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Efficacité des ouvrages de génie biologique pour le piégeage des sédiments dans des ravines incisées dans des marnes (Alpes du Sud, France)

Efficiency of bioengineering works for sediment trapping in gullies in marls (southern Alps, France)
Freddy Rey
p. 21-30

Résumés

L'objectif de l'étude est d'analyser l'efficacité des ouvrages de génie biologique pour le piégeage et la rétention de sédiments au sein de petites ravines inscrites dans des marnes, dans les Alpes françaises du Sud. Nous avons suivi durant trois années (2002, 2003 et début 2004) l'effet de soixante ouvrages de 1,2 m de large, constitués de boutures de saules : 29 cordons sur fascines (équipement comprenant un simple alignement de boutures) installés en 2002 et 31 cordons avec garnissages sur fascines (équipements linéaires et surfaciques avec disposition de boutures en deux dimensions) mis en place en 2003. Ces ouvrages ont été construits tous les 2 m dans le lit de cinq ravines expérimentales. Il s'agit d'analyser la reprise des boutures et de mesurer les quantités de sédiments piégés par chaque équipement. Les résultats montrent que, si les boutures ont parfois largement souffert de la sécheresse due au climat méditerranéen, elles ont permis sur certains ouvrages le développement d'obstacles végétaux efficaces pour piéger des sédiments. En une année et par ouvrage, les cordons sur fascines ont piégé en moyenne 0,06 m3 de sédiments et au maximum 0,19 m3. Les cordons avec garnissages sur fascines ont piégé en moyenne 0,11 m3 de sédiments et au maximum 0,29 m3.

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Notes de la rédaction

Remerciements
L'auteur remercie l'ensemble des relecteurs de cet article pour leurs remarques et leur contribution.

Texte intégral

Introduction

1Dans les Préalpes de Digne (France), milieu de moyenne montagne sous climat montagnard subméditerranéen, les vitesses d'ablation mesurées sur les versants ravinés inscrits dans les marnes noires callovo-oxfordiennes dépourvues de végétation sont d'environ 1 cm par an (Rovéra et al., 1999 ; Mathys et al., 2003). Dans un contexte géographique voisin, le massif des Baronnies, l'érosion sur les flancs de ravines entraîne une grande quantité de sédiments vers leurs fonds (Lhénaff et al., 1993), le manteau de débris atteignant en fin d'hiver en moyenne 10 cm et des épaisseurs d'un maximum de 80 cm ayant été observées (Alexandre, 1995). Les sédiments accumulés sont ensuite évacués vers l'exutoire des ravines par l'action du ruissellement concentré. Au cours d'une année, les fonds de ravines peuvent connaître une alternance d'accumulation et d'ablation (Lecompte et al., 1998). À l'échelle annuelle, on peut cependant considérer que dans une ravine de petite taille (quelques milliers de mètres carrés) dont la pente du lit est supérieure à 10°, ce qui est souvent le cas au sein des bad-lands façonnés dans les marnes, il n'y a pas de stockage intermédiaire des sédiments (Brochot et Meunier, 1995 ; Lecompte et al., 1998). Selon N. Mathys et al. (2003), le transit de sédiments mesuré à l'exutoire des ravines incisées dans des marnes dépourvues de végétation, dans les Alpes françaises du Sud, est de l'ordre de 100 m3 par ha et par an.

Fig. 1 – Carte de localisation du site d'étude.
Fig. 1 – Location map of the study site.

Fig. 1 – Carte de localisation du site d'étude.Fig. 1 – Location map of the study site.

2Plusieurs études (cf. Nyssen et al., 2000 ; Abu-Zreig, 2001) ont montré que la végétation peut exercer non seulement un rôle de protection des sols qu'elle recouvre et qu'elle fixe, mais également contribuer à une action de piégeage de sédiments à l'amont d'obstacles végétaux. Dans les bassins versants inscrits dans des marnes, ces processus de piégeage ont lieu dans les lits et sur les versants de ravines de taille modeste, généralement inférieure à un hectare (Rey et al., 2002b). Les végétaux des strates herbacée et sous-arbustive qui sont situés dans les lits des ravines représentent les obstacles les plus efficaces. Ces derniers se présentent soit sous la forme de barrières végétales (obstacles linéaires) bloquant les sédiments à leur amont, soit sous la forme de tapis végétaux (obstacles surfaciques), à l'intérieur desquels les sédiments sont filtrés et retenus. F. Rey et al. (2002a) ont mis en évidence qu'une surface minimale de tapis végétal est suffisante pour être efficace ; il suffit que 20 % de la superficie d'une topographie ravinée dans des marnes soient couverts de végétation dans sa partie aval pour que le transit de débris soit arrêté.

3Utiliser des obstacles végétaux peut être un moyen économique pour lutter contre l'érosion, car il ne serait pas indispensable de végétaliser toute la surface d'une ravine vive pour réduire significativement le transit de débris. Pour cela, il faudrait utiliser des ouvrages de génie biologique permettant de créer ces obstacles végétaux. Les ouvrages de génie biologique utilisés classiquement pour stabiliser des ravines sont à base de boutures, qui sont des parties ligneuses de végétaux sans feuillage ni racines. Elles sont généralement prélevées sur des saules (Salix) (Zuffi, 1989). Le recours au bouturage permet un développement rapide de la couverture végétale sur des terrains érodés (Barrouillet, 1982). Il existe trois grands types d'ouvrages : les fascines, les cordons de boutures et les garnissages de boutures (Lachat, 1994 ; Schiechtl et Stern, 1996). Ils présentent des caractéristiques morphologiques différentes leur conférant un rôle spécifique dans la lutte contre l'érosion. La fascine est une petite barrière constituée de pieux derrière lesquels des boutures sont empilées sous forme de fagots. Rigide, elle s'oppose aux contraintes érosives et hydrologiques provoquées par des pluies intenses et les écoulements rapides qu'elles engendrent. Elle ne joue pas vraiment un rôle dans le piégeage des sédiments. La reprise des boutures doit essentiellement permettre d'augmenter l'ancrage de l'ouvrage dans le sol, au fur et à mesure que les pieux se dégradent. La fascine n'est cependant pas indispensable lorsque le profil en long du lit d'une ravine est concave, la section aval étant proche de l'horizontale. Le cordon de boutures est une simple rangée de boutures installées verticalement, donnant à l'ouvrage une structure linéaire. Placé perpendiculairement à la direction de transit des débris, il doit aboutir à créer une barrière végétale permettant la formation d'une retenue de sédiments à son amont. Le garnissage est un tapis de boutures qui exerce ses effets en surface. Les boutures peuvent être disposées verticalement ou obliquement. Le tapis végétal ainsi constitué joue non seulement un rôle de barrière mais également un rôle de brosse ou de filtre pour les sédiments et les eaux qui transitent sur toute sa surface.

4En milieu méditerranéen, il existe peu d'expériences sur l'utilisation des boutures de saules pour la restauration de ravines creusées dans les marnes, car Salix exige une certaine humidité du milieu. Aussi l'objectif de cette étude est-il de tester l'hypothèse selon laquelle des ouvrages de génie biologique à base de boutures de saule peuvent permettre l'installation et le développement d'obstacles végétaux capables de piéger des sédiments marneux. Il s'agit tout d'abord d'analyser l'aptitude des saules à rejeter et à constituer les obstacles végétaux souhaités. Ensuite, l'étude consiste à mesurer l'efficacité des ouvrages pour le piégeage des sédiments marneux à très court terme, soit dès les premières années d'installation.

Contexte géographique

5Le terrain d'étude est situé dans le département des Alpes-de-Haute-Provence (Alpes du Sud), dans le bassin versant de la Durance. Il correspond au bassin versant élémentaire du Saignon, d'une superficie d'environ 400 ha, dans la commune de La Motte du Caire (fig. 1). Les observations ont été effectuées durant trois ans (2002, 2003 et début 2004). Elles ont porté sur cinq ravines expérimentales (R1 à R5 ; fig. 2 et tab. 1) toutes inscrites dans des marnes noires. Leur surface varie entre 800 et 4000 m2 à une altitude comprise entre 800 et 905 m. Leur exposition générale est au sud-ouest. La pente moyenne des versants des ravines est comprise entre 100 et 120 % et celle de leurs lits entre 23 et 38 %. Le taux de couverture végétale varie entre 42 et 72 %. La végétation est principalement constituée de Pin noir d'Autriche (Pinus nigra Arn. subsp. Nigra) et de Pin sylvestre (Pinus sylvestris) pour la strate arborée, d'Alisier blanc (Sorbus aria), d'Érable à feuilles d'obier (Acer opalus) et de Bugrane (Ononis fruticosa) pour la strate arbustive, et de Bauche (Achnatherum calamagrostis) pour la strate herbacée. Les sols associés à ces plantes sont des régosols à matrice argileuse. Toutes les strates sont carbonatées (avec un pH compris entre 7,8 et 8,1) et faiblement structurées. Cependant, la bio-structuration et l'activité biologique sont importantes, avec une abondance de lombrics (Vallauri, 1999).

Fig. 2 – Carte de localisation des ravines étudiées dans le bassin versant du Saignon..
Fig. 2 – Location map of the studied gullies in the Saignon catchment.

Fig. 2 – Carte de localisation des ravines étudiées dans le bassin versant du Saignon..Fig. 2 – Location map of the studied gullies in the Saignon catchment.

1 : courbes de niveau ; 2 : torrents ; 3 : ravines étudiées. Équidistance des courbes : 100 m
1 : contour lines ; 2 : torrents ; 3 : studied gullies. Distances between contour lines : 100 m.

6Le climat est de type montagnard subméditerranéen (Vallauri, 1999). La pluviométrie annuelle moyenne est de 787 mm, inégalement répartie sur quelques mois de l'année en automne et au printemps, avec de fortes intensités (dépassant parfois les 30 mm/h) surtout en automne. La température moyenne annuelle est de 10,2 °C, la moyenne maximale du mois le plus chaud étant de 28,3 °C, alors que la moyenne minimale du mois le plus froid est de -4,2 °C.

Tableau 1 – Caractéristiques des ravines expérimentales.
Table 1 – Characteristics of the experimental gullies.

Tableau 1 – Caractéristiques des ravines expérimentales.Table 1 – Characteristics of the experimental gullies.

7En 2002, le total des précipitations fut de 1110 mm. Cette année fut caractérisée par un semestre chaud relativement sec, puisque de mai à fin juillet il n'est tombé que 115 mm en 3 mois contre 190 en moyenne. Quatre événements pluvieux remarquables furent enregistrés avec des intensités respectives de 17, 23, 29 et 69 mm/h pendant une heure effective, la dernière valeur constituant un événement dont la fréquence de retour est de 100 ans pour la région étudiée (Haddouche, 1999). La température moyenne annuelle fut de 10,7 °C. En 2003, le total des précipitations ne dépassa pas 586 mm, dont seulement 64 mm du 1er mai au 31 juillet. Les pluies intenses furent rares, la plus forte intensité horaire ayant été de 24 mm/h. La température moyenne annuelle fut de 10,9 °C avec une moyenne maximale en août de 31,4 °C, le mois le plus chaud de l'année. Du 1er juin au 31 août, les températures furent les plus chaudes jamais enregistrées (André et al., 2004), avec 53 jours où la température maximale dépassa les 30 °C. Ces conditions extrêmes de sécheresse ont été riches d'enseignement car elles ont permis de tester la reprise et la résistance des saules durant une année particulièrement sèche. Le total des précipitations sur les cinq premiers mois de 2004 a été de 244 mm, avec des événements pluvieux de faible intensité. La température moyenne annuelle durant cette période a été de 4,9 °C.

Protocole de l'expérimentation

8L'étude porte sur le comportement de 60 ouvrages de génie biologique à base de boutures de saules : 29 cordons sur fascines, installés en 2002 et 31 cordons avec garnissages sur fascines, disposés en 2003, dans les lits des cinq ravines. Dans chacune d'elles, les ouvrages sont disposés tous les deux mètres, à partir de l'exutoire, le long de la section du lit ayant une pente inférieure à 40 %, ce qui détermine le nombre total d'équipements installés dans chaque ravine. Ces derniers sont numérotés depuis l'exutoire de la ravine en remontant vers l'amont (par exemple, R3-01 est le premier ouvrage à partir de l'exutoire de la ravine R3). Les barrages ont une largeur de 1,2 m et occupent toute celle du lit. Les travaux sont effectués en deux temps, les lits des ravines R2 (13 ouvrages) et R3 (16) étant équipés au printemps 2002, et ceux des ravines R1 (8 barrages), R4 (20) et R5 (3) en 2003. Quatre espèces de saules naturellement présentes dans les Alpes françaises du Sud sont utilisées : le Saule pourpre (Salix purpu-rea), le Saule blanc (Salix alba), le Saule drapé (Salix incana) et le Saule cassant (Salix fragilis).

Photo 1 – Cordon sur fascine
Photo 1 – Brush layer on a fascine

Photo 1 – Cordon sur fascinePhoto 1 – Brush layer on a fascine

9Les cordons sur fascines (photo 1) sont composés de fascines, d'une hauteur de 50 cm, faites de saule cassant ou de saule blanc. Les boutures des cordons en saule pourpre et saule blanc ont un diamètre de 1 à 2 cm pour une longueur totale de 50 cm, 20 cm dépassant de la surface du sol. Le nombre moyen de boutures par ouvrage est de 22, soit un espacement moyen entre elles d'environ 8 à 10 cm. Dans la confection des cordons avec garnissages sur fascines (photo 2), on a utilisé des boutures de saule pourpre et drapé, aussi bien pour les fascines, également hautes de 50 cm, que pour les cordons et les garnissages, de 50 cm de longueur et de 2 à 3 cm de diamètre, qui dépassent la surface du sol de 20 cm. Avec un nombre moyen de 35 boutures, les cordons constituent un véritable micro-barrage en bois. Les garnissages comportent 47 boutures en moyenne, réparties sur environ 2 m2.

Photo 2 – Cordon avec garnissage sur fascine.
Photo 2 – Brush layer with brush mat on a fascine.

Photo 2 – Cordon avec garnissage sur fascine.Photo 2 – Brush layer with brush mat on a fascine.

10Les cordons sur fascines ont été observés durant trois années (2002, 2003 et les cinq premiers mois de 2004) et les cordons avec garnissages sur fascines pendant plus d'un an (2003 et les cinq premiers mois de 2004). Des comptages au printemps de chaque année ont permis de déterminer les taux de reprise par ouvrage et la comparaison entre les deux types d'équipements utilisés. Certaines boutures ont été déterrées afin d'observer la présence ou l'absence de racines. Il a également été possible de voir si l'eau était retenue ou non à l'amont des fascines. Pour déterminer le volume de matériaux retenus par les ouvrages de génie biologique après chaque pluie, des piquets ont été installés juste à l'amont des cordons et au milieu des garnissages. Il a alors été possible d'estimer l'efficacité des deux types d'ouvrages, en comparant les quantités de sédiments retenus avec la production sédimentaire estimée (grâce à d'autres études) à l'exutoire de ravines ordinaires creusées dans des marnes et dépourvues de végétation.

Résultats

11Dans le cas des cordons installés en 2002, les reprises de boutures ont été effectives sur les 29 ouvrages avec un taux de reprise de 99 % dès la première année (fig. 3). Elles ont permis de constituer des barrières végétales relativement denses. La hauteur de certaines d'entre elles a atteint 80 cm et leur diamètre 0,5 cm. Si le feuillage était bien développé, les systèmes racinaires dans les parties enterrées étaient également bien fournis. Au début de l'été 2002, le feuillage des saules a jauni à la base des plants et les feuilles mortes sont tombées. Cependant, les boutures sont restées assez vertes dans l'ensemble. En 2003, ces mêmes végétaux ont présenté un taux de reprise de 67 % malgré la relative sécheresse de l'été précédent. Ils ont vu leur hauteur s'élever jusqu'à 1,30 m et le diamètre des pousses atteindre 1 cm. Les reprises ont été effectives pour tous les ouvrages, même si pour ceux situés à l'amont des ravines, les boutures se sont un peu moins bien développées. Durant l'été caniculaire de 2003, beaucoup de saules ont séché. Au printemps 2004, le taux de reprise n'était plus que de 21 %. Bien que plusieurs barrières végétales soient restées denses, d'autres sont devenues discontinues et certaines ont complètement séché. En général, les boutures situées sur les bords des ouvrages ou à l'amont des ravines, ou encore celles qui avaient de petits diamètres ont été les plus touchées, l'exposition au soleil aggravant la situation.

Fig. 3 – Taux de reprise des boutures pour les ouvrages de génie biologique étudiés.
Fig. 3 – Regrowth rate of cuttings for the investigated bioengineering works.

Fig. 3 – Taux de reprise des boutures pour les ouvrages de génie biologique étudiés. Fig. 3 – Regrowth rate of cuttings for the investigated bioengineering works.

1 : cordons installés en 2002 ; 2 : cordons installés en 2003 ; 3 : garnissages installés en 2003.
1 : brush layers installed in 2002 ; 2 : brush layers installed in 2003 ; 3 : brush mats installed in 2003.

12Les boutures des cordons et des garnissages installés en 2003 ont très bien repris la première année, qu'il s'agisse du Saule pourpre ou du Saule drapé (fig. 3 et photo 3). Certaines d'entre elles ont atteint une hauteur de 1,30 m pour un diamètre de 0,5 cm. Malgré la forte densité des boutures installées, les taux de reprise ont été de 82 % pour les cordons et de 86 % pour les garnissages, permettant la formation de barrières végétales denses et la constitution de tapis végétaux au feuillage très fourni. Le jaunissement et le flétrissement des feuilles des saules ont cependant été relativement importants dès le début de l'été, en raison de la canicule. Au printemps 2004, les taux de reprise n'ont été que de 3 % pour les cordons et de 6 % pour les garnissages. Les feuillages ont quasi intégralement disparu dans les ravines R4 et R5 à la différence de la ravine R1, où certaines boutures sont restées très vertes. Ceci s'explique par le rôle primordial de l'alimentation en eau qui s'opère grâce aux plus ou moins grandes possibilités de rétention dans les atterrissements à l'amont des fascines.

Photo 3 – Reprise des boutures d'un cordon avec garnissage sur fascine.
Photo 3 – Cutting regeneration of a brush layer with brush mat on a fascine.

Photo 3 – Reprise des boutures d'un cordon avec garnissage sur fascine.Photo 3 – Cutting regeneration of a brush layer with brush mat on a fascine.

13Les cordons de boutures de 2002 ont permis de piéger des sédiments en transit dans le lit des ravines, au cours de deux événements pluvieux importants en 2002, dont une pluie d'intensité centennale (69 mm/h pendant une heure). Les boutures sont restées en place malgré les très fortes pluies enregistrées. Les rameaux annuels ont été souvent couchés. La hauteur de l'atterrissement à la suite du piégeage correspondait à celle des boutures sortant de terre, soit environ 20 cm. L'atterrissement avait la forme d'une pyramide, dont le volume a pu être calculé selon la formule présentée sur la figure 4. Le piégeage a été effectif dans 24 des 29 ouvrages installés (fig. 5). Cinq barrières n'ont cependant pas permis de retenir efficacement les sédiments, en raison du trop grand espacement des boutures des cordons, à travers lesquels les flux de sédiments sont parvenus à passer. La quantité de matériaux piégés a été très variable d'un ouvrage à l'autre, mais il n'apparaît pas de rétention préférentielle liée une position particulière des barrages le long de la ravine. En 2002, sur l'ensemble de l'année, les 24 ouvrages ont piégé au total 1,33 m3 de sédiments dans les ravines R2 et R3, ce qui correspond à 0,06 m3 par ouvrage. Dans la région, on rappelle (Mathys et al., 2003) que la production sédimentaire mesurée à l'exutoire d'une ravine aux caractéristiques semblables et non végétalisée est d'environ 100 m3 par ha et par an. Un ouvrage de génie biologique a ainsi piégé en moyenne 1/1666e de la production sédimentaire d'une ravine ordinaire en une année. La quantité maximale de sédiments retenus par un ouvrage est de 0,19 m3, soit 1/525e de la production sédimentaire annuelle d'une ravine. En 2003 et début 2004, les pluies peu intenses n'ont pas charrié de sédiments dans les ravines R2 et R3. Il n'a donc pas été possible de déterminer si les barrières végétales, dont le feuillage des boutures s'est étoffé et le diamètre accru, étaient de nouveau capables de piéger des sédiments.

Fig. 4 – Méthodes de calcul du volume de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique.
Fig. 4 – Methods used to determine the volume of sediment trapped by the bioengineering works.

Fig. 4 – Méthodes de calcul du volume de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique.Fig. 4 – Methods used to determine the volume of sediment trapped by the bioengineering works.

A) Volume des sédiments piégés en forme de pyramide (ouvrages de génie biologique installés en 2002). B) Volume des sédiments piégés en forme de prisme (ouvrages de génie biologique installés en 2003). H = hauteur d'enfouissement du piquet ; L = largeur de l'atterrissement ; P = longueur de l'atterrissement vers l'amont de la ravine
A) Pyramid shape of trapped sediment mass (bioengineering works installed in 2002). B) Prism shape of trapped sediment mass (bioengineering works installed in 2003). H = burial height of erosion pin ; L = width of sediment deposit ; P = length of sediment deposit.

14En 2003, aucune bouture n'a été déchaussée et seule une pluie de 24 mm/h a transporté des sédiments dans les lits des ravines R1, R4 et R5, ce qui a permis d'étudier la capacité de piégeage des ouvrages installés en 2003. Dans ces cas-là, les atterrissements n'avaient pas la forme d'une pyramide, mais celle d'un prisme, dont le volume a pu être déterminé selon le calcul présenté sur la figure 4. Parmi les 31 ouvrages construits, 23 ont efficacement piégé des sédiments (fig. 5), dont les volumes furent très inégaux. Dans les ravines R1 et R4, le piégeage a été plus important dans les ouvrages situés à l'amont. Dans la première (R1), les deux équipements d'amont ont piégé tous les sédiments transportés jusqu'au lit, aucun sédiment ne parvenant jusqu'à l'exutoire. Les mêmes observations ont été faites pour la ravine R4, où les sédiments ne sont pas parvenus jusqu'aux deux derniers ouvrages à l'aval. Les cordons ont permis de retenir efficacement les sédiments, sans être contournés. Les garnissages ont également joué le même rôle. Les 23 ouvrages ayant pu jouer un rôle de piégeage ont retenu au total 2,46 m3 de sédiments, soit un piégeage moyen annuel de 0,11 m3 par équipement et une quantité maximale pour un seul ouvrage de 0,29 m3. Un barrage est ainsi capable de retenir en moyenne 1/910e et au maximum 1/345e de la production sédimentaire d'une ravine élémentaire non équipée. Les faibles pluies enregistrées au début de l'année 2004 n'ont pas entraîné de transport de sédiments dans les lits des cinq ravines expérimentales.

Fig. 5 – Volumes de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique sur chacune des ravines.
Fig. 5 – Sediment volumes trapped by bioengineering works.

Fig. 5 – Volumes de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique sur chacune des ravines. Fig. 5 – Sediment volumes trapped by bioengineering works.

A) Cordons sur fascines installés en 2002 dans R2 et R3. B) Cordons avec garnissages sur fascines installés en 2003 dans R1, R4 et R5.
A) Brush layers on fascines installed in 2002 in R2 and R3. B) Brush layers with brush mats on fascines installed in 2003 in R1, R4 and R5.

Discussion

15Les taux de reprise des boutures des cordons de 2002 ont été très bons dès la première année. Les deux tiers ont également repris en 2003. Le feuillage assez dense a permis de constituer des barrières végétales relativement étanches. Le séchage par la base des boutures des cordons a cependant entraîné une diminution de leur étanchéité. Le diamètre des boutures s'est avéré un élément crucial pour le taux de reprise et la résistance de celles-ci à la sécheresse. Après l'été caniculaire de 2003, seulement 30 % des boutures ayant repris en 2003 sont reparties en 2004. Bien que beaucoup d'entre elles aient alors séché, celles qui ont survécu avaient eu le temps de développer des racines en 2002 lorsque l'eau était disponible (Loach, 1988). La reprise des boutures des cordons avec garnissages installées en 2003 a été bonne la première année, mais légèrement inférieure à celle des cordons mis en place en 2002. Une concurrence pour l'eau s'est certainement produite entre les boutures ayant une forte densité (Roberts, 2000), surtout pour les cordons. Beaucoup de saules ont séché au cours de l'année 2003, car ils n'ont pas été en mesure de développer leurs systèmes racinaires, en raison de la carence en eau, sauf là où des situations particulières, comme une meilleure disposition des fagots de la fascine, ont permis une rétention efficace en arrière des barrages.

16L'expérimentation a permis d'identifier les espèces de saules aptes à résister aux contraintes climatiques des milieux méditerranéens et qui peuvent être recommandées pour la construction d'ouvrages de génie biologique dans de tels contextes. Le Saule blanc, le Saule drapé et le Saule pourpre peuvent être efficacement employés, au contraire du Saule cassant. Par ailleurs, l'utilisation de boutures dont le diamètre est supérieur à 2 cm est préconisée pour une meilleure résistance à la sécheresse. Quels que soient les ouvrages, le développement de racines sur la partie enterrée des boutures est un gage de leur longévité.

17Les cordons installés en 2002 ont efficacement piégé les sédiments. Le séchage des boutures par la base, avec pour conséquence une diminution de l'étanchéité de la barrière, n'a pas empêché le piégeage de sédiments. Le cordon constitue ainsi un barrage immédiatement efficace, malgré des boutures de faible diamètre (1 à 2 cm) et un espacement de 8 à 10 cm entre elles. Cependant, certains cordons ont été inefficaces pour le piégeage en raison du trop grand espacement initial entre les boutures, qu'il conviendra de diminuer à l'avenir. La hauteur des boutures au-dessus du sol mérite réflexion car l'épaisseur des atterrissements après piégeage a atteint une valeur égale.

18Les cordons avec garnissages disposés en 2003 ont montré leur grande efficacité pour le piégeage de sédiments. Les boutures des cordons, installées de manière rapprochée, ont retenu efficacement les sédiments. Par ailleurs, il n'y a eu aucun contournement de barrage. Il apparaît donc avantageux de réaliser des cordons avec des boutures serrées. Toutefois, il est peut-être possible d'utiliser moins de 35 boutures par équipement pour pallier les phénomènes de concurrence. Un nombre de 25 à 30 serait certainement optimal pour une largeur moyenne des cordons de 1,2 m. Les boutures des garnissages ont été capables de retenir les sédiments en augmentant la rugosité des lits de ravines, jouant en quelque sorte le rôle de peignes. Comme dans le cas des équipements précédents et pour les mêmes raisons, le nombre de boutures utilisées peut sans doute être réduit à 35-40.

19La durée de l'expérimentation reste relativement courte pour réellement apprécier la performance des ouvrages et pour en tirer des conclusions d'ordre stratégique, directement utilisables par les gestionnaires. On peut toutefois retenir quelques enseignements. Les résultats montrent les limites d'une utilisation de boutures de saules implantées sur des marnes, là où règne un climat méditerranéen de montagne. En particulier, les conditions météorologiques lors de l'année d'installation des ouvrages sont déterminantes ; un climat trop sec et trop chaud peut contrarier très sensiblement le développement des racines et ainsi compromettre leur pérennité et celle des boutures. Cependant, l'utilisation de saules comme espèce végétale a parfois permis de développer des obstacles végétaux efficaces pour piéger les débris marneux, ce qui prouve que même sous un climat subméditerranéen particulièrement contraignant, cette solution peut être envisagée pour la stabilisation de ravines. La retenue de l'eau de pluie dans les ouvrages est alors primordiale et il convient d'optimiser les techniques de rétention.

20Les cordons avec garnissages, qui se sont révélés plus efficaces que les cordons seuls, doivent donc être préférés lors d'opérations de lutte contre le ravinement. Considérant qu'un de ces ouvrages, dont les boutures restent vivantes et viables, peut piéger 0,29 m3 de sédiments en une année, il faudrait installer 345 d'entre eux sur une ravine d'un hectare pour retenir une quantité de débris équivalente à 100 m3/ha/an (cf. plus haut). Or, ils doivent être installés dans des lits, qui ne représentent qu'environ 10 % de la surface totale des ravines (Rey, 2003). Par conséquent, on ne peut raisonnablement prévoir d'installer qu'environ la moitié de ces 350 équipements, susceptibles de réduire de moitié le transit de sédiments d'une ravine, la première année. La dynamique végétale devrait alors, au cours des années suivantes, entraîner le grossissement des boutures, augmentant ainsi la capacité de piégeage des ouvrages. On devrait également assister à la colonisation progressive des sédiments piégés par des végétaux (Kikuchi et Miura, 1993), point de départ d'une rétroaction positive qui aurait pour conséquence d'une part de retenir durablement les sédiments grâce aux systèmes racinaires, et d'autre part de renforcer l'obstacle végétal, contribuant à reporter vers l'amont un nouveau piégeage de sédiments. Cette colonisation végétale et son efficacité vis-à-vis du piégeage des sédiments sont en cours d'étude.

Conclusion

21Cette étude a montré que des boutures de saule étaient capables de se développer sur des marnes sous un climat subméditerranéen. Le succès de l'opération dépend des conditions météorologiques qui ne doivent pas être trop rudes (sécheresse excessive), surtout la première année d'installation. Les possibilités de rétention de l'eau de pluie dans les ouvrages et dans les matériaux qu'ils piègent est une autre condition essentielle puisqu'elles peuvent pallier une sécheresse climatique de courte durée. L'expérimentation a permis d'identifier les espèces (Saule blanc, Saule drapé et Saule pourpre) aptes à être utilisées pour la construction d'ouvrages de génie biologique et qui résisteront, en particulier l'année d'installation des boutures. L'étude a également montré la rapidité des effets de deux types d'ouvrages de génie biologique (cordons sur fascines et cordons avec garnissages sur fascines) ayant retenu des sédiments dès la première année de leur installation. Une réduction significative de l'exportation des matériaux dans le lit des ravines est ainsi envisageable à court terme. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour évaluer les possibilités de pérennisation du piégeage des débris sur le long terme, notamment au niveau de la dynamique de la végétation sur les sédiments piégés, avec pour objectif la cicatrisation du ravinement.

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Annexe

Abridged English Version

According to N. Mathys et al. (2003), the sediment yield at the outlet of gullies devoid of vegetation in marl bedrock in the French southern Alps is over 100 m3·ha-1·yr-1. Vegetation obstacles can significantly reduce the sediment yield at the exit of small gullies in marls due to processes of sediment trapping upstream of natural vegetation barriers (Nyssen et al., 2000 ; Rey et al., 2002a, 2002b). With the final aim of restoring eroded land, we plan to use bioengineering works to install vegetation obstacles capable of trapping sediment. The objective of this study is thus to analyse the efficiency of bioengineering works for sediment trapping and retention in gullies in marls in the French southern Alps.

The observations were carried out over three years (2002, 2003 and the beginning of 2004), in the Saignon catchment (French southern Alps). We carried out monitoring of the behaviour of 60 bioengineering works 1.2 m in width and used willow (Salix) cuttings. These included 29 brush layers on fascines (photo 1) installed in 2002, and 31 brush layers with brush mats on fascines (photo 2) installed in 2003. These works were installed every 2 m in five experimental marly gullies (fig. 1 and 2), with a surface area of less than 4000 m2 and different vegetation covers (tab. 1). They were expected to lead to the development of vegetation barriers or covers, able to trap sediment. Firstly, cutting regeneration was analysed because the morphology of the vegetation obstacles determines their efficiency to trap sediment. Secondly, stakes were positioned upstream of the brush layers and inside the brush mats to measure both variations of sediment thickness and the volume of sediment retained by the bioengineering works after each rainfall event.

The study period was characterised by very dry conditions, with a heavy rainfall event of 100 yr return period (69 mm·h-1 during 1h) (Haddouche, 1999). The results (fig. 3) show that cuttings of the brush layers of 2002 had a regeneration rate of 99% for the first year, 67% for the second year and 21% for the third year. The cuttings of the brush layers of 2003 had a rate of regeneration of 82%. Meanwhile, regenerations rates for the brush mat cuttings were 86% for the first year (photo 3), and respectively 3% and 6% for the second year. These regrowths allowed the formation of thick vegetation barriers and covers. In addition to good leaf development of the cuttings, their root systems were clearly established. The first year, cutting regeneration was effective for all the bioengineering works, although cuttings in the works located upstream were less developed. During dry summers, the willow leaves turned yellow at the bottom of the cuttings and dead leaves fell. Some of the cuttings even dried up completely. Sediment trapping was significant in all the works (fig. 5). Brush layers and brush layers with brush mats appeared to be efficient structures for sediment trapping. Screens constituted by the cuttings installed before the vegetative season immediately acts as an efficient barrier. The height of sediment mass trapped was almost that of the cuttings initially installed. Despite the heavy rainfall event, which was of very high intensity, cuttings resisted hydrological and erosive forces. The bioengineering works permitted efficient trapping of sediment on gully floors. The brush layers allowed trapping of 0.06 m3 of sediment on average, and a maximum of 0.19 m3 of sediment per work over one year, whereas the brush layers with brush mats contained 0.11 m3 of sediment on average and a maximum of 0.29 m3 of sediment per work over one year.

These results have shown that bioengineering works may retain sediment from the first year onwards. In upcoming years, the dried cuttings will not be able to trap more sediment, whereas growth of the live cuttings will lead to the expansion of the vegetation barriers. These are expected to trap the sediment transported during subsequent heavy rainfall events (Kikuchi and Miura, 1993).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Carte de localisation du site d'étude.Fig. 1 – Location map of the study site.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-1.png
Fichier image/png, 183k
Titre Fig. 2 – Carte de localisation des ravines étudiées dans le bassin versant du Saignon..Fig. 2 – Location map of the studied gullies in the Saignon catchment.
Légende 1 : courbes de niveau ; 2 : torrents ; 3 : ravines étudiées. Équidistance des courbes : 100 m 1 : contour lines ; 2 : torrents ; 3 : studied gullies. Distances between contour lines : 100 m.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-2.png
Fichier image/png, 83k
Titre Tableau 1 – Caractéristiques des ravines expérimentales.Table 1 – Characteristics of the experimental gullies.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-3.png
Fichier image/png, 2,1k
Titre Photo 1 – Cordon sur fascinePhoto 1 – Brush layer on a fascine
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-4.png
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Titre Photo 2 – Cordon avec garnissage sur fascine.Photo 2 – Brush layer with brush mat on a fascine.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-5.png
Fichier image/png, 735k
Titre Fig. 3 – Taux de reprise des boutures pour les ouvrages de génie biologique étudiés. Fig. 3 – Regrowth rate of cuttings for the investigated bioengineering works.
Légende 1 : cordons installés en 2002 ; 2 : cordons installés en 2003 ; 3 : garnissages installés en 2003.1 : brush layers installed in 2002 ; 2 : brush layers installed in 2003 ; 3 : brush mats installed in 2003.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-6.png
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Titre Photo 3 – Reprise des boutures d'un cordon avec garnissage sur fascine.Photo 3 – Cutting regeneration of a brush layer with brush mat on a fascine.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-7.png
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Titre Fig. 4 – Méthodes de calcul du volume de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique.Fig. 4 – Methods used to determine the volume of sediment trapped by the bioengineering works.
Légende A) Volume des sédiments piégés en forme de pyramide (ouvrages de génie biologique installés en 2002). B) Volume des sédiments piégés en forme de prisme (ouvrages de génie biologique installés en 2003). H = hauteur d'enfouissement du piquet ; L = largeur de l'atterrissement ; P = longueur de l'atterrissement vers l'amont de la ravineA) Pyramid shape of trapped sediment mass (bioengineering works installed in 2002). B) Prism shape of trapped sediment mass (bioengineering works installed in 2003). H = burial height of erosion pin ; L = width of sediment deposit ; P = length of sediment deposit.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-8.png
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Titre Fig. 5 – Volumes de sédiments piégés par les ouvrages de génie biologique sur chacune des ravines. Fig. 5 – Sediment volumes trapped by bioengineering works.
Légende A) Cordons sur fascines installés en 2002 dans R2 et R3. B) Cordons avec garnissages sur fascines installés en 2003 dans R1, R4 et R5.A) Brush layers on fascines installed in 2002 in R2 and R3. B) Brush layers with brush mats on fascines installed in 2003 in R1, R4 and R5.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/222/img-9.png
Fichier image/png, 26k
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Pour citer cet article

Référence papier

Freddy Rey, « Efficacité des ouvrages de génie biologique pour le piégeage des sédiments dans des ravines incisées dans des marnes (Alpes du Sud, France) », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 11 - n° 1 | 2005, 21-30.

Référence électronique

Freddy Rey, « Efficacité des ouvrages de génie biologique pour le piégeage des sédiments dans des ravines incisées dans des marnes (Alpes du Sud, France) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 11 - n° 1 | 2005, mis en ligne le 01 juillet 2007, consulté le 20 octobre 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/222 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.222

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Freddy Rey

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