Rôle de l’érosion ravinaire dans l’envasement des retenues collinaires dans la Dorsale tunisienne et le Cap Bon

Role of gully erosion in the siltation of reservoirs in the Tunisian Dorsal and the Cape Bon (Tunisia)

• Auteur / Autrice : Abir Ben Slimane
• Direction : Yves Le Bissonnais, Mustapha Sanaa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Eaux Continentales et Société
• Date : Soutenance le 25/03/2013
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Institut national de la recherche agronomique (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des interactions sols-agrosystèmes-hydrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Leduc, Olivier Cerdan, Damien Raclot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Huon, Dennis Fox

Mots clés

Mots clés libres

Sources de sédiments

Erosion ravinaire

Bassins versants

Technique de traçage

Réservoirs

Variabilité du comportement

Sediment sources

Gully erosion

Catchments

Fingerprinting technique

Reservoirs

Behavior variability

Résumé

L'érosion hydrique touche près de 3 millions d'hectares des sols agricoles en Tunisie, et constitue une menace pour la durabilité des retenues collinaires destinées à mobiliser les eaux de surface. La très forte densité des systèmes ravinaires en Tunisie, comme dans bon nombre de régions méditerranéennes, pose la question de leur rôle dans le comblement des retenues. Dans ce contexte, l'objectif général de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie qui permette d'évaluer la contribution relative de l'érosion ravinaire (ravines/oued) et de l'érosion de surface (diffuse/ rigoles) dans les flux de sédiments à l'exutoire des petits bassins versants (0,1-10 km²) sur des périodes d'observations suffisamment longues (une quinzaine d'année). La démarche proposée s'appuie sur la méthode de traçage des sources de sédiments développée par Walling (1999), et consiste à exploiter le caractère stable de certains éléments pour discriminer les sources de sédiments accumulés dans les retenues collinaires. Les différentes étapes de cette approche consistent en : i) l'identification des traceurs potentiels; ii) l'analyse de ces traceurs dans les échantillons «source» et dans les carottes prélevées dans les sédiments de la retenue; iii) l'application d‘un modèle de mélange associé à un modèle de Monte Carlo. Les résultats de cette méthode de traçage testée prioritairement sur un bassin versant expérimental (Kamech) ont été par la suite validés par deux approches indépendantes d'estimation des volumes de terres érodés. Sur Kamech, les résultats montrent la prédominance de l'érosion de surface qui représente près de 80% de l'érosion totale dont le taux moyen atteint 15 t/ha/an. Cette application a également permis de dégager des recommandations concernant la stratégie d'échantillonnage des carottes au sein des sédiments piégés dans les retenues collinaires pour limiter les incertitudes liées à l'échantillonnage. La méthode a ensuite été appliquée à quatre autres bassins versants choisis pour représenter au mieux la diversité des paysages de la Dorsale Tunisienne et du Cap Bon. La comparaison des résultats pour les cinq bassins versants étudiés montre une large variabilité des comportements érosifs : trois bassins montrent une prédominance de l'érosion de surface et nécessitent la mise en place de pratiques culturales protectrices de la ressource en sol alors que les deux autres bassins sont dominés par l'érosion ravinaire et nécessitent de recourir prioritairement à des mesures structurelles telles que des aménagements de ravines. Ces différences de comportements érosifs entre bassins ont été confrontées aux caractéristiques des sites en vue de fournir des clés de prédiction.Mots clefs : Erosion ravinaire. Erosion de surface. Bassins versants. Retenues collinaires. Traçage des sources de sédiments. Télédétection. Tunisie.

Water erosion affects nearly 3 million hectares of agricultural soil in Tunisia, and presents a threat to the sustainability of reservoirs to store surface waters. The high density of gully systems in Tunisia, like in many Mediterranean regions, raises the question of their role in the siltation of reservoirs. In this context, the objective of this thesis is to propose a methodology for evaluating the relative contribution of gully erosion (gullies/channel) compared to surface erosion (rill and interrill) in sediment fluxes at the outlet of small catchments (0.1-10 km ²), for pluri-annual periods (about 15 years). The proposed approach is based on the method of fingerprinting sediment sources developed by Walling et al. (1999), and takes advantage of the stable nature of certain elements to discriminate the origin of sediment trapped in reservoirs. The different steps of this approach consist in i) the identification of potential tracers adapted to the objectives of the study, ii) the quantification of these tracers in sources samples and in sediment cores, iii) the application of a mixing model combined with a Monte Carlo model. The results of this fingerprinting approach primarily tested on the Kamech experimental catchment were subsequently validated using eroded soil volumes estimated by two independent approaches. The results for this catchment show the dominance of surface erosion which represents nearly 80% of the 15 t/ha/year of total erosion. In addition, guidelines for method application have been proposed, including the implementation of a core sampling strategy which limits the level of uncertainty to less than 10%. The method was then applied to four other catchments representative of the diversity of the Tunisian Dorsal and Cape Bon landscapes. The comparison of the results for the five studied catchments shows a wide variability of erosion behaviour. Surface erosion is the dominant process in three catchments which require the establishment of protective cultivation of the soil resource. The two other catchments are dominated by gully erosion and require the priority use of structural measures such as improvements of gullies and bank channel protection. These differences between catchments have been related to the characteristics of the sites in order to identify predictive factors.Keywords: Gully Erosion. Rill and Interrill Erosion. Catchments. Reservoirs. Sediment Fingerprinting. Remote Sensing. Tunisia.