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Quantification des flux d'érosion éolienne au cours d'une transition champ-jachère au Sahel (Banizoumbou, Niger)

Quantification of wind erosion fluxes during a field to fallow transition in the Sahel (Banizoumbou, Niger)
Amadou Abdourhamane Touré, Adamou Didier Tidjani, Jean-Louis Rajot, Christel Bouet, Zibo Garba, Béatrice Marticorena et Karimou Jean-Marie Ambouta
p. 125-142

Résumés

Au Sahel, sous 500 mm de pluie annuelle, l'érosion éolienne constitue un facteur important de la dégradation de l'environnement. Elle cause des pertes en terre et réduit la productivité des sols. Ce travail, conduit dans le Sud-Ouest du Niger, vise à quantifier les flux d'érosion éolienne à l'aide de pièges à sable de type BSNE. L'étude a été menée de 2006 à 2014, sur une parcelle d'abord en culture, puis mise en jachère. Il ressort que les surfaces cultivées sont très sensibles à l'érosion, particulièrement au début de la saison des pluies (mai-juillet), où plus de 90 % des flux sont enregistrés. Une fois la parcelle en jachère, la densification progressive du couvert végétal a provoqué une forte réduction des flux. Par rapport aux résultats obtenus sur le champ en culture, ils ont diminué de 28 % dès la première année de mise en jachère et de 94 % lors de la cinquième année.

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Texte intégral

I - Introduction

1Le Sahel est une zone extrêmement sensible aux variations climatiques (F. GASSE, 2006 ; Y. L'HÔTE et al., 2002 ; P. OZER et al., 2010). Celles-ci entraînent, en effet, de profondes modifications des paysages, avec, entre-autres, la réduction, voire la disparition, du couvert végétal (P.C. CHAMARD et M.F. COUREL, 1999 ; H.Y.C. HOUNTONDJI, 2008). La dégradation du milieu sahélien a été, par ailleurs, accentuée par une gestion des terres et des pratiques culturales peu conservatrices des ressources naturelles. Les surfaces cultivées ont, par exemple, été accrues au détriment des savanes pour répondre aux besoins alimentaires d'une population en forte croissance (J.P. GUENGANT et al., 2003 ; M. LEBLANC et al., 2008). Pour une meilleure gestion et une restauration de la fertilité des sols, les agriculteurs ont, cependant, recours à la mise en jachère périodique des champs (C.L. BIELDERS et al., 2004 ; A. MAHAMANE et al., 2007 ; P. HIERNAUX et al., 2009). Ainsi, dans les systèmes agraires sahéliens, les surfaces cultivées et les jachères constituent les unités fonctionnelles de base des paysages.

2Au Niger, la production de mil, principale culture vivrière, est supportée par des sols sableux particulièrement sensibles à l'érosion éolienne (J.L. RAJOT, 2001 ; C.L. BIELDERS et al., 2002 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). G. STERK et al. (1996) ont montré, par exemple, qu'une perte de sol par hectare de 38 tonnes en seulement deux événements érosifs sur un champ de mil s'est accompagnée d'une perte de 57,1 kg de potassium, 79,6 kg de carbone, 18,3 kg d'azote et 6,1 kg de phosphore. Ces pertes équivalent approximativement, en termes de potassium et phosphore, aux quantités nécessaires pour produire 2600 kg de matière sèche de mil, dont 600 kg de grains. En revanche, l'érosion éolienne est très faible dans les jachères sur lesquelles la végétation naturelle est bien développée et où des particules érodées depuis les champs peuvent même se déposer (J.L. RAJOT, 2001 ; C.L. BIELDERS et al., 2002). Cependant les jachères de courte durée (3 à 4 ans) sont devenues prépondérantes, contrairement à celles de plus de 10 ans très présentes dans les années 1960 (M. LOIREAU et al., 2000). Or A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al. (2013) ont montré que l'érosion éolienne peut être très active sur une parcelle à sa première année de mise en jachère. Dans ce contexte, il est important de déterminer à quel stade de leur évolution, les jachères ne subissent plus l'érosion éolienne.

3Ce travail a pour objectif de caractériser, sur une période de neuf ans, la dynamique de l'érosion éolienne dans un système agraire sahélien typique. Il vise, à travers cela, à une meilleure compréhension de la dynamique des flux d'érosion éolienne sur une parcelle en culture puis en jachère.

II - Définition et processus de l'érosion éolienne

4L'érosion éolienne est la résultante de l'action mécanique exercée par le vent sur la surface du sol. Elle ne se produit que lorsque la vitesse seuil est atteinte, c'est-à-dire lorsque la contrainte exercée par le vent est supérieure aux forces qui maintiennent les particules au sol. L'érodibilité du sol est liée à ses propres caractéristiques (texture, structure, humidité), dont une partie dépend de la façon dont il est travaillé. Mais pour évaluer l'érodibilité d'une parcelle, il faut également considérer la manière dont la surface du sol est protégée du vent. À cet égard, la hauteur de rugosité aérodynamique (Z0), qui est la hauteur au-dessus du sol à laquelle la vitesse du vent s'annule (R.B. STULL, 1991), est un bon indice. Pour un état du sol en surface donné, plus la rugosité est forte et plus le vent devra être violent pour induire une mobilisation des particules (D.G. BLUMBERG et R. GREELEY, 1993).

5Dès que la vitesse seuil est atteinte, le déplacement d'une particule par le vent se fait soit de manière horizontale soit de façon verticale (Fig. 1). Le flux horizontal, ou flux de saltation, est le principal mode de transport des particules en masse à l'échelle de la parcelle. Il est essentiellement constitué de particules de la taille des sables (de 70 à 500 µm). C'est aussi ce flux qui libère les fines particules agrégées, grâce à l'impact des grains retombant sur le sol (sandblasting). Les fines particules ainsi libérées vont constituer le flux vertical, ou flux d'émission, et les plus petites d'entre-elles (< 20 µm) pourront rester en suspension et être transportées sur de grandes distances. Dans ce travail, nous n'avons étudié que le flux horizontal de saltation, qui peut être assimilé au flux d'érosion, en opposition au flux d'émission dont la masse est de plusieurs ordres de grandeur plus faible. En considérant l'évolution du flux de saltation dans le sens du vent sur une parcelle, s'il est stable, le bilan d'érosion est nul, s'il augmente, la parcelle subit une érosion nette et s'il diminue, il se produit un dépôt net.

Figure 1 - Principaux modes de transport de particules par le vent et flux associés lorsque la vitesse du vent dépasse le seuil de mobilisation des particules.

Figure 1 - Principaux modes de transport de particules par le vent et flux associés lorsque la vitesse du vent dépasse le seuil de mobilisation des particules.

III - Matériels et méthodes

1 ) Site et parcelle de mesure

6Les mesures ont été conduites dans le Sud-Ouest du Niger, près du village de Banizoumbou (13,54°N ; 2,66°E) situé à 60 km à l'est de Niamey (Fig. 2). Plusieurs travaux sur l'érosion éolienne ont été menés dans cette zone pendant les décennies 1990 et 2000 (C.L. BIELDERS et al., 2000, 2002 ; J.L. RAJOT, 2001 ; J.L. RAJOT et al., 2003 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). Les sols, essentiellement sableux, supportent une culture pluviale de subsistance. Deux vents dominent dans la région : la mousson, de direction SO-NE, qui souffle durant la saison des pluies (mai à septembre), et l'Harmattan, de direction NE-SO, qui souffle d'octobre à avril. La pluviométrie moyenne annuelle est de l'ordre 500 mm (B. MARTICORENA et al., 2017). Les pluies sont produites par des systèmes convectifs de méso-échelle (SCM). Ces systèmes nuageux spectaculaires (lignes de grains) sont associés à une circulation d'est, avec des vents soufflant à une vitesse moyenne de 60 à 70 km/h (T. LEBEL et al., 2003).

Figure 2 - Localisation de la zone d'étude.

Figure 2 - Localisation de la zone d'étude.

7Le dispositif de mesure a été disposé sur une parcelle (PI) d'une superficie d'environ 18 ha, qui se trouve à près de 3 km au sud-est de Banizoumbou (Fig. 3). Cette parcelle a été cultivée en mil de 2004 à 2009. Les semis sont effectués fin avril ou début mai, avant l'arrivée des premières pluies. Dès juin, l'accès des champs aux troupeaux est interdit. À partir de juillet, le mil protège le sol de l'action du vent. La récolte intervient à la mi-octobre.

Figure 3 - Dispositif de mesure et occupation des sols autour de la parcelle PI (cultivée de 2004 à 2009, puis mise en jachère).

Figure 3 - Dispositif de mesure et occupation des sols autour de la parcelle PI (cultivée de 2004 à 2009, puis mise en jachère).

La parcelle à l'est de la ligne des mâts de BSNE est en jachère depuis 2000. À l'ouest de PI se trouve un champ cultivé et au sud, une jachère. La parcelle J, cultivée de 2006 à 2013, a été mise en jachère en 2014.

8La rugosité de la surface des champs de mil est due essentiellement aux résidus de culture pendant la saison sèche et le début de la saison des pluies (Photos 1). La quantité de résidus de culture présente à la fin de la saison des pluies (octobre) dans le terroir de Banizoumbou est de 1500 kg/ha en moyenne (P. HIERNAUX et al., 2009). Entre 2006 et 2008, A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al. (2011) ont mis en évidence une baisse du recouvrement par les résidus de culture, les quantités présentes passant de près de 800 kg/ha en février-mars à 220 kg/ha environ en mai, puis à moins de 100 kg/ha en juillet (A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011).

Photos 1 - Illustrations des états de la surface de PI, en culture en 2009, puis en jachère de 2010 à 2014. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]

Photos 1 - Illustrations des états de la surface de PI, en culture en 2009, puis en jachère de 2010 à 2014. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]

9La parcelle PI a été mise en jachère en 2010. Les jachères du terroir de Banizoumbou sont dominées par des herbacées et des arbustes (Guiera senegalensis en particulier). Durant sa période de mise en jachère, la surface de PI, couverte d'un tapis herbacé à Eragrostis tremula et Mitracarpus scaber (Photos 1), était ouverte à la pâture libre. Aussi aucune activité de coupe de bois ou de ramassage des herbes n'y a été observée durant la période de mesure.

2 ) Mesures de la pluie et du vent

10Elles ont été réalisées à la station météorologique INDAAF (International Network to study Deposition and Atmospheric chemistry in AFrica) de Banizoumbou (Fig. 3 ‒ B. MARTICORENA et al., 2010, 2017). La station est située à 140 m à l'est de PI.

11La pluie est mesurée à l'aide d'un pluviographe à auget basculeur (0,2 mm par basculement), la vitesse et la direction du vent à l'aide d'un anémomètre ultrasonique 2D (Windsonic Gill Instrument Ltd) installé à 6,5 m au-dessus du sol. Les deux appareils sont reliés à la même centrale d'acquisition (Campbell CR10X). La vitesse du vent et sa direction sont mesurées toutes les dix secondes. Les valeurs moyenne et maximale des vitesses sur cinq minutes et la valeur moyenne de la direction sur le même pas de temps sont enregistrées en continu.

3 ) Mesure du flux horizontal d'érosion éolienne

12Elle a débuté en mars 2006, en utilisant des pièges à sable de type BSNE (Big Spring Number Eight), d'une efficacité de près 100 % (A. EL MEDHI et D.W. FRYREAR, 1986). Huit mâts de BSNE, espacés de 30 m les uns des autres, sont disposés suivant une ligne est-ouest (N94° ‒ Fig. 3). Cette orientation était censée correspondre à la direction dominante des vents convectifs (lignes de grains) qui provoquent les intenses érosions dans l'Ouest du Niger (K. MICHELS et al., 1995 ; C.L. BIELDERS et al., 2002 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). Les mâts de BSNE ont permis de suivre le flux horizontal de manière quasi continue de 2006 à 2014 (excepté en 2011, où les observations ont été interrompues dans l'attente de nouveaux financements). Chaque mât supporte trois BSNE superposés, le centre des ouvertures se trouvant respectivement à 5, 15 et 30 cm du sol (Photo 2).

Photo 2 - Trois BSNE étagés sur un mât installé dans le champ PI. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]

Photo 2 - Trois BSNE étagés sur un mât installé dans le champ PI. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]

Le dispositif se comporte comme une girouette, si bien que les ouvertures (1  2 cm en bas, 2  5 cm pour les deux supérieures) sont toujours orientées face au vent.

13Au total, 156 épisodes ont été échantillonnés, dont 121 de mai 2006 à septembre 2010 et 29 de mai 2012 à septembre 2014. Pour les distinguer, chacun porte la date à laquelle les prélèvements ont été effectués. Sur les huit années climatiques intégralement suivies, sept valeurs sont manquantes (sacs des BSNE troués), ce qui donne un taux de lacunes de 0,58 %. Les valeurs manquantes ont été reconstituées de manière intuitive.

14Les sédiments piégés dans les BSNE ont été collectés après chaque événement érosif. Ces sédiments ont ensuite été séchés et pesés. Une densité de flux (Q, en kg/m2) est déterminée à chaque BSNE en divisant la masse de sédiments collectés par la surface de l'ouverture du capteur. Cette densité de flux est liée à la hauteur au-dessus du sol des ouvertures des BSNE par une équation de type puissance (D.W. FRYREAR et al., 1991 ; J.E. STOUT et T.M ZOBECK, 1996 ; G. STERK et P.A.C. RAATS, 1996) :

15Le flux horizontal (Fh, exprimé en kg/m ‒ mètre-linéaire parallèle au sol et perpendiculaire à la direction du vent) a été calculé en intégrant la densité de flux en fonction de la hauteur (0 à 40 cm) (J.L. RAJOT, 2001 ; C.L. BIELDERS et al., 2002 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011) :

16La tranche considérée au-dessus du sol concentre l'essentiel des transports de particules par saltation. La démarche comporte un léger biais, puisqu'elle considère que la variation du flux en fonction de la hauteur est linéaire au niveau de chaque ouverture des BSNE. Ce biais est minimisé du fait de la hauteur réduite de l'ouverture inférieure (1 cm, contre 5 cm pour les deux autres, toutes ayant une largeur de 2 cm).

17Dans le contexte actuel de l'occupation des sols, des travaux ont montré que les flux d'érosion éolienne sortant des jachères sont très faibles (J.L. RAJOT, 2001 ; C.L. BIELDERS et al., 2002 ). Ainsi, dans les années 1996-1998, J.L. RAJOT (2001) a-t-il trouvé des valeurs de 3 à 20 kg/m.

4 ) L'érosion éolienne potentielle

18Les vitesses de vent mesurées ont permis de calculer l'érosion éolienne potentielle (DUP = Dust Uplift Potential ‒ J.H. MARSHAM et al., 2011 ; G. BERGAMETTI et al., 2017). Le DUP permet de caractériser l'érosivité des vents et sa variabilité temporelle :

19Le DUP a été calculé pour l'état d'un champ de mil de mai à juillet (sol couvert de résidus de culture), pour lequel une vitesse de friction seuil de 0,4 m/s et une hauteur de rugosité aérodynamique de l'ordre de 8.10-4 m (de mai à juillet) ont été déterminés à Banizoumbou (M. SOW et al., 2009 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). La vitesse seuil du vent à 6,5 m au-dessus du sol (9 m/s) a été fixée à l'aide l'équation suivante :

20La somme des DUP calculés sur chaque période de cinq minutes fournit une valeur globale. Toutefois les épisodes de pluie d'une hauteur minimale de 1 mm ainsi que les 12 heures suivantes, n'ont pas été prises en compte, l'érosion éolienne étant alors inhibée du fait de l'humidité des sols (G. BERGAMETTI et al., 2016).

IV - Résultats et discussion

1 ) Vitesses et directions du vent

21La figure 4 fournit, à titre d'exemple, les roses des vents correspondant à différentes vitesses (mesurées sur 5 minutes) établies pour la période mai 2010 - avril 2011.

Figure 4 - Roses des vents de l'année 2010-11 pour des vitesses de vent supérieures à 7, 9, 11 et 13 m/s.

Figure 4 - Roses des vents de l'année 2010-11 pour des vitesses de vent supérieures à 7, 9, 11 et 13 m/s.

Chaque direction correspond à un angle de 22,5°. La direction N, par exemple, regroupe les vents de N371,25° à N11,25°. Les mesures sont effectuées à 6,5 m de hauteur.

22Sur l'ensemble de l'année 2010-11, la vitesse moyenne du vent par tranche de 5 minutes a dépassé 7 m/s pendant 131 h, 9 m/s pendant 22,75 h, 11 m/s pendant 7,00 h et 13 m/s pendant 2,50 h. Pour les vents supérieurs à 7 m/s, les directions dominantes se répartissent entre E et SO. Au delà de 9 m/s, la vitesse seuil définie supra, les directions E à ESE deviennent très fortement majoritaires.

2 ) Variabilités spatiale et temporelle des flux horizontaux d'érosion éolienne sur la parcelle PI cultivée en mil (2006-2009)

23La ligne des mâts de BSNE mis en place sur PI permet de suivre, sur 228 m, l'évolution en fonction de la distance à la parcelle en jachère située à l'est, des flux horizontaux de particules engendrés par les vents érosifs d'est.

24La figure 5, où sont portés les neuf épisodes au cours desquels les flux ont dépassé 150 kg/m à l'un des mâts au moins, montre que les variations avec la distance à partir de la parcelle en jachère située à l'est de PI sont souvent très irrégulières. À cet égard, on notera, parmi les valeurs qui se distinguent le plus, les 249 kg/m au mât 4 le 17 juin 2006 et les 198 kg/m au mât 1 le 4 juin 2009.

Figure 5 - Évolution du flux de saltation selon la distance dans PI lors des événements érosifs ayant provoqué des flux supérieurs à 150 kg/m au cours des années 2006 à 2009.

Figure 5 - Évolution du flux de saltation selon la distance dans PI lors des événements érosifs ayant provoqué des flux supérieurs à 150 kg/m au cours des années 2006 à 2009.

Le mât 1 se trouve à 18 m de la jachère située à l'est. Les mâts sont espacés de 30 m les uns des autres.
Origine des vents : N22° le 17/06/2006 ; N190° le 23/06/2006 ; N148° le 26/05/2007 ; N112° le 16/06/2007 ; N126° le 20/05/2008 ; N157° le 25/05/2008 ; N112° le 9 juin 2008 ; N111° le 29/06/2008 ; N11° le 04/06/2009.
Les traits gras correspondent à des épisodes avec un vent d'ESE. La direction moyenne du vent indiquée pour chaque épisode, prend en compte les directions moyennes sur 5 minutes lorsque la vitesse maximale du vent sur ces 5 minutes dépasse 9 m/s.

25Cette hétérogénéité des flux mesurés lors de chaque épisode ne semble pas s'expliquer par l'influence des parcelles avoisinantes (certaines en jachère, d'autres en culture) en fonction de la direction du vent (N11° à N190°). C'est particulièrement évident le 23 juin 2006 (avec des flux de 14 à 158 kg/m), pour un vent de sud (N190°) passant sur une jachère avant d'atteindre PI. C'est aussi le cas le 17 juin 2006 (flux de 50 à 249 kg/m) et le 4 juin 2009 (flux de 37 à 198 kg/m), avec des vents, de N22° et N11° respectivement, passant sur des terrains cultivés ou en jachère avant de rejoindre PI. De grosses différences peuvent donc se manifester, au cours d'un même épisode, sans raison discernable.

26Dans le même ordre d'idée, par vent d'ESE (épisodes du 16 juin 2007, N112°, du 20 mai 2008, N126°, du 9 juin 2008, N112°, et du 29 juin 2008, N111°), les flux n'augmentent pas tous de manière régulière avec la distance à la jachère située à l'est. C'est le cas le 16 juin 2007 et le 9 juin 2008, mais absolument pas le 20 mai 2008. Une augmentation systématique du flux avec la distance parcourue sur PI n'aurait pourtant rien d'original. En effet, J.E. STOUT (1990) a démontré que les flux peuvent croître sur les sols sableux fins sur 500 m avant de se stabiliser. Et ce phénomène a déjà été mis en évidence sur le terroir de Banizoumbou par C.L. BIELDERS et al. (2002), mais sur une longueur de 80 m seulement.

27Trois autres épisodes montrent un accroissement des flux d'est en ouest, ceux du 23 juin 2006 (déjà évoqué, par vent de N190 !), du 26 mai 2007 (vent de N148°) et du 25 mai 2008 (vent de N157°). Lors des deux derniers, les vents passaient, à l'est de PI, sur une jachère pour les mâts situés à l'est, sur un champ pour ceux du milieu et sur une jachère pour les plus à l'ouest. Avec les distances parcourues sur PI, le champ situé au sud-est ne semble pas exercer d'influence.

28En définitive, les valeurs les plus faibles sont observées le plus souvent à l'est de la ligne de mâts (mâts 1 à 3) et les plus fortes à l'ouest (mâts 6 à 8). Lors de quatre des cinq épisodes où les flux augmentent assez régulièrement avec l'accroissement de la distance, les valeurs maximales n'ont pas encore été atteintes au mât 8 (23 juin 2006, 26 mai 2007, 16 juin 2007, 25 mai 2008).

29L'accroissement du flux avec la distance par rapport à la jachère située à l'est est plus sensible en considérant les flux annuels mesurés aux différents mâts (Fig. 6). On constate cependant, là encore, que les flux n'augmentent pas de manière régulière, ni même systématique, en allant du mât 1 au mât 8.

Figure 6 - Valeurs annuelles du flux de saltation de saison humide (mai à septembre) aux différents mâts de mesure de 2006 à 2010.

Figure 6 - Valeurs annuelles du flux de saltation de saison humide (mai à septembre) aux différents mâts de mesure de 2006 à 2010.

30Les flux de saltation sont en outre marqués par une forte variabilité saisonnière (Fig. 7). Les flux sont particulièrement forts pendant la saison des pluies, celle au cours de laquelle soufflent les vents associés aux systèmes convectifs : plus de 98 % des particules piégées l'ont été de mai à septembre. Cependant la période d'érosion éolienne la plus active se situe au début de la saison des pluies, les mois de mai à juillet concentrant plus de 91 % des flux.

Figure 7 - Variations intra et interannuelles du flux horizontal et du DUP cumulés sur la parcelle PI durant sa période de mise en culture (mai 2006 à avril 2009).

Figure 7 - Variations intra et interannuelles du flux horizontal et du DUP cumulés sur la parcelle PI durant sa période de mise en culture (mai 2006 à avril 2009).

Chaque flux de saltation indiqué est la moyenne des valeurs trouvées aux huit mâts. Les segments horizontaux bleus et rouges indiquent respectivement la saison de pluies et la saison sèche. Le début des années climatiques a été fixé au 1er mai, date correspondant grossièrement au début de la saison des pluies (installation du flux de mousson).

31L'occurrence d'une intense activité éolienne pendant la saison des pluies est habituelle dans la zone sahélienne, aussi bien sur les surfaces cultivées (C.L. BIELDERS et al., 2002 ; J.L. RAJOT, 2001 ; A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011 ; C. PIERRE et al., 2014) ou pâturées (A.D. TIDJANI, 2008) que sur les sols nus ou les dunes (A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011 ; A.D. TIDJANI et al., 2016).

32À l'inverse, les flux de saltation ont bien sûr été très faibles pendant la saison sèche (octobre à avril), avec moins de 2 % des flux totaux enregistrés. Cependant deux phases doivent être distinguées : dans un premier temps, d'octobre à mi-janvier, voire février, les flux de saltation ont été quasi nuls ; ensuite, jusqu'en avril, la surface du champ a subi une faible érosion.

33Les flux d'érosion éolienne ont manifesté une certaine irrégularité interannuelle (Fig. 7). Or, sur les champs de mil du terroir de Banizoumbou, des mesures ont montré que le taux de recouvrement par les résidus de culture, qui détermine la rugosité des sols cultivés, a été similaire de 2006 à 2008 (A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). Afin de prendre en considération l'érosivité des vents pour expliquer les différences entre les flux annuels, nous nous sommes tournés vers la notion d'érosion potentielle, appréhendée à travers l'indice DUP.

3 ) Variabilité du DUP sur la parcelle PI cultivée en mil

34Le DUP a manifesté la même évolution intra-annuelle de 2006 à 2009 (Fig. 7), chaque année étant subdivisée en quatre périodes. Une érosivité très forte caractérise les vents de mai à juillet. Cette période est marquée par des épisodes importants liés à l'occurrence de vents forts et réguliers dépassant largement la vitesse seuil d'érosion. De juillet à septembre, l'érosivité diminue, mais le DUP cumulé continue d'augmenter légèrement. Cette période est caractérisée par des vents réguliers dépassant à peine le seuil d'érosion. D'octobre à décembre, le potentiel érosif des vents devient presque nul. Enfin, de janvier à avril, l'occurrence de vents dépassant de peu le seuil d'érosion, mais pendant des durées assez longues, permet une augmentation, parfois assez forte, du DUP cumulé.

35De 2006 à 2009, quelle que soit l'année, la période des flux les plus forts correspond à celle où le DUP cumulé augmente le plus sensiblement (mai à juillet). Le lien entre les flux et le DUP est attestée par des épisodes comme ceux du 17 juin 2006, du 26 mai 2007, du 25 mai 2008 et du 4 juin 2009, bien discernables sur la figure 7. C'est alors que se produisent les tempêtes convectives, aux vents violents, soufflant sur des sols mal protégés (sans couverture végétale et avec un taux de recouvrement par les résidus de culture de l'ordre de 150 kg/ha en moyenne, contre 500 kg/ha de janvier à avril ‒ A. ABDOURHAMANE TOURÉ et al., 2011). La réduction des flux à partir de juillet, et d'août surtout, résulte de la diminution des DUP, sans qu'il soit possible de discerner le rôle de la pousse du mil.

36Durant la première partie de la saison sèche (octobre à décembre), les très faibles flux de saltation sont en relation avec un potentiel érosif des vents considérablement réduit. En 2006 et 2007, le DUP cumulé augmente ensuite nettement, mais les flux restent modérés de janvier à avril, leur accroissement étant sans commune mesure avec celui des mois de mai à juillet (Fig. 7), les sols sont alors protégés par une épaisse couverture de résidus de culture.

37Ces observations indiquent que sur les surfaces cultivées en mil au Sahel, les conditions de vent et le recouvrement par les résidus végétaux se combinent pour déterminer l'ampleur des flux de saltation.

38En conséquence, les flux de saltation annuels (de mai à avril) sont mieux corrélés aux DUP cumulés de la période allant de mai à septembre qu'à ceux de l'ensemble de l'année (Fig. 7). La régression linéaire entre les valeurs de saison humide est cependant de qualité très moyenne, le coefficient de détermination s'établissant à 0,56.

39Pour nous faire une meilleure idée de l'irrégularité interannuelle de l'érosivité des vents, nous avons calculé les DUP cumulés correspondant à cette période de l'année comme si la parcelle PI était restée cultivée en mil jusqu'en 2014 (Fig. 8). La valeur maximale est celle de 2010 (DUP de 1 909 739). À l'exception de cette année 2010, les DUP cumulés de saison humide décroissent assez régulièrement de 2006 (1 824 533) à 2014 (1 003 419).

Figure 8 - Cumuls annuels des DUP en saison des pluies (mai à septembre) pour un champ de mil (parcelle PI) de 2006 à 2014.

Figure 8 - Cumuls annuels des DUP en saison des pluies (mai à septembre) pour un champ de mil (parcelle PI) de 2006 à 2014.

4 ) Variabilité du flux horizontal d'érosion éolienne sur PI en jachère (2010-2014)

40D'année en année, le flux de saltation cumulé sur les mois de mai à septembre (moyenne des valeurs obtenues aux huit mâts de BSNE) a diminué de manière exponentielle en fonction de la durée de mise en jachère (Fig. 9). Il est passé de près de 533 kg/m en 2010 à 27 kg/m en 2014.

Figure 9 - Cumuls annuels des flux horizontaux mesurés sur PI pendant la saison des pluies (mai à septembre) de 2006 à 2014.

Figure 9 - Cumuls annuels des flux horizontaux mesurés sur PI pendant la saison des pluies (mai à septembre) de 2006 à 2014.

Chaque flux de saltation indiqué est la moyenne des valeurs trouvées aux huit mâts. Nous n'avons pas représenté ici les flux de saison sèche, négligeables sur la parcelle en jachère.

41Par rapport à 2008 (703 kg/m), la diminution enregistrée la première année de mise en jachère (533 kg/m), est d'autant plus significative que 2010 a été marquée par un DUP cumulé sur la saison des pluies particulièrement élevé (Fig. 8). Dès la première année de mise en jachère, la végétation a provoqué une forte diminution des flux de saltation. On notera également que pour deux années présentant des valeurs assez proches du DUP cumulé sur les mois de mai à septembre, le flux cumulé atteint 531 kg/m sous culture en 2009 et 111 kg/m seulement sur jachère en 2012.

42Sur la période 2012-2014, il est malaisé de déterminer le rôle de l'évolution du couvert végétal dans la réduction des flux de saltation d'année en année, l'érosivité des vents diminuant dans le même temps. La régression linéaire entre les valeurs de saison humide des flux de saltation et des DUP cumulés est très bonne sur les années 2010-2014 (R2 = 0,989), mais cela est dû en grande partie au niveau exceptionnel du DUP en 2010. On note aussi que, pour cette saison, le rapport entre le flux et le DUP cumulés varie de 0,00038 (en 2006) à 0,00046 (en 2008) pour la parcelle en culture, puis tombe à 0,00028 la première année de jachère, avant de s'effondrer les années suivantes : 0,000094 en 2012 ; 0,000085 en 2013 ; et 0,000027 en 2014.

43En appliquant l'équation de régression entre les flux et les DUP trouvée pour les années 2006 à 2009, les flux cumulés de saison humide sur la parcelle PI peuvent être grossièrement évalués pour une culture en mil. Les valeurs ainsi obtenues atteignent 742 kg/m en 2010 (contre 533 kg/m mesurés sur PI en jachère ; écart de 28 %), 531 kg/m en 2012 (contre 111 kg/m pour la jachère), 488 kg/m en 2013 (contre 88 kg/m sur la jachère) et 477 kg/m en 2014 (contre 27 kg/m pour la jachère ; écart de 94 %).

44Sur les jachères, comme sur les surfaces cultivées, la dynamique de l'érosion est influencée par les conditions de vent. Mais elle est ici considérablement atténuée par le recouvrement par la végétation qui se densifie au fil du temps (voir Photos 1). La réputation des jachères d'être peu sensibles à l'érosion éolienne (J.L. RAJOT, 2001 ; C.L. BIELDERS et al., 2002) n'est pas usurpée.

45Cette affirmation doit cependant être relativisée, la protection assurée par le couvert végétal croissant avec l'âge de la jachère. Or la durée des jachères est de plus en plus courte. Elle dépasse rarement 3 à 4 ans (M. LOIREAU et al., 2000). Il est apparu qu'à cette durée, la végétation développée sur PI a permis de diviser les flux de saltation par près de 20 (comparaison entre 2014 et 2009), mais sans toutefois les annuler (Fig. 9).

V - Conclusion

46 L'érosion avait déjà fait l'objet de travaux au Sahel. Mais nos investigations, menées de 2009 à 2014, ont porté sur une période relativement longue. Les flux de saltation ont été mesurés pendant quatre années sur une parcelle cultivée en mil et pendant quatre autres sur la même parcelle mise en jachère.

47Les mesures ont confirmé l'efficacité érosive des vents d'E à SSE associés aux systèmes convectifs qui se développent en saison humide (de mai à septembre). En revanche, à la saison sèche, même avec des vents a priori érosifs, les flux sont restés très faibles sur la parcelle en culture (du fait du recouvrement par les résidus de culture) et presque nuls sur la parcelle en jachère (en raison du développement du couvert végétal).

48Sur la parcelle en culture, les flux de saltation mesurés pendant la saison des pluies augmentent globalement en s'éloignant de la jachère située à l'est. Au mât le plus occidental (mât 8), à près de 230 m de la jachère (et même plus si l'on tient compte de l'oblicité de la direction des vents érosifs par rapport à la ligne des mâts), le flux n'avait pas encore atteint sa valeur maximale lors de certains événements.

49La mise en jachère a provoqué une forte diminution de l'érosion éolienne dès la première année, en 2010, et cette diminution s'est accentuée au fil du temps, sous l'effet d'un couvert végétal dominé par des herbacés. Lors de la cinquième année, en 2014, l'érosion ne semblait pas encore totalement bloquée, même si elle était considérablement ralentie. On s'approchait alors du "bruit de fond" qui caractérise les jachères dans le secteur.

GUENGANT J.P., BANOIN M. et QUESNEL A., sous la direction de (2003) - Dynamique des populations, disponibilités en terres et adaptation des régimes fonciers : le cas du Niger. Édit. FAO, F. GENDREAU édit., Rome (Italie), 144 p.

Remerciements : Les mesures ont été conduites au sein des programmes de recherche AMMA, JEAI-ADE et CAVIARS, que nous remercions. Nous sommes aussi reconnaissants aux populations de Banizoumbou et à toutes les personnes qui ont, directement ou indirectement, contribué à ce travail. Enfin, nous remercions nos reviseurs, restés anonymes, ainsi que Georges DE NONI et surtout Claude MARTIN, qui ont concouru à une significative amélioration de cet article.

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Table des illustrations

Titre Figure 1 - Principaux modes de transport de particules par le vent et flux associés lorsque la vitesse du vent dépasse le seuil de mobilisation des particules.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-1.jpg
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Titre Figure 2 - Localisation de la zone d'étude.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-2.jpg
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Titre Figure 3 - Dispositif de mesure et occupation des sols autour de la parcelle PI (cultivée de 2004 à 2009, puis mise en jachère).
Légende La parcelle à l'est de la ligne des mâts de BSNE est en jachère depuis 2000. À l'ouest de PI se trouve un champ cultivé et au sud, une jachère. La parcelle J, cultivée de 2006 à 2013, a été mise en jachère en 2014.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-3.jpg
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Titre Photos 1 - Illustrations des états de la surface de PI, en culture en 2009, puis en jachère de 2010 à 2014. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]
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Titre Photo 2 - Trois BSNE étagés sur un mât installé dans le champ PI. [clichés : Amadou ABDOURHAMANE TOURÉ]
Légende Le dispositif se comporte comme une girouette, si bien que les ouvertures (1  2 cm en bas, 2  5 cm pour les deux supérieures) sont toujours orientées face au vent.
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Titre Figure 4 - Roses des vents de l'année 2010-11 pour des vitesses de vent supérieures à 7, 9, 11 et 13 m/s.
Légende Chaque direction correspond à un angle de 22,5°. La direction N, par exemple, regroupe les vents de N371,25° à N11,25°. Les mesures sont effectuées à 6,5 m de hauteur.
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Titre Figure 5 - Évolution du flux de saltation selon la distance dans PI lors des événements érosifs ayant provoqué des flux supérieurs à 150 kg/m au cours des années 2006 à 2009.
Légende Le mât 1 se trouve à 18 m de la jachère située à l'est. Les mâts sont espacés de 30 m les uns des autres.Origine des vents : N22° le 17/06/2006 ; N190° le 23/06/2006 ; N148° le 26/05/2007 ; N112° le 16/06/2007 ; N126° le 20/05/2008 ; N157° le 25/05/2008 ; N112° le 9 juin 2008 ; N111° le 29/06/2008 ; N11° le 04/06/2009.Les traits gras correspondent à des épisodes avec un vent d'ESE. La direction moyenne du vent indiquée pour chaque épisode, prend en compte les directions moyennes sur 5 minutes lorsque la vitesse maximale du vent sur ces 5 minutes dépasse 9 m/s.
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Titre Figure 6 - Valeurs annuelles du flux de saltation de saison humide (mai à septembre) aux différents mâts de mesure de 2006 à 2010.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-12.jpg
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Titre Figure 7 - Variations intra et interannuelles du flux horizontal et du DUP cumulés sur la parcelle PI durant sa période de mise en culture (mai 2006 à avril 2009).
Légende Chaque flux de saltation indiqué est la moyenne des valeurs trouvées aux huit mâts. Les segments horizontaux bleus et rouges indiquent respectivement la saison de pluies et la saison sèche. Le début des années climatiques a été fixé au 1er mai, date correspondant grossièrement au début de la saison des pluies (installation du flux de mousson).
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-13.jpg
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Titre Figure 8 - Cumuls annuels des DUP en saison des pluies (mai à septembre) pour un champ de mil (parcelle PI) de 2006 à 2014.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-14.jpg
Fichier image/jpeg, 168k
Titre Figure 9 - Cumuls annuels des flux horizontaux mesurés sur PI pendant la saison des pluies (mai à septembre) de 2006 à 2014.
Légende Chaque flux de saltation indiqué est la moyenne des valeurs trouvées aux huit mâts. Nous n'avons pas représenté ici les flux de saison sèche, négligeables sur la parcelle en jachère.
URL http://journals.openedition.org/physio-geo/docannexe/image/6287/img-15.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Amadou Abdourhamane Touré, Adamou Didier Tidjani, Jean-Louis Rajot, Christel Bouet, Zibo Garba, Béatrice Marticorena et Karimou Jean-Marie Ambouta, « Quantification des flux d'érosion éolienne au cours d'une transition champ-jachère au Sahel (Banizoumbou, Niger) », Physio-Géo, Volume 12 | -1, 125-142.

Référence électronique

Amadou Abdourhamane Touré, Adamou Didier Tidjani, Jean-Louis Rajot, Christel Bouet, Zibo Garba, Béatrice Marticorena et Karimou Jean-Marie Ambouta, « Quantification des flux d'érosion éolienne au cours d'une transition champ-jachère au Sahel (Banizoumbou, Niger) », Physio-Géo [En ligne], Volume 12 | 2018, mis en ligne le 01 septembre 2018, consulté le 20 septembre 2018. URL : http://journals.openedition.org/physio-geo/6287 ; DOI : 10.4000/physio-geo.6287

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Auteurs

Amadou Abdourhamane Touré

Université Abdou Moumouni, Faculté de Sciences et Techniques Département de Géologie, BP 10662, NIAMEY, NIGER.
Courriel : doudu2000@yahoo.fr

Adamou Didier Tidjani

Université Abdou Moumouni, Faculté d'Agronomie, BP 10960, NIAMEY, NIGER.
Courriel : didierta@yahoo.fr

Jean-Louis Rajot

iEES-Paris, UMR IRD 242 - Université Paris Est Créteil - Sorbonne Université - CNRS - INRA - Université Paris Diderot, 32 avenue Henri Varagnat, 94143 BONDY cedex, France et LISA, UMR CNRS 7583, Université Paris Est Créteil, Université Paris Diderot, 61 avenue du Général de Gaulle, 94010 CRÉTEIL cedex, FRANCE.
Courriel : jeanlouis.rajot@ird.fr

Christel Bouet

iEES-Paris, UMR IRD 242 - Université Paris Est Créteil - Sorbonne Université - CNRS - INRA - Université Paris Diderot, 32 avenue Henri Varagnat, 94143 BONDY cedex, France et LISA, UMR CNRS 7583, Université Paris Est Créteil, Université Paris Diderot, 61 avenue du Général de Gaulle, 94010 CRÉTEIL cedex, FRANCE.
Courriel : christel.boissier@ird.fr

Zibo Garba

Université Abdou Moumouni, Faculté de Sciences et Techniques Département de Géologie, BP 10662, NIAMEY, NIGER.
Courriel : zibo_garba@yahoo.com

Béatrice Marticorena

LISA, UMR CNRS 7583, Université Paris Est Créteil, Université Paris Diderot, 61 avenue du Général de Gaulle, 94010 CRÉTEIL cedex, FRANCE.
Courriel : beatrice.marticorena@lisa.u-pec.fr

Karimou Jean-Marie Ambouta

Université Abdou Moumouni, Faculté d'Agronomie, BP 10960, NIAMEY, NIGER.
Courriel : ambouta.karimou@yahoo.fr

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