ETAT DE L’ART DES MODELES D’EVOLUTION DU PAYSAGE

Après une brève présentation des modèles empiriques d’érosion d’une parcelle de quelques hectares à quelques dizaines de km², nous nous sommes focalisés sur les modèles construits à l’échelle régionale du bassin hydrographique, c’est à dire sur plusieurs dizaines de milliers de km², permettant d’évaluer le transport sédimentaire et les changements topographiques à long terme. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux processus d’érosion fluviatile 1D, suivant le profil longitudinal z(x) de la rivière, et aux équations d’érosion des versants, également en 1D, modélisant l’évolution du profil z(y). L’utilisation de modèles empiriques n’a pas pour objectif de traduire les processus physiques qui agissent et relient les variables, mais de créer un outil d’évaluation de l’érosion utilisable comme aide à la décision en matière d’aménagement du territoire. Ils reposent sur une approche heuristique et les équations sont déterminées à partir d’observations de terrain et de mesures expérimentales. Elles modélisent généralement la vitesse d’érosion des sols en fonction de différents paramètres comme la pluviométrie, la lithologie, l’escarpement de la pente, les pratiques agricoles, etc. Ces relations ont une spécificité régionale qui les rend donc difficilement transposables sans modification : les résultats peuvent être erronés si l’échelle spatiale ou temporelle change.

Les modèles continus calculent à chaque pas de temps (de l’ordre de l’heure à la journée) le rapport volume d’eau/volume de sédiments et le transport sédimentaire potentiel qui en dévoile. Ceci implique une modélisation de l’évapotranspiration et des variations d’humidité du sol au cours du temps. De tels modèles requièrent une grande quantité de données et des informations sur l’évolution des conditions météorologiques. Ils sont généralement utilisés pour calculer les effets à long terme des aménagements effectués sur un territoire ou des variations météorologiques sur le ruissellement et son impact sédimentaire. Citons à titre d’exemple les modèles continus WEPP (Water Erosion Prediction Project model – Nearing et al., 1989), CREAMS (Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems model – Knisel, 1980) ou SEM/SHE (Soil Erosion Model / Système Hydrologique Européen – Storm et al., 1987). Les modèles évènementiels sont utilisés pour calculer la réponse d’une parcelle à un orage. Ils nécessitent donc moins de données d’entrée mais supposent des connaissances précises sur l’état initial de la parcelle. Les modèles ANSWERS (Aerial Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation – Beasley et al., 1980), KINEROS2 (Kinematic Erosion Simulation Model – Woolhiser et al., 1990), GUEST (Griffith University Erosion System Template – Misra & Rose, 1990) en sont des exemples.

Même si la superficie considérée est la même, la démarche des modélisations sur le long terme et à grande échelle de l’évolution du paysage est très différente de celle utilisée pour la construction des modèles hydrologiques qui visent à prédire la réponse hydrographique du bassin versant, ou la quantité de sédiments érodés au cours d’un ou plusieurs évènements pluvieux. En effet, il n’est pas réaliste ni envisageable de vouloir de prendre en compte la grande variété des processus qui façonnent le paysage, leur comportement et les interactions complexes à une petite échelle spatiale et temporelle, de les étendre ensuite à de grandes superficies et sur des longues périodes : ceci demanderait des connaissances dont on ne dispose pas encore puis des capacités informatiques trop importantes. Les petites échelles sont donc laissées de coté : les modèles reposent sur des lois simples qui La conservation de la masse est bien souvent l’un des principes fondamentaux de ces modèles. Ces équations sont complétées par des lois de comportement ou lois de transport, qui constituent un intermédiaire entre les formules purement empiriques présentées précédemment et les équations déterministes comme l’équation de Navier-Stockes, qui reposent sur les lois générales de la mécanique. Elles sont généralement construites puis utilisées pour explorer les interactions entre les formes du paysage et la dynamique sédimentaire, car elles ne représentent pas le fonctionnement réel des processus mais l’action à long terme qu’ils ont sur la morphologie du paysage.