Érosion

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Conception : Clarification - Explicitation

Conceptions canoniques

• L’érosion désigne le déplacement de sol ou de roches sous l’action combinée de la gravité et des éléments naturels tels que le vent, la pluie, le ruissellement de l’eau ou les vagues. Ce phénomène naturel entraîne le transfert progressif de grands volumes de matière depuis l’amont des bassins versants vers l’aval.

Ce processus joue un rôle très important dans le façonnement des paysages. Il dessine la morphologie des côtes ou la forme et l’emplacement des vallées. Il est généralement lent, mais se produit parfois de manière brutale, sous forme de mouvements de terrain. Sur des centaines de milliers d’années, l’érosion « gomme » les reliefs et alimente les vallées des fleuves et les plages en sédiments divers : limons, sables, galets, etc. En géomorphologie, l’érosion est le processus de dégradation et de transformation du relief, et donc des sols, roches, berges et littoraux qui est causé par tout agent externe (donc autre que la tectonique).

Un relief dont le modelé s'explique principalement par l'érosion est dit « relief d'érosion ». Les facteurs d'érosion sont :

le climat ; le relief ; la physique (dureté) et la chimie (solubilité par exemple) de la roche ; des facteurs écologiques et pédologiques (présence/absence de faune, fonge, couverture végétale et lichénique...) et leur nature ; l'histoire tectonique (fracturation par exemple) ; l'action de l'humain (pratiques agricoles telle que labours, surpâturage, minéralisation des sols, cultures sur pentes...), déforestation, imperméabilisation, artificialisation, urbanisation qui dans le monde prend une importance croissante et préoccupante1. L'érosion agit à différents rythmes et peut, sur plusieurs dizaines de millions d'années, araser des montagnes, creuser des vallées, faire reculer des falaises.

Des phénomènes naturels violents tels qu'une avalanche, un jökulhlaup, un lahar ou un orage peuvent modifier considérablement le paysage en quelques heures, voire en quelques minutes.

Mécanismes de l'érosion

Dans les processus d'érosion, on distingue généralement trois phases distinctes :

destruction du matériel rocheux (ablation du matériel) ; transport ; accumulation des débris (dépôt du sédiment). L'érosion implique une désagrégation superficielle de la roche ou du sol et le transport de ces matériaux, ce qui la distingue de la météorisation. Elle se produit sur place, et produit des débris .

Le degré d'érosion dépend des caractéristiques de la roche :

de la dureté (voir échelle de Mohs) et de la cohésion de ses minéraux ; de sa dilatation thermique ; des réactions chimiques possibles entre ses minéraux et le milieu.

Érosion mécanique

Érosion hydrique

• Elle est mécanique et chimique, avec comme principales altérations : l'hydroclastie, l'effet splash (impact des gouttes d'eau qui tombent sur le sol), la reptation, la solifluxion. L'érosion par l'eau est renforcée par la pente (torrents) et est un facteur de transport à plus ou moins longue distance de polluants du sol (dont pesticides agricoles ou de la vigne7). Sur le littoral, il faut tenir compte des vagues et des courants. Dans les fleuves ou canaux, c'est le batillage qui accélère l'érosion.

Si un fluide comme l'eau coule, il peut se charger de particules en suspension. La vitesse de sédimentation est la vitesse minimale qu'un flot doit avoir pour transporter, plutôt que déposer, des sédiments et est donnée par la loi de Stokes. Si la vitesse de l'écoulement est plus grande que celle de dépôt, le granulat continue vers l'aval. Comme il y a toujours des diamètres différents dans le flot, les plus gros se déposent (décantation) tout en pouvant continuer à descendre par des mécanismes comme la saltation (collisions particules-paroi), roulant et glissant, dont les traces sont souvent conservées dans les rochers solides, et peuvent être utilisées pour estimer la vitesse du courant. Le ruissellement est le type d'érosion le plus fréquent sur terre. Il peut être concentré (torrents, oueds) ou diffus (films d'eau issus de la fonte des neiges, érosion littorale). L'érosion fluviatile est produite par des cours d'eau. Elle peut être une érosion régressive. Hydroclastie : alternance humectation-dessiccation. Effet splash : impact des gouttes d’eau sur le sol. L'érosion fluvioglaciaire : la glace exerce une forte pression sur elle-même qui la rend fluide et donc érosive avec des cailloux. La vitesse et l'ampleur de l'érosion causée par l'eau dépendent des facteurs suivants :

• Pluie et ruissellement

Plus grandes sont l'intensité et la durée d'un épisode de pluie, plus grand est le risque d'érosion. L'impact des gouttes de pluie sur la surface du sol peut briser les agrégats et disperser les particules de sol. Les particules les plus légères, dont les particules très fines de sable, de limon, d'argile et de matière organique, sont facilement emportées par les éclaboussures d'eau de pluie et les eaux de ruissellement. Il faut davantage d'énergie transmise par les gouttes de pluie et un écoulement plus important pour emporter les particules plus grossières de sable et de gravier. Les déplacements de sol causés par la pluie (les éclaboussures d'eau) sont habituellement plus grands et plus facilement observables au cours d'orages brefs et violents. Même si l'érosion causée par des averses de longue durée et de moindre intensité n'est habituellement pas aussi spectaculaire ni manifeste que celle qui est produite par les gros orages, elle peut néanmoins à la longue entraîner des pertes de sol significatives. Sur les terrains en pente, l'eau commence à ruisseler à la surface du sol lorsque l'excédent d'eau ne peut plus être absorbé par le sol ou que l'eau est piégée à la surface. Le ruissellement s'intensifie lorsque le taux d'infiltration diminue sous l'effet du gel, de l'encroûtement ou du compactage du sol. Sur les terres agricoles, le ruissellement le plus considérable est observé au printemps, lorsque, normalement, les sols sont saturés, la neige fond et le couvert végétal est minimal.

• Érodabilité du sol

L'érodabilité d'un sol est une estimation, fondée sur les caractéristiques physiques du sol, de la vulnérabilité de ce sol à l'érosion. L'érodabilité est surtout influencée par la texture du sol, mais elle l'est également par sa structure, sa teneur en matière organique et sa perméabilité. En général, les sols qui affichent une plus grande résistance à l'érosion sont ceux dans lesquels l'eau s'infiltre plus rapidement, ceux qui sont riches en matière organique et ceux dont la structure est améliorée. Les sables, les loams sableux et les sols loameux ont tendance à être moins vulnérables à l'érosion que les limons, les sables très fins et certains sols argileux. Les pratiques aratoires et culturales qui appauvrissent le sol en matière organique, nuisent à la structure du sol ou provoquent le compactage du sol contribuent à accroître l'érodabilité. Par exemple, les couches de sol compactées sous la surface peuvent faire obstacle à l'infiltration de l'eau et contribuer au ruissellement. La formation d'une croûte de sol, qui a tendance à « sceller » la surface, nuit aussi à l'infiltration de l'eau. Si, à certains endroits, l'encroûtement peut réduire les pertes de sol causées par l'impact des gouttes de pluie et des éclaboussures d'eau, il entraîne quand même une augmentation correspondante du volume des eaux de ruissellement qui risque de provoquer des problèmes d'érosion plus graves encore. L'érosion passée influence aussi l'érodabilité du sol, car, bien souvent, les couches de sol sous-jacentes à la couche arable qui se trouvent exposées ont tendance à être plus vulnérables à l'érosion que les couches de sol originales en raison de leur moins bonne structure et de leur faible teneur en matière organique. Elles sont aussi moins fertiles, ce qui se répercute sur le rendement des cultures. Les peuplements étant alors généralement plus clairsemés, la protection du sol offerte par les cultures se trouve compromise. Pente et longueur de pente Plus la pente d'un champ est raide et plus cette pente est longue, plus les risques d'érosion sont grands. L'érosion hydrique augmente aussi avec la longueur de la pente à cause de l'augmentation du ruissellement. La fusion de petits champs pour en faire de plus grands a souvent pour conséquence d'allonger les pentes. Le débit de l'eau étant alors plus rapide, le transport des sédiments augmente, ce qui donne lieu à des risques accrus d'érosion et d'affouillement.

• Cultures et végétation

Le risque d'érosion augmente si le sol n'est pas suffisamment protégé par le couvert végétal et/ou une couche de résidus de culture. Les résidus et la végétation protègent le sol de l'impact des gouttes de pluie et des éclaboussures d'eau. Ils ont aussi tendance à réduire la vitesse d'écoulement de l'eau et à favoriser l'infiltration de l'eau dans le sol. L'efficacité de la végétation et des résidus à réduire l'érosion dépend du type, de l'étendue et de la densité du couvert végétal. La meilleure façon de combattre l'érosion est de miser à la fois sur un couvert végétal et sur des résidus de culture (p. ex., forêts et pâturages permanents) qui couvrent complètement le sol et qui interceptent les gouttes de pluie à la surface du sol et près de celle-ci. Les résidus partiellement incorporés et les vieilles racines ont aussi leur importance, parce qu'ils facilitent l'infiltration. L'efficacité d'un couvert végétal à réduire l'érosion dépend aussi de la protection qu'il offre à différentes périodes de l'année en fonction de l'importance des précipitations érosives reçues au cours de ces périodes. Les cultures qui procurent un couvert végétal complet durant la majeure partie de l'année (p. ex., luzerne et cultures de couverture d'automne) permettent de beaucoup mieux maîtriser l'érosion que les cultures qui laissent le sol nu pendant plus longtemps (p. ex., cultures en rangs), particulièrement pendant les périodes de précipitations très érosives, comme le printemps et l'été. Les systèmes de conduite des cultures qui favorisent les techniques de culture selon les courbes de niveau et de culture en bandes peuvent réduire encore davantage l'érosion. Pour freiner le gros de l'érosion dans les cultures en rangs, laisser des résidus couvrant plus de 30 % de la surface du sol après la récolte et pendant les mois d'hiver, ou semer une culture de couverture sous couvert (p. ex., du trèfle rouge sous couvert de blé ou de l'avoine à la suite de maïs à ensilage).

• Pratiques culturales

L'érosion hydrique est influencée par 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 et le nombre de passages. Généralement, moins le travail du sol perturbe la végétation ou la couche de résidus en surface ou près de la surface, moins le travail du sol engendre d'érosion hydrique. Le travail réduit du sol et le semis direct sont des moyens efficaces de limiter ce type d'érosion. Au contraire, les pratiques aratoires réalisées dans le sens de la pente favorisent l'érosion hydrique en offrant des voies d'écoulement aux eaux de ruissellement. Le travail du sol à contre-pente et les techniques de labour suivant les courbes de niveau s'opposent à la concentration des eaux de ruissellement et limitent les déplacements de sol.

• Formes d'érosion hydrique
• Érosion en nappe

L'érosion en nappe s'entend du déplacement des particules de sol provoqué par le choc des gouttes de pluie et les eaux de ruissellement. Elle se produit habituellement d'une manière égale sur une pente uniforme et passe inaperçue jusqu'à ce que la quasi-totalité de la couche arable productive ait été enlevée. Le sol fertile détaché par l'érosion se retrouve au bas de la pente ou dans des terres basses. On reconnaît aussi ce type d'érosion à la couleur claire du sol sur les buttes, aux changements dans l'épaisseur des couches de sol et aux faibles rendements sur les épaulements et les buttes.

• Érosion en rigoles

On assiste à l'érosion en rigoles quand les eaux de ruissellement se concentrent et forment des filets ou rigoles. Ces dépressions bien définies qui résultent de l'enlèvement du sol par la force de l'eau qui coule sont néanmoins suffisamment petites pour ne pas nuire au travail de la machinerie. Dans bien des cas, ces rigoles sont comblées chaque année par le travail du sol.

• Érosion par ravinement

Le ravinement, ou érosion par ravinement, est un stade avancé de l'érosion en rigoles. Le sol est alors si profondément entaillé que les dépressions qui se forment nuisent aux opérations normales de travail du sol. Sur certaines fermes de l'Ontario, le ravinement est responsable de la perte de grandes quantités de sol arable et de sous-sol chaque année. L'écoulement superficiel qui amène la formation de ravins ou l'élargissement de ravines est habituellement le résultat d'une mauvaise conception des exutoires des réseaux de drainage de surface et souterrain. L'instabilité des talus des ravins, habituellement associée au suintement des eaux souterraines, provoque l'érosion puis l'effondrement des talus. De tels effondrements surviennent généralement au printemps lorsque le régime des eaux est le plus propice à l'érosion. Sans mesures correctives bien pensées et efficaces, la formation de ravins est difficile à prévenir. Les mesures adoptées doivent prendre en considération la cause de l'augmentation du débit de l'eau sur le terrain et permettre de diriger l'écoulement vers un exutoire convenable. Le ravinement fait perdre des superficies considérables de terres productives en plus de représenter un danger pour les opérateurs de machinerie agricole.

• Érosion des berges

Les cours d'eau naturels et les canaux de drainage servent d'exutoires aux eaux de ruissellement et aux effluents des réseaux de drainage souterrain. L'érosion fait son œuvre sur les berges au fur et à mesure du sapement, de l'affouillement et de l'effondrement de celles-ci. Des aménagements déficients, le manque d'entretien, le libre accès du bétail et la trop grande proximité des superficies cultivées sont autant de facteurs en cause. On peut aussi pointer du doigt la conception des sorties de drainage souterrain. Certaines ne remplissent pas leur rôle convenablement faute d'un tuyau de sortie rigide, ou parce qu'aucun bloc antiérosif n'a été installé ou parce que celui-ci ne convient pas, ou encore parce que les tuyaux de sortie ont été endommagés par l'érosion, la machinerie ou le sapement de la base de la berge.

Les conséquences directes de l'érosion des berges sont, entre autres : la perte de terre arable; le sapement de la base des ouvrages, tels que les ponts; les exigences accrues de nettoyage et d'entretien des canaux de drainage; et le ravinement des voies de circulation et des superficies longeant les clôtures.

• Effets de l'érosion hydrique

Sur le terrain Les répercussions de l'érosion des sols vont au-delà de la perte de sol arable. La levée, la croissance et le rendement des cultures sont directement affectés par l'appauvrissement du sol en éléments nutritifs et en engrais. L'érosion peut déplacer ou carrément emporter les semences et les plants. Du fait de leur légèreté, la matière organique présente dans le sol, les résidus à la surface et le fumier épandu peuvent facilement être emportés hors du champ, particulièrement à la fonte des neiges, et entraîner avec eux des pesticides.

Les pertes de sol peuvent nuire à la qualité, à la structure, à la stabilité et à la texture du sol. Le morcellement des agrégats et l'enlèvement des particules plus fines ou de couches entières de sol ou de matière organique peuvent détériorer la structure et même modifier la texture du sol. Toute modification de la texture du sol peut à son tour nuire à la capacité de rétention d'eau du sol et exposer davantage celui-ci à des conditions extrêmes telles que la sécheresse.

Hors du champ Les répercussions de l'érosion hydrique ne sont pas toujours aussi apparentes hors du champ que sur les lieux mêmes où elle se produit. Le sol érodé, déposé au bas des pentes, empêche ou retarde la germination, enterre les jeunes pousses et oblige à ressemer les zones dégarnies. De plus, des sédiments peuvent s'accumuler au bas des pentes et contribuer à la détérioration des routes.

Les sédiments qui atteignent des cours d'eau peuvent accélérer l'érosion des berges, ensabler les fossés de drainage et les cours d'eau, envaser les réservoirs, endommager l'habitat des poissons et dégrader la qualité de l'eau en aval. Les pesticides et engrais, souvent emportés avec les particules de sol, contaminent ou polluent les sources d'eau, les terres humides et les lacs en aval. Du fait de la gravité de certaines des répercussions de l'érosion hors du champ, la pollution diffuse de source agricole est un point important à

Érosion éolienne

• L'érosion éolienne attaque les roches en enlevant des particules (déflation, abrasion) ou en polissant la surface. Elle est d'autant plus efficace que les obstacles sont inexistants et que le vent est puissant, régulier et chargé de poussières.

Elle conduit à une dégradation environnementale sévère par l’appauvrissement des sols et le déplacement de volumes élevés de particules par le vent. L’érosion éolienne est le principal facteur physique d’épuisement des terres agricoles et, par l’ensablement, constitue une des gênes majeures dans les aires urbaines et oasiennes des écosystèmes secs. Il existe trois modes de déplacement des particules de sol : la suspension, la saltation et le roulement. Le mode varie selon la grosseur des particules et la puissance du vent.

La vitesse et l'ampleur de l'érosion causée par le vent dépendent des facteurs suivants :

• Érodabilité du sol

Le vent peut soulever haut dans les airs les particules de sol très fines et les transporter sur de grandes distances (suspension). Il peut soulever les particules de moyennes à fines sur de courtes distances et provoquer leur déplacement par petits bonds successifs qui endommagent les cultures et délogent davantage de sol (saltation). Si les particules de sol sont trop grosses pour que le vent les soulève, celui-ci les déloge et les fait rouler à la surface du sol (roulement). L'abrasion engendrée par le mouvement des particules soufflées par le vent amène une dégradation des agrégats stables à la surface du sol, ce qui accroît encore davantage l'érodabilité du sol.

• Rugosité de la surface du sol

Les sols lisses opposent peu de résistance au vent. Par contre, sur les crêtes des sillons des sols qui sont travaillés, les particules peuvent s'assécher plus rapidement qu'ailleurs lorsque le vent se lève, ce qui fait que davantage de sol meuble et sec peut être emporté par le vent. Avec le temps, les creux peuvent se combler, de sorte que les sols rugueux peuvent s'aplanir par abrasion. Il en résulte une surface plus lisse vulnérable à l'érosion éolienne. Un travail excessif du sol peut contribuer à briser la structure du sol et intensifier ainsi l'érosion.

• Climat

La vitesse du vent et la durée de l'épisode venteux ont un effet direct sur l'ampleur de l'érosion du sol. Les taux d'humidité sont très faibles à la surface des sols excessivement drainés ou durant des périodes de sécheresse, ce qui amène des particules à se détacher et à être emportées par le vent. Le même phénomène se produit lors de l'assèchement du sol par le gel au cours des mois d'hiver. L'accumulation de sol du côté sous le vent d'obstacles tels que clôtures, arbres ou bâtiments, ou une couverture de neige qui est brune durant l'hiver sont des indices d'érosion éolienne.

• Longueur exposée des champs

En l'absence d'arbres, d'arbustes, de résidus, etc., faisant obstacle au vent, celui-ci met les particules de sol en mouvement sur de grandes distances, ce qui augmente l'abrasion et l'érosion du sol. Comme les buttes et les sommets des collines sont habituellement exposés, ce sont les endroits qui en souffrent le plus.

• Couvert végétal

À certains endroits, l'absence de couvert végétal permanent donne vraiment prise à l'érosion éolienne. Les sols nus, secs et exposés sont les plus vulnérables. Cependant, les cultures qui produisent peu de résidus (comme le soya et de nombreuses cultures légumières) n'opposent pas toujours une résistance au vent suffisante. Dans les endroits très venteux, il arrive que même les cultures qui produisent beaucoup de résidus ne protègent pas suffisamment le sol.

Le couvert végétal le plus efficace est composé d'une culture de couverture et de plantations brise-vent établies à des endroits stratégiques, combinées à un bon travail du sol, à une bonne gestion des résidus et à un choix approprié de cultures. L'érosion éolienne s'observe dans les régions vulnérables de l'Ontario, mais elle ne touche qu'un faible pourcentage des terres, essentiellement les terres sableuses et les terres noires. Sous les conditions qui y sont favorables, l'érosion éolienne peut occasionner des pertes de sol et de terrain considérables

• Effets de l'érosion éolienne

L'érosion éolienne endommage les cultures en soumettant les plantules ou les plants repiqués à l'abrasion, en enterrant les plants ou les semences et en exposant les semences. Elle peut entraîner la destruction des cultures, ce qui occasionne des retards coûteux. Elle peut même obliger à reprendre les semis. Les plantes soumises à l'abrasion des particules de sol sont sensibles aux maladies, ce qui se traduit par des baisses de rendement, de qualité et de valeur marchande. L'érosion éolienne peut par ailleurs compliquer les travaux aratoires et empêcher de réaliser les travaux à temps.

L'abrasion par le vent appauvrit le sol, ce qui peut se répercuter sur la croissance et les rendements dans les parcelles où l'érosion est un problème récurrent. Le vent qui souffle constamment au même endroit finit par modifier la texture du sol. Dans les sols sableux, la perte des particules de matière organique, de sable fin, de limon et d'argile entraîne une baisse de la capacité de rétention d'eau du sol. Il en résulte une érodabilité accrue et une aggravation du problème.

Il y a un coût important à laisser le vent soulever les particules de sol le long des clôtures, dans les canaux de drainage et les voies de circulation ainsi qu'autour des bâtiments. Sans compter que des éléments nutritifs et des produits chimiques appliqués à la surface du sol peuvent être emportés avec les particules et avoir des répercussions négatives en se déposant hors du champ. La poussière dont est alors chargée l'atmosphère peut aussi nuire à la santé humaine et compromettre la sécurité du public.

Érosion liée au travail du sol

L'érosion liée au travail du sol vient de la redistribution du sol par la machinerie et la gravité (figure 8). Elle amène un déplacement progressif du sol vers le bas des pentes. Il s'ensuit des pertes de sol considérables dans le haut des pentes et des accumulations dans le bas des pentes. Cette forme d'érosion pave la voie à l'érosion hydrique. Les instruments aratoires déplacent le sol vers des zones de convergence du champ où les eaux de ruissellement se concentrent. De plus, le sous-sol ainsi exposé devient très vulnérable aux forces érosives de l'eau et du vent. L'érosion liée au travail du sol est la forme d'érosion qui risque le plus de causer des déplacements de sol à l'intérieur du champ. Dans bien des cas, elle peut causer plus d'érosion que l'eau ou le vent.

La vitesse et l'ampleur de l'érosion causée par le travail du sol dépendent des facteurs suivants :

Type d'instruments aratoires Les instruments aratoires qui soulèvent et emportent le sol sont ceux qui déplacent le plus de sol. Par exemple, par rapport à une charrue à versoirs classique, une charrue chisel laisse beaucoup plus de résidus de culture à la surface du sol, mais elle peut déplacer autant de sol et peut même emporter celui-ci sur une plus grande distance. L'utilisation d'instruments aratoires qui déplacent peu le sol contribue à réduire au minimum l'érosion liée au travail du sol.

Sens du travail du sol Les instruments aratoires, tels que charrues ou herses à disques, projettent le sol vers le haut ou vers le bas de la pente, selon le sens du travail du sol. Ordinairement, le déplacement de sol est plus grand lorsque le travail du sol se fait vers le bas de la pente que lorsqu'il se fait vers le haut de la pente.

Vitesse d'avancement et profondeur de travail La vitesse d'avancement et la profondeur de travail du sol ont une influence sur la quantité de sol déplacé. Un travail profond déplace davantage de sol et une vitesse d'avancement accrue pousse le sol plus loin.

Nombre de passages La réduction du nombre de passages limite les déplacements de sol. En faisant moins de passages, on laisse aussi une couche de résidus plus épaisse à la surface du sol et on réduit la pulvérisation des agrégats, deux facteurs qui s'opposent aux érosions éolienne et hydrique.

• Effets de l'érosion liée au travail du sol

L'érosion liée au travail du sol se répercute sur la croissance et le rendement des cultures. Sur les épaulements et les buttes, la croissance des cultures est lente et les plants sont rabougris du fait de la détérioration de la structure du sol et de la perte de matière organique. Ces cultures sont plus vulnérables aux différents facteurs de stress quand les conditions de culture sont défavorables. Des changements dans la structure et la texture du sol peuvent accroître l'érodabilité du sol et exposer encore davantage celui-ci aux forces érosives de l'eau et du vent.

Dans les cas extrêmes, l'érosion liée au travail du sol provoque même le déplacement du sol se situant dans les couches inférieures du sol. Le sous-sol déplacé du haut vers le bas d'une pente risque d'enterrer la couche arable productive dans le bas de la pente, ce qui nuit encore davantage à la croissance et au rendement des cultures. Des recherches réalisées montrent que l'érosion liée au travail du sol peut entraîner des pertes de sol sur une profondeur allant jusqu'à 2 m dans le haut des pentes et des diminutions de rendement allant jusqu'à 40 % dans le maïs. Dans les cas extrêmes, les mesures d'atténuation des répercussions consistent à ramener le sol dans le haut des pentes.

Érosion liée aux écarts de température

Dans les régions de forte amplitude thermique (climat continental, polaire, déserts, haute montagne, etc), les chocs thermiques répétés par la succession des cycles jour/nuit, fend puis fait éclater certaines roches, à différentes échelles micro et/ou macroscopique ; c'est la thermoclastie.

L'érosion liée à la température fait également intervenir l'eau comme agent d'érosion en présence de roches poreuses et/ou de fissures qui éclatent en cas de gel. La cryoclastie est un exemple d'érosion par thermoclastie : la roche éclate à cause de l'alternance gel-dégel de l'eau qui s’infiltre, lorsque l'eau gèle, elle occupe plus de volume et exerce une force capable de faire exploser une roche. Les morceaux libérés par le gel sont appelés gélifracts. Le cycle gel/dégel est saisonnier (en Sibérie par exemple) ou quotidien en haute montagne.

Ce sont les processus de la gélifraction ou gélivation12. En montagne, la cryoclastie produit des phénomènes de chute de bloc(s) ou parfois, collectivement, des éboulements, qui peuvent former des éboulis en pied de pente.

Érosion liée à la glace

Les mouvements des glaciers, principalement gravitaires provoquent d'importantes contraintes sur le substratum rocheux essentiellement causées par les blocs de roches prisonniers dans la base de la tranche de glace, contraint d'avancer avec l'écoulement du glacier. Ces blocs "grattent" donc le substrat rocheux de la vallée, lissant les reliefs et creusant des stries glaciaires et à long terme générant les morphologies des vallées glaciaires. Lors de périodes de déglaciation, des blocs de glace auparavant fixes sur le plancher océanique peuvent se déplacer avec les courants de marées et géostrophiques, imprimant sur le plancher océanique des spirale d'iceberg.

Érosion chimique

La décomposition chimique des roches donne naissance à des modelés de désagrégation.

Un processus important est la dissolution, en particulier des calcaires par la pluie plus ou moins acide, on parle alors de karst.

La dissolution est une forme de météorisation qui affecte essentiellement les massifs calcaires. Elle donne lieu à des paysages de karst. L'eau, chargée en acides organiques et en dioxyde de carbone, s'infiltre par les fissures et modèle les roches carbonatées ; elle constitue un « complexe d'altération ». Elle libère les éléments chimiques de la roche sous forme d'ions dissous dans l'eau. En effet, contrairement au grès siliceux, les calcaires sont particulièrement vulnérables à la dissolution. Aussi, d'autres roches et minéraux sont solubles :

la silice, relativement peu soluble les carbonates, d'autant plus soluble que l'eau est acide le gypse, d'autant plus soluble que l'eau est chaude les sulfates les chlorures de sodium et de potassium (solubilité extrêmement importante) L'altération chimique modifie les minéraux des roches : hydratation, oxydation, oxydo-réduction, hydrolyse. Dans la zone intertropicale, l'altération des roches feldspathiques par lessivage permet la formation de latérites, roches rouges ou brunes constituées d'hydroxydes d'aluminium et de fer et qui forment une véritable cuirasse à la surface des plateaux des régions chaudes et humides. L'hydrolyse est le processus de rupture des liaisons chimiques des minéraux. Elle donne naissance à des oxydes tels que la limonite, ou des argiles et finit par former un sol.

Érosion causée par les êtres vivants

Biométéorisation Microorganismes Mollusques perforateurs, pholades par exemple Végétaux peuvent concourir à l'érosion par leurs racines par exemple Érosion anthropique (par l'humain) : déforestation, labours (érosion aratoire), urbanisations diverses

Modèles

L'érosion use le matériel rocheux et façonne des formes très diverses.

• Formes en creux

L'érosion peut creuser la roche et donner naissance à des modelés de dissection :

gorge, canyon ; vallée et cirque glaciaire ; gouffre, caverne, grotte ; arche ; lavaka ; calanque, fjord ; ravine ; ligne des cataractes ou encore ligne des chutes etc. Le ravinement affecte les paysages nommés badlands. Les précipitations, en coulant sur les pentes constituées de matériaux meubles (argile, sédiments), creusent des rigoles et des sillons.

• Autres formes

L'érosion peut donner naissance à des modelés d'accumulation.

Karst à tourelles Inselberg Pinacles Chaos de boules granitiques (Bretagne, Massif central) ou de blocs de grès (Forêt de Fontainebleau) Pain de sucre Rio de Janeiro Cheminée : cheminées de fées (Hautes-Alpes), Demoiselles coiffées (Turquie)

• Littoral

Le recul et la transformation des littoraux dépendent de très nombreux facteurs :

la configuration de la côte ; la nature de la roche ; la force et l'orientation des courants, des vagues, de la dérive littorale et de la houle ; la présence de galets ; l'anthropisation. On peut donc avoir plusieurs cas de figure :

littoral à falaise différent selon les roches ; les calanques appartiennent au relief karstique ; les rias, abers et fjords ; les marais, deltas, estuaires ; les dunes.

Mesures de conservation

L'adoption de diverses mesures de conservation des sols permet de lutter contre l'érosion causée par l'eau, le vent et le travail du sol. À la ferme, les pratiques de travail du sol, les pratiques culturales et les pratiques de gestion des terres influencent directement les problèmes d'érosion du sol et les solutions à ces problèmes. Quand la rotation des cultures ou la modification des pratiques de travail du sol ne suffisent pas à maîtriser l'érosion dans un champ, il faut parfois recourir à une combinaison de mesures ou à des mesures extrêmes. Il y a alors lieu d'envisager, par exemple, la culture suivant les courbes de niveau, la culture en bandes ou l'aménagement de terrasses. Dans les cas vraiment graves où l'on est en présence d'écoulements superficiels concentrés, l'aménagement d'ouvrages fait partie de la solution. Il peut s'agir de voies d'eau gazonnées, de colonnes descendantes, d'ouvrages de rupture de pente, de déversoirs enrochés et de bassins de captage et de sédimentation.

Résumé

L'érosion du sol reste l'un des principaux défis pour l'agriculture. De nombreux agriculteurs ont déjà beaucoup amélioré leurs pratiques de lutte contre l'érosion des sols sur leurs terres. Toutefois, vu les progrès constants réalisés dans les technologies de gestion des sols et de production des cultures, progrès qui ont maintenu ou augmenté les rendements malgré l'érosion des sols, d'autres producteurs ne sont pas conscients de l'aggravation du problème sur leurs terres. La prise de conscience survient ordinairement une fois que la terre a subi des dommages et affiche des pertes de sol arable.L'augmentation prévue des phénomènes météorologiques extrêmes apportés par le changement climatique accentuera les problèmes existants attribuables aux érosions éolienne et hydrique et fera surgir de nouveaux problèmes. On doit, dans toute la mesure du possible, protéger les terres agricoles en prêtant une attention particulière aux situations les plus à risques qui exposent le sol à l'érosion.

Conceptions erronées et origines possibles

• Confondre l'érosion à la dégradation de sol

L’érosion se produit quand tout ou partie du sol est déplacé hors du site où il se trouve, sur une distance variable, par l’action de l’eau, du vent, de la gravité ou encore des outils agricoles ou des aménagements humains. Par conséquent, l’érosion est un processus irréversible quand le sol est entrainé dans les rivières en direction de la mer.

La dégradation stricto sensu (s.s.) se produit quand le sol est dégradé sur place sans déplacement ni perte de matériau. La dégradation s.s. porte donc sur les propriétés physiques, chimiques et/ou biologiques du sol. En général, il s’agit d’un processus réversible comme c’est le cas, par exemple, de l’acidification des terres.

Conceptions: Origines possibles

• Les sociétés face à l’érosion :un questionnement historique multiforme

Depuis une vingtaine d’années, l’accent est mis sur l’érosion d’origine humaine, ou « érosion anthropique ». Divers travaux montrent que les actions cumulées de 7,5 milliards d’humains pèsent aujourd’hui plus lourd que tous les agents d’érosion naturels réunis :mines,carrières,routes,immobilier,agriculture, représentent 100 gigatonnes de matériaux déplacés, contre 75 Gt pour les agents naturels tels que cours d’eau, vents, vagues, glaciers. Un engin emblématique de cette « force anthropique » est le Caterpillar 797F, dont les 400 tonnes de charge utile font le travail de 256 Ford F-150. L’impact des activités anthropiques est tel qu’il a donné naissance à une nouvelle spécialité, l’ « anthropogéomorphologie », qui place au centre de l’étude le rôle des groupes humains organisés comme agents d’érosion à part entière3. Le service géologique britannique a même entrepris en 1999 de conduire une cartographie détaillée de toutes les formations artificielles liées aux activités humaines (déblais, remblais, produits de carrière, terrils, terrassements, aménagements paysagers)

• Indépendamment du modelé du relief, tous les sols sont naturellement soumis à l'érosion. En agriculture, l'érosion du sol renvoie à l'amincissement de la couche arable d'un champ sous l'effet des forces érosives naturelles de l'eau et du vent , ou sous l'effet des activités agricoles, comme le travail du sol.

Que la cause de l'érosion soit l'eau, le vent ou le travail du sol, dans tous les cas, le sol : se détache, se déplace, puis se dépose. La couche arable, fertile, vivante et riche en matière organique, est emportée ailleurs sur le terrain, où elle s'accumule avec le temps, ou hors du terrain, dans les réseaux de drainage. L'érosion du sol abaisse la productivité de la terre et contribue à la pollution des cours d'eau, des terres humides et des lacs adjacents.

Le phénomène peut être lent et passer relativement inaperçu. Il peut aussi se produire à un rythme alarmant et causer alors de lourdes pertes de terre arable. Le compactage du sol, l'appauvrissement du sol en matière organique, la dégradation de la structure du sol, un mauvais drainage interne, des problèmes de salinisation et d'acidification du sol sont d'autres causes de détérioration du sol qui en accélèrent l'érosion

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Conceptions liées - Typologie

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Géologie / Géomorphologie / Sédimentologie / Stratigraphie / Climatologie / Minéralogie / Géomorphologie / Anthropogéomorphologie / Météorologie /

Concepts ou notions associés

Reliefs / Roches sédimentaires / Formations géologiques / Glace / Vent / Eau / Pression mécanique / Transport / Altération / Gélifraction / Cryoclastie / Dépôt/ Matériaux / Cycle Gel-Dégel / Orogenèse / Glissement de terrain / Formes en creux / Modelés d'accumulation / Désertification / Température / Dégradation de sol / Effondrement /

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Éléments graphique

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  érosion

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  Force érosive de l'eau attribuable à la concentration de l'écoulement des eaux de ruissellement

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  Force érosive du vent dans un champ non protégé

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  L'accumulation de sol et de débris de culture à l'extrémité basse de ce champ est un indice d'érosion en nappe

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  Le tracé distinct formé par les eaux de ruissellement est un signe d'érosion en rigoles ayant emporté le sol

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  L'érosion des berges résulte du sapement et de l'affouillement des berges des cours d'eau naturels et des canaux de drainage

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  L'érosion éolienne peut être considérable sur les vastes superficies lisses et non protégées

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  L'érosion liée au travail du sol entraîne un déplacement progressif du sol vers le bas de la pente

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  Sans intervention, l'érosion en rigoles peut mener à l'érosion par ravinement

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Stratégie de changement conceptuel

• Pour ne pas confondre entre érosion et dégradation de sol

Nombreux sont ceux qui confondent érosion et dégradation des sols. Pour les uns, l'érosion est la cause principale de cette dégradation. Pour d'autres, c'est sur les sols dégradés que s'installent les phénomènes visibles de l'érosion. La dégradation des sols, c'est la perte des qualités essentielles des sols pour remplir ses fonctions naturelles de stockage de l'eau et des nutriments, de milieu de soutien des racines et des plantes, de réservoir de la biodiversité, de filtration des polluants et de séquestration du carbone. Il faut donc savoir que la dégradation des sols peut avoir diverses origines: salinisation et carbonatation, engorgement, compaction par le piétinement ou la motorisation, lessivage des colloïdes ou des éléments solubles dans les eaux de drainage, minéralisation des matières organiques (MO) et squelettisation par érosion sélective des particules fines. En zone méditerranéenne semi-aride, alors que l'érosion comprend trois phases (arrachement, transport et sédimentation), la dégradation des terres ne concerne que la déstabilisation de la structure et de la macroporosité du sol, sur place. La dégradation du sol dans le cadre qui nous occupe ici provient essentiellement de trois processus : la minéralisation des matières organiques du sol, d'autant plus active que le climat est chaud et humide; l'exportation minérale par les cultures qui va entraîner la baisse des activités de la microfaune et de la faune, responsable de la macroporosité du sol et de la diffusion de l'air et de l'eau dans le sol; la squelettisation ou l'enrichissement en sables et graviers des horizons de surface par érosion sélective des particules fines, des matières organiques et des nutriments, suite à la battance des pluies. Les gouttes de pluie tassent le sol, cassent les agrégats, arrachent des particules qui vont former alentour des pellicules de battance et des croûtes de sédimentation favorables au ruissellement. Alors que l'érosion est la somme de trois processus: l'arrachement de matières, le transport et la sédimentation d'une partie de celle-ci en cours de route. Le transport des particules de la surface du sol s'effectue par le vent, l'eau, l'attraction universelle et divers agents.

Images et figures

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  Dégradation de sol

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  Dégradation de sol2

• Pour convaincre ceux qui pensent que l'érosion est un simple mécanisme géologique de l'importance de ce phénomène naturel il faut avoir recours à l'histoire de la naissance

de certaines conceptions relatives à l'érosion. Si l’on prend le cas de l’érosion fluviale, la première étudiée, de nombreux ingénieurs ont, de la fin du XVIIe avec Domenico Guglielmini au milieu du XIXe siècle avec Benjamin Dausse, suivi avec constance une approche centrée sur le triptyque théorie des écoulements– aménagement des lits fluviaux– temps des sociétés.Des savants comme Georges-Louis Leclerc de Buffon, Giovanni Arduino, James Hutton ou John Playfair, se sont aussi intéressés à l’érosion, mais plutôt dans le prolongement des « théories de la Terre » publiées au cours des XVIIe et XVIIIe siècles. Dans la première moitié du XIXe siècle, d’autre savants, tels Georges Cuvier, William Buckland (qui en 1828 introduit le terme denudation, « démantèlement »), Andrew Ramsay au Pays de Galles et Peter Lesley dans les Appalaches, ou encore Joseph Jukes en Irlande, s’étaient intéressés à la formation des vallées (origine diluviale, marine, fluviale ou structurale, avec la théorie des « vallées-fractures »). Le temps n’est plus ici celui des sociétés, comme chez les ingénieurs hydrologues depuis la Renaissance, mais le temps profond de la géologie dont l’essor, plus tardif, date de la révolution industrielle. En fait,il faut attendre les travaux géographiques et géologiques des cartographes du Wheeler Survey et du Powell Survey, deux importants services qui pilotent toutes les expéditions effectuées dans les régions arides situées à l’ouest du 100e méridien des États-Unis, pour que la notion d’érosion connaisse un triple élargissement :John Wesley Powell (1834-1902) introduit la notion de « niveau de base général » de l’érosion Grove Karl Gilbert (1843-1918) propose une définition de l’érosion incluant météorisation (c’est-à-dire l'altération des roches par exposition aux agents atmosphériques), transport, et attaque mécanique ; enfin, William Morris Davis (1850- 1934) élabore la théorie du geographical cycle – hélas traduite par « cycle d’érosion ». L’apport fondamental de Davis est en effet d’avoir illustré la dimension spatiale des concepts de la géomorphologie, leur expression dans le paysage, ce que « cycle d’érosion a pour effet de masquer en mettant l’accent sur la dynamique des agents externes au détriment de la dynamique des formes (denudation chronology). Le « cycle géographique » : une théorie de l’érosion vite sur la sellette Entre 1900 et 1950, la théorie du cycle va être étendue aux paysages glaciaires, arides, karstiques, littoraux, périglaciaires. Toutefois, le modèle de Davis n’a jamais été accepté de façon universelle :aux États-Unis mêmes, tous n’ont pas adhéré au dogme davisien » ; mais l’opposition la plus ferme est venue de la sphère germanique, avec les critiques notamment de Walther Penck, dont le livre paru en 1924,Die morphologische Analyse, constitue la première contre-théorie du cycle davisien. En outre, dès 1925, dans The Morphology of Landscape, article majeur, Karl Sauer (1889-1975) avait attiré l’attention sur le fait que les paysages ont des composantes culturelles autant que naturelles, qui ne se réduisent donc pas aux seules formes du relief ; puis, dans son étude de la Basse-Californie péninsulaire, publiée en 1929, Sauer avait démontré la pertinence des idées de Penck dans les domaines tectoniquement instables6. Il est aujourd’hui bien établi que sur la très longue durée géologique, les paramètres dont dépend l’évolution du relief comme la structure , le climat, ou le niveau de base des mers et des océans, ne restent pas stables indéfiniment. Formes et modelés du relief dépendent en outre de facteurs qui contrôlent le style et la vitesse de l’érosion, notamment la nature des roches , l’architectonique des masses minérales, ou l’évolution des couvertures végétales et pédologiques comme par exemple dans la théorie de la bio-rhexistasie. En effet, à l’action des agents mobiles comme les cours d’eau, les glaciers, les vents et les vagues, qui tirent leur énergie de la radiation solaire et de la gravité, s’ajoute le rôle de la corrosion chimique , de la météorisation (ou weathering), ainsi que des divers mouvements de masse sur les versants, et, de plus en plus, des phénomènes anthropiques. Un dernier exemple – historique – illustrera ce point. En 1893, l’exploitation sous pression d’eau des graviers aurifères de la Sierra Nevada avait été définitivement interdite à cause des dégâts provoqués en aval dans la Grande Vallée de Californie. Des désordres continuant de se faire sentir, G.K. Gilbert fut chargé d’une enquête d’ensemble :travaux de terrain depuis les hauts sommets de la montagne jusqu’à la barre sableuse sous-marine située devant le Golden Gate, étude expérimentale dans un laboratoire à Berkeley, étude géomorphologique de synthèse. Dernière des quatre grandes monographies écrites par Gilbert, Hydraulic-Mining Débris in the Sierra Nevada, publiée en 1917, a introduit plusieurs concepts importants, et fourni une vue intégrée des bassins versants et des stocks sédimentaires, ce qui était rare à son époque. Cette étude est aussi un exemple pionnier et lucide d’analyse d’un cas extrême de changement anthropique, qui montre comment aborder les phénomènes d’érosion à grande échelle sur une base objective et quantitative.

• Au delà des risques environnementaux, il faut savoir que l'érosion participe à la production de paysages splendides...

Enfin, au-delà des thématiques environnementales du risque et de l’aménagement, devenues majeures dans la discipline géographique depuis les années 1990,on ne saurait oublier que l’érosion participe à la production de paysages reconnus pour leur grande valeur esthétique, une beauté naturelle exceptionnelle recherchée en tant que source d’émotions et d’aménités par les millions de touristes qui sillonnent la planète, et qui ne sont pas toujours conscients des processus à l’œuvre. Quant aux marques de l’érosion anthropique, dans certains cas particuliers observés aux frontières de la géoarchéologie, elles peuvent apparaître tantôt comme des dégradations du support naturel , tantôt comme des inscriptions ajoutant aux valeurs propres d’un site naturel les éléments fondateurs et les valeurs culturelles de la renommée attachée à toute œuvre du génie humain.

Images et figures

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  Arbre de pierre.érosion éolienne

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  Un beau site naturel

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Questions possibles

• Qu'est qu'une érosion en géologie ?
• Quels sont les différents causes de l'érosion ?
• Quels sont les facteurs à l’origine de l’érosion des sols ?
• De quel endroit se fait le déplacement de grands volume de matières? Et vers quel endroit ?
• Quels sont les effets de ce phénomène naturel sur l’environnement ?
• Quels liens entre l'érosion et la formation des strates géologiques ainsi que la diagenèse ?
• Quel escarpement littoral, plus ou moins abrupt, est dû à l'érosion marine ? ?
• Dans les régions désertiques, quel nom donne-t-on au sol caillouteux dont le sable a été emporté par le vent ?
• Quel terme désigne le type d'érosion caractérisé par la formation de sillons dans le sol par les eaux de ruissellement ?
• Dans les Pyrénées, quel type de dépression semi-circulaire, à bords raides, est dû à l'érosion glacière ?
• Quel mot scandinave désigne le vaste glacier des hautes altitudes qui rabote les terrains qu'il parcourt ?
• Quel adjectif qualifie le relief résultant de l'action, en partie souterraine, d'eaux qui dissolvent le carbonate de calcium des terrains calcaires ?
• Qu’appelle-t-on « l’effet splash » ? ?
• Lors de l’érosion éolienne, le transport se fait selon trois modes. Lesquels ?
• Qu’est-ce que la topographie ?
• Comment définit-on une érosion due aux actions de l’Homme ?
• L’érosion chimique créée par la décomposition des roches donne certains paysages. Quels sont-ils ? ?
• Les terrains marneux sont formés de la nature de la marne. Mais de quoi cette dernière est-elle formée ? ?
• Comment appelle-t-on un passage encaissé entre deux reliefs ? ?
• Quels sont les milieux les plus touchés par l'érosion ?
• Quel est l'impact de l'érosion anthropique dans la nature ?
• Quelle est la différence entre érosion et dégradation de sol ?
• Quels sont les différents types de reliefs issus de ce phénomène naturel ?

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Bibliographie

Pour citer cette page: ([1])

ABROUGUI, M & al, 2020. Érosion. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/%C3%89rosion>, consulté le 24, novembre, 2024

• Fiche technique no 12-052 du MAAARO, Équation universelle des pertes en terre (USLE)
• BMP 06F, Gestion du sol
• BMP 26F, Lutte contre l'érosion du sol à la ferme
• Wikipedia
• GIUSTILrosionREVUcg24-01-2019_researchGate.pdf

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