Impact de la végétation sur l'érosion de bassins versants marneux

Impact of vegetation on the erosion of marly catchments

• Auteur / Autrice : Alexandra Carriere
• Direction : Mohamed Naaim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 04/06/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écosystèmes Montagnards (Grenoble ; 20..-2017)
• Jury : Président / Présidente : Peter van der Beek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Carretier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesc Gallart, Yoann Copard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes

Modèles mathématiques

Érosion

Mots clés libres

Dynamiques

Modélisation

Sol

Bassin versant

Géomorphologie

Erosion

Watershed

Dynamics

Soil

Modelization

Geomorphology

Vegetation

Résumé

S’il est bien connu que la végétation peut affecter l’érosion, le dépôt de sédiments et l’évolution à long terme du relief, la nature de cette interaction et la manière dont elle devrait être modélisée ne sont pas manifestes et peuvent dépendre du site d’étude. Comprendre les modes d’action de la végétation est indispensable pour interpréter les formes actuelles du paysage et reconstituer l’histoire de l’érosion d’une part, et pour prédire les dynamiques érosives et morphologiques de ces systèmes dans un contexte de changement climatique global d’autre part. L’objectif de la thèse est d’identifier la nature et l’amplitude de l’impact de la végétation sur l’érosion dans le cadre des terrains marneux de l’Observatoire de Draix-Bléone. Nous avons travaillé sur deux bassins de l’Observatoire de taille et de lithologie similaires mais possédant une couverture végétale contrastée : le Laval, principalement dénudé, et le Brusquet, entièrement reboisé à la fin du XIXème siècle dans le cadre de travaux de restauration entrepris sur les Alpes-de-Haute-Provence. Dans un premier temps, nous avons mené une analyse morphométrique afin d’investiguer les liens entre des indicateurs caractérisant la morphologie des bassins et la végétation. L’analyse met en évidence un lien prépondérant entre pente et végétation. Dans un second temps, afin de rendre compte de ce couplage fort entre la végétation, la topographie et l’érosion, nous avons construit un modèle d’évolution géomorphologique avec la librairie Landlab et introduit l’effet de la végétation dans ce modèle. Nous avons employé une procédure de calibration de type leave-one-out" et de validation croisée afin de calibrer et de tester simultanément l’efficacité des prédictions du modèle. Le modèle est forcé avec les séries chronologiques de crues observées sur les deux bassins versants. Les résultats des simulations indiquent que les processus de transport sur versants dépendent fortement de la couverture végétale, alors que les processus de transport dans le réseau de drainage ne semblent pas être affectés par la présence de végétation. En outre, le modèle permet d’apporter un éclairage nouveau et de conclure que, sur ce site d’étude, la végétation agit principalement sur l’érosion en réduisant l’érodabilité du sol, donc en augmentant sa cohésion, plutôt qu’en réduisant le ruissellement de surface. Enfin, le modèle ainsi que la méthodologie proposés dans ce travail de thèse, constituent un outil intéressant pour la quantification et l’évaluation des opérations de revégétalisation et de reboisement antérieures ainsi que orienter de futurs travaux de restauration.

While it is well-recognized that vegetation can affect erosion, sediment yield, and over longer time scales landform evolution, the nature of this interaction and how it should be modeled is not obvious and may depend on the study site. Understanding the modes of action of vegetation is crucial to interpret the current forms of the landscape and to reconstruct the history of erosion on one hand, and to predict the erosive and morphological dynamics of these systems in a global climate change context on the other hand. The aim of the thesis is to identify the nature and the magnitude of the vegetation impact on erosion in a context of marly catchments of the Draix-Bléone Observatory. We worked on two catchments of the Observatory with similar size and lithology but with a contrasting vegetation cover : Laval basin, mainly bare, and Brusquet basin, entirely reforested at the end of the 19th century as part of restoration work undertaken on the Alpes-de-Haute-Provence. Firstly, we carried out a morphometric analysis in order to investigate the links between indicators characterizing the basin morphology and vegetation. The analysis underlines a strong link between vegetation and slope. Secondly, so as to account for this strong coupling between vegetation, topography and erosion, we built a landscape evolution model with Landlab library and we introduced the effect of vegetation into this model. We used a leave-one-out" calibration and cross-validation procedure in order to calibrate and test simultaneously the predictive efficiency of the model. The model was forced with runoff timeseries observed on the two watersheds. Results from the simulations show that hillslope transport processes highly depend on vegetation cover, while transport processes in the fluvial network do not appear to be affected by the presence of vegetation. In addition, the model sheds a new light by demonstrating that, at this study site, vegetation acts on erosion mostly by reducing soil erodibility, thus increasing its cohesion, rather than by reducing surface runoff. Finally, the model and the methodology we propose in this thesis work, are a useful tool first, to quantify and evaluate the efficiency of previous revegetation/reforestation operations, and secondly, to provide guidances for future restoration work.