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Recherches dendrogéomorphologiques basées sur l’étude de la racine
Bien que la racine n’ait pas été largement utilisée pour la datation en étude dendrogéomorphologique, l’analyse des racines peut aussi fournir beaucoup d’informations (WINCHESTER et al., 2003). Récemment, des tentatives ont été appliquées en analysant les racines dans ce sujet (GLOCK et al.,, 1937). Par exemple, les racines adventives ont été utilisées pour la datation des processus qui ont engendré l’accumulation des sédiments dans la partie basse de la tige (STRUNK, 1989 ; MARIN and FILION, 1992 ; STRUNK, 1995). L’analyse des cernes au niveau de la racine a été testée et jugée adéquate pour la détermination de l’âge précise de l’arbre (KRAUSE and ECKSTEIN, 1993). Dans d’autres exemples, de bons résultats ont été obtenus en utilisant les racines comme indicateurs d’érosion (DUNNE et al., 1978 ; CARRARA, CARROLL 1979 ; GÄRTNER et al., 2001) et accumulation et dégradation de sol (SSTEM 1989 ; STRUNK 1989 ; 1997b).
Basés sur les travaux de FAYLE (1968), des changements anatomiques au niveau des cernes annuels dus à l’exposition ont été déterminés (GARTNER et al.,, 2001 ; GÄRTNER, 2003a) et appliqués à la dendrogéomorphologie (BODOQUE et al.,, 2005).
Les études de GÄRTNER et al., (2001) expliquent que la structure cellulaire de la racine varie selon leur profondeur (figure 1), montrant que cette structure change bien avant que la racine soit totalement exposée. La racine réagit immédiatement à l’exposition montrant une réduction de 50% de la taille des cellules formées au début de la saison de végétation.
Les changements anatomiques au niveau de la racine de cette espèce se manifestent par la réduction de la taille des cellules formées au début de la saison de la végétation de 50% par rapport à celles formées avant l’exposition (GÄRTNER et al.,, 2001).
Généralement, la détermination du taux d’érosion, en utilisant les racines exposées peut être appliquée partout où les arbres forment des cernes annuels, y compris les régions tropicales où les arbres ne croissent que durant une certaine période de végétation à travers une année. L’occurrence des cicatrices et le changement de la structure des cernes annuels au niveau des racines affleurées ou exposées ont été décrits comme marque de la première année d’exposition (CARRARA and CARROLL, 1979). L’exposition des racines se passe souvent au bord d’une route, le long de la berge d’une rivière, le long d’une pente raide d’une colline (GARTNER et al.,, 2006).
Berge
Définition de la berge
VERNIERS (1995) définit la berge comme une portion de terrain qui limite tout cours d’eau. C’est une zone de séparation entre le milieu aquatique et le milieu terrestre. La berge peut être divisée en deux parties:
– le pied de talus qui est la zone soumise à l’action quasi permanente du courant et qui se situe sous le niveau moyen des eaux,
– le talus qui se situe au-dessus du niveau moyen des eaux.
Principes d’évolution des berges :
Les berges constituées de matériaux argileux ou limono-argileux sont sensibles à l’érosion riveraine. Pour ce type de berge, le processus d’érosion se déroule très souvent de façon cyclique (MOLLARD et JANES, 1985 ; BEVEN et CARLING, 1989 ; GOSTELOW, 1996). Il y a ce qu’on appele :
– L’affouillement ou érosion du pied de berge: dans un premier temps, l’action répétée des vagues au pied du talus enlève des matériaux et affaiblit la stabilité de la pente jusqu’à la rupture (LUPIEN, ROSENBERG et Associés, 1991) ainsi la partie supérieure s’éffondre.
– Le glissement: l’équilibre d’un talus dépend de sa géometrie, des caractéristiques mécaniques des matériaux et de la présence d’eau dans le sol. La décrue constitue la circonstance la plus défavorable pour la tenue d’une berge de cours d’eau. En pratique, on observe effectivement que les glissements de berges se produisent très souvent à ce moment.
Eboulement d’une berge cohérente
– L’érosion par le courant : l’érosion d’une berge est l’enlèvement de matériaux constitutifs de la berge par l’eau de la rivière. Cet enlèvement de particules est possible lorsque les forces d’entrainement dues à la vitesse du courant et à sa turbulence sont capables de vaincre le poids des particules, leur frottement l’une sur l’autre et leur cohésion éventuelle. Ce phénomène est analogue à un choc qui arrache des grains à la berge et les entrainent plus en aval où ils peuvent se déposer. Il est plus brutal lorsque la direction du courant fait un angle avec la berge. C’est donc un phénomène affectant principalement les berges concaves des courbes.
Les mécanismes d’érosion et de dépôt sont possibles même pour les faibles debits. Cependant, ils sont plus intenses pendant les crues puisque les vitesses sont plus fortes.
Comme la forêt galerie de Berenty se trouve au niveau de méandre, il serrait necessaire de voir les transformations qui s’opèrent à ce niveau.
Evolution dans les courbes
En étudiant la distribution des vitesses, on démontre que dans une courbe d’un canal ou d’un cours d’eau, l’eau a un dévers qui provoque un courant hélicoïdal (DEGOUTTE, 2000). La vision en section (haut de la figure 4 a) montre que le courant a une composante (a) dirigée vers le fond qu’il creuse et une composante (b) qui au contraire remblaie l’autre berge. Cela explique le profil dissymétrique d’une berge concave presque verticale et une berge convexe à pente douce. On note qu’il y a érosion de la berge mais aussi du pied, non visible depuis la berge. Elle est d’autant plus forte que la berge est plus verticale.
Les projections en plan du courant hélicoïdal montrent un courant de surface rapide présentant un angle d’attaque vers la berge concave et un courant de fond plus lent s’orientant tangentiellement à la berge convexe. Le courant de surface est capable d’éroder la berge concave. Au contraire, le courant de fond, qui est plus lent, a tendance à déposer les matériaux solides transportés par la rivière. Plus la courbe est prononcée, plus la plage de dépôt est large. Cette vision en plan explique la tendance au déplacement des coudes avec attaque des berges extérieures et remblaiement des berges intérieures. Lorsque la rivière est à méandre (cas de la Mandrare au niveau de la forêt galerie de Berenty), on parle de reptation ou de translation. Ce phénomène naturel est très lent.
Mécanismes de construction des méandres
Les mécanismes de construction des méandres ont été établis par HOOKE (1980, citée par BRAVARD et PETIT, 2000). Cette dernière a identifié quatre types de modèles de développement de bancs de convexité : translation, rotation, extension du méandre et une combinaison des trois. La translation est un déplacement vers l’aval, tandis que l’extension est un déplacement latéral, perpendiculaire au sens de l’écoulement. Ces mouvements sont souvent accompagnés d’une légère rotation dans un sens ou dans l’autre (Figure 4 b).
MATERIELS ET METHODES
Problématique et hypothèse
Problématique
Le phénomène de l’érosion des berges est un phénomène naturel. Comme tout cours d’eau, la rivière Mandrare est soumise aux principes fondamentaux de la dynamique fluviale. La forêt galerie de Berenty pousse le long de la rivière Mandrare, sur la plaine alluviale, dans la partie méandriforme de la rivière. La rivière connait chaque année une crue et ensuite une décrue, phénomène qui cause une importante érosion. Dans la région, il arrive des fois que la pluie arrive tard, et l’eau de la rivière se tarit totalement. Ce phénomène aggrave l’érosion au moment de l’arrivée des pluies (SAINT-LAURENT et GUIMONT, 1999).
Limitée par les plantations de sisal dans les autres côtés, la forêt ne peut plus migrer (ANDRIANOME, 2003), alors que du coté de la rivière, l’érosion constitue un retrait de la berge. Ce retrait, pour la forêt galerie de Berenty, annonce la réduction de la surface forestière.
La question qui demande une réponse est : comment la berge de Mandrare le long de la forêt galerie de Berenty est-elle façonnée par l’érosion fluviale ?
Hypothèses
Le régime de l’eau d’un cours d’eau, la vitesse du courant et la hauteur des crues, est influencé fortement par la quantité des précipitations (SAINT-LAURENT et GUIMONT, 1999). Sur la base de la position de la berge par rapport à la direction du courant et des données pluviométriques, et en utilisant la méthode dendrogéomorphologique, deux hypothèses seront à vérifier :
– la berge connaitrait un plus fort recul là où l’angle de courbure du méandre est fort (hypothèse 1) ;
– pour les années durant lesquelles la pluviométrie est élevée, l’érosion affecterait une large partie de la berge le long de la forêt (hypothèse 2).
Paramètres de vérification des hypothèses
Les mesures de la berge, sa largeur ainsi que sa hauteur sont utiles pour vérifier la première hypothèse. L’interprétation des informations obtenues conduira à déterminer le processus érosif qui l’a façonnée.
Les pluviométries annuelles à faire correspondre à la fréquence des signes d’érosion enregistrés au niveau des cernes annuels des racines affleurées de Kily collectées à différents niveaux le long de la berge serviront à vérifier la deuxième hypothèse. Les marques d’érosion enregistrées sur les cernes, de même âge, des racines prélevées à différents points de la berge au niveau de la forêt indiqueraient une érosion qui a eu lieu pendant la même année.
Finalités de la recherche
Cette étude se veut de déterminer la manière dont l’érosion fluviale façonne la berge de la rivière Mandrare au niveau de la forêt galerie de Malaza, à Berenty, et donc, de pouvoir connaitre les modifications qui transforment la surface forestière.
Méthodes
Site d’étude
Situation géographique et contexte géomorphologique
La recherche a été effectuée au niveau de la berge de la rivière Mandrare, limitant la forêt galerie de la Réserve privée de Berenty. Le Fokontany de Berenty se trouve dans le district d’Amboasary Sud, Commune de Behara, dans la Région Androy. La Réserve de Berenty a été créée en 1936 par la famille De Heaulme qui assure sa gestion jusqu’à présent. Au Nord, la forêt est limitée par la rivière Mandrare, au Sud par une plantation de sisal (ANDRIANOME, 2003).
Longue de 270 km, la rivière Mandrare prend sa source dans le massif de Beampingaratra, près du pic Trafonaomby (1957 m). Le Mandrare a un bassin de 12570 km² et un tracé à lit unique (ALDEGHERI, 1949), composé de sables fins et limons (ANDRIANOME, 2003). Il est en crue en saison des pluies, laquelle très importante en période cyclonique. Le niveau de l’eau baisse en saison sèche, et il arrive que le lit de la rivière soit totalement à sec quand la saison sèche persiste.
La réserve de Berenty se trouve en aval dans la zone à méandres de la rivière Mandrare et est caractérisée par une plaine sinueuse.
Flore et faune de la réserve de Berenty
La réserve comprend des parcelles isolées de forêts : la forêt épineuse de Rapily et deux vastes forêts galeries qui sont celle de Bealoka (200 ha, au Nord) et la forêt de Malaza (240 ha, près du village de Berenty). L’ensemble de la réserve mesure environ 1000 ha (y comprise les parcelles épineuses d’Anjapolo, située au Nord de la forêt de Bealoka). Ces îlots de forêts galeries semblent trop petits pour être conservées, or, l’observation aérienne (effectuée en 2004 par Alison Jolly) montre que ce sont les seules forêts galeries restantes de la vallée de Mandrare.
La réserve est très réputée pour ses faunes. Elle abrite plusieurs Invertébrés, Arthropodes, Mollusques et des Vertébrés qui sont représentés par quatre classes (Mammifères, Oiseaux, Reptiles et Amphibiens). Parmi les Mammifères, les Primates non humains sont représentés par 6 espèces dont 3 diurnes (Lemur catta ou Maky, Propithecus verreauxi verreauxi ou Sifaka et l’introduite Eulemur rufus ou Varika) et 3 nocturnes (Microcebus murinus, Microcebus griseorufus et Lepilemur leucopus). La classe des Oiseaux est représentée par 99 espèces dont 41% sont endémiques de la région, entre autres Polyboroides madagascariensis, Mulvus migrans, Colvus albus, Coua gigas, Coua cristata, Bulbulcus ibis, … La classe des Reptiles renferme les serpents, lézards, tortues et caméléons.
Climat
Berenty reçoit une faible pluviosité, avec une forte variation annuelle de 545 mm à plus ou moins 192 mm par an (JOLLY et al.,, 2006). En général à Madagascar, la majeure partie de la pluie tombe de Novembre à Avril (saison des cyclones, avec un pic aux mois de Janvier et Février), et une faible quantité tombe de Mai à Octobre, dans la partie Sud Est et Est de l’île (TADROSS et al.,, 2008). Les cyclones peuvent soit passé au Nord de l’île et se diriger vers le Sud à travers le Canal de Mozambique où ils peuvent davantage être alimentés par cette mer chaude, soit resté au large de la côte Est. Des fois, ils traversent directement l’île (TADROSS et al.,, 2008), et c’est à cette occasion, et particulièrement quand les cyclones sont puissants, que le Mandrare est inondé.
Matériels
Matériels biologiques : « Tamarindus indica » ou kily
Tamarindus indica appartient à la famille des Fabacées et le genre n’a qu’une seule espèce. Il a été choisi parce que c’est l’espèce dominante de la forêt galerie (SUSSMANN & RAKOTOZAFY, 1994). Les plus anciens évènements qui se sont déroulés au cours des temps peuvent y être datés.
Un kily a un tronc court et large à l’écorce brune très crevassée, au système racinaire fortement développé. Il a un port dense, étalé, très ramifié légèrement retombant, au cîme arrondi. La croissance de l’arbre est lente. Sa hauteur varie de 10 à 15 m. Arbre à feuillage persistant, vert vif à vert de gris sur le revers. L’arbre supporte bien la sécheresse, le soleil et le vent.
Dans la forêt de Berenty, les feuilles de kily tombent et se renouvellent chaque année en début septembre.
Matériels de terrain :
– un GPS,
– un appareil spécial, muni de laser, pour mesurer la distance entre l’appareil et un objet sur lequel le laser est pointé, pour relever les mesures de la berge,
– un “abney level” : pour mesurer horizontalement le profil de la berge.
– une scie : pour sectionner les racines,
– papier abrasif : pour polir les sections de racines collectées.
Méthode proprement dite
Investigation sur les données pluviométriques
Avant les études sur terrain, une recherche sur les données météorologiques auprès de la direction générale de la météorologie d’Antananarivo et d’une station privée à Berenty a été menée. Des données pluviométriques enregistrées auprès de six (6) stations dont une localisée dans le District d’Amboasary Sud, deux (2) dans la Commune de Behara et trois dans le Fokontany de Berenty ont été obtenues. Ces trois endroits se trouvent tous dans la vallée de Mandrare. Behara et Amboasary sont respectivement localisées à environ 7 kilomètres à l’Est et à 10 kilomètres au Sud Est de Berenty (site de recherche). Ces deux autres endroits se trouvent à proximité de notre site d’étude, et donc sont soumises aux mêmes conditions climatiques.
Collecte des données sur terrain
Mesure des berges
Les travaux ont été effectués sur la berge, au niveau de la forêt galerie de Malaza qui se trouve dans la zone d’érosion concave du méandre. La hauteur, la pente, l’angle que fait la berge avec l’horizontale et la distance qui sépare le lit du cours d’eau et le sommet de la berge ont été mesurés. Les mesures ont été effectuées à l’aide des matériels cités plus haut.
Les débris de fibres de sisal de l’usine qui se trouve en amont de la réserve et lesquels sont transportés par les courants lors des inondations et sont ensuite déposés sur les branches des arbres sont signalés. Le niveau de débris le plus élevé indique le niveau de crue atteint dans la zone de prélèvement.
La présence ou l’absence d’arbres penchés, signe d’un effondrement, est notée, comme la présence ou l’absence de roseaux qui participent à la protection de la berge.
La disposition de la racine affleurée et de laquelle des sections ont été prélevées a été photographiée.
Collecte et traitement des sections de racine
Collecte des échantillons
Les travaux ont été effectués du 27 Mai au 14 Juillet 2011, durant laquelle l’eau est en décrue ; ce qui nous a permis de collecter des sections de racines et de prendre les mesures de la berge.
Des sections de racines de Kily exposées à l’air ont été prélevées le long de la berge à Malaza. Les sections ont été collectées d’arbres se trouvant au sommet de la berge. Chaque section de racine est numérotée.
Seulement les racines qui présentent des cicatrices ont été prélevés; car aucune information valable ne peut être tirée d’un arbre qui n’a pas connu de stress (Schroeder, 1980).
Traitement des échantillons
La méthode dendrochronologique traditionnelle de STOKES and SMILEY (1968) et de FRITTS and SWETMAN (1986) a permis de traiter les sections de racine. Juste après prélèvement les sections de racine sont séchées au soleil. Quand les sections sont suffisamment sèches, elles sont polies à l’aide de papier abrasif pour être observées pour leurs cernes.
Datation des cernes
Une fois polis, les échantillons sont observés à la loupe binoculaire pour discerner chaque cerne. Des images scannées des sections de racine ont aussi aidé à distinguer nettement les cernes.
Différenciation des cernes annuels
Les cernes sont distingués par des limites bien visibles et sont individualisées de l’écorce à la moelle quand c’est possible.
Datation
Le cerne le plus proche de l’écorce est le plus jeune et celui au centre le plus ancien.
Détermination et datation des indices au niveau des cernes
Les lésions
Une lésion peut être produite par des chocs causés par des matériaux transportés par les crues, à la suite de l’exposition totale de la racine due à l’érosion ; un effondrement de terrain peut aussi en causer. Elles sont décrites comme marque de la première année d’exposition (CARRARA and CARROLL, 1979).
Quand le plus jeune cerne cicatrisé est identifié, l’année de la lésion est déterminée en comptant les cernes depuis l’écorce jusqu’à lui, mais une lésion peut affecter des cernes plus anciens quand la force de choc est très forte.
Une lésion, qui détruit l’assise génératrice (cambium) de la partie touchée, cause l’arrêt de la formation de nouveaux cernes, et laisse apparaitre alors une cicatrice. Dans le cas où le cambium persiste, un nouveau cerne apparait avec une cicatrice, signe de perturbation.
Disposition du centre de la section
Quand la disposition des cernes devient excentrique, le premier cerne affecté a été repéré. L’âge du premier cerne montrant ce changement fourni la date d’un évènement comme un effondrement à l’endroit où la section de racine a été prélevée (SCHWEINGRUBER, 1996 ; STEFANINI et SCHWEINGRUBER, 2000).
Le changement du centre de la section des cernes de la racine des arbres qui se trouvent sur les berges marque la réaction de la racine quand l’érosion de la berge commence à s’approcher de la coiffe ou extrémité de la racine. Par conséquent, la coiffe croît en se dirigeant vers le bas, au lieu de s’orienter vers l’extérieur. Cela donne à la racine une forme étrange de racines secondaires. Dans ce cas, la disposition excentrique des cernes marque alors l’incurvation de la racine suite à une érosion. Quand l’érosion se passe très vite, la racine se casse (SCHWEINGRUBER, 1996 ; STEFANINI et SCHWEINGRUBER, 2000).
Changement de structure des cernes
Un changement structural au niveau des cernes de la racine peut être dû à l’exposition (GARTNER et al.,, 2001 ; GÄRTNER, 2003a). Les changements de structure qui s’étaient opérés à travers la section ont été identifiés. Par comptage des cernes depuis l’écorce jusqu’au premier cerne affecté par le changement, l’année d’occurrence du changement est déterminée. Cette date indique qu’il y avait une érosion.
L’érosion n’aboutit forcement pas à l’exposition de la racine, puisque la racine réagit avant même d’être exposée entièrement à l’aire libre (GARTNER et al.,, 2001). Elle peut seulement déplacer une masse de terre sans causer l’exposition de la racine. De future érosion pourra déclencher l’exposition totale de cette racine. Ces successions d’érosion sont enregistrés au niveau de la racine par des changements d’aspects successifs au niveau des sections.
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Table des matières
ABSTRACT
FAMINTINANA
INTRODUCTION
I. ETAT DE CONNAISSANCE
1 Concepts sur la méthode choisie
1.1 Dendrochronologie, géomorphologie, dendrogéomorphologie
1.1.1 Dendrochronologie
1.1.2 Géomorphologie
1.1.3 Dendrogéomorphologie
1.2 Les recherches dendrogéomorphologiques basées sur l’étude de la racine
2 La berge
2.1 Définition de la berge
2.2 Principes d’évolution des berges
2.3 Evolution dans les courbes
2.4 Les mécanismes de construction des méandres
II MATERIELS ET METHODE
1 Problématique et hypothèse
1.1 Problématique
1.2 Hypothèses
1.3 Paramètres de vérification des hypothèses
1.4 Finalités de la recherche
2 Méthodes
2.1 Site d’étude
2.1.1 Situation géographique et contexte géomorphologique
2.1.2 Flore et faune de la réserve de Berenty
2.1.3 Climat
2.2 Matériels
2.2.1 Matériels biologiques : « Tamarindus indica » ou kily
2.2.2 Matériels de terrain
2.3 Méthode proprement dite
2.3.1 Investigation sur les données pluviométriques
2.3.2 Collecte des données sur terrain
2.3.2.1 Mesure des berges
2.3.2.2 Collecte et traitement des sections de racine
2.3.2.3 Datation des cernes
2.3.2.4 Détermination et datation des indices au niveau des cernes
2.4. Analyse des données
2.4.1 Pluviométrie
2.4.2 Données sur les berges
2.4.3 Données sur les cernes
III RESULTATS ET DISCUSSIONS
1 Résultats
1.1 Précipitations dans la vallée de Mandrare
1.2 Les cernes au niveau des racines
1.3 Anomalies affectant les cernes
1.4 Relation entre âge des particularités des cernes, parties de la berge concernée, et pluviométrie
1.5 Lecture des phénomènes subis par les berges, dans les sections racinaires
1.6 Profils des berges au niveau de la forê
2 Discussion
2.1 Avantages et limites des méthodes
2.2 Processus érosion
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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