Faculté de l'environnement naturel, architectural et construit ENAC, Programme doctoral Environnement, Institut des sciences et technologies de l'environnement ISTE (Laboratoire d'hydrologie et aménagements HYDRAM)

Fonctionnement hydrique de différents types de placages sableux dans le sahel burkinabè

Niang, Dial ; Mermoud, André (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3667.

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    Summary
    The study was performed in the Sahelian part of Burkina Faso. The country is subject to difficult climatic conditions, a strong demographic growth and a continuous decrease in soil fertility. The resulting degradation affects the processes which govern ecological systems and leads, on the long run, to a modification of the ecosystems. This is particularly the case of the eolian formations, the only ecological units susceptible of being useful in the area, since they present good infiltration capacity and support the main part of the vegetation. Field measurements (rainfall, runoff, saturated hydraulic conductivity, bulk density, hydraulic conductivity function, soil water content and pressure head) have been done to asses the impacts of the environmental degradation on the hydrodynamic behavior of these formations. Within this context, an experimental device made of seven measurement sites has been installed in three contrasting zones. The results show significant differences in the hydrodynamic behavior of the soils, according to their surface properties. On one hand, the sites located on an erosion crust as well as on a drying crust in transition towards an erosion crust, are characterized by a low infiltration capacity which favors runoff. The quantity of infiltrated water is very low when compared to total precipitation. Water is stored near the soil surface (in the first 30 cm) favoring evaporation in the days following rainfall events. Thus, little water is available for plants. The resulting water stress causes a weak density, or even complete absence of plants which have difficulties to colonize such surfaces. Surface runoff is favored with runoff coefficients ranging from 50 to 80 %. On the other hand, the sites situated on drying crusts are characterized by good hydraulic conductivity and infiltration capacity. The storage of water in the root zone is more important. Water flows deeper into the soil and, occasionally, drains at the reference depth of 50 cm. The runoff coefficients were found to be lower than in the other sites (30 to 40 %). This differentiated behavior is one of the main factors affecting the formation of different landscapes in the area through the existence of a relationship between soil surface properties, the type of landscape and the ratio runoff/infiltration. The sites located on an erosion crust and those in transition towards an erosion crust behave like impluviums, while those situated on drying crusts are more favorable to infiltration. Observation of the evolution of the hydraulic properties of the soil surface shows a progressive alteration that frequently leads to strongly degraded mediums unfavorable to plants. Control and rehabilitation methods considered in the study, namely "restoration" and "mise en défens" have only partial and time-limited effects; they do not make it possible to stop durably degradation or to favor rehabilitation. Among the other measures assessed on the INERA plots, only the restitution to the soil of the beforehand mown plants causes an improvement of the soil surface properties; the restitution causes the formation of an important macroporal system favoring water infiltration and circulation in the soil. The effects of those different measures occur mainly in the first years after their introduction and concern especially vegetation regeneration, soil protection against degradation factors, improvement of hydrodynamic soil properties, reduction of runoff and erosion. They make it possible to slow down soil degradation, but not to stop it definitively. Within this context, proposals of further studies focussed on other measures to control and rehabilitate degraded areas have been suggested, taking into account the specificity of the sahelian zone, the endogenous knowledge of the agro-pastors, as well as socio-economic and ecological conditions.
    Résumé
    La présente recherche a été menée dans la partie sahélienne du Burkina Faso. Ce pays connaît des conditions climatiques précaires, une croissance démographique relativement élevée et une baisse continue de la fertilité des sols. La dégradation qui en résulte, provoque une modification des processus et mécanismes qui régissent les systèmes écologiques, ce qui, à terme, aboutit à une modification de l'état et de l'aspect de ces écosystèmes. C'est particulièrement le cas des formations éoliennes, les seules unités écologiques susceptibles d'être utilisables dans cette région car présentant une capacité d'infiltration notable et supportant l'essentiel de la végétation. Compte tenu du rôle assigné à ces formations éoliennes, des mesures de terrain ont été effectuées pour évaluer l'impact de la dégradation du milieu sur leur fonctionnement hydrique (pluie, ruissellement, conductivité hydraulique à saturation, masse volumique sèche, fonction de conductivité hydraulique, charge de pression, teneur en eau, etc.). C'est dans ce contexte qu'un dispositif expérimental constitué de sept sites de mesure a été installé dans trois zones distinctes. Les résultats font ressortir deux ensembles présentant des caractéristiques bien différenciées. D'une part, un ensemble englobant les sites sur croûte d'érosion et croûte de dessiccation en transition, caractérisé par une faible capacité d'infiltration favorisant le ruissellement (coefficient de ruissellement compris entre 50 et 80 %). D'autre part, les sites placés sur croûte de dessiccation, caractérisés par une bonne conductivité hydraulique, une vitesse d'infiltration élevée et un coefficient de ruissellement situé entre 30 et 40 %. Les caractéristiques de surface de ces deux ensembles déterminent l'importance de la réserve hydrique du sol. Dans le cas du premier ensemble (sites situés sur croûtes d'érosion et de dessiccation en transition), la quantité d'eau infiltrée est très faible par rapport à l'importance des pluies. Ce faible stock n'est emmagasiné que superficiellement (dans les trente premiers centimètres), ce qui favorise une reprise par évaporation très rapide dans les jours qui suivent l'événement pluvieux. La faible recharge hydrique disparaît très rapidement, ce qui rend l'eau peu disponible et donc d'une faible utilité pour les espèces végétales. Le stress hydrique qui en résulte explique la faible densité du couvert végétal, voire son absence, ainsi que les difficultés rencontrées par la végétation pour s'y installer et s'y maintenir. Dans le deuxième ensemble (sites placés sur croûte de dessiccation), le stock d'eau emmagasiné est plus important. L'eau pénètre plus profondément, si bien que l'épuisement du stock hydrique se fait plus tardivement; par ailleurs, on observe un drainage occasionnel à la profondeur 50 cm. Ce comportement hydrodynamique différencié des sols constitue l'un des facteurs majeurs de la formation des différents paysages (glacis, placages sableux) rencontrés dans la région. Il semble ainsi s'établir une relation entre le type d'états de surface, le type de paysages et le rapport ruissellement/infiltration de l'eau au niveau du sol. Les sites à croûtes d'érosion et en transition fonctionnent comme des impluviums alors que ceux à croûtes de dessiccation sont plus favorables à l'infiltration. Le suivi de l'évolution des propriétés hydrauliques de surface des sols étudiés témoigne d'une altération progressive qui débouche fréquemment sur des milieux fortement dégradés et peu aptes à supporter de la végétation. Les méthodes de prévention ou de réhabilitation considérées dans l'étude, à savoir la restauration et la mise en défens, n'ont que des effets partiels et limités dans le temps; elles ne permettent pas d'interrompre durablement la dégradation, encore moins de favoriser une réhabilitation. Parmi les autres mesures de protection évaluées sur les parcelles d'essais de l'INERA, seule la restitution au sol des végétaux préalablement fauchés occasionne une amélioration des propriétés du sol en assurant le développement d'un système macroporal important qui favorise l'infiltration et la circulation de l'eau dans le sol. Toutefois, les effets de ces différentes techniques se manifestent surtout dans les premières années de mise en oeuvre et concernent principalement la régénération du couvert végétal (amélioration de la production primaire et modification de la structure de la végétation), la protection du sol contre les agents de dégradation (pluies, vent, etc.), l'amélioration des propriétés hydrodynamiques du sol et la réduction du ruissellement et de l'érosion; elles permettent de ralentir, mais pas d'arrêter totalement la dégradation des sols. C'est dans ce contexte qu'un certain nombre de propositions de prolongement de l'étude vers d'autres méthodes de prévention et de réhabilitation des zones dégradées prenant en compte la spécificité des milieux sahéliens, les connaissances endogènes des agro-pasteurs et les conditions socio-économiques et écologiques des zones concernées ont été suggérées.