Mesure des pentes pour l'évaluation de l'érosion des sols

Table des matières

  1. Quelques définitions
  2. Quels outils permettent de mesurer une pente?
  3. Dans quelle partie du champ doit-on mesurer la pente?
  4. Conclusion
  5. Références

Introduction

La topographie d'un champ détermine en grande partie dans quelle mesure le sol est exposé à l'érosion par l'eau. De façon générale, plus les pentes d'un champ sont longues et prononcées, plus le potentiel d'érosion est grand. Pour estimer le potentiel moyen d'érosion d'un sol à long terme, les planificateurs en conservation des sols et les agronomes se servent souvent de l'équation universelle des pertes en terre (USLE) ou de la version modifiée de cette équation, appelée équation universelle des pertes en terre révisée (RUSLE2). L'USLE est intégrée au logiciel de planification de la gestion des éléments nutritifs NMAN du ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales. NMAN se fonde sur les résultats de l'USLE pour évaluer le potentiel de perte de phosphore d'un champ qui reçoit un épandage de fumier. Ces calculs fournissent également aux utilisateurs de NMAN une comparaison relative du potentiel de perte de sol du champ selon les pratiques culturales et de gestion.

L'USLE et la RUSLE2 se fondent sur la pente du champ comme donnée de départ. Cependant il peut être difficile d'obtenir une valeur précise à partir de nombreuses mesures de longueur et d'inclinaison des pentes pour un même champ. L'information ci-dessous sera utile pour résoudre ce problème.

Quelques définitions

Si on souhaite faire un calcul précis à partir des équations d'estimation de l'érosion, il importe de comprendre comment ces équations définissent la pente d'un champ. Pour les fins de planification de la conservation et de planification de la gestion des éléments nutritifs, l'USLE définit la longueur d'une pente comme la distance entre l'origine de l'écoulement en surface et le point où le dépôt de sédiments commence. C'est la définition traditionnelle de la longueur d'une pente, qui peut servir d'intrant dans les deux équations (USLE ou RUSLE2). La RUSLE2 permet également de partir d'une description plus complexe de la pente appelée longueur de la voie d'écoulement en surface. La longueur de la voie d'écoulement en surface est la distance parcourue par le ruissellement dans un champ entre son point d'origine et le point où il donne naissance à un écoulement concentré. Dans les deux définitions, on suppose que le ruissellement s'écoule perpendiculairement aux courbes de niveau du terrain.

La Figure 1 illustre la différence entre la définition de pente de l'USLE et la pente de la voie d'écoulement en surface qu'on peut représenter dans la RUSLE2. Selon la définition de l'USLE, la longueur de la pente se termine au point où le dépôt de sédiments commence. Dans un champ, le long d'une pente, le dépôt de sédiments commence généralement là où l'inclinaison est égale à la moitié de l'inclinaison moyenne de la pente en amont de ce point.


Figure 1: Illustration de la différence entre la longueur de la pente et la longueur de la voie d'écoulement en surface. (Source : United States Department of Agriculture – Agricultural Research Service [USDA-ARS], 2008.)

Normalement, on mesure la pente moyenne en ligne droite (voir la ligne pointillée sur chacun des schémas de la Figure 2). Cependant, en réalité, les voies d'écoulement en surface peuvent avoir de nombreuses formes, comme le montre la Figure 2.


Figure 2: Types de profils de voies d'écoulement en surface. (Source : USDA-ARS, 2008.)

La RUSLE2 peut partir de la définition de la longueur de pente de l'USLE, mais elle peut aussi prendre en compte plusieurs formes de pente qui peuvent exister sur toute la longueur de la voie d'écoulement en surface. Ainsi la RUSLE2 permet de calculer le taux d'érosion du sol ou de dépôt de sédiments à n'importe quel point le long de la voie d'écoulement en surface; par conséquent elle permet aussi d'estimer la quantité de sédiments qui sera déposée au pied d'une voie d'écoulement en surface et qui parviendra dans la zone d'écoulement concentrée, que ce soit une rigole ou un cours d'eau (voir Figure 3).


Figure 3: Illustration de la différence entre la zone d'écoulement en surface et la zone d'écoulement concentré. (Source : USDA-ARS, 2008.)


Quels outils permettent de mesurer une pente?

Il existe divers outils et méthodes de mesure des pentes. La méthode la plus simple consiste à se procurer un exemplaire du rapport d'analyse du champ. La plupart des rapports d'analyse modernes comprennent une évaluation de la gamme de caractéristiques des pentes du champ pour chacun des polygones qui ont été cartographiés. Par exemple, la Figure 4 montre un extrait d'une carte d'un rapport d'analyse du comté de Middlesex. On peut y voir plusieurs polygones dont les pentes se trouvent dans l'intervalle allant de 0,5 à 2 pour cent (marqués b sur la carte). Un des polygones a une plus grande proportion de pentes dans l'intervalle allant de deux à cinq pour cent (marqué c>d).


Figure 4: Exemple d'estimation de pentes d'un champ à partir de la cartographie du site. (Source : Hagerty and Kingston, 1992.)


Il est difficile de déterminer la longueur d'une pente à partir d'une carte. Les lettres majuscules permettent de penser que le champ comporte des pentes de plus de 50 mètres (160 pieds). Les lettres minuscules désignent les pentes d'une longueur inférieure à 50 m (160 pi).

Aux États-Unis, les planificateurs en conservation des sols qui ont mesuré des longueurs et des gradients de pentes pendant des années ont élaboré une méthode fiable de calcul approximatif de la longueur maximale de pente à partir de gradients connus. La Figure 5 montre la relation qu'ils ont établie entre la longueur de pente maximale et un gradient donné.


Figure 5: Calcul approximatif de la longueur de la pente à partir du gradient. (Source : United States Department of Agriculture-Natural Resources Conservation Service (USDA-NRCS).)


Dans l'exemple de la Figure 4, si on a mesuré un gradient de 5 pour cent, on s'attend généralement à trouver une longueur maximale de pente de 53 m (175 pi) avant la formation d'un écoulement concentré.

On peut également calculer la longueur et l'inclinaison des pentes à partir de d'une carte détaillée topographique ou des courbes de niveaux du champ. Les cartes des courbes de niveau peuvent provenir de plusieurs sources, par exemple :

  • carte de l'installation de drainage par tuyaux enterrés;
  • modèle altimétrique numérique (MAN), qui peut lui-même provenir :
    • des outils d'agriculture de précision qui recueillent des données de terrain par cinématique en temps réel;
    • des données publiées de modèles altimétriques numériques ou de celles recueillies à l'aide d'appareils LIDAR (détection et télémétrie par ondes lumineuses).

La Figure 6 est un exemple de carte de courbes de niveau détaillée préparée à partir de données LIDAR. Les lignes noires fines sont les courbes du niveau du champ. Les lignes bleues épaisses représentent les voies d'écoulement concentré. Les points élevés, ou limites des sous-bassins, qui sont révélés par les courbes de niveau, représentent les points de départ des profils des voies d'écoulement de surface. Les flèches noires perpendiculaires aux courbes de niveau représentent les voies d'écoulement de surface choisies. Celles-ci pourraient constituer les seuls intrants de la RUSLE2. Les flèches en tirets voisines des flèches en trait continu représentent les longueurs de pente dont on se servirait normalement pour représenter les pentes dans l'USLE et NMAN. À noter que ces flèches en tirets se terminent là où l'espace entre les courbes de niveau est au moins le double de ce qu'il est en amont. Cet espacement des courbes de niveau représente un adoucissement de la pente et donc un endroit où le dépôt de sédiments commence.


Figure 6: Recherche d'information sur les pentes sur une carte détaillée des courbes de niveau.


Pour calculer la longueur et le gradient d'une pente lorsqu'on ne dispose d'aucune carte, une méthode pratique consiste à effectuer des mesures directement sur le terrain. On peut mesurer l'inclinaison de la pente à l'aide d'un niveau Abney (Figure 7) ou d'un clinomètre (Figure 8). Il existe également des « applis » utiles de mesure des pentes pour les téléphones intelligents. Pour vérifier la précision de ces outils, les mettre à l'essai et comparer leurs résultats avec ceux des méthodes de mesure traditionnelles. On peut aussi se servir d'une mire d'arpenteur, dont l'utilisation est cependant moins facile. Il est également possible de mesurer la longueur de la pente en comptant le nombre de pas (méthode la plus employée) ou avec un ruban. Si on se sert d'une mire pour mesurer l'inclinaison de la pente, on peut aussi mesurer sa longueur à l'aide d'un stadimètre.


Figure 7: Niveau Abney. Figure 8: Clinomètre


Dans quelle partie du champ doit-on mesurer la pente?

Étant donné la gamme de topographies qu'on peut trouver dans la plupart des champs, il peut être difficile de déterminer quelle pente on doit mesurer ou à partir d'où. Le Natural Resources Conservation Service du ministère de l'Agriculture des États-Unis recommande de choisir le profil de la voie d'écoulement en surface qui reflète la topographie du tiers ou du quart de la partie du champ la plus exposée à l'érosion. La Figure 9 illustre ce concept. Dans cette figure, bien qu'on puisse identifier de nombreuses voies d'écoulement, celle qui est désignée par la lettre A représente celles qui caractérisent une bonne partie du bassin hydrographique à l'intérieur du champ.


Figure 9: Identification et sélection des voies d'écoulement en surface.


On peut appliquer le même raisonnement au champ de la Figure 6. Si l'on suppose que la carte représente un champ, pour des fins de planification de la conservation, on choisirait le profil de la pente de la partie inférieure pour son inclinaison. Elle couvre également environ le tiers de la superficie du champ.

Conclusion

Ce qui précède constitue un guide sur l'utilisation d'outils tels que l'USLE et la RUSLE2:

  • pour la définition des pentes;
  • pour la détermination de l'emplacement du début et de la fin d'une pente;
  • pour la recherche de méthodes de mesure des pentes d'un champ.

Étant donné la complexité de la topographie d'un champ, même avec de la pratique et de l'expérience, deux personnes qui mesurent la longueur et le gradient d'une pente n'arrivent jamais exactement au même résultat. Cependant l'expérience et la connaissance permettent d'en arriver à un même ordre de grandeur pour l'estimation des pertes de sol moyennes à long terme

Références

Hagerty, T.P. and M.S. Kingston. 1992. The Soils of Middlesex County, Report No. 56 of the Ontario Centre for Soil Resource Evaluation. Ontario Ministry of Agriculture and Food, Agriculture Canada, Guelph.

Nowell, P. and S. Sweeney. 2012. LiDAR Identification of Water and Sediment Control Basins in the Gully Creek Watershed. Ontario Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs. Unpublished Data, Guelph.

United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service. 2008. User's Reference Guide - Revised Universal Soil Loss Equation Version 2 (Draft). Washington D.C.

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Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca
Auteur : OMAF and MRA Staff)
Date de création : 19 Août 2014
Dernière révision : 19 Août 2014