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1 L'indice d érodibilité du sol (K) La détermination de l indice d érodibilité du sol se détermine à l aide du nomogramme de la figure 16. Figure 16. Nomogramme de détermination de l indice d érodibilité du sol K Celui-ci est établi de manière à tenir compte : de la texture du sol de la structure du sol du taux de matière organique de la perméabilité du sol. Les étapes de la détermination du paramètre K sont résumées sur l organigramme de la figure

2 Opération intermédiaire A 1 2 Carte des sols de Belgique 1/20000 Carte des associations de sols de Belgique 1/ Digitalisation des cartes 4 Association des types de sols des deux cartes en fonction de 1 la texture 2 la situation géographique 5 6 Carte des sols de Belgique 1/20000 numérisée 8 Carte des sols intermédiaire Atribution d'une valeur de K à chaque type de sols 1/ Valeur de K attribuée aux sols da la carte des associations de sols dans le cadre du projet CARHY 9 Carte de l'indice d'érodibilité du sol Figure 17. Organigramme de détermination de l indice d érodibilité K Les valeurs de K sont reprises du projet CARHY [1] et sont exprimées en unités métriques. Le tableau 1 ci-dessous reprend les associations de sols et les valeurs de K correspondantes. 37

3 Tableau 1. Association des sols des cartes des sols 1/20000 et des sols de la carte des associations de sols de Belgique et valeurs de K correspondantes Types de sols des cartes des sols 1/20000 Types de sols de la carte des associations de sols de Belgique K (en unité métrique) Sols des plateaux et des pentes Sols limoneux profonds Sols limoneux des classes 30 à Sols limoneux peu profonds Sols limoneux des classes 30 à Sols sablo-limoneux profonds Sols sablo-limoneux ou limoneux des classes 38 et Sols sablo-limoneux peu profonds Sols sablo-limoneux ou limoneux des classes 38 et Sols limono-sableux Sols sableux et limono-sableux des classes 15, 16, et Sols sableux Sols sableux des classes 23 à 25 8 Sols limono-caillouteux Sols limono-caillouteux et limoneux peu caillouteux des classes 40 à 48 et 50 à Sols argileux Sols argileux des classes 57 et Sols des vallées et dépressions Sols sur matériaux limoneux Sols alluviaux des classes 59 à Sols sur matériaux limoneux ou limonocaillouteux Sols alluviaux des classes 59 à Sols sur matériaux sablo-limoneux Sols alluviaux des classes 59 à Sols sur matériaux argileux Sols alluviaux des classes 59 à Sols sur matériaux tourbeux Sols tourbeux classe Sols artificiels Pas de correspondance X Dans le cadre du projet CARHY [1], les valeurs de K attribuées à chacune des classes d associations de sols 1/ ont été déterminées au moyen du nomogramme de la figure L'indice topographique (LS) Cet indice est déterminé en tenant compte des valeurs de longueur de pente L et de pente S, moyennant la relation empirique de Wischmeier : LS = L 0,5 (0, ,0053 S + 0,00076 S²) avec : L la longueur de parcelle suivant la pente S la pente. L'organigramme de la figure 18 résume les étapes permettant d'arriver à cet indice LS. 38

4 Opération intermédiaire III 1 Projet Informatique de Cartographie Continue 2 3 Extraction des points de niveau de terrain Carte intermédaire des points altitudes au sol 4 5 Elaboration du MNT rasterisé via Arc Info et Imagine Modèle Numérique de Terrain 6 7 Carte des pentes Calcul des pentes de chaque pixel via Imagine 9 8 Longueur de pente : Valeur de référence sur l'ensemble de la zone Equation du LS 10 Carte de l'indice LS (Longueur * Pente) Figure 18. Organigramme de détermination de l indice topographique LS La longueur de parcelle (L) Le calcul des pertes en sols est effectué pour des valeurs de L variant de 100 à 500 m avec un pas de 100 m La pente (S) Les pentes sont déterminées au départ d'un modèle numérique de terrain pour chaque pixel de travail, en utilisant une fonction incluse dans la librairie du module Spatial Modeler d'erdas_imagine [6]. 39

5 Le MNT utilisé dérive des données du PICC. Après extraction des données de point niveau terrain, on applique la fonction "Topogridtool" de ARC_INFO [7] pour obtenir un modèle numérique sous forme d'un Grid. Le MNT sous format raster est réalisé par importation sous ERDAS_IMAGINE [6]. Au moment du projet, les données du PICC n étaient disponibles que sur les bassins de la Lasne et du Focqueu. Pour la zone de Ath, il a été décidé d'élaborer le MNT à partir des courbes de niveaux numérisées au départ des cartes topographiques à l échelle 1/10000 de l IGN. A l'avenir, les données du Projet Informatique de Cartographie Continue seront disponibles sur l'ensemble de la Région Wallonne L'indice de culture (C) Les calculs sont effectués en considérant trois couverts de sol de vulnérabilité différente : Couvert 1 : Une végétation ou une culture peu couvrante (maïs, chicorée, pomme de terre, ), occupation la plus vulnérable Couvert 2 : Une végétation ou une culture moyennement couvrante (froment, escourgeon, ), occupation moyennement vulnérable Couvert 3 : Un couvert dense (prairie, forêt, ), occupation peu à non vulnérable. La valeur de l indice attribué à chacune de ces couvertures est reprise de la carte des coefficients culturaux (C) du projet CARHY [1] ; chaque couvert est associé à une classe hydrologique d occupation du sol : la valeur de C pour le couvert 1 est prise comme la valeur de C de la classe «culture sarclée» la valeur de C pour le couvert 2 est prise comme la moyenne des valeurs de C pour la classe «culture non sarclée défavorable» et la classe «culture non-sarclée favorable» la valeur de C pour le couvert 3 est prise comme la valeur de C pour les classes «prairies» et «forêt de résineux» (valeur identique pour les deux classes) L'indice d aménagement anti-érosif (P) Le but étant de déterminer les zones à risques potentiels et in fine les zones où un aménagement anti-érosif pourrait s avérer nécessaire, la valeur de P reste fixée à 1. 40

6 Détermination des pertes en sols (A) Le calcul des pertes en sol est effectué via un programme élaboré à l'aide du module Spatial Modeler d'erdas_imagine [6]. Les données d'entrée du modèle sont les six indices de l'équation de Wischmeier. Deux entrées se présentent sous format raster : la carte des valeurs de K et la carte des pentes. Les autres indices sont introduits dans le modèle comme des paramètres fixés et constants. Le résultat en sortie du modèle est une carte des pertes en sol sous format raster. Pour l'élaboration des cartes de zones à risque d'érosion diffuse, le modèle est utilisé en faisant varier l'indice de culture et la longueur de pente comme précisé plus haut. Il en résulte donc pour chaque site un ensemble de 15 combinaisons correspondant à des pertes en sol potentielles. Le tableau 2 présente pour chacune de ces 15 combinaisons les valeurs des paramètres correspondant. Tableau 2. Combinaisons de paramètres pour l'élaboration des cartes de pertes en sol. Couvert végétal Longueur de pente [m] Végétation ou culture peu couvrante Végétation ou culture moyennement couvrante K variable d'un pixel à l'autre et fonction du sol en place Pente variable d'un pixel à l'autre et fonction du MNT Pluie (P L ) constante sur la zone ; P = 1 Couvert dense 5.4. Présentation des cartes de risque Pour l élaboration des cartes de risque, on regroupe les informations du tableau 2 en trois cartes (cartes 1.1. ; 1.2. ; 1.3.) classant les zones à risque d'érosion diffuse, c est à dire une carte par type de vulnérabilité liée au couvert du sol. Pour chaque carte, les zones à risque sont alors les zones de pertes en sols potentielles supérieures à 10 t/ha.an fonction de la seule variable «longueur de pente». Les cartes relatives aux trois zones pilotes pour le cas de la vulnérabilité moyenne sont présentées en format A4 aux figures 19.a, 19.b et 19.c, dont légende correspondante en figure 20 pour le bassin versant de la Blanche à Ath. Les cartes correspondantes pour la vulnérabilité faible et élevée sont présentées au point 13 (Annexes), Annexe 1 à Annexe 6. (Les cartes en format A0 sont disponibles à l UHAGx) 41

7 Figure 19.a. Carte des zones à risque d érosion diffuse : Bassin versant de la Blanche, couvert 2 (moyennement vulnérable) 42

8 Figure 19.b. Carte des zones à risque d érosion diffuse : Bassin versant du Focqueu, couvert 2 (moyennement vulnérable) 43

9 Figure 19.c. Carte des zones à risque d érosion diffuse : Bassin versant de la Lasne, couvert 2 (moyennement vulnérable) 44

10 Figure 20. Légende de la carte des zones à risque d érosion diffuse : Bassin versant de la Blanche, couvert 2 (moyennement vulnérable) 45

11 Comme indiqué sur la légende de la figure 20, on distinguera différentes plages de couleur sur les cartes, avec les extrêmes suivants : En rouge : En blanc : Les zones à risque de pertes en sols potentielles de plus de 10 t/ha.an pour une longueur de pente supérieure à 100 m et pour le couvert considéré : Zones à risque les plus vulnérables quant à l'érosion diffuse pour le couvert considéré car n acceptant que de courtes longueurs de parcelle suivant la pente (inférieures à 100 m). Les zones où les pertes en sols potentielles sont inférieures à 10 t/ha.an pour une longueur de pente inférieure à 500 m : Zones à risque les moins vulnérables quant à l'érosion diffuse pour le couvert considéré car acceptant de grandes longueurs de parcelle suivant la pente (plus grandes que 500 m). Les autres couleurs (orange, jaune, vert clair et vert foncé) correspondent dans l ordre à des situations intermédiaires. 46

12 6. Cartographie des zones à risque de ruissellement diffus 6.1. Bases méthodologiques La cartographie des risques liés au ruissellement diffus est abordée sur base de la méthode S.C.S. (Soil Conservation Service of USA) largement validée en Région Wallonne. La méthodologie choisie consiste en la détermination, pixel par pixel, de taux (coefficients) de ruissellement potentiels en réponse à une pluie de référence, fixée en intensité, durée et fréquence, pour les sols, topographie et occupation du sol considérés, dans des conditions d humidité des sols du bassin versant sèches, humides, très humides. Dans le contexte du classement des risques, l humidité des sols «au moment» de l averse de référence est considérée en conditions moyennes d humidité des sols. Concrètement, en préalable au calcul du coefficient de ruissellement proprement dit, il est nécessaire de déterminer un paramètre «CN» (Curve Number) tel qu utilisé dans la méthode S.C.S.. Cette évaluation se base sur trois classifications dérivées des termes précédents et propres à la méthode S.C.S., à savoir : un classement hydrologique de l occupation du sol (eu égard à sa sensibilité au ruissellement) la pente des terres, évaluée au départ d un MNT un classement hydrologique des sols (quatre classes), en fonction de leurs caractéristiques d infiltrabilité. Comme pour le risque érosion diffuse, le travail est effectué pixel par pixel pour l ensemble du bassin versant considéré ; après regroupement des valeurs attribuées à chaque pixel en différentes classes, une carte générale peut être réalisée pour l ensemble du bassin versant. La relation S.C.S. entre la hauteur de ruissellement et la hauteur de pluie dans des conditions de sol, pente, occupation et humidité du sol données est la suivante : R = (P L - 0,2s)² / (P L + 0,8s) Avec : R = hauteur de ruissellement [mm] P L = hauteur de précipitation [mm] s = un paramètre de rétention [mm] Le paramètre de rétention (s) varie en fonction : du type de sol de l humidité des sols des pentes de l'utilisation du sol des aménagements effectués. 47

13 Il est relié au paramètre CN («Curve Number»), tel que : la valeur de CN1 correspond à un sol sec la valeur CN2, ou CN moyen, correspond à une humidité moyenne du sol (aux environs de la capacité au champ) la valeur de CN3 correspond à un sol humide (au voisinage de la saturation des sols) Principe d élaboration de la carte des risques L'organigramme de la figure 21 schématise les étapes d'élaboration des cartes finales au départ des données de bases Carte des sols de Belgique 1/20000 Carte d'occupation du sol CARHY2 PICC 4 Carte des associations de sols de Belgique 1/ IV V 5 6 Groupes hydrologiques des sols 7 VI Carte des pentes Carte des CN 8 9 Données météorologiques : Précipitation journalière VII Détermination du coefficient de ruissellement 10 Carte de zones à risque de ruissellement diffus Figure 21. Organigramme général d élaboration des cartes de zones à risque de ruissellement diffus Les étapes intermédiaires sont détaillées dans le Point

14 6.3. Détermination des paramètres. La pluie de projet est prise ici comme une pluie centennale de durée d une heure. Les conditions d'humidité du sol sont prises en condition moyenne (CN2) Détermination du CN2 (Curve Number) La détermination du CN2 est effectuée à partir d'un programme élaboré lors du projet CARHY [1]. Ce programme utilise les fonctions du module Spatial Modeler d'erdas_imagine [6] et correspond à l organigramme présenté en figure 22. Les données d'entrée, toutes sous format raster, sont : une carte d'occupation du sol une carte des groupes hydrologiques de sol une carte des pentes Occupation du sol La carte d'occupation du sol est extraite au départ de la carte d'occupation du sol CARHY2 et redimensionnée au format de pixel 20 m x 20 m. L'occupation du sol est prise à partir du projet CARHY [1] (classes d occupation par imagerie satellitaire) ; il est évidemment envisageable d utiliser d autres sources d information sur le sujet. 49

15 Figure 22. Organigramme général de détermination du CN2 (Curve Number) suivant le programme du projet CARHY [1] 50

16 Détermination des groupes hydrologiques des sols Le groupe hydrologique des sols est un système de classification des sols en fonction de leur infiltrabilité. La méthode SCS définit ces groupes comme suit : (Ven te Chow, 1964 ; Maidment, 1993) Groupe A : Ce groupe est caractérisé par des sols qui ont un faible potentiel de ruissellement. Il comprend des sols sableux contenant une faible fraction de limon et d'argile (moins de 15%) et les loess profonds (de 75 à 150 cm) à vitesse d'infiltration de base élevée (de 7,5 à 12 mm/h) et à drainage excellent à bon. Groupe B : Ce groupe est caractérisé par des sols ayant un potentiel de ruissellement relativement faible. Il comprend les sols sablolimoneux et les loess moins profonds (de 50 à 125 cm ) de texture moyennement grossière à moyennement fine (donc moins bien structurés que le groupe A), à vitesse d'infiltration de base modérée (de 4 à 7,5 mm/h) et bien à moyennement bien drainés. Groupe C : Les sols de ce groupe sont caractérisés par un potentiel de ruissellement assez élevé. La classe comprend les sols sablolimoneux superficiels (de 15 à 75 cm) ainsi que les limons argileux, à faible teneur en matières organiques et à haute teneur en argiles et colloïdes, de texture moyennement fine à fine. Ils contiennent souvent une couche imperméable à faible profondeur. La vitesse d'infiltration de base est relativement faible (de 1 à 4 mm/h) et le drainage modéré. Groupe D : Ce groupe comprend des sols caractérisés par un potentiel de ruissellement très élevé, à teneur élevée en argiles gonflantes ou des sols superficiels (moins de 75 cm) reposant sur une couche imperméable enfouie à faible profondeur. Il inclut également certains sols salins. Ces sols sont à très faible capacité d'infiltration (moins de 1 mm/h) et à drainage très médiocre (nappe permanente à faible profondeur). La détermination des groupes hydrologiques de sols se déroule en plusieurs étapes qui sont résumées sur l organigramme de la figure

17 Opération intermédiaire D 1 2 Carte des sols de Belgique 1/20000 Carte des associations de sols de Belgique 1/ Digitalisation des cartes Association des types de sols des deux cartes en fonction de 1 la texture 2 la situation géographique 5 6 Carte des sols de Belgique 1/20000 numérisée 8 Carte des sols intermédiaire Atribution du groupe hydrologique à chaque type de sols 1/ Valeur du groupe hydrologique attribuée aux sols de la carte des associations de sols dans le cadre du projet CARHY 9 Carte des Groupes hydrologiques des sols Figure 23. Organigramme de détermination des groupes hydrologiques de sol 52

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