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.

Conceptions erronées et origines possibles

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Conceptions: Origines possibles

• 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 /

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 /

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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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Stratégie de changement conceptuel

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Questions possibles

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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

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