N°109

La sensibilité potentielle du sol à l’érosion hydrique dans l’ouest de la Bekaa au Liban

L’érosion des sols est l’une des formes de dégradation des terres arables qui se traduit par l’enlèvement de particules minérales et organiques. L’agent de l’ablation peut être le vent ou l’eau. Dans ce dernier cas, l’érosion hydrique dépend de caractères actifs (intensité des précipitations, etc.) et passifs (texture du sol, couverture végétale, valeur de pente, etc.). En termes de risque, les caractères actifs peuvent être assimilés à l’aléa et les caractères passifs à une partie de la vulnérabilité qu’il est possible de regrouper sous l’appellation de sensibilité à l’érosion.

1. Localisation de la région d’étude

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L’enjeu est particulièrement important dans les régions agricoles du Proche-Orient. Les caractères semi-arides de la marge orientale du climat méditerranéen, la présence ou la proximité de la montagne et des piémonts, les pratiques culturales concourent à placer au centre des préoccupations de développement rural la question de l’érosion des terres arables. De nouvelles études géodynamiques peuvent-elles aider à une meilleure gestion des productions agricoles par la connaissance accrue des potentialités du sol, voire à la reconquête raisonnée de terres abandonnées dans ces régions?

Pour tenter de répondre à ces questions, il convient d’apprécier les méthodes déjà éprouvées dans divers endroits du monde, dont certaines ont des approches qualitatives en lien avec des travaux d’expertise (De Ploey et al., 1989; Le Bissonnais et al., 1998), d’autres quantitatives (USLE, 1958; LAVSED, 1985; Silsoe, 1982; MEDALUS, 1995; SEMMED, 1997; PESERA, 2003). Dans le cas du Liban et, plus précisément de la Bekaa, la démarche quantitative, pourtant nécessaire, est freinée par le manque de données climatiques, ce qui ne permet pas d’effectuer des recherches concernant l’intensité des précipitations, leur énergie cinétique et leur érosivité. Un travail plus approfondi sur la sensibilité à l’érosion s’impose alors d’autant plus.

Il s’agira d’abord de présenter le terrain d’étude: une portion de la dépression de la Bekaa et des versants encadrants. La méthodologie sera ensuite développée en faisant ressortir son originalité par rapport aux démarches existantes. Puis l’estimation de la sensibilité potentielle du sol à l’érosion hydrique sera présentée sous forme de résultats spatialisés, avant d’être discutée.

Choix du terrain

Notre choix s’est porté sur un pays de la Méditerranée orientale, le Liban, dans la mesure où l’agriculture y tient encore une grande place, y compris dans des secteurs de marge climatique semi-désertique.

Nous avons étudié une zone de la Bekaa ouest, d’une surface de 136 km2, située entre 35°N et 33°E (fig. 1). À l’intérieur de cette région, nous nous sommes intéressés à des secteurs de plus petite taille pour lesquels nous disposions d’informations plus abondantes. Cette dépression s’insère entre les chaînes occidentales (Mont-Liban) et orientales (Anti-Liban). À ses extrémités nord et sud, l’altitude peut varier entre 500 et 900 m, offrant ainsi un paysage légèrement vallonné, sous un climat à tendance sèche.

Cette région intérieure présente deux types d’unités géomorpho-dynamiques:

À l’échelle locale, il s’agit de distinguer les types d’érosion dans un système «naturel» de montagne, de ceux d’un agro-système.

En dépit de sa petite taille, la région étudiée est parfaitement représentative de l’évolution observée dans la plus grande partie de la Bekaa (climat, fonctionnement socio-économique…).

Méthodologie

Walter H. Wischmeier et Dwight David Smith (1978) ont été les premiers à proposer l’équation universelle des pertes en sol (USLE). Karl Auerswald (1987) a proposé une version révisée en introduisant le facteur K (érodabilité du sol) dans l’équation USLE. Plusieurs améliorations ont été apportées à l’application de cette équation universelle (El-Swaify, Dangler, 1977; Roose, Sarrailh, 1989; Renard et al., 1997). Bien que l’équation USLE soit largement utilisée dans le monde scientifique, son application nécessite des paramètres de calibration qui ne sont pas disponibles pour la région orientale de la Méditerranée. Pour cela plusieurs études ont été menées afin de convertir le modèle quantitatif d’USLE en modèle qualitatif, en intégrant les différents facteurs d’érosion dans un SIG (PAP/RAC, 2004). Le résultat de ces modèles est une carte de risque d’érosion dont les unités spatiales sont réparties en plusieurs classes, du plus faible au plus fort. Cette carte du risque érosif constitue un outil d’aide à la décision en permettant la localisation des zones prioritaires et la proposition de scénarios d’intervention.

L’approche utilisée pour la cartographie de l’aléa «érosion» est une évaluation qui s’appuie sur la pondération de chaque facteur avant d’effectuer leur superposition. La différence globale entre tous les modèles qualitatifs utilisant l’approche SIG est dans la pondération des différents facteurs. Les facteurs et leurs pondérations sont choisis à partir de plusieurs expériences effectuées dans la région d’étude, permettant ainsi d’établir une méthode commune.

Au Liban, plusieurs projets ont été menés dans la région côtière et dans la plaine de la Bekaa. Ils ont permis aux experts locaux, notamment les chercheurs du CNRS libanais, de valider la méthodologie utilisée dans leurs publications (FAO, UNEP, 1997; Bou Kheir, 2001; PAP/RAC, 2004). Le modèle proposé s’appuie sur la méthodologie développée par la FAO et l’UNEP dans le cadre du plan d’action pour la Méditerranée. Cette méthodologie a été adaptée par le CNRS libanais. Un travail de terrain poussé a été effectué dans deux bassins versants représentatifs. La précision a été estimée à environ 80%.

Les modèles fondés sur l’expertise sont nombreux. Conçus en fonction de la disponibilité des bases de données, ils offrent une simplicité dans la lecture des résultats. Mais certains problèmes peuvent être rencontrés lors de leur application. La classification des données entraîne une perte d’information et les résultats d’analyse vont fortement dépendre du nombre de classes utilisées (Van der Knijff et al., 2000). Un autre problème est l’estimation des pondérations qui peuvent varier selon les experts consultés (Cerdan et al., 2006).

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En revanche, les approches quantitatives essaient de relier de façon rigoureuse des paramètres mesurables à des phénomènes physiques (Cerdan et al., 2006). Mais ces modèles, coûteux, exigent un grand nombre de données qui ne sont pas toujours disponibles.

Malheureusement, l’absence de données sur l’intensité des précipitations nous a empêchés d’étudier l’aléa de l’érosion du sol dans la région. En revanche, certaines études (Bou Kheir, 2001, 2002) déterminent le risque de l’érosivité de la pluie par rapport à la quantité des précipitations. Nous notons que la totalité de la région d’étude est soumise à la même valeur de précipitations, variant entre 600 et 700 mm.

Nous avons ainsi étudié la sensibilité potentielle du sol à l’érosion hydrique, en adoptant l’approche qualitative établie par les chercheurs du CNRS libanais:

Traitement des données

Le processus de l’érosion du sol est affecté par des facteurs naturels et humains. Les facteurs physiques ont été définis à la suite de discussions avec des pédologues et des agronomes spécialisés, ainsi qu’en fonction de la disponibilité des données. Ces facteurs sont les suivants:

L’influence du couvert végétal sur l’érosion

Le couvert du sol est considéré comme efficace contre l’érosion lorsqu’il absorbe l’énergie cinétique des gouttes de pluie (Roose, 1994; Duchaufour, 1970), «qui détache les particules du sol» (Kayser, 1957), et protège le sol, surtout dans la période de l’année où les précipitations sont les plus intenses. Cela signifie que l’efficacité du couvert végétal contre l’érosion hydrique n’est pas toujours la même (Duchaufour, 1970). On distingue des secteurs qui ont un couvert végétal toute l’année, des secteurs où les cultures laissent les sols à nu pendant plusieurs mois et des secteurs où les cultures assurent une protection dense et régulière tout au long de l’année.

La couverture du sol cultivé facilite ou réduit l’érosion hydrique, selon différents critères physionomiques (enracinement, type de feuillage, écartement des plants) ou selon des critères phénologiques (durée de la pousse), ainsi que selon des critères agronomiques (date des semis et des récoltes, sarclage, désherbage, type de labours).

Le couvert végétal a été divisé en quatre classes selon qu’il favorise ou non l’érosion (fig. 2). Cette classification a été établie en fonction de la densité et de la durée de vie du couvert végétal. Le couvert du sol, ou le mode d’occupation du sol, est un élément variable qui dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels les facteurs socio-économiques, qui sont des indicateurs de poids de l’activité humaine dans la favorisation ou la limitation du risque érosif.

2. L’influence du couvert végétal sur l’érosion hydrique

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En reprenant tous ces critères, nous avons proposé la classification suivante:

3. Les vignobles dans la région de Kefraya
(Cliché: H. El Hage Hassan, avril 2009)

Le rôle de la pente

La complexité du relief favorise l’érosion, ce qui nous a amenés à utiliser le facteur gradient de pente. Celui-ci a été extrait du modèle numérique de terrain d’une précision de 10 m.

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La longueur de la pente n’est pas considérée comme importante dans les régions méditerranéennes (Roose, 1994; Bou Kheir, 2002). Anne-Véronique Auzet (1987) a même écrit que «l’influence de la longueur de pente est probablement nulle en l’absence de ruissellement et lorsque le splash est le processus actif». L’inclinaison de la pente est certes le facteur déterminant dans l’apparition des rigoles (Savat, De Ploey, 1982), mais ce facteur varie en fonction de la texture du sol (Maurer, 1968). Après avoir pris l’avis de plusieurs chercheurs et experts [1], nous nous sommes référés à Denis Baize (2000) et à l’étude de l’érosion hydrique des sols en France effectuée par Yves Le Bissonnais, Jacques Thorette, Cécile Bardet et Joël Daroussin (2002) ainsi qu’à Éric Roose (1973) qui a étudié l’érosion (t/ha/an) et le ruissellement en fonction des pentes et du couvert végétal. Pour une pente de 4,5%, couverte en alternance de manioc puis d’arachide, l’érosion est de 18,8 t/ha/an. Les conditions climatiques ne sont certes pas les mêmes mais cela donne une idée quant à la classification des pentes. Nous avons divisé les pentes en cinq classes, selon la façon dont elles sont susceptibles de favoriser ou non l’érosion hydrique (El Hage Hassan et al., 2009) (tableau 2). Nous avons tenu compte du contexte méditerranéen, de la répartition saisonnière des précipitations, de la durée de la période sèche (3 mois au moins en été), et d’une période pluvieuse en automne-hiver qui atteint son apogée au mois de janvier, ce qui favorise l’érosion hydrique des sols.

À partir de cette classification, nous avons établi la carte de la sensibilité de la pente à l’érosion hydrique (fig. 4) qui montre que 72% de la région d’étude sont plats, avec une pente inférieure à 2°. L’effet de la pente sur la sensibilité à l’érosion hydrique des sols est donc très faible pour une grande partie de la région, ce qui ne signifie pas l’absence de la sensibilité à la battance. En effet, il se peut que «l’érosion se [produise] sur les faibles pentes lors de certains événements pluvieux» (Penven et al., 2000).

4. L’érodibilité du sol de la région d’étude

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Ainsi, lorsque l’on fait des observations précises sur le terrain, on peut noter localement des plages affectées par l’érosion aréolaire qui cause la dégradation et la diminution de l’épaisseur du sol et laisse la roche à nu sur de vastes surfaces (fig. 5). Des mesures de protection sont à prendre pour sauver les versants, concaves dans la région d’étude, pour lutter contre le transport des particules solides, causé par l’énergie des eaux de pluie, et leur dépôt sur les parcelles agricoles. En fait, les modifications des pratiques culturales et l’arrachage des haies peuvent provoquer le ruissellement et l’érosion du sol même sur une pente très faible (Veyret, 2003).

5. L’érosion hydrique causée par une pente raide et un sol peu profond à Deir Tahniche
(Cliché: H. El Hage Hassan, avril 2009)

La sensibilité du sol à l’érosion

Pour l’étude du sol, les deux facteurs pris en compte sont la battance [2] et l’érodibilité [3]. Ces deux facteurs ont été estimés à partir des données pédologiques: la texture, le taux de matière organique et la profondeur.

La sensibilité du sol à l’érosion hydrique dépend de ces facteurs (Ryan, 1982; Roose et al., 1993 ). La texture fine du sol empêche l’infiltration de l’eau et permet le déclenchement du ruissellement. Cela ne signifie pas que la texture fine est plus sensible à l’arrachement que la texture moyenne (fig. 6). Les sols riches en matière organique subissent moins l’érosion hydrique (Roose, 1994). En effet, la matière organique améliore la structure du sol et, en permettant l’association des agrégats du sol, en augmente la porosité (Bou Kheir, 2002). Elle joue le rôle de ciment qui maintient la structure du sol et le rend, par conséquent, plus perméable (Duchaufour, 1970; Neboit, 1991) à l’eau et plus résistant au choc des gouttes de pluie. De même, un sol profond a une forte résistance à l’érosion, à l’inverse des sols superficiels (Ryan, 1982).

6. État d’un sol limoneux nu après une faible pluie à Lala
(Cliché: H. El Hage Hassan, avril 2009)

Pour connaître ces paramètres, nous nous sommes servi des analyses d’échantillons réalisées sur plusieurs profils de sol dans la région d’étude par la FAO (1969), par les pédologues du CNRSL (Darwish et al., 2006), par Rania Bou Kheir qui a travaillé dans une bande géographique qui va de la côte jusqu’à la plaine de la Bekaa et par des agronomes du CNRSL (M. Abou Daher, T. Masri) et de l’Institut national des recherches agronomiques du Liban (S. Haj Hassan).

Le classification des sols selon l’érodibilité et la battance a été menée en collaboration avec Bernard Valadas. Plusieurs éléments ont été retenus: la texture (40%), la teneur en matière organique (40%) et la profondeur (20%) pour estimer l’érodibilité des sols (Bou Kheir, 2001); la texture (50%) et la teneur en matière organique (50%) pour estimer la sensibilité à la battance. Ces éléments ont donné un poids majoritaire à la texture et à la matière organique, pour évaluer la sensibilité du sol à l’érosion hydrique (Bou Kheir, 2001).

Ce résultat a été vérifié par certains chercheurs du CNRSL. Ces derniers ont déjà travaillé sur l’érosion du sol au Liban et ont fait référence à différents travaux (Fanning, Fanning, 1989; Finke et al., 1998; Lamouroux, 1972; Darwich, Zurayk, 1997; FAO, 1977). Pour ces chercheurs, la stabilité de la structure qui détermine la sensibilité du sol à l’érosion hydrique dépend de la matière organique et de la texture (Bou Kheir et al., 2001). Une dernière vérification a été faite, par comparaison avec des profils de sols analysés dans la région d’étude par le CNRSL en 2006. Cela nous a permis d’établir la carte d’érodibilité (fig. 7) et celle de la battance (fig. 8) et de répartir les sols en fonction de leur sensibilité à l’érosion hydrique en trois classes: faible, moyenne et forte.

7. L’érodibilité de la région d’étude

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L’estimation de la sensibilité potentielle à l’érosion hydrique

Le modèle adopté est composé de deux parties, avec un poids identique: une partie regroupe le sol et la pente; une autre partie correspond à la couverture du sol. Le couvert végétal joue le rôle le plus important. Selon la densité du couvert végétal, l’érosion hydrique est plus ou moins intense (Browing, 1948 cité par Bou Kheir, 2002).

(Classe de la sensibilité du sol *50 + classe de la favorisation de la pente *50) *50 + (classe de la favorisation du couvert du sol)*50

À partir de ce modèle, nous avons étudié:

Le résultat du croisement, en ce qui concerne les versants avoisinant les 3000 hectares, dénote l’absence de la faible sensibilité. Ce sont 6% de cette surface qui sont classés en moyenne sensibilité, là où la pente est forte, mais où le couvert végétal assure une protection contre l’intensité des précipitations. De plus, nous pouvons remarquer que la sensibilité moyenne est également présente sur les terrasses agricoles bien entretenues. Cela aide à limiter la sensibilité à l’érosion.

8. La battance du sol dans la région d’étude

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La combinaison des divers facteurs précités fait que la forte sensibilité couvre 23,7 % de la surface. Le sol fragile, le rôle de la pente qui varie entre moyennement favorable et très favorable à l’érosion et le couvert végétal, qui assure une faible protection du sol, sont la cause de cette forte sensibilité.

Enfin, l’absence d’un couvert végétal protecteur du sol, ou la présence d’un couvert peu dense, surtout pendant l’hiver, font que le sol subira directement les précipitations, ce qui augmente la sensibilité potentielle à l’érosion. À cela s’ajoutent la pente forte et la présence d’un sol superficiel. La combinaison de tous ces facteurs fait que la surface à très forte sensibilité domine sur 70% de la surface totale des versants.

À partir de la combinaison des classes de la sensibilité à la battance du sol, avec les classes de la favorisation de la pente et les classes de la favorisation du couvert végétal, et en appliquant le modèle précité, nous avons pu estimer la sensibilité potentielle à l’érosion des champs de grandes cultures. Sur une surface qui avoisine les 10 600 hectares, nous constatons l’absence des classes de faible sensibilité (à l’exception de quelques hectares) et de très forte sensibilité. La forte sensibilité domine 70,5% de la surface étudiée en raison principalement de la texture du sol dans ces endroits. La place de la sensibilité moyenne, qui couvrent 29%, s’explique par l’absence de couvert végétal pendant les mois les plus pluvieux de l’année.

Au total, nous constatons à partir de la carte de la sensibilité potentielle de la région d’étude (échelle de l’ordre du 1/50 000), que la forte sensibilité à l’érosion est dominante dans la région d’étude, puisqu’elle couvre 63% (fig. 9), suivie par la sensibilité moyenne qui couvre 24% de la surface totale. Ces pourcentages touchent majoritairement les secteurs sensibles à la formation des croûtes de battance. La sensibilité très forte, qui couvre 12% de notre région, se localise sur les fortes pentes. Ce pourcentage touche les secteurs sensibles à l’érodibilité. Quant à la sensibilité faible, sa présence est très modérée, elle ne dépasse pas les 0,2% de la surface générale.

9. La sensibilité potentielle de la région d’étude à l’érosion

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Conclusion

La partie étudiée de la plaine de la Bekaa présente, d’après les principaux résultats de nos travaux, une forte sensibilité à l’érosion, notamment à cause de la pente, pour ce qui est des versants, et à cause du couvert végétal pour les parties basses exploitées par l’agriculture. Plus précisément, en termes de classes, les sensibilités fortes et très fortes couvrent, de façon cumulée, les trois quarts de la région d’étude. Les premières proviennent avant tout de la battance, les secondes de l’érodibilité. Certes, la combinaison de plusieurs facteurs détermine les différentes sensibilités, mais le mode d’occupation du sol est le facteur dominant, qui met en évidence le rôle de l’homme dans l’érosion. Dans cette région, notre étude pourrait aider à une meilleure préservation des sols en proposant des formations végétales plus couvrantes pendant les pluies hivernales. Les céréales à semailles d’automne pourraient ainsi voir leur part augmenter.

Notre travail pourrait être généralisé à l’ensemble de la plaine de la Bekaa; le modèle que nous avons suivi, tout en le spatialisant et en l’adaptant aux particularités locales, poursuit d’ailleurs l’approche du CNRS libanais, qui l’avait conçu sous cette forme qualitative. Au-delà, l’avantage de cette méthode est son caractère rapide et peu coûteux, qui convient aux pays en difficulté. Il nous a semblé adapté au Liban, au vu de sa situation économique, et politique.

L’application complète d’un modèle quantitatif exigerait, elle, beaucoup de temps et de moyens, mais pourrait être envisagée, en particulier en ajoutant des études en stations afin de mesurer les pertes de sol causées par l’érosion hydrique.

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VEYRET Y., VIGNEAU J.J, DUBOIS J.J., KERGOMARD C., LAGEAT Y., MIOSSEC A., (2002). Géographie physique. Milieux et environnement dans le système terre. Paris: Armand Colin, coll. «U. Série Géographie», 368 p. ISBN: 2-200-25236-6

WISCHMEIR W.H., SMITH D. (1978). «Predicting rainfall erosion losses. A guide to conservation planning». Agriculture Handbook, n° 537, 58 p.

Ghaleb Faour, directeur du département de la télédétection au Conseil national de la recherche scientifique.
La sensibilité des sols à la fermeture de la porosité, formant une croûte superficielle qui réduit l'infiltration l'eau.
La sensibilité d'un sol à l'arrachement et au transport des particules.