Soutenance mémoire
Erosion éolienne
Il s’agit de l’arrachement, du transport et du dépôt des particules de sol par l’action du vent. L’érosion éolienne se produit en fonction de la vitesse du vent, de la taille et de la densité des particules, de l’humidité du sol et du couvert végétal. Lors de l’érosion éolienne, l’effet du vent entraîne la disparition d’une grande proportion de la couverture végétale, la détérioration de la structure du sol et l’enlèvement de la couche la plus riche en éléments nutritifs. L’érosion éolienne est souvent une apparition locale et temporaire, ce qui fait que les dommages restent limités au niveau agraire (Goossens, 2002). Elle se produit dans les dunes et s’observe sous forme de nuages de poussières. Les zones tropicales semi-arides y sont particulièrement sensibles. Pendant la saison sèche, l’effet de surpâturage induit la disparition d’une grande proportion de la couverture végétale, laissant des surfaces importantes non protégées et dont la structure se détériore. A Madagascar, l’érosion éolienne se manifeste surtout dans les régions sèches. Pour les sols arénacés, les particules fines sont entraînées rapidement par le vent laissant sur place un résidu sableux. Les sols arénacés sont caractérisés par une absence presque totale d’humus (Segalen, 1948).
Effets de l’érosion du sol
Effets sur site L’érosion du sol affecte l’agriculture, les nutriments et les matières organiques. Par conséquent, les effets diminuent la fertilité et la productivité du sol ainsi que la réduction du rendement de la récolte. Ces problèmes peuvent se produire à la suite de deux processus principaux. Tout d’abord, le transport continu à la surface conduit à la réduction de la fertilité et la dégradation de la structure du sol (Elwell, 1984 ; Mabit & Bernard, 1998). La compaction du sol réduit la capacité d’infiltration et intensifie l’écoulement d’eau en surface. Deuxièmement, les formations de l’érosion en rigole et en ravine peuvent conduire à la réduction des surfaces cultivables. Les impacts sont reconnus avec l’estimation de leurs gravités (Whitlow, 1986 ; Valentin et al., 2005). A long terme, la redistribution conduit à la variabilité spatiale de la qualité du sol, c’est-à-dire, l’épuisement ou l’élimination des particules et des constituants du sol dans les zones d’érosion et de déposition (Mabit & Bernard, 1998 ; Mabit et al., 2008 ; Pansak et al., 2008).
Effets hors site Les sédiments et les polluants associés peuvent atteindre les cours d’eau. Ils contribuent à l’eutrophication et la contamination des ressources en eau qui affectent des écosystèmes aquatiques et des marécages. Les phénomènes peuvent également augmenter ou créer les problèmes de l’envasement et autres impacts majeurs en hors site tels que l’inondation boueuse et la coulée de boue qui peuvent endommager les infrastructures existantes et les habitations (Boardman & Poesen, 2006). L’accumulation du sédiment peut entraîner la dégradation des écosystèmes aquatiques et les habitats dans les lacs et les rivières. L’existence de sédiments dans les cours d’eau crée un environnement défavorable aux espèces aquatiques et à l’équilibre écologique du milieu puisqu’ils peuvent être chargés en éléments indésirables à leur vie. Sous le point de vue de l’ingénierie, les sédiments causent la pollution des eaux, réduisent leur potabilité, provoquent la sédimentation des canaux d’irrigation et de navigation, diminuent la durée des ouvrages hydrauliques, etc.
Origine et mécanisme du 210Pb
Le 210Pb, d’une demi-vie de 22,3 ans, est un radionucléide naturel descendant de la famille de l’uranium-238 (238U). Il est issu de la désintégration de deux radionucléides intermédiaires : radium-226 (226Ra) et radon-222 (222Rn). Leurs demi-vies sont respectivement de 1600 ans et de 3,8 jours. Le 226Ra se trouve principalement dans le sol et la roche (Walling & He, 1999 ; Sun et al., 2013). Dans le sol, le 210Pb se divise en deux composantes. La première composante est appelée 210Pb supporté. Cette composante est en équilibre avec le 226Ra. La deuxième composante est nommée 210Pb en excès (symbole : 210Pbex). Ce dernier provient de l’atmosphère et n’est pas en équilibre avec le 226Ra (Mabit et al., 2008). Le 210Pbex est formé dans l’atmosphère suite à l’émanation du 222Rn gazeux (Walling & He, 1999; Gupta et al., 2010). En raison de la décroissance rapide du 222Rn, la concentration du 210Pb associé aux particules de l’aérosol décroît avec l’altitude (Sun et al., 2013). Persson & Holm, (2011) rapporte que sa concentration dans l’air varie de 0,2 à 1,5 Bq.m-3. Plusieurs facteurs affectent la variation de la concentration tels que la saison, l’altitude, la température, le taux d’humidité du sol, la précipitation, etc. La concentration augmente en fonction de l’altitude et atteint la stratosphère, à l’intérieur de laquelle elle reste relativement constante (Baskaran, 2011). Par contre, cette concentration varie selon le milieu étudié. La modélisation suggère que la magnitude est élevée dans l’hémisphère nord (2/3 de la surface terrestre du globe) comparée à celle de l’hémisphère sud (Henderson & Maier-Reimer, 2002). En outre, la contribution du 210Pb, autre qu’une source naturelle, peut être minimisée. Par exemple, les sources anthropogéniques majeures ne contribuent qu’en dessous de 1% du 222Rn et du 210Pb dans l’atmosphère (UNSCEAR, 1988). Le 210Pbex est déposé à la surface du sol par la précipitation (Fig. 2).
Spectrométrie gamma
Les activités ont été mesurées par spectrométrie gamma. La performance d’un détecteur joue un rôle très important pour obtenir des résultats fiables. Par exemple, un détecteur permet de mesurer une large gamme d’énergie de 3 keV à 10 MeV (Mabit et al., 2008). Pour le détecteur à semi-conducteur, il existe deux types tels que le type n et le type p. Ils sont généralement composé d’une épaisse couche (~600 m) du contact donneur n+ en lithium et d’une mince couche (0,3 m) du contact récepteur p+ en bore. Lorsque le contact n+ se trouve à la couche externe du détecteur, les rayonnements gamma peuvent être atténués en traversant cette couche. La perte d’une partie de transmission de ces rayonnements est faible pour les hautes énergies mais elle devient considérable pour les basses énergies (< 100 keV). Dans cette situation, la permutation de deux contacts peut résoudre le phénomène d’atténuation à l’intérieur du détecteur. C’est-à-dire, le contact p+ est placé à la couche externe est à l’intérieur du détecteur. En effet, la dernière configuration augmente l’efficacité de la détection, en particulier, en-dessous de 100 keV. Un détecteur est donc de type n lorsque le contact n+ est à l’intérieur et il est de type p dans le cas contraire. Au laboratoire de l’INSTN-Madagascar, l’analyse est faite à l’aide d’une chaîne gamma, munie d’un détecteur HPGe coaxial de type n, d’efficacité relative de 15%, de marque ORTEC (Fig. 18). Ce détecteur est capable de déterminer les activités de radionucléides à basse énergie (< 50 keV). Le logiciel de traitement est le GammaVision avec lequel on ajuste les paramètres de la chaîne, stocke et dépouille les spectres.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1. EROSION DU SOL
1.1.1 Erosion hydrique
1.1.2 Erosion éolienne
1.1.3 Erosion anthropique
1.2 Formes de l’érosion
1.2.1 Erosion en nappes
1.2.2 Erosion en rigoles
1.2.3 Erosion en ravines
1.3 Facteurs influençant l’érosion du sol
1.3.1 Facteur énergie
1.3.2 Facteur résistance
1.3.3 Facteur protection
1.4 Effets de l’érosion du sol
1.4.1 Effets sur site
1.4.2 Effets hors site
1.5 Relief et type de sols des Hauts Plateaux de Madagascar
1.6 Contexte et problématique de la recherche
1.6.1 Contexte général
1.6.2 Problématique et objectifs de l’étude
Chapitre 2. TECHNIQUE RADIOMETRIQUE
2.1. Description de la technique
2.1.1. Origine et mécanisme du 210Pb
2.1.2 Détermination de l’activité du 210Pbex
2.1.3 Inventaire
2.1.3.1 Site de référence
2.1.3.2 Echantillon en profil
2.1.3.3 Echantillon en carotte entière
2.1.3.4 Autre méthode de calcul de l’inventaire
2.1.4 Taux d’érosion et de déposition
2.2 Modélisation de la retombée atmosphérique
2.2.1 Distribution initiale du 210Pb à la surface
2.2.2 Distribution du 210Pb sur le site de référence
2.2.3 Distribution du 210Pb sur le site cultivé
2.2.3.1 Zone d’érosion
2.2.3.2 Zone de déposition
2.2.4 Choix du modèle
2.3. Logiciel du modèle de conversion
2.3.1 Installation du logiciel
2.3.2 Utilisation du logiciel
2.3.3 Désinstallation du logiciel de conversion
Chapitre 3. TRAVAUX DE TERRAIN ET DE LABORATOIRE
3.1. Localisation et description des sites d’étude
3.1.1 Sites de Sambaina
3.1.2 Sites de Lazaina
3.1.3 Sites d’Andranomanelatra
3.1.4 Climat et pluviométrie des sites d’étude
3.2 Protocole et mode d’échantillonnage
3.3 Préparation de l’échantillon
3.4 Analyse de l’échantillon
3.4.1 Spectrométrie gamma
3.4.2 Contrôle qualité de la chaîne de mesure
3.4.3 Autres méthodes d’analyse
Chapitre 4. TRAITEMENT ET RESULTATS
4.1 Correction d’auto-absorption
4.1.1 Facteur d’auto-absorption
4.1.2 Principe de mesure
4.2 Activité spécifique
4.2.1 Profil du 210Pbtot, du 214Bi et du 210Pbex sur les sites de référence
4.2.2 Détermination de la fonction de distribution en profondeur
4.2.3 Profil du 210Pbex sur les sites d’étude
4.3 Inventaire du 210Pbex
4.3.1 Inventaires sur les sites de référence
4.3.2 Inventaires sur les sites d’études
4.4 Analyse de conformité statistique
4.4.1 Test de conformité
4.4.2 Nombre d’échantillons requis dans le site de référence
4.5 Flux de déposition
4.5.1 Valeur locale
4.5.2 Valeurs de référence mondiale
4.6 Taux d’érosion et de déposition
4.6.1 Paramètres de modèles
4.6.2 Résultats obtenus
Chapitre 5. DISCUSSION ET INTERPRETATION DES RESULTATS
5.1 Activité spécifique
5.2 Inventaire
5.3 Conformité aux inventaires de référence
5.4 Flux de déposition
5.6 Taux d’érosion et de déposition
CONCLUSION
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