Équation universelle des pertes en terre (USLE)


Fiche technique - ISSN 1198-7138  -  Imprimeur de la Reine pour l'Ontario
Agdex : 572/751
Date de publication : 10/2012
Commande no. 12-052
Dernière révision : 11/2015
Situation : Remplace la fiche technique no 00-002 du MAAARO, qui porte le même titre
Rédacteur : Robert P. Stone, ing. - Ingénieur, Gestion des sols/MAAARO; Don Hilborn, ing. - Ingénieur, Sous-produits et fumier/MAAARO

Table de matières

  1. Toile de fond
  2. Équation universelle des pertes en terre (USLE)
  3. Méthode d'utilisation de l'USLE
  4. Taux de pertes en terre tolérables
  5. Stratégies de gestion destinées à réduire les pertes en terre
  6. Équation servant au calcul du facteur LS (si l'on n'utilise pas le tableau 3A)
  7. Exemple : Calcul de l'érosion du sol à l'aide de l'USLE

Toile de fond

L'équation universelle des pertes en terre (Universal Soil Loss Equation ou USLE) prévoit le taux annuel moyen d'érosion à long terme sur la pente d'un champ, en fonction de la configuration des pluies, du type de sol, de la topographie, du système cultural et des pratiques de gestion. L'USLE prévoit uniquement l'importance des pertes en terre qui résultent des érosions en nappe ou en rigoles sur une pente simple, sans toutefois tenir compte des pertes en terre supplémentaires qui peuvent être attribuables aux autres formes d'érosion associées au ravinement, au vent ou au travail du sol. Ce modèle de prévision de l'érosion a été conçu pour mesurer l'influence du système cultural et du système de gestion sur l'érosion, mais il peut aussi servir à prévoir l'érosion dans un cadre qui n'est pas agricole, notamment sur des chantiers. L'USLE peut servir à comparer les pertes en terre provenant d'un champ donné soumis à un système cultural et à un système de gestion particuliers, à des taux de « pertes en terre tolérables » ou encore aux pertes observées avec un autre système cultural ou un autre système de gestion, afin de déterminer la pertinence des mesures de conservation du sol dans la planification des activités agricoles.

Cinq grands facteurs servent à calculer les pertes en terre à un endroit donné. Chaque facteur est une estimation numérique d'une composante précise qui affecte la gravité de l'érosion du sol à cet endroit. Les valeurs d'érosion obtenues par l'application de ces facteurs peuvent varier considérablement en raison des différentes conditions météorologiques. Par conséquent, les valeurs que donnent l'USLE représentent avec plus de précision les moyennes à long terme.

On peut aussi calculer les pertes en terre données par l'USLE à l'aide du logiciel de gestion des éléments nutritifs NMAN du MAAARO, commande no SOF001. La valeur des pertes en terre établie par l'USLE fournit la « composante érosion du sol » nécessaire au calcul de l'indice-phosphore. Voir la fiche technique du MAAARO intitulée Détermination de l'indice-phosphore dans un champ, commande no 05-068.

Équation universelle des pertes en terre (USLE)

A = R x K x LS x C x P, où :

A exprime les pertes en terre annuelles moyennes possibles à long terme en tonnes/hectare (tonnes impériales/acre) par an. Cette valeur peut ensuite être comparée aux limites de « pertes en terre tolérables ».

R correspond au facteur de pluie et de ruissellement par secteur géographique, tel qu'il est indiqué au tableau 1. Plus les précipitations sont intenses et plus elles durent longtemps, plus grands sont les risques d'érosion. On trouve le facteur R dans le tableau 1 en fonction de la municipalité de palier supérieur et de la station météorologique correspondante où le calcul a été fait.

K représente le facteur d'érodibilité du sol (tableau 2). Il s'agit de la perte en terre moyenne en tonnes/hectare (tonnes imp./acre) pour un sol particulier, dans un champ travaillé constamment laissé en jachère, qui possède une pente dont les caractéristiques ont été arbitrairement fixées à 22,13 m (72,6 pi) pour la longueur et à 9 % pour l'inclinaison. Le facteur K est une mesure de la vulnérabilité des particules de sol au détachement et au transport par la pluie et le ruissellement. La texture est le principal facteur qui influence le facteur K, mais la structure, la teneur en matière organique et la perméabilité du sol ont aussi un rôle à jouer.

LS est le facteur de longueur et d'inclinaison de la pente. Le facteur LS représente un ratio des pertes en terre sous des conditions données, aux pertes en terre en un endroit caractérisé par une inclinaison « standard » de 9 % et une longueur de pente de 22,13 m (72,6 pi). Plus la pente d'un champ est raide et plus cette pente est longue, plus les risques d'érosion seront élevés. On établit le facteur LS à l'aide soit du tableau 3A, soit de l'équation servant au calcul du facteur LS donnée plus bas.

C correspond au facteur culture-végétation et gestion. Ce facteur sert à déterminer l'efficacité relative des systèmes de gestion du sol et des cultures en termes de prévention des pertes en terre. Le facteur C est un ratio qui compare les pertes en terre provenant d'un champ faisant l'objet d'un système cultural et d'un système de gestion spécifiques et les pertes correspondantes dans un champ constamment travaillé et laissé en jachère. On établit le facteur C en multipliant l'un par l'autre le facteur de type de culture et le facteur de méthode de travail du sol qui s'appliquent au champ, tels qu'ils sont indiqués dans les tableaux 4A et 4B, respectivement.

Le facteur C ainsi obtenu est une valeur généralisée du facteur C pour une culture en particulier, et ne tient pas compte des rotations des cultures, du climat ni de la répartition annuelle des précipitations dans les différentes régions agricoles du pays. Toutefois, ce facteur C généralisé donne des chiffres relatifs pour différents systèmes culturaux et systèmes de travail du sol; il aide ainsi à évaluer les avantages respectifs de chaque système.

P correspond au facteur de pratique de conservation. Il reflète les effets des pratiques qui réduisent la quantité d'eaux de ruissellement et la vitesse de ruissellement et qui réduisent de ce fait l'importance de l'érosion. Le facteur P représente le ratio des pertes en terre associées à une pratique de conservation aux pertes en terre associées à la culture en rangs dans le sens de la pente. Les pratiques de conservation les plus couramment utilisées sont le travail du sol à contre-pente, la culture suivant les courbes de niveau et la culture en bandes (tableau 5).

Méthode d'utilisation de l'USLE

  1. Trouver le facteur R (tableau 1).
  2. En fonction de la texture du sol, trouver le facteur K (tableau 2). Si un champ comporte plus d'un type de sol et que ceux-ci ne sont pas très différents, utiliser le type de sol qui caractérise la plus grande partie du champ. Répéter cette étape, au besoin, pour les autres types de sol.
  3. Diviser le champ en sections d'inclinaison et de longueur de pente uniformes. Attribuer une valeur LS à chaque section (tableau 3A).
  4. Trouver le facteur de type de culture et le facteur de méthode de travail du sol propres à la culture envisagée. Multiplier ces deux facteurs l'un par l'autre afin d'obtenir le facteur C.
  5. Trouver le facteur P en fonction de la pratique de conservation utilisée (tableau 5).
  6. Multiplier les cinq facteurs afin d'obtenir la perte en terre par hectare (acre).
Tableau 1. Facteur R
Station météorologique Municipalité de palier supérieur Facteur R
Brantford Comté de Brant 90
Delhi   100
Essex Comté d'Essex 110
Fergus Comtés de Dufferin et de Wellington 120
Glen Allen   130
Guelph   100
Hamilton Ville de Hamilton; municipalité régionale de Halton 100
Kingston Ville du comté de Prince Edward; comtés de Frontenac et de Lennox et Addington 90
Kitchener Municipalité régionale de Waterloo 110
London Comtés de Lambton, de Middlesex et d'Oxford 100
Mount Forest Comtés de Bruce, de Grey, de Haliburton et de Simcoe; district de Muskoka 90
Niagara Municipalité régionale de Niagara 90
Nord de l'Ontario Districts d'Algoma, de Cochrane, de Kenora, de l'île Manitoulin, de Parry Sound, de Rainy River, de Sudbury, de Thunder Bay et du Timiskaming 90
Ottawa Ville d'Ottawa; comtés de Lanark et de Renfrew; comtés unis de Leeds et Grenville, de Prescott et Russell, et de Stormont, Dundas et Glengarry; district de Nipissing 90
Prospect Hill Comtés de Huron et de Perth 120
Ridgetown Municipalité de Chatham-Kent 110
Simcoe Comtés de Haldimand et de Norfolk 120
St. Catherines   100
St. Thomas Comté d'Elgin 90
Toronto Ville de Toronto, municipalités régionales de Peel et de York 90
Tweed Ville de Kawartha Lakes; comtés de Hastings, de Northumberland et de Peterborough; municipalité régionale de Durham 90
Windsor   110

Tableau 2. Facteur K
Classe texturale Facteur K tonnes/hectare (tonnes imp./acre)
TMO* moyenne TMO < 2 % TMO > 2 %
Argile 0,49 (0,22) 0,54 (0,24) 0,47 (0,21)
Loam argileux 0,67 (0,30) 0,74 (0,33) 0,63 (0,28)
Loam sableux grossier 0,16 (0,07) 0,16 (0,07)
Sable fin 0,18 (0,08) 0,20 (0,09) 0,13 (0,06)
Loam sableux fin 0,40 (0,18) 0,49 (0,22) 0,38 (0,17)
Argile lourde 0,38 (0,17) 0,43 (0,19) 0,34 (0,15)
Loam 0,67 (0,30) 0,76 (0,34) 0,58 (0,26)
Sable fin loameux 0,25 (0,11) 0,34 (0,15) 0,20 (0,09)
Sable loameux 0,09 (0,04) 0,11 (0,05) 0,09 (0,04)
Sable très fin loameux 0,87 (0,39) 0,99 (0,44) 0,56 (0,25)
Sable 0,04 (0,02) 0,07 (0,03) 0,02 (0,01)
Loam sablo-argileux 0,45 (0,20) 0,45 (0,20)
Loam sableux 0,29 (0,13) 0,31 (0,14) 0,27 (0,12)
Loam limoneux 0,85 (0,38) 0,92 (0,41) 0,83 (0,37)
Argile limoneuse 0,58 (0,26) 0,61 (0,27) 0,58 (0,26)
Loam limono-argileux 0,72 (0,32) 0,79 (0,35) 0,67 (0,30)
Sable très fin 0,96 (0,43) 1,03 (0,46) 0,83 (0,37)
Loam sableux très fin 0,79 (0,35) 0,92 (0,41) 0,74 (0,33)

* Teneur en matière organique


Taux de pertes en terre tolérables

On entend par « perte en terre tolérable » la quantité annuelle maximale de terre qui peut être retirée avant que la productivité naturelle du sol à long terme ne soit compromise.

Les répercussions de l'érosion sur un type de sol donné et, par conséquent, le niveau de perte en terre tolérable varient selon le type de sol et la profondeur du sol. En général, on présume que les sols qui sont dotés d'une couche arable profonde, uniforme et dépourvue de pierre et/ou qui n'ont pas été soumis auparavant à l'érosion possèdent une limite tolérable supérieure à celle des sols qui sont peu profonds ou qui ont déjà subi une érosion.

Les taux de pertes en terre tolérables sont indiqués dans le tableau 6.

Le niveau tolérable suggéré pour la plupart des sols de l'Ontario est d'au plus 6,7 tonnes/hectare/an (3 tonnes imp./acre/an).

Stratégies de gestion destinées à réduire les pertes en terre

Une fois qu'il a établi les pertes en terre annuelles possibles pour un champ, l'agriculteur peut chercher des moyens de ramener ces pertes à un niveau tolérable. Le tableau 7 présente des stratégies de gestion contribuant à réduire l'érosion du sol.

Tableau 3A. Calcul du facteur LS
Longueur de pente : m (pi) Pente (%) Facteur LS
30,5 (100) 10 1,38
8 1,00
6 0,67
5 0,54
4 0,40
3 0,30
2 0,20
1 0,13
0 0,07
61 (200) 10 1,95
8 1,41
6 0,95
5 0,76
4 0,53
3 0,39
2 0,25
1 0,16
0 0,08
122 (400) 10 2,76
8 1,99
6 1,35
5 1,07
4 0,70
3 0,52
2 0,30
1 0,20
0 0,09
244 (800) 10 3,90
8 2,82
6 1,91
5 1,52
4 0,92
3 0,68
2 0,37
1 0,24
0 0,11
488 (1 600) 10 5,52
8 3,99
6 2,70
5 2,15
4 1,21
3 0,90
2 0,46
1 0,30
0 0,12
975 (3 200) 10 7,81
8 5,64
6 3,81
5 3,03
4 1,60
3 1,19
2 0,57
1 0,36
0 0,14

Équation servant au calcul du facteur LS (si l'on n'utilise pas le tableau 3A)

 

LS = [0,065 + 0,0456 (pente) + 0,006541 (pente)2](longueur de pente ÷ constante)NN

Où :

pente = inclinaison de la pente (%)

longueur de pente = longueur de la pente en m (pi)

constante = 22,1 en unités du syst. métrique (72,5 en unités imp.)

NN = voir le tableau 3B ci-dessous

Tableau 3B. Valeurs de NN
Pente < 1 1 ≤ pente < 3 3 ≤ pente < 5 ≥ 5
NN 0,2 0,3 0,4 0,5

Tableau 4A. Facteur de type de culture
Type de culture Facteur
Maïs-grain 0,40
Haricots, canola, maïs d'ensilage 0,50
Céréales de printemps et d'automne 0,35
Cultures horticoles saisonnières 0,50
Arbres fruitiers 0,10
Foin et pâturage 0,02

Tableau 4B. Facteur de méthode de travail du sol
Méthode de travail du sol Facteur
Labour d'automne 1,0
Labour de printemps 0,90
Déchaumage 0,60
Travail du sol sur billon 0,35
Travail en bandes avec fissure profonde 0,25
Semis direct 0,25

Tableau 5. Facteur P
Pratique de conservation Facteur P
Culture dans le sens de la pente 1,0
Culture à contre-pente 0,75
Culture suivant les courbes de niveau 0,50
Culture en bandes, à contre-pente 0,37
Culture en bandes, suivant les courbes de niveau 0,25

Tableau 6. Taux de pertes en terre tolérables
Classe de risque d'érosion du sol Perte en terre possible en tonnes/hectare/an
(tonnes imp./acre/an)
Très faible (tolérable) < 6,7 (3)
Faible 6,7 (3)-11,2 (5)
Modéré 11,2 (5)-22,4 (10)
Élevé 22,4 (10)-33,6 (15)
Grave > 33,6 (15)

Tableau 7. Stratégies de gestion destinées à réduire les pertes en terre
Facteur Stratégies de gestion Exemple
R Le facteur R pour un champ ne peut être modifié.
K Le facteur K pour un champ ne peut être modifié.
LS L'aménagement de terrasses permet de réduire la longueur de la pente et du même coup les pertes en terre. L'aménagement de terrasses exige un investissement supplémentaire et perturbe quelque peu les activités de la ferme. Envisager d'abord la possibilité de recourir à d'autres pratiques de conservation du sol.
C Le choix de types de culture et de méthodes de travail du sol qui abaissent le plus possible la valeur du facteur C amène une réduction de l'érosion du sol. Envisager les systèmes culturaux qui offrent une protection maximale des sols. Recourir le plus souvent possible aux systèmes de travail réduit du sol.
P Le choix d'une pratique de conservation à laquelle est associé le facteur P le plus faible possible amène une réduction des pertes en terre. Utiliser des pratiques de conservation, comme la culture à contre-pente, qui font en sorte que les sédiments se déposent près de leur source.

Exemple : Calcul de l'érosion du sol à l'aide de l'USLE

A = R x K x LS x C x P

Facteur de pluie et de ruissellement (R)

Le champ-échantillon se situe dans le comté de Middlesex. On consulte le tableau 1 pour connaître le facteur R applicable à la station météorologique de London.

Facteur R = 100

Facteur d'érodibilité du sol (K)

Le champ-échantillon est constitué d'un loam sableux fin ayant une teneur en matière organique moyenne. On trouve le facteur K en consultant le tableau 2.

Facteur K = 0,40

Facteur de longueur et d'inclinaison de la pente (LS)

Le champ-échantillon mesure 244 m (800 pi) de long et possède une pente de 6 %. On peut trouver le facteur LS directement dans le tableau 3A ou on peut le calculer à l'aide de l'équation donnée plus haut, auquel cas, on consulte le tableau 3B pour connaître la valeur NN à utiliser, qui est en l'occurrence de 0,5.

Facteur LS = 1,91

Facteur culture-végétation et gestion (C)

Le champ-échantillon a été labouré au printemps, puis ensemencé de maïs-grain. On obtient le facteur C par la multiplication du facteur de type de culture (tableau 4A) par le facteur de méthode de travail du sol (tableau 4B).

Facteur de type de culture pour le maïs grain = 0,4

Facteur de méthode de travail du sol pour un labour de printemps = 0,9

Facteur C = 0,4 x 0,9 = 0,36

Facteur de pratique de conservation (P)

Le champ-échantillon est cultivé à contre-pente. On obtient le facteur P en consultant le tableau 5.

Facteur P = 0,75

Par conséquent,

A = R x K x LS x C x P

= 100 x 0,40 x 1,91 x 0,36 x 0,75

= 20,63 tonnes/hectare/an (9,28 tonnes imp./acre/an)

En se reportant au tableau 6, on voit que le taux de perte en terre de 20,63 tonnes/hectare/an (9,28 tonnes/acre/an) correspond à une valeur modérée, qui est beaucoup plus élevée que le niveau de pertes en terre tolérables de 6,7 tonnes/hectare/an (3 tonnes imp./acre/an). Pour réduire les pertes en terre dans ce champ sous la barre des 6,7 tonnes/hectare/an (3 tonnes imp./acre/an), voici les changements qui pourraient être faits dans l'exemple qui précède :

Modifier la méthode de travail du sol en passant du labour de printemps (0,9) au semis direct (0,25).

Signifie donc , Facteur C révisé = 0,4 x 0,25 = 0,10

La valeur de la perte en terre annuelle rajustée devient :

A = R x K x LS x C x P

= 100 x 0,40 x 1,91 x 0,10 x 0,75

= 5,73 tonnes/hectare/an (2,58 tonnes imp./acre/an)

Ainsi, en modifiant la méthode de travail du sol, on peut abaisser les pertes en terre annuelles moyennes en deçà du niveau de pertes en terre tolérables de 6,7 tonnes/hectare/an (3 tonnes imp./acre/an).

De nouvelles recherches, expériences et données ont amené l'élaboration d'une équation universelle des pertes en terre révisée (RUSLE), qui correspond à la version informatisée de l'USLE. La RUSLE reprend la même formule que l'USLE, mais avec des améliorations apportées à l'estimation de nombreux facteurs. La RUSLE peut tenir compte de combinaisons plus complexes de pratiques de travail du sol et de pratiques culturales ainsi que d'une plus grande variété de formes de pentes. Une version plus poussée du logiciel, la version RUSLE2, fait des prévisions en fonction d'événements précis. RUSLE2 nécessite la saisie d'un jeu complet de données, qui ne sont pas nécessairement accessibles dans tous les territoires.


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