Données raster ou matricielles 

La modélisation matricielle s’effectue en apposant une grille sur la surface à représenter et en attribuant à chaque cellule la valeur locale dominante ou moyenne d’une caractéristique du phénomène décrit à l’endroit de cette cellule. Le maillage carré est de loin le plus utilisé (images de télédétection, modèles altimétriques). Une couche raster peut être assimilée à une grille, où chaque case possède une valeur. La taille de chaque case détermine la résolution du raster. Lorsqu’on zoome suffisamment sur une couche raster, on voit apparaître les cases (pixellisations). Exemples : photographies aériennes, cartes IGN, etc. Les couches peuvent être organisées dans une base de données.

GENERALITES SUR L’EROSION

Les différents types d’érosions 

On peut définir généralement deux types d‟érosion : l‟érosion lente l‟érosion rapide.

L’érosion lente 

Elle touche de grands éléments comme les montagnes qui perdent leur hauteur à cause de l‟usure produite sur une longue période quand l‟eau et le vent s‟abattent contre la surface de la terre. La période géologique ne déplace pas seulement des galets et de la poussière mais elle ronge aussi des montagnes en décomposant le rocher qui les compose. Sur des milliers d‟années, l‟usure brisera d‟énormes rochers en petits morceaux qui seront emportés par l‟eau et le vent. Finalement, les montagnes deviendront visiblement plus petites.
On distingue généralement dans ce type d‟érosion, l‟érosion normale ou géologique qui façonne lentement les versants tout en permettant le développement d‟une couverture pédologique issue de l‟altération des roches en place et des apports alluviaux et colluviaux. Sur ce type normal la perte de terre varie de 0,1 à 1 tonne/ha/an.
Le processus de ces phénomènes agit en deux temps : altération de la surface transport des matériaux provenant de cette altération

L’érosion rapide

Elle se produit en peu de temps et change la surface de la terre. Les séismes ou les glissements de terrain déclenchent l‟érosion rapide. Un glissement de terrain se produit lorsque la pente d‟une montagne ou d‟une falaise se décroche. Cela peut arriver à cause de grosses averses ou d‟activités humaines. Les séismes sont un tremblement violent de la croûte terrestre qui se produit quand ses plaques poussent l‟une contre l‟autre. Un exemple moins grave d‟érosion rapide se produit lorsque la pluie sur une colline emmène plantes et terre du haut vers le bas de la colline.
On distingue dans ce type d‟érosion, l‟érosion accélérée ou pédologique, suite à une exploitation imprudente du milieu, de 10 à 1.000 fois plus rapide que l‟érosion normale. Il suffit d‟une perte de 12 à 15 tonne/ha/an, soit 1mm/an ou 1m/1.000ans pour dépasser la vitesse de l‟altération des roches. Elle se caractérise par sa couverture végétale due aux actions anthropiques permettant aux agents atmosphériques d‟enlever plus de terre arable qu‟il ne s‟en forme. La couche arable s‟appauvrit en particules par érosion sélective ou squelettisation du sol et s‟amincit, tandis que le ruissellement s‟accélère provoquant à l‟aval des débits de pointe très dommageables pour le réseau hydrographique.

Le « lavaka »

« Lavaka » est un décollement ou détachement d’une énorme quantité de roches sur le « tanety ». Topographiquement, il se caractérise par des parois verticales et un profil transversal en « U » ou en « V » pouvant atteindre 100 m de profondeur avec une envergure environ de plusieurs kilomètres.
Le lavaka existe depuis longtemps. C’est un phénomène qui ne cesse d’évoluer. « La genèse du lavaka provient de deux sources » : D‟une part, il est le résultat d’un processus d’altération et de mouvement de la nappe interne à la roche. Ce processus est déclenché, le plus souvent, par des événements accidentels externes. D’autre part, le lavaka est produit par le ruissellement superficiel incisant l’enveloppe des roches superficielles tendres.
Le lavaka, aujourd’hui, présente le stade final de processus évolutif et contribue énormément à l’aggravation du phénomène d’ensablement.

Causes de l’ensablement

L’érosion hydraulique conjuguée avec les effets de l’érosion anthropique, c’est-à-dire, l’ensemble des processus de dégradation du relief et des sols dus à l’action humaine (déforestation, exploitation minière sauvage, feux de brousse, tavy, etc.) sont les causes essentielles de l’ensablement. La déforestation totale et le mode de production non scientifique des ressources minières entraînent la dévastation des sols fertiles en supprimant la couverture végétale qui protège le sol. En plus, le tavy et les feux de brousse font partie des causes de la destruction des matières organiques qui constituent entre autre le sol.

Conséquences de l’ensablement

Même si le phénomène d’ensablement est essentiellement progressif, il cause des dégâts qui se répercutent sur les secteurs économiques, financiers et sociaux. Le dépôt de sable accumulé pendant de décennies pourrait même entraîner des conséquences catastrophiques.

Sur le plan agricole

Le dépôt de sable cause la dévastation des terres agricoles (rizières, tanety, etc.). Les plantes et les semences sont ensablées, ne peuvent plus croître et deviennent sèches. Le rendement agricole diminue (réf. par ha). Les rizières qui produisent deux fois dans l’année n’arrivent plus à assurer leurs tâches. Enfin, les rizières concernées sont abandonnées par les agriculteurs. On remarque dans ce cas, l’écart entre l’offre et la demande. Ces différents dégâts ne sont pas sans conséquences sur le plan environnemental et celui de l’infrastructure.

Sur le plan environnemental

La vie des paysans se trouve perturbée par l’insécurité dans le monde rural (vol des récoltes sur pieds, de zébus, etc.). L’élevage des bovins connaît des difficultés et les paysans se déplacent trop loin, ou bien ils procèdent à des feux de brousse. Le lit de la rivière en amont des terres cultivables monte au fur et à mesure que les sédiments (sables, limon, etc.) se déposent jusqu’à provoquer des débordements et d’éventuels changements de lit et qui peuvent alors provoquer des inondations. L’impureté de l’eau entraîne par ailleurs l’insécurité sanitaire des paysans. La biodiversité n’est plus attractive. Le développement du monde rural se trouve freiné. L’ensablement peut alors provoquer l’exode rural.

LES MODÈLES D’ÉROSION

Avant de déterminer le sens du « modèle d‟érosion », on va définir tout d‟abord la signification du mot « modélisation ».

Définition d’une modélisation

Il existe plusieurs définitions du mot « modélisation ». En voici quelques-uns qui pourraient éclaircir les esprits sur ce terme. « Une modélisation est une représentation des phénomènes physiques sur terrain à travers un outil informatique afin d‟établir la réalité sur place en un modèle réduit pour pouvoir l‟utiliser à des fins intéressants ». (Mourad, 2005). Le mot modélisation synthétise aussi les deux sens symétriques et opposés de la notion de ressemblance, d‟imitation et de représentation (Wikipédia, 2008).
La modélisation est aussi la création d‟une représentation standard dans le but de prévoir l‟évolution d‟un phénomène. Dans notre cas, la représentation sera la carte et le phénomène sera l‟érosion.
Donc, un modèle d‟érosion c‟est une disposition cartographique sur terrain à partir des outils SIG pour identifier les zones érodées.

Les modèles connus

Il y a plusieurs modèles de la prédiction du sédiment ont développé pour estimer la perte en terre et le dépôt de sédiment tel que USLE, RUSLE, LISEM, STREAM, etc. {6} L’équation universelle des pertes en sol (USLE) est un modèle à échelle réelle élaboré en 1960 et mis à jour en 1978 par Wischmeier et Smith du ministère de l’Agriculture des Etats -Unis. Et, en 1991, Renard a amélioré USLE en RUSLE (Renard et al, 1991).
Le modèle RUSLE propose la même formule que l‟USLE mais plusieurs améliorations sont réalisées pour la détermination des différents facteurs. Ceci inclus, une approche différente de l’érodibilité des sols K, une nouvelle équation pour le facteur topographique LS, et une nouvelle valeur pour le facteur C et les pratiques de conservation (Renard et al, 1997). Le modèle STREAM élaboré par les équipes INRA de Science du Sol d‟Orléans, est un modèle de prédiction opérationnel du ruissellement et de l’érosion (Souchère et al, 2005). Ce modèle dont les échelles spatiales et temporelles sont le bassin versant et l‟événement pluvieux est structuré en quatre modules interdépendants décrivant le réseau d’écoulement, le ruissellement, l’érosion diffuse et l’érosion linéaire.
Ce modèle permet de quantifier le ruissellement et les pertes en terre, tout en localisant les zones où ces phénomènes se produisent.
Le model LISEM a été élaboré à la fin des années 80 par De Roo et Jetten, pour le gouvernement de la Province de Limburg aux Pays-Bas. Cette province est soumise à d‟intenses phénomènes d‟érosion, notamment au ruissellement et à des coulées boueuses. Le modèle a été créé afin de simuler l‟effet de différentes mesures anti-érosion. Heskes (2003) explique que le LISEM permet de modéliser l‟érosion durant une averse et immédiatement après. Le modèle va simuler le transport et le dépôt des particules érodées en traitant successivement les processus suivants : la précipitation, l‟interception, l‟infiltration, l‟effet splash, et l‟érosion. Ces processus sont calculés et modélisés à chaque pas de temps choisi, et pour chacune des cellules des fichiers raster qui sont les supports de la modélisation.
L‟ensemble de ces fichiers est entièrement intégré et géré dans l‟interface PCraster qui est un Système d‟Information Géographique. {7}
Le choix dépend du type de phénomène à étudier, cependant le modèle retenu est celui qui représentera le phénomène dans son état le plus naturel en satisfaisant les conditions suivantes :
– Model permettant non seulement de calculer l‟érosion potentiel mais également le dépôt ;
– Model intégrant la dimension spatiale et donc couplé avec la cartographie pour indiquer clairement l‟origine des sédiments et les zones préférentielles de dépôt. Ce qui facilitera la délimitation des zones à risque d„ensablement et d‟inondation.
– Model intégrant tous facteurs permettant d‟affiner avec précision le calcul
Le model STREAM et LISEM répondent à ces critères.

L’érosion dans le Bassin Versant

Les formes d‟érosion rencontrées dans la région du lac Alaotra sont principalement des ravinements simples linéaires et des lavaka. Les autres formes de destruction sont l‟érosion en nappe et l‟érosion des berges des cours d‟eau.
Le Bassin Versant de Lac Alaotra a été considéré en particulier dans ce présent mémoire en raison de l‟état de dégradation des sols par le phénomène de lavakisation, qui est à l‟origine de l‟ensablement d‟un des secteurs agricoles d‟Alaotra. Certains secteurs des tanety sont particulièrement touchés : le lieu-dit Ampandronandakana, correspondant à une portion de la vallée de Imamba, comprend 25 lavaka sur 1 Km² alors que la densité moyenne de lavaka sur les roches acides est estimé à 20/Km² (Petit Larousse, 1990). {9} Les ressources en eau qui alimentent ce BV aussi sont menacées par l‟ensablement des périmètres (on peut citer le chiffre de 500Ha perdus et de 650 000 m3 de sables qui obstruent les aménagements). De nombreuses pentes au-dessus des vallées sont aussi menacées par une érosion en ravines dont certaines finissent par alimenter les lavaka. {9} Dans la région d‟Alaotra, les images de Landsat permettent d‟identifié 4735 lavaka (Rabarimanana, 2002). Seule 13% se trouvent à l‟état stable. Le taux de l‟occupation s‟élève à 1,5 % sur l‟ensemble dans la région. {10}

Les problèmes environnementaux dans la région

Madagascar est gravement touché par la déforestation qui est estimée à 111000 hectares par an entre 1950 et 1985. Elle est due essentiellement à la pratique de la culture itinérante sur brûlis (tavy) qui rend les sols très vulnérables à l‟érosion hydrique. Les pertes en sols sont parfois supérieures à 250 tonnes par hectares par an. Ces phénomènes sont généralement les conséquences directes de la culture sur brûlis et des feux de brousse, entraînent d‟énormes volumes de matériaux qui sont charriés à chaque période de pluie et provoquent l‟ensablement de tout ce qui se trouve en aval. Même si le risque d‟érosion faible à modèré est dominant par rapport aux autres, l‟érosion est déjà un phénomène préoccupant dans la zone d‟étude et il est aggrave par la pratique des tavy et des feux de brousse. Le relief de la zone favorisera également le transport des éléments fins du sol par ruissellement. Dans la région de Lac Alaotra où la superficie mise en valeur est constituée en majeure partie par la riziculture de bas-fonds, les éléments d’origine humaine sont les facteurs les plus importants qui aggravent le phénomène d’érosion. Chaque année, les feux de brousse font disparaître des milliers d’hectares de couverture végétale. Même les zones dénudées à Aristida ne sont pas épargnées favorisant l’érosion en surface et en ravine entraînant la formation de lavaka, l’envasement et l’ensablement des rizières et des zones habitées en aval des bassins versants. Le climat lui même semble en être affecté et la pluie pour les cultures manque de plus en plus. Face à un accroissement démographique galopant dont la pression est de plus en plus sensible sur un milieu et un environnement fragilisés, l’érosion se manifeste par ses diverses formes, le manteau végétal de couverture et de protection se dégrade sous le coup d’une exploitation et d’une utilisation irrationnelle.
Les données sont très rares à cause de vaste étendu de la superficie de notre zone d‟étude, en plus, l‟accès dans les différents secteur de la zone est encore compliqué en tenant compte les matériels, le moyen de source financière, etc.

Le diamètre médian (D50)

Le D50 est la taille moyenne des particules constituant la « MES » en micromètres. Il est utilisé pour simuler la vélocité du tassement, c.-à-d. pour déterminer la déposition du sédiment dans l’eau excédent. Mai Van Trinh a déterminé durant son expérience que les valeurs moyennes de D50 mesurés étaient 83µm pour la forêt, 81µm pour la rizière, 76µm pour les différentes cultures. Pour l‟autre occupation, on estime à partir des valeurs précédentes la valeur des savanes qui est 79µm ; 30µm pour les plans d‟eau.

La cohésion et la cohésion additionnelle par les racines (COH et COHADD)

Le Torvane est un instrument qui mesure la résistance au cisaillement des sols. Il est composé d’un disque rotatif avec des pales sur la surface inférieure enfoncées dans le sol. Quand la partie supérieure reliée au disque par un ressort hélicoïdal est tournée avec les doigts, le sol offre une résistance. La cohésion additionnelle par les racines ne peut pas être mesurée par le Torvane, elle est seulement estimée. Pour la forêt, la cohésion est assez forte à cause de la présence d’un important système racinaire qui stabilise le sol et des matières organiques qui contribuent à la formation de l’humus, sorte de ciment qui permet l’agrégation des particules de sol. Finalement, une valeur de cohésion de 2Kpa sans les racines et de 3Kpa avec les racines sera retenue (Buchanan et Savigny, 1990).
Et les autres sont déterminés à partir des exemples dans le tableau « Template for unitbase.tbl », disponible dans la « course database ». Pour la rizière on prendra comme la valeur moyenne de champ du blé et orge, 1.00Kpa. De 3.2Kpa pour les savanes, et enfin 0.78Kpa pour les cultures. Et les plans d‟eau égale à 0.95Kpa.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES
I. LE SYSTÈME D’INFORMATION GÉOGRAPHIQUE
1. Définition d‟un SIG
2. Objectifs et fonctionnalités du SIG
3. Composantes d‟un SIG
II. GENERALITES SUR L’EROSION
1. Les différents types d‟érosions
2. L‟ensablement
3. Conséquences de l’ensablement
III. LES MODÈLES D’ÉROSION
1. Définition d‟une modélisation
2. Les modèles connus
3. Le model LISEM
PARTIE II: APPLICATIONS
IV. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
1. Délimitation de la zone d‟étude
2. L‟érosion dans le Bassin Versant
3. Les problèmes environnementaux dans la région
V. METHODOLOGIES
1. Organigramme de l‟étude
2. Bases de données de LISEM
3. Fonctionnement du model LISEM sous ArcView 3.2
PARTIE III: INTERPRETATIONS
VI. INTERPRETATION DE RESULTAT
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES
SITES INTERNET
ANNEXES