de l’érosion par son impact sur les particules de sols qu’elle détache ainsi des matériaux de surface. Il s’ensuit par conséquent que l’intensité de la pluie est un facteur clé pour déterminer la quantité de sédiments arrachés au sol.Les particules de sol sont délogées par le choc des gouttes de pluie à la surface du sol avec des vitesses atteignant 9 m /s. L’impact des gouttes de pluie fournit une intense force hydrodynamique au point d’impact (Mutcher et Young, 1979). Une fois détachée, la particule est mise en mouvement par le rejaillissement de la goutte de pluie sur la surface du sol et entraînée par l’écoulement le long de la pente (Meyer et al, 1975).On assiste au développement quasi simultané de trois processus : la désagrégation de la structure, la formation d’une pellicule de battance et l’érosion par “splasch” ou érosion par rejaillissement (Bouanani, 2004).

 Le ruissellement

Le ruissellement commence dès que l’intensité de la pluie devient supérieure à la vitesse d’infiltration du sol. Son importance dépend en particulier des facteurs suivants : la nature du sol, l’infiltration, la détention superficielle et rugosité du sol, la pente et longueur de pente, le couvert végétal.Le ruissellement ne débute qu’après un cumul pluviométrique journalier de 18 à 20 mm (Laouina, 1998) sur sol sec même si les pluies sont intenses ou après un cumul de 4 mm sur sol humide et compact (Chebbani, et al. 1997).Mais ce sont les épisodes pluvieux durables avec des événements de forte intensité répétitifs qui occasionnent la dégradation la plus forte, avec en particulier le passage du ruissellement en nappe au ruissellement en griffes et rigoles (Bouanani, 2004).

Etat hydrique initial

L’état hydrique du sol au moment d’une pluie a une très forte influence sur la dégradation, la formation des croûtes et la réduction de l’infiltrabilité résultante (Le bissonais,Y. 2002).En effet, l’humectation des sols argileux entraîne un gonflement qui est une forme analogue de désagrégation. Les particules détachées par effet de « splash » et mises en suspension vont sédimenter à des vitesses différentes selon leur taille. Elles colmatent les pores. La croûte formée s’épaissit dans les petites dépressions.Ainsi, la croûte de battance rend le sol beaucoup moins perméable et le fait perdre toute sa capacité de rétention d’eau, ce qui accroît les risques de ruissellement et d’érosion.Ce phénomène est largement étudié sur les terres agricoles pour les conséquences qu’il inflige à ce secteur, entre pertes en terre arable, dommages aux cultures et diminution de rétention de l’eau dans le sol (Le Bissonnais et al, 2002 ; Auzet, 1990 ; Leguédois et al, 2003).D’autre part, les croutes qui se forment fréquemment à la surface du sol dans les régions semi arides méditerranéennes peuvent être une des causes principales du faible taux d’infiltration (Stone et al, 1996) et de L’augmentation de l’érosion par ruissèlement (Mougenot et Cailleau, 1995 ; Aubert et Fauck, 1997). Une faible cohésion provoquant une forte susceptibilité au détachement et au mouvement de masse peut être la cause d‟une forte érodibilité (Govers et al ,1987 ;Poesen et Govers ,1990)

Facteurs Intervenant Dans Le Processus D’altération Des Sols 

Les particules sédimentaires sont constamment soit érodées, soit déplacées ou déposées selon les interactions des caractéristiques du bassin versant déterminées par les processus d’altération, les paramètres climatiques, les facteurs topographiques, géologiques et pédologiques, par le couvert végétal et l’occupation des terres.

Influence du climat 

Le climat est l’élément moteur de l’érosion. Les changements de température, l’intensité et la hauteur de précipitation ainsi que le vent ont des effets prépondérants sur la désintégration de la roche. Par ailleurs les variations saisonnières des orages, leur localisation, leur fréquence et le régime des vents exercent une influence sur l’érosion des sols. En Algérie sur des parcelles peu couvertes, pendant les orages d’automne le ruissellement journalier maximal a dépassé 19 à 32 % et jusqu’à 70 à 85 % des averses importantes en hiver sur des sols détrempés ( Arabi et Roose ,1989).
La relation établie par Langbein et Schumm (1958) entre hauteur de pluie efficace et érosion spécifique (Fig.1), en utilisant les résultats d’environ 100 stations de mesure des Etats-Unis, est un instrument utile pour évaluer l’érosion des sols. La courbe montre bien la vulnérabilité des zones steppiques et des terres désertiques à la dégradation du sol , la pluie contribue à la croissance de la végétation qui a une forte influence sur l’érosion et une influence indirecte également sur l’utilisation des terres dans un bassin versant. L’érosion spécifique maximum (environ 290 t/.km2) se produit en climat semi-aride avec un peu moins de 300 mm de pluie annuelle.

Table des matières

Introduction générale
ChapitreI : Erosion et transport solide en suspension
Introduction
1/ Généralité
1.1/ Principaux agents de l’érosion hydrique
1.1.1/ Intensité et agressivité des précipitations
1.1.2/ Le ruissellement
1.1.3/ Etat hydrique initial
1.2/ Facteur intervenant dans le processus d’altération des sols
a. Influence du climat
b. Facteur topographique
c. Facteur pédologique
d. Couvert végétal
e. Facteur d’origine anthropique
1.3/ Forme de l’érosion hydrique
1.3.1/ Erosion en nappe
1.3.2/ Erosion linéaire
a. Erosion en griffes et rigoles
b. Erosion en ravine
2/ L’érosion hydrique
2.1/ Mesures directes
2.2/ Formule empirique
a. Formule de Wischeier et Smith (1978)
b. Formule de Fournier (1960)
c. Formule de Tixeron (1960)
d. Formule de la Sogneah
2.3/ Analyse critique
2.4/ Mode de transport solide
2.4.1/ Transport par charriage
2.4.2/ Transport solideen suspension
Chapitre II : Situation géographique
Chapitre III : morphologie du bassin versant
Introduction
1/ Caractéristique de forme
1.1 / Indice de compacité
1.2 / Rectangle équivalent
2/ Etude de réseau hydrographique
2.1/ Densité de drainage
2.2/ Rapport de confluence Rc
2.3/ Coefficient de torrentialité
2.4/ Temps de concentration des eaux
3/ Etude de relief
3.1/ Etude de la répartition de la surface en fonction de l’altitude
3.2/ Etude de pente
A. Indice de pente de roche Ip
B. Indice de pente global Ig
C. Dénivelé spécifique
3.3/ Profil en long de l’oued KHemis
Conclusion
Chapitre IV : Climatologie
Introduction
1/ Etude des paramètres climatiques
1.1/ Les précipitations
1.1.1/ Les précipitation annuelles
1.1.2/ les précipitations mensuelles
1.1.3/ les précipitations saisonnières
1.2/ Température
1.2.1/ Température moyenne annuelle
1.2.2/ Température moyenne mensuelle
1.3/ Evapotranspiration mensuelle
1.3.1/ Estimation de l’évapotranspiration
 Formule de Turc
 Formule de Thornthwaite
1.4/ Etude climatique
A. Les méthodes graphiques
B. Indice climatique
B.1/ Indice d’Aridité de Martonne
B.1.1/ Indice d’Aridité annuel
B.1.2/ Indice d’Aridité mensuel
B.2/ Indice de moral (1964)
B.3/ Climagramme d’Emberger
B.4/ Indice de Stewart
B.5/ Indice de continentalité de Kerner
Conclusion
Chapitre V : Etude hydrologique .
1/ Etude des débits
1.1/ débit moyen annuel
1.1.1/ L’irrégularité interannuelle des débits
1.2/ Débit moyen mensuel
2/ Etude deslames d’eaux écoulées
2.1/ Lames d’eaux écoulées moyennes annuelle
2.1.1/ Bilan moyens annuels de l’écoulement
2.2/ lame d’eau écoulée moyenne mensuelles
Conclusion
Chapitre VI: Estimation du transport solide en suspension
1/ Bilan annuel des apports
2/ Variabilité interannuelle des apports solides et liquides
3/Variabilité interannuelle des apports liquides et solides en fonction des précipitations
3.1/ Variabilité interannuelle des apports liquides en fonction des précipitations
3.2/ Variabilité interannuelle des apports solides en fonction des précipitations
4/ Variation mensuelles des apports solides
5/ Variations saisonnière des apports solides
5.1/ Variations saisonnière des apports solides en fonction des précipitations
6/ La variabilité de la concentration en fonction du débit
6.1/ La variabilité de la concentration en fonction du débit à l’échelle annuelle
6.2/ La variabilité de la concentration en fonction du débit à l’échelle mensuelle
6.3/ La variabilité de la concentration en fonction du débit à l’échelle saisonnière
Conclusion
Conclusion Générale
Référence bibliographique

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