Soutenance mémoire
Aujourd’hui la dégradation des terres constitue une des préoccupations majeures mondiales. Dans le contexte de changement climatique, l’accélération de la dégradation des terres se fait observer presque partout dans le globe. Plusieurs phénomènes tels que la salinisation, l’acidification et l’érosion des sols sont responsables de cette dégradation. Cependant de tous les phénomènes de dégradation des sols l’érosion est celle qui dégrade le plus la terre. En Afrique, où la pratique agricole est la principale source de revenue dans le monde rural, la perte de terres due à l’érosion réduit la fertilité des sols, endommage la qualité des eaux de surface et affame la population. En effet, l’érosion des sols au niveau des champs agricoles entraine une baisse de la productivité agricole due à son appauvrissement par perte de nutriments et de vie biologique. La préservation des sols de l’érosion hydrique comme éolienne a conduit à l’élaboration de plusieurs techniques d’évaluation de l’érosion. Parmi ces techniques, il y a la technique nucléaire utilisant les retombés de radionucléides pour tracer la redistribution du sol. L’estimation de l’érosion des sols par les retombés d’isotopes radioactifs 137Cs, 210Pb et 7Be est basée sur le dénombrement par spectrométrie gamma des rayonnements gamma émis par les radionucléides. Dans ce mémoire de thèse la technique nucléaire du césium-137 a été appliquée dans un champ agricole situé à Bargny pour une estimation quantitative de l’érosion hydrique de sol. Cette étude a été réalisée dans le cadre des projets techniques régionaux africains RAF 5063 et RAF 5075 financés par l’Agence International de l’Energie Atomique (AIEA). L’objectif de ces projets est de soutenir les pratiques d’agriculture de conservation innovantes pour lutter contre la dégradation des sols et accroître la productivité des sols en vue d’une sécurité alimentaire améliorée. Dans ce même mémoire il est également abordé le danger que comporte la radioactivité des radionucléides naturels sur la santé de l’organisme humain. L’homme a toujours été exposé à la radioactivité naturelle. Les éléments radioactifs présents dans la nature créent un champ de rayonnements où baignent les êtres vivants. Les rayonnements environnementaux proviennent de plusieurs sources : de la combustion du charbon, de la production d’engrais phosphatés, de l’extraction de zircon, du confinement du radon dans les habitations à cause certains matériaux utilisés, des rayonnements cosmiques, de sources terrestres dues aux radionucléides primordiaux etc… Ces derniers étaient présents lors de la formation de la terre. Les principaux radionucléides primordiaux sont le 40K, le 238U, le 235U et le 232Th. Ils existent d’autres radionucléides primordiaux ; cependant leur contribution à la radioactivité totale est très faible du fait de leur très longue période radioactive et de leur faible abondance dans la croûte terrestre.
La radioactivité environnementale peut causer de nombreux problèmes de santé chez l’homme. D’où l’importance de l’évaluation de l’exposition aux radiations de sources naturelles subie par l’homme sur terre.
En science environnementale, le risque de santé publique peut aussi être dû par la présence de métaux lourds. Ces derniers sont associés aux notions de pollution et de toxicité. L’exposition aux métaux lourds peut se faire soit par inhalation, soit par l’ingestion d’aliments contaminés. Naturellement, le sol constitue une source d’éléments métalliques. Ils se forment à partir de la roche mère. Ils existent aussi d’autres sources d’éléments métalliques : des sources atmosphériques et des sources anthropiques. Vue le danger qu’ils représentent par rapport à la santé humaine, en particulier, l’écosystème, en générale, il est essentiel de mesurer sa teneur et évaluer les risques environnementaux encourus.
Erosion des sols et sa quantification
L’érosion du sol
Le mot érosion vient du verbe latin « ERODERE » qui veut dire « RONGER » [1]. Le phénomène d’érosion du sol a toujours existé. Partout où il y a la terre elle se manifeste. Elle enlève, par un mécanisme physique, la partie superficielle de la terre. Cette partie contient les éléments nutritifs et la matière organique du sol. Par conséquence, elle entraine la réduction de la fertilité du sol amenant à une baisse de la production agricole. Elle peut entrainer également des problèmes de pollution de l’environnement mais aussi d’envasement d’édifice construit par l’homme. Si elle se déroule naturellement, le phénomène est très lent et la partie de terre enlevée par érosion est compensée par l’altération des roches. Cependant, l’érosion du sol a tendance à subir une accélération due aux activités anthropiques comme le surpâturage, la déforestation, les mauvaises pratiques agricoles et les feux de brousse. Dans ce cas de figure, la rapidité de perte de sol par érosion devient conséquente face à la formation des sols. D’où le problème de compensation des sols perdus. Aujourd’hui l’érosion est devenue un véritable problème partout dans le monde. Compte tenu de ses effets incommensurables sur la vie humaine, il est nécessaire de l’étudier, de le prévoir et de trouver les moyens de le contrôler. Deux agents sont considérés comme étant responsable de l’érosion : l’eau et le vent. Une érosion causée par l’eau est dite érosion hydrique et celle causée par le vent, éolienne.
L’érosion éolienne
Elle est due à l’intensité érosive de la force du vent. Lors d’une érosion éolienne il se produit arrachage, transport et dépôt de particules de sols. Et ceci dépend de la force du vent, de la taille et de la densité des particules, de l’humidité du sol et de la couverture végétale. La force du vent qui s’exerce sur la couche superficielle du sol arrache les particules du sol, les transporte puis les dépose dans une autre zone.
Lors de l’érosion éolienne, l’effet du vent entraine :
a. la disparition d’une grande proportion de la couverture végétale
b. la détérioration de la structure du sol
c. la perte de la couche la plus riche en éléments nutritifs.
Généralement, l’érosion éolienne se produit sur des surfaces de sol sèches où souffle un vent violent.
L’érosion hydrique
L’érosion hydrique cause beaucoup plus de perte de sol que l’érosion éolienne dans la plus part des endroits de la terre. Elle se produit généralement pendant des périodes pluviométriques. Le processus mécanique est semblable à l’érosion éolienne. Il se déroule en trois étapes : détachement, transport et déposition. Les gouttes d’eau qui frappent la couche superficielle du sol sont responsables de ce processus. Les particules du sol sont détachées par les gouttes d’eau puis transportées par le ruissellement jusqu’à une zone de déposition. Cependant, la quantité de sols perdue peut être influencée par des facteurs comme les opérations culturales notamment par la profondeur de travail du sol, le sens dans lequel celui-ci se fait, le moment des labours, le type d’instruments aratoires, le nombre de passages [2], par la pente et la couverture végétale. Cette dernière joue le rôle de bouclier de protection pour les terres. L’érosion hydrique se produit généralement lorsque les eaux de pluies ne peuvent plus s’infiltrer dans le sol. Ce refus d’absorber les eaux en excès apparait soit lorsque l’intensité des pluies est supérieure à la capacité d’infiltration de la surface du sol, soit lorsque la pluie arrive sur une surface partiellement ou totalement saturée d’eau .
Les auteurs reconnaissent à l’érosion hydrique plusieurs formes. Certains en distinguent deux formes tandis que d’autres en comptent trois. C’est sur ces trois formes d’érosion hydrique de sol que se retrouvent Cheggour [4] et la FAO [5]. Pour ces derniers les trois formes d’érosion hydrique sont : l’érosion en nappe, l’érosion en linéaire et l’érosion en masse. L’érosion en nappe, stade initial de la dégradation des sols par érosion, se déroule sur l’ensemble de la surface du sol. L’érosion linéaire apparait lorsque le ruissellement en nappe s’organise. L’érosion linéaire est donc un indice que le ruissellement s’est organisé, qu’il a pris de la vitesse et acquis une énergie cinétique capable d’entailler le sol et d’emporter des particules de plus en plus grosses : non seulement des argiles et des limons comme l’érosion en nappe sélective, mais des graviers ou des cailloux et même des blocs. Elle est exprimée par tous les creusements linéaires qui entaillent la surface du sol suivant diverses formes et dimensions (griffe, rigoles, ravines, etc.). Alors que l’érosion en nappe s’attaque à la surface du sol, le ravinement aux lignes de drainage du versant, les mouvements de masse concernent un volume à l’intérieur de la couverture pédologique. On attribue à l’érosion en masse tout déplacement de terre selon des formes non définies, comme les mouvements de masse, les coulées de boue et les glissements de terrain. Dans ce cas, seul l’Etat dispose des moyens techniques, financiers et légaux, pour maîtriser les problèmes de glissement de terrain, souvent catastrophiques, et pour imposer des restrictions d’usage aux terres soumises à des risques majeurs de mouvement de masse.
Les deux formes d’érosion hydrique préconisé par des auteurs comme Wischmeier et Smith [7] et Dautrebande et Sohier [8] sont : l’érosion diffuse et l’érosion en ravines. L’érosion diffuse regroupe l’érosion en nappe et l’érosion en rigoles. L’érosion en ravines est une érosion dite concentrée, de type volumique : les ravines sont de largeurs et de profondeurs variables (parfois de plusieurs mètres) et leur apparition gène les travaux culturaux sur les terres agricoles.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Erosion des sols et sa quantification
L’érosion du sol
I.1 L’érosion éolienne
I.2 L’érosion hydrique
Quelques techniques de quantification de l’érosion hydrique
II.1 Les parcelles d’érosion
II.2 La modélisation de l’érosion
II.2.1 L’« Universal Soil Loss Equation USLE »
II.2.2 Les modèles déterministes ou physiques
II.3 La télédétection et le système d’information géographique
II.4 La technique nucléaire
Référence
Chapitre II : La technique d’évaluation de l’érosion de sol par les retombées de radionucléides
Retombées de radionucléides utilisées pour quantifier l’érosion de sol
I.1 Le césium 137 (137Cs)
I.1.1 Origine et caractéristiques
I.1.2 Comportement du 137Cs dans le sol
I.2 Le plomb 210 en excès (210Pbex)
I.2.1 Origine et caractéristiques
I.2.2 Comportement du 210Pbex dans le sol
I.3 Le béryllium 7 (7Be)
I.3.1 Origine et caractéristiques
I.3.2 Comportement de 7Be dans le sol
Les interactions gamma – matière
II.1 Effet photoélectrique
II.2 Effet Compton
II.3 Effet de création de paire
Comptage par spectrométrie gamma
III.1 Calibration de la chaine de détection
III.1.1 Calibration en énergie
III.1.2 Calibration en efficacité
III.1.3 Correction de l’efficacité de détection
III.2 Description de la chaîne de détection
III.3 Estimation qualitative d’érosion ou de déposition
III.3.1 Logiciels d’acquisition
III.3.2 Calcul d’activité massique
III.3.3 Limite de détection
III.3.4 Calcul d’activité surfacique
III.4 Estimation quantitative d’érosion ou de déposition
III.5 Redistribution de sol
Références
Chapitre III : Evaluation des taux d’érosion et de déposition par la technique du 137Cs et des teneurs des éléments chimiques Fe, Ti, K, Mn, Zn, Ni et Cr dans un champ agricole de Dakar, Sénégal
Résumé
Introduction
I. Description de la méthodologique
I.1 Description des sites d’étude et de référence
I.2 Matériels d’échantillonnage
I.3 Stratégie d’échantillonnage
I.4 Préparation des échantillons
II. Analyse des échantillons
II.1 Analyse par spectrométrie gamma
II.2 Analyse par Fluorescence X
III. Modèle de conversion : « Mass Balance Modele 2 »
IV. Résultats et discussion
IV.1 Site de référence
IV.2 Site d’étude
IV.3 Taux d’érosion
IV.4 Concentration des éléments chimiques analysés
Conclusion
Référence
Conclusion générale
