Etude du ruissellement et de l’érosion à différentes échelles spatiales sur le bassin versant de Tougou en zone sahélienne du Burkina Faso : quantification et transposition des données

Study of runoff and erosion at different spatial scales on the watershed Tougou in the Sahel region of Burkina Faso : Quantification and transposition of data

• Auteur / Autrice : Lawani A. Mounirou
• Direction : Jean-Emmanuel Paturel, Hamma Yacouba
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Eaux Continentales et Société
• Date : Soutenance le 26/10/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hydrosciences
• Jury : Président / Présidente : Christian Leduc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Emmanuel Paturel, Hamma Yacouba, Christian Leduc, Ibrahim Bouzou Moussa, Luc Descroix, Chrsitian Valentin, Drissa Diallo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ibrahim Bouzou Moussa, Luc Descroix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie du paysage

Eaux de surface

Eaux pluviales -- Collecte

Mots clés libres

Ruissellement

Erosion hydrique

Etat de surface

Variabilité spatiale

Effet d'échelle

Sahel

Runoff

Erosion

Surface feature

Spatial variability

Scale effect

Sahel

Résumé

La variabilité spatio-temporelle du ruissellement et de l'érosion hydrique n'est pas un fait nouveau. Leurs caractéristiques s'estiment généralement avec une marge raisonnable sur des parcelles d'un à quelques dizaines de m². Avec l'accroissement de la surface, l'hétérogénéité du milieu croît ce qui induit un effet d'échelle. Le passage de la parcelle au bassin versant n'est pas totalement maîtrisé compte tenu de la complexité et de la variabilité des facteurs mis en jeu. L'objectif de cette thèse est de comprendre les processus de ruissellement et de l'érosion dans différents environnements et à différentes échelles spatiales, d'identifier les sources de variation, puis de développer une méthodologie de transposition des résultats de l'échelle parcellaire à l'exutoire du bassin versant. À cet effet, un réseau de dix-huit parcelles expérimentales de différentes tailles, de deux unités hydrologiques ont permis de quantifier le ruissellement et les pertes en terre sur les principaux états de surface du bassin versant de Tougou.Les résultats obtenus sur les micro-parcelles de 1m², les parcelles de 50 et 150m², les unités hydrologiques de 6 et 34 ha et le bassin versant de 37km², montrent que, tant sur sols cultivés que sur sols dénudés, la lame ruisselée ainsi que les pertes en terres diminuent lorsque la superficie augmente, pour une même pluie et dans des conditions comparables d'humidité préalable des sols. Ce phénomène d'effet d'échelle de la superficie sur l'écoulement et l'érosion est connu des hydrologues qui se heurtent toujours à l'écueil de l'extrapolation des résultats obtenus sur petites superficies à des superficies plus grandes. Nos résultats montrent que l'effet d'échelle observé sur le ruissellement et l'érosion est dû principalement à l'hétérogénéité spatiale des sols (propriétés hydrodynamiques, microrelief) et à sa variabilité (état des variables) et que la dynamique temporelle de l'intensité de la pluie ne fait que l'amplifier.Les résultats obtenus lors des essais de transposition permettent de soutenir avec raison qu'une meilleure extrapolation des données de l'échelle parcellaire à l'échelle du bassin viendra de la prise en compte des questions de la connectivité hydrologique.En définitive, cette étude met en avant l'intérêt d'effectuer des mesures de ruissellement et d'érosion sur des unités homogènes en termes d'occupation du sol qui peuvent représenter une mosaïque hétérogène de surfaces homogènes. La localisation sur le bassin versant et le taux de connectivité de ces unités hydrologiques à l'intérieur desquelles les processus dominants du ruissellement et d'érosion se manifestent peuvent permettre d'approcher la résolution du problème de transfert d'échelle.

The spatio-temporal variability of runoff and erosion is not new fact. Their characteristics are generally estimated with a reasonable margin on plots of a few tens of square meters. With the increase of the surface, the heterogeneity of environment increases which induces a scale effect. The passage of the plot to the catchment is not totally controlled because of the complexity and variability of factors come into play. The objective of this thesis is to understand the processes of runoff and erosion in different environments and at different spatial scales, to identify the sources of variation, and to develop a methodology for implementation of the results of field scale to the basin outlet. To this end, a network of eighteen plots of different sizes, two hydrological units were used to quantify runoff and soil loss on the main surface features Watershed Tougou.The results obtained on micro-plots of 1 m², plots of 50 and 150 m², hydrologic units of 6 and 34 ha and the catchment area of 37 km², show that, both in cultivated soils and on bare soils, the runoff excess decreases as the area increases, for the same rain and prior comparable humidity conditions of the soil. This phenomenon of the scale effect of the area on runoff is known to hydrologists who still face the challenge of extrapolating results obtained on small areas to larger areas. Our results show that the scale effect observed on the runoff is mainly due to the spatial heterogeneity of soils (hydraulic properties, microrelief) and its variability (state of the variables) and that temporal dynamics of the intensity of rain just amplifies it. The results obtained in tests of transposition can maintain with reason that a better extrapolation of data from the field scale across the pond comes from the consideration of the issues of hydrologic connectivity.Ultimately, this study highlights the value of measurements of runoff on homogeneous units in terms of land use that may represent a heterogeneous mosaic of homogeneous areas. The location on the watershed and the rate of connectivity of the hydrologic units within which the dominant processes of runoff occur can allow approach the solution of the problem of scale transfer.