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L’érosion des sols sableux dans les campos du sud du Brésil (bassin de l’Ibicui, Rio Grande do Sul)

Erosion on sandy soils in Southern Brazil campos (Ibicui Basin, Rio Grande do Sul State)
Jeannine Corbonnois, Roberto Verdum, François Messner, François Laurent et Vagner Garcez Soares
p. 53-64

Résumés

De grands espaces dans le sud du Brésil sont affectés actuellement par une érosion qui se développe sur les sols sableux. Dans le bassin-versant de l’Ibicui, elle concerne les versants et les vallons dégagés dans des grès, nappés de sables mal fixés en surface par la végétation herbacée des campos. Cette région est largement exploitée par l’agriculture dont les pratiques contribuent à exacerber l’érosion. Il se forme des taches de sable pouvant atteindre plusieurs hectares de superficie et des ravines et ravins plus ou moins profonds. Ces marques sont étudiées en un secteur test situé au centre du bassin ; l’analyse de leur répartition et de leur dynamique s’est faite à partir du terrain et des images satellites de 1986, 1999 et 2009. Les résultats obtenus sont discutés afin d’évaluer la part des conditions naturelles et celle des influences de l’exploitation du milieu par l’agriculture. Finalement, on montre que cette érosion, qui est assez spectaculaire, n’engendre que des retouches du paysage qui interviennent à l’occasion de crises liées à des apports pluviométriques exceptionnels ou bien à des modes d’exploitation du milieu peu adaptés.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 11 janvier 2010, accepté le 2 septembre 2010

Texte intégral

Nous remercions les trois relecteurs pour leurs suggestions judicieuses ainsi que S. Angonnet pour la réalisation des figures. Ces recherches sont effectuées dans le cadre d’un programme CAPES-COFECUB : projet n° 580-07 concernant les universités fédérales du Rio Grande do Sul et de la Paraiba au Brésil, et l’université du Maine en France.

Introduction

1L’érosion des sols sableux se développe dans les matériaux formés à partir de deux niveaux majeurs de grès qui affleurent très largement dans le sud du Brésil. Des travaux sont entrepris depuis plusieurs années pour déterminer les éléments qui contribuent à la mise à nu des sables (Verdum, 1997 ; Suertegaray, 1998 ; Suertegaray et al., 2001). Arenização voire désertification sont les termes utilisés au Brésil pour désigner l’ensemble des processus qui aboutissent à cette érosion et qui développent des actions complexes selon les reliefs de détail et les conditions hydriques et anthropiques du milieu. Cette érosion détermine des modifications notoires du paysage dans les campos du sud du Brésil. L’objet de l’article est de montrer d’abord comment se présente cette érosion et comment les marques qui en résultent s’organisent dans l’espace et le temps. Les taches de sable, qui sont les marques les plus spectaculaires dans le paysage, se modifient peu après leur formation mais leur aspect est entretenu par les actions de l’eau et du vent. Plus en détail, les conditions de leurs modifications sont étudiées à partir de l’analyse diachronique de l’occupation du sol et des formes de l’érosion entre 1986 et 2009 par télédétection, à partir du traitement d’images satellites d’un secteur représentatif de 1 800 km2. Les résultats obtenus qui permettent d’évaluer la sensibilité du milieu à l’érosion conduisent également à s’interroger sur les remèdes à apporter afin de limiter les pertes de terre qui altèrent la productivité du milieu en matière agricole.

Cadre de l’étude : des conditions propices à l’érosion des sols

2Présentation du terrain. L’espace étudié est situé dans une vaste dépression qui occupe le centre du bassin de l’Ibicui, affluent de l’Uruguay (45 000 km2 ; fig. 1). Cette dépression est dominée au nord et au nord-est par un haut plateau tabulaire (altitude supérieure à 500 m), incliné vers l’ouest. Il est établi dans des roches volcaniques basaltiques et acides (formation de Serra Geral qui couvre sur 1 200 000 km2, une grande partie du bassin du Paraná dans le sud du Brésil) surmontant des strates de grès épaisses jusqu’à 400 m (grès de Botucatu (Jurassique supérieur, faciès éoliens) et grès de Rosario do Sul (Trias, faciès fluviatiles et lacustres)). Ce plateau est limité par un talus haut de 100 m à 150 m dont le profil concave et le tracé festonné sont configurés par l’érosion sous l’influence des conditions structurales : une lithologie favorable (basalte et grès résistants sur grès plus tendres, largement altérés) et une fracturation propice (plusieurs failles sont reportées sur les cartes géologiques de l’Etat du Rio Grande do Sul). Il domine la dépression qui est en contact à l’est/sud-est avec un vieux massif précambrien. Dans cette dépression affleurent les grès coiffés par des lambeaux de basalte ; l’ensemble est intensément disséqué en collines hautes de 50 m à 200 m (les coxilhas). Ces reliefs cèdent la place à un bas plateau à l’aval du bassin ; les morphologies faiblement accusées y sont établies dans les basaltes qui plongent vers l’ouest pour former la plaine d’Uruguaiana située à moins de 100 m d’altitude. De direction est-ouest, la vallée de l’Ibicui, très évasée avec un fond large de plusieurs kilomètres, est inscrite dans les unités précédentes.

Fig. 1 – Les reliefs du bassin de l’Ibicui (Etat du Rio Grande do Sul ; d’après MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m).
Fig. 1 – Main reliefs in the Ibicui Basin (State of Rio Grande do Sul ; data from MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m).

Fig. 1 – Les reliefs du bassin de l’Ibicui (Etat du Rio Grande do Sul ; d’après MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m). Fig. 1 – Main reliefs in the Ibicui Basin (State of Rio Grande do Sul ; data from MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m).

1 : zone soumise à l’érosion des sables ; 2 : reliefs de dissection ; 3 : haut plateau ; 4 : retombée occidentale du massif ancien ; 5 : vallée de l’Ibicui et plaine d’Uruguaiana ; 6 : talus principal ; 7 : limite du bassin-versant ; 8 : limite du secteur test.
1 : sand erosion area ; 2 : central depression ; 3 : upper plateau ; 4 : basement outcrops ; 5 : Ibicui valley and Uruguaiana plain ; 6 : main scarp ; 7 : catchment limits ; 8 : test area.

3Une évolution géomorphologique favorable. L’érosion touche prioritairement les versants des collines qui résultent de la dissection de la dépression centrale. Les roches en place n’y affleurent qu’en amont où basaltes et grès arment fréquemment des corniches dominant des amas de blocs éboulés. Ailleurs, elles disparaissent sous plusieurs mètres de matériaux superficiels formés majoritairement par du sable fin, livré par le substratum sous jacent, remanié en colluvions ou déposé dans les creux de la topographie. Une grande partie de ces sables a été mise en place avant la fin du Quaternaire sous un climat propice à des transports sur de courtes distances. Des analyses palynologiques indiquent la présence d’un couvert herbeux ras entre 42 000 ans BP et 10 000 ans BP, dans un contexte climatique frais et plutôt sec (Gehard et al., 2007). Dans certains vallons, un niveau tourbeux est situé à 50 cm sous la surface actuelle du sol, attestant une séquence humide avec engorgement en eau des bas fonds et accumulation de matériaux organiques. La tourbe a été datée de 20 000 ans BP (Behling et al., 2005). Si des travaux complémentaires sont encore nécessaires pour reconstituer les paléoenvironnements, ces quelques jalons permettent de définir malgré tout des caractéristiques générales qui sont celles de formes empâtées par des sables accumulés au cours d’un passé récent. Actuellement, l’érosion, favorisée par le climat et un couvert végétal peu protecteur, les retravaille et retouche des unités géomorphologiques héritées, parfois de manière spectaculaire.

4Des conditions climatiques agressives. Dans cette partie méridionale du Brésil, le climat est très humide. Le bassin de l’Ibicui reçoit des précipitations élevées de l’ordre de 1 500 mm/a à 1 800 mm/a, dépassant 100 mm pour la plupart des mois de l’année (fig. 2A et B). Leur variabilité est ample avec des écarts allant du simple au double et sans réel caractère saisonnier. A la station de Manuel Viana (fig. 2C), les pluies journalières de l’année 1995 montrent que les contrastes peuvent être grands entre les fortes averses de 80 mm/j à 100 mm/j et les périodes sans pluie qui durent de 10 j à 25 j consécutifs. Les températures moyennes annuelles sont de 19°C à 20°C avec des valeurs comprises entre 13°C et 26°C selon les mois. Elles déterminent une évapotranspiration potentielle de 900 mm/a à 1 200 mm/a (selon Thornthwaite). Ainsi reste-t-il suffisamment d’eau pour assurer une bonne alimentation du réseau hydrographique qui écoule des débits de 20 l.s-1.km-2 à 25 l.s-1.km-2 (Basso et Verdum, 2006) selon un régime pluvial, caractéristique des régions subtropicales humides. L’autre facteur du climat qui participe à l’érosion est le vent. Il souffle principalement de l’est et du nord-est au printemps et en été et du sud-est en automne et en hiver. Il permet une déflation éolienne notoire dès que la couverture végétale est clairsemée et que les matériaux ont pu s’assécher pendant quelques jours.

5Un couvert végétal peu protecteur. L’occupation naturelle du sol est assez monotone. Les prairies ponctuées de bosquets (campos limpos) prolongent vers le nord la Pampa argentine. La forêt, malgré des conditions climatiques favorables, est peu étendue ; la forêt subtropicale sempervirente occupe une partie des plateaux basaltiques et de leur rebord et la forêt alluviale le fond des vallées principales. On suppose que les sols à faible réserve d’eau, mais également des feux d’origine naturelle ou accompagnant l’installation des premiers habitants, ont favorisé le maintien des prairies. L’introduction des chevaux à partir du XVIIe siècle puis la pratique de l’élevage, bovin en particulier, y ont largement contribué (Gehard et al., 2007). Actuellement, la végétation naturelle est transformée pour un bon tiers de l’espace par l’agriculture qui s’est intensifiée à partir du XIXe siècle. L’élevage (bovins principalement, ovins secondairement), omniprésent dans tout le bassin, est souvent extensif et exploite les vastes étendues herbeuses. Les cultures qui se sont développées au cours de la seconde moitié du XXe siècle (céréales et soja) sont localisées principalement sur les parties tabulaires des plateaux au nord et au nord-est du bassin, où le soja prédomine, et dans les vallées où le riz et le maïs ont partiellement remplacé la forêt alluviale. Cependant, au cours des années 1970 et 1980, la culture du soja a reculé en raison de conditions économiques moins favorables mais aussi des conditions environnementales, avec une érosion exacerbée sur les parcelles au sol tassé par les engins agricoles.

6Ainsi les conditions géomorphologiques et l’occupation du sol, associées au climat subtropical sont-elles propices à l’érosion. Les formes, taches de sables et ravines plus ou moins profondes, sont assez fréquentes pour suggérer une reprise récente de cette érosion.

Fig. 2 – Précipitations à Manuel Viana (1993 à 2007) et Ponte Miracatu (avant 1993, données critiquées et corrigées).
Fig 2 – Rainfall at Manuel Viana. (1993 à 2007) and Ponte Miracatu (before 1993, data critiqued and corrected).

Fig. 2 – Précipitations à Manuel Viana (1993 à 2007) et Ponte Miracatu (avant 1993, données critiquées et corrigées).Fig 2 – Rainfall at Manuel Viana. (1993 à 2007) and Ponte Miracatu (before 1993, data critiqued and corrected).

A : Précipitations mensuelles (en mm) sur la période 1993-2007 (moyenne : 1 587 mm).
B : Précipitations annuelles (en mm) sur la période 1985-2007.
C : Exemple de chronique des pluies journalières (en mm) de l’année 1995 (total annuel : 1 560 mm).
A : Monthly précipitation (in mm) from 1993 to 2007 (mean : 1587 mm).
B : Annual précipitation (in mm) from 1985 to 2007.
C : Example of daily rainfall records (in mm) from 1995 (annual total : 1560 mm).

Source : IPAGRO, Secretaria da Agricultura, RS.
Source: IPAGRO, Secretaria da Agricultura, RS.

Répartition actuelle des formes de l’érosion dans la dépression centrale

7Les chercheurs brésiliens ont publié en 2001 l’Atlas de l’Arenização dans le sud du Brésil (Suertegaray et al., 2001, 2005). Il comprend un repérage à partir d’images satellites, de taches de sable situées dans le bassin de l’Ibicui. Leurs emplacements ont été mis en corrélation avec différents paramètres tels l’exposition, la pente des versants et l’occupation du sol (forêt native, boisement, prairie). Ainsi, lorsque l’agencement des reliefs est favorable, comme des vallées de direction est-ouest, les marques d’érosion sont situées dans 50 % des cas sur les versants plutôt exposés au sud (sud-est et sud-ouest). En revanche, dans d’autres cas (vallées de direction principale méridienne), les expositions de versants au sud sont plus rares et les taches se sable n’ont plus de localisation préférentielle. Mais les liens sont toujours étroits entre les pentes faibles, inférieures à 3 %, et les taches. Il n’existe donc pas de réelle loi de répartition des taches de sable dans l’espace. Cependant, l’érosion est mieux développée en rive droite de l’Ibicui, entre la rivière et le rebord du haut plateau septentrional. Ailleurs, les formes vives sont plus disséminées dans le paysage voire rares, comme dans le secteur de Rosário do Sul par exemple où les sables qui tapissent les versants et remplissent les vallons sont épargnés (fig. 1).

8Les travaux entrepris depuis 2008 prennent en considération les autres formes d’érosion repérées à partir du terrain et par photo-interprétation. A titre d’exemple, la fig. 3, qui représente un secteur de 130 km2 localisé dans la dépression sableuse au nord de São Fransisco de Assis (à l’intérieur du secteur test représentatif), montre la densité et la variété des manifestations de l’érosion. Les marques sont très nombreuses à l’est et au nord-est, où les conditions sont le plus favorable sur les flancs des vallons évasés présentant de longs versants en pente douce, haut de 20 m à 40 m. Vers l’ouest, à l’approche des affleurements basaltiques, seules des ravines se forment sur les versants courts et plus inclinés. Cela apparaît assez nettement sur la fig. 4 qui montre que les taches de sable sont bien inféodées aux grès et se développent de préférence au contact des deux niveaux (i.e., grès de Botucatu et grès de Rosario). Ces travaux ont permis par ailleurs de montrer comment les conditions du milieu présentées précédemment, se prêtent à l’apparition de phénomènes d’érosion au cours du temps. Les temporalités prises en considération vont de l’événement (phénomène climatique actuel) jusqu’au temps plus long qui dure plusieurs décennies (modification de la couverture végétale) et au-delà (déplacement des formes d’érosion). Les agents qui participent à cette dynamique (eau, vent, actions anthropiques) permettent que les processus (ruissellement, déflation éolienne…) élaborent des formes linéaires (ravines et ravins) ou des formes aréolaires (taches de sable) inscrites dans les sols sableux (tab. 1) :

Fig. 3 – Variété des formes de l’érosion : exemple de l’amont du Taquari (affluent de rive droite de l’Ibicui au nord de São Fransisco de Assis). Repérage des marques d’érosion par photo-interprétation d’une image panchromatique.
Fig. 3 – Sand erosion marks : example in Taquari basin (tributary of the Ibicui, São Fransisco de Assis). Location of erosion marks, from photo-interpretation of panchromatic image)

Fig. 3 – Variété des formes de l’érosion : exemple de l’amont du Taquari (affluent de rive droite de l’Ibicui au nord de São Fransisco de Assis). Repérage des marques d’érosion par photo-interprétation d’une image panchromatique.Fig. 3 – Sand erosion marks : example in Taquari basin (tributary of the Ibicui, São Fransisco de Assis). Location of erosion marks, from photo-interpretation of panchromatic image)

1 : végétation rase ; 2 : sol nu ; 3 : zone de faible biomasse ; 4 : grande tache de sable ; 5 : petite tache de sable ; 6 : ravine ; 7 : ravines coalescentes ; 8 : secteurs cultivés repérés sur la carte topographique de 1988.
1: lower vegetation; 2: denuded area; 3: deficient biomass sector; 4: large sandy mark; 5: small sandy mark; 6: gully erosion; 7: united gullys; 8: crops land in 1988.

Fig. 4 – Position des taches de sable par rapport au substratum géologique (d’après la carte géologique de l’Etat du Rio Grande Do Sul, 1988).
Fig. 4 – Geographical relationships between sands marks and geological bedrock (Geological Map 1988).

Fig. 4 – Position des taches de sable par rapport au substratum géologique (d’après la carte géologique de l’Etat du Rio Grande Do Sul, 1988).Fig. 4 – Geographical relationships between sands marks and geological bedrock (Geological Map 1988).

1 : JKsg, roches volcaniques effusives ; 2 : Jb, Jurassique supérieur, grès de Botucatu ; 3 : TRs, Trias, grès de Rozario ; 4 : Qs, Alluvions ; 5 : taches de sable ; 6 : secteur d’Esquina.
1: JKsg, volcanic rock; 2: JB, Jurasic, Botucatu sandstone; 3: TRS, Trias, Rozario sandtrone; 4: Qs, alluvium; 5: sand marks; 6: Esquina district.

Tab. 1 – Facteurs de l’érosion des sables (en italique, le devenir des milieux lorsque le temps s’allonge).
Tab. 1 – Features of sand erosion (in italics : situation in long time).

Tab. 1 – Facteurs de l’érosion des sables (en italique, le devenir des milieux lorsque le temps s’allonge).Tab. 1 – Features of sand erosion (in italics : situation in long time).

9- Les ravines et ravines coalescentes se forment dans la partie concave des versants dominée par des affleurements rocheux, basaltiques ou gréseux formant un impluvium imperméable. Ceci facilite la convergence des filets du ruissellement et, vers l’aval, l’incision des matériaux meubles des bas de pente, grès altérés et colluvions (fig. 5). En contrebas dans les vallons, des ravins (voçorocas) peuvent se développer rapidement lorsque surviennent des précipitations anormalement élevées ; en moins de deux décennies, ils peuvent s’approfondir jusqu’à 15 m à 20 m (Verdum, 1997).

Fig. 5 – Caractéristiques du ravinement sur les versants.
Fig. 5 – Features of gully erosion on slopes.

Fig. 5 – Caractéristiques du ravinement sur les versants.Fig. 5 – Features of gully erosion on slopes.

A : Croquis d’un versant raviné (Suertegaray et al., 2001). 1 : niveau de grès durs ; 2 : grès de Botucatu ; 3 : blocs de grès éboulés ; 4 : colluvions sableuses ; 5 : prairie rase ; 6 : forêt.
B : Allure du ravinement formé en contrebas d’une corniche rocheuse (cliché R. Verdum, Cerado do Tigre, 2007).
A: Sketch of a gullied slope (Suertegaray et al., 2001). 1: resistant sandstone layers; 2: Botucatu sandstone; 3: sandstone rockfalls; 4: sandy colluvium; 5: open grassland; 6: forest.
B: Appearance of gully erosion formed below a rocky ledge (photo R. Verdum, Cérado do Tigre, 2007).

10- Les taches de sable, issues de processus plus complexes, se forment sur des versants moins inclinés où l’écoulement de l’eau respecte la microtopographie et l’organisation des matériaux sous la surface ; selon les caractéristiques des précipitations, au ruissellement de type hortonien peuvent participer des écoulements de subsurface (piping) aidés par l’hétérogénéité des textures liée aux niveaux argileux issus de la pédogenèse (Da Cunha et al., 2004 ; Robaina et al., 2005 ; Goutte Lima et al., 2006). La divagation des ravines d’un événement pluviométrique à l’autre permet l’érosion latérale et l’ablation des petits espaces inter-ravines. Après assèchement (plusieurs jours sans pluie), les sables sont remaniés par le vent. Ainsi, les taches de sable qui se forment peuvent atteindre quelques hectares de superficie. Trois états ont été déterminés sur le terrain : des espaces fragiles, à faible biomasse où le tapis végétal est ras (étape précédant sa déchirure ou végétation en cours de réinstallation), de petites taches de sables, stade initial de l’érosion aréolaire et de grandes taches de sables à processus mixtes (fig. 6).

Fig. 6 – Tache de sable.
Fig. 6 – Sand patch.

Fig. 6 – Tache de sable.Fig. 6 – Sand patch.

A : Forme subcirculaire des taches de sable (cliché J. Corbonnois, vallée Rio Puita, 2008).
B : Lutte contre l’érosion par des plantations d’eucalyptus (cliché J. Corbonnois, site de Santo Antaõ, 2007).
A: Subcircular form of sand patches (photo J. Corbonnois, Rio Puita valley, 2008).
B: Battle against erosion by introducing eucalyptus plantations (photo J. Corbonnois, site of Santo Antaõ, 2007).

11Ravines et taches, évolutives au cours du temps, peuvent se constituer successivement et selon les sites, se juxtaposer ou se superposer sous la commande des conditions du climat et des interventions anthropiques. À plus long terme, elles peuvent se déplacer ou se cicatriser et aboutir ainsi à la modification progressive du paysage. Ces dynamiques sont confirmées par des mesures effectuées sur un versant, qui rassemble les marques de l’érosion décrites dans le tab. 1. Celles-ci sont situées dans la partie inférieure concave qui raccorde un escarpement rocheux amont, haut d’une vingtaine de mètres, au fond du vallon situé à 8-10 m en contrebas et parcouru par un ravin profond de 15 m (fig. 7). Les sables soumis à l’érosion présentent des caractéristiques peu variées mais favorables à une mobilisation par l’eau et le vent. Les analyses granulométriques effectuées sur des échantillons prélevés en surface le long de deux profils (P1 et P2) indiquent un tri proche de celui des grès dont ils sont issus (fig. 8). Ils contiennent 40 % à 50 % de sables très fins (de 62 μm à 125 μm de diamètre) et environ 20 % de sables moyens (125 μm à 250 μm). S’y ajoutent une fraction plus grossière, à l’amont de la tache sous l’escarpement rocheux, et des fines présentes dans tous les échantillons, issues des niveaux pédogénéisés remaniés. La fig. 7 montre que ces sables sont ravinés par le ruissellement dans la partie nord du secteur. Vers le sud, ils sont étalés par le vent. Les actions éoliennes, qui interviennent fréquemment, se manifestent pour des vents de faibles vitesses, quelques mètres par seconde, soufflant le plus souvent sur ce site, de l’ouest/nord-ouest (Dakir, 2009). Des déplacements de sable s’effectuent ainsi vers le sud où de larges festons délimitent les accumulations poussées par le vent. Mais la mobilité de la tache est assez faible. Au cours de l’année des mesures (2009-2010), sa superficie s’est étendue en saison hivernale puis est restée stable au cours de l’été (tab. 2).

12La répartition actuelle des formes de l’érosion obéit ainsi à un ordonnancement subtil. Dans l’espace, il n’est que partiellement expliqué par l’exposition des versants ou leur pente. Dans le temps, ces formes évoluent à des rythmes saccadés, imposés par les conditions du milieu comme le montre d’ailleurs leur suivi pendant près d’un quart de siècle.

Fig. 7 – Configuration du secteur érodé d’Esquina (Saõ Francisco de Assis) et localisation des prises d’échantillon de sable.
Fig. 7 – Characteristics of the eroded area at Esquina (Saõ Francisco de Assis) and sampling points.

Fig. 7 – Configuration du secteur érodé d’Esquina (Saõ Francisco de Assis) et localisation des prises d’échantillon de sable.Fig. 7 – Characteristics of the eroded area at Esquina (Saõ Francisco de Assis) and sampling points.

Fig. 8 – Sables remaniés par le vent.
Fig 8 – Altering of sands by the wind.

Fig. 8 – Sables remaniés par le vent.Fig 8 – Altering of sands by the wind.

13A : Granulométrie des sables.
B : Etalement du sable par le vent.
A: Grain size of sands.
B: Spreading of sand by the wind.

Tab. 2 – Superficie de la tache de sable.
Tab. 2 – Area of the sand patch.

Dates des mesures

Superficie de la tache de sable nu
(en ha)

Périmètre
(en m)

22 mars 2009

6,40865

2 105

8 novembre 2009

7,6472

1 985

10 avril 2010

7,5667

2 053

Analyse diachronique de l’occupation du sol et des formes de l’érosion entre 1986 et 2009

14Une étude diachronique de l’occupation du sol a permis d’évaluer la vitesse des modifications qui affectent le paysage, en particulier celle de l’évolution des formes d’érosion. En raison de l’étendue du bassin de l’Ibicui, ces modifications ont été analysées sur un espace test d’environ 1 800 km2.

15Méthode. Les caractéristiques de l’occupation du sol ont été mises en évidence par télédétection, à partir du traitement d’images satellites LANDSAT TM et ETM+ de 1986, 1999 et 2009. Pour chaque date, plusieurs scènes Landsat ont été acquises depuis les bases de données gratuites de l’INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) et de l’USGS (US Geological Survey). Elles ont subi une correction géométrique et atmosphérique (méthode QUAC- Quick Atmospheric Correction disponible dans le logiciel ENVI), pour normaliser les scènes entre-elles, puis ont été découpées selon l’étendue de la zone d’étude. La méthode employée pour caractériser les grands types de couverts présents sur l’image consiste en une approche multi-sources, combinant l’information fournie par les variations temporelles de l’indice de végétation NDVI (Guerschman et al., 2003 ; Ruelland et al, 2004 ; Simonneaux et al., 2008), associée à un indice de brillance et à des données d’élévation provenant d’un Modèle Numérique de Terrain SRTM. L’utilisation des NDVI multi-dates permet de prendre en compte la phénologie pour distinguer les différents couverts végétaux, offrant ainsi une meilleure précision dans l’identification des taches de sable. En effet, elle permet de s’affranchir de confusions existantes entre ces marques d’érosion et les cultures avant germination. De même, pour éviter des confusions, les routes, les pistes et les zones urbaines ont été masquées. L’indice de brillance fournit une information complémentaire dans la détermination des différentes surfaces minérales tandis que l’altitude délivrée par le MNT permet la séparation des types de cultures, en particulier le riz, cultivé exclusivement dans les fonds de vallée. Les grands types de couvert ont été identifiés à partir d’une classification supervisée utilisant la technique des Séparateurs à Vastes Marges (SVM). Cet algorithme non paramétrique, issu de l’apprentissage artificiel, est bien adapté pour la classification de données multi-sources (Watanachaturaporn et al., 2008). Le principal inconvénient des SVM réside dans la difficulté de trouver les paramètres idéaux afin d’optimiser le résultat de la classification. Pour y pallier, nous avons utilisé l’outil image SVM (Janz et al., 2007 ; Van der Linden et al., 2009) qui, par l’intermédiaire d’une validation croisée, trouve ces paramètres optimaux. L’ensemble de ces traitements a pu être appliqué aux images de 1986 et de 2009. Pour celles de 1999, de moindre qualité (répartition des images au cours de l’année, peu favorable), seuls les éléments identifiés avec certitude ont été pris en compte.

16Résultats et interprétation. Différentes catégories d’occupation du sol ont été sélectionnées sur les images de 1986 et de 2009, parmi lesquelles les taches de sable et les zones de faible biomasse (fig. 9). Prairies et cultures occupent les plus grandes surfaces. Entre 1986 et 2009, les modifications les plus importantes concernent les bois d’eucalyptus et les taches d’érosion. La fig. 10A et B montrent comment s’organise l’occupation du sol représentée par 5 types significatifs de couvert en 1986 et en 2009. La prairie, qui occupe environ 50 % de la surface du sol, recule de 4,5 % entre 1986 et 2009. Elle est remplacée par des buissons et arbustes et surtout des plantations d’eucalyptus, dont les superficies ont été multipliées par 4. Au cours de cette période de 25 ans, les taches de sable, qui occupent 1 % à 2 % de l’espace test, se sont réduites de près de 50 %. Cela peut être corrélé avec l’extension de la végétation protégeant le sol mais aussi avec la modification du parcellaire et le déplacement de secteurs labourés, des endroits les plus érodés (coin nord-ouest) vers des lieux aux conditions plus favorables (plateau basaltique au centre ouest et au nord-est). La superficie des zones de faible biomasse se modifie peu ; entre 1986 et 2009, ces zones s’étendent vers les taches de sable dans les endroits où l’érosion recule ; elles disparaissent là où les prairies, les buissons et arbustes et les boisements d’eucalyptus les remplacent. Cette dynamique, influencée par l’évolution du couvert végétal, montre un apaisement de l’érosion avec instauration de conditions favorables à la fixation des sables en surface. Mais elle est également à relier aux facteurs du climat. Les précipitations fortes et intenses du début des années 1980 (2 204 mm en 1986) ont créé une véritable crise d’érosion (Verdum, 1997). À l’inverse, le retour au calme morphodynamique a été favorisé par les précipitations ultérieures moins agressives (fig. 2), qui ont permis que les taches de sable se végétalisent. Si les conditions restent favorables (précipitations abondantes mais pas d’événement climatique extrême), la cicatrisation intervient rapidement, aidée par les températures et l’humidité favorables au développement rapide du couvert végétal. Sur le graphique de la fig. 11 où les données de 1999 ont été ajoutées à celles de 1986 et 2009, le fait essentiel à noter est la faible modification des taches de sables entre 1999 et 2009. Cela souligne bien la singularité de l’état du milieu en 1986 marqué par l’érosion liée à des apports pluviométriques exceptionnels.

Fig. 9 – Les grandes catégories d’occupation du sol (superficies en hectares) en 1986 et en 2009.
Fig. 9 – Main categories of soil covers (in ha) in 1986 and 2009.

Fig. 9 – Les grandes catégories d’occupation du sol (superficies en hectares) en 1986 et en 2009.Fig. 9 – Main categories of soil covers (in ha) in 1986 and 2009.

17A : Résultats du traitement d’images.
B : Répartition par type de couvert.
A: Results of image treatment.
B: Distribution by type of cover.

Fig. 10 – Types significatifs de l’occupation du sol en 1986 (A) et en 2009 (B).
Fig. 10 – Land-cover changes between in 1986 (A) and 2009 (B).

Fig. 10 – Types significatifs de l’occupation du sol en 1986 (A) et en 2009 (B).Fig. 10 – Land-cover changes between in 1986 (A) and 2009 (B).

1 : culture (dont riz) ; 2 : prairie ; 3 : eucalyptus ; 4 : tache d’érosion ; 5 : zone de faible biomasse ; 6 : autres.
1 : cultivated area (rice) ; 2 : grassland ; 3 : eucalyptus ; 4 : sand patch ; 5 : area of weak biomass ; 6 : other.

Fig. 11 – Modification de la superficie en ha de quelques éléments significatifs.
Fig. 11 – Changes in the extent (in ha) of some significant land covers.

Fig. 11 – Modification de la superficie en ha de quelques éléments significatifs.Fig. 11 – Changes in the extent (in ha) of some significant land covers.

1 : zone de faible biomasse ; 2 : tache de sable ; 3 : bois d’eucalyptus ; 4 : buisson, arbustes.
1 : deficient biomass sector ; 2 : denuded area ; 3 : eucalyptus ; 4 : bush and arborescent shrub.

Discussion

18Sensibilité et résilience du milieu. Des formes d’érosion similaires affectent d’autres régions du globe ; leur apparition est reliée moins souvent aux conditions naturelles, climatiques en particulier, qu’aux modifications dans l’occupation du sol dues à l’exploitation par l’agriculture (Valentin et al., 2005). Dans la dépression centrale du bassin de l’Ibicui, à conditions similaires, les formes de l’érosion des sables sont très irrégulièrement réparties, ce qui privilégie là aussi le rôle des influences anthropiques dans l’exacerbation de l’érosion des sables. Mais l’étude a montré également la grande fragilité naturelle du milieu dont le fonctionnement est étroitement borné par un climat humide, une géomorphologie favorable et une occupation du sol propice. Ainsi, tout événement particulier peut-il déclencher une crise d’érosion : les abats anormaux d’eau ont été évoqués, les périodes sèches prolongées avec destruction du couvert herbeux peuvent avoir les mêmes conséquences. Par ailleurs, les données du tab. 1 et les mesures de terrain indiquent que pour différentes temporalités, l’adaptation du milieu à tout changement est assez rapide. Sur le fond, cela souligne une résilience faible du milieu à la transformation, plus qu’une fragilité. Hiérarchiser les facteurs de l’érosion est alors difficile. Les deux facteurs principaux de la vulnérabilité (conditions du climat et couvert végétal) commandent finalement en proportions équivalentes, une activité de l’érosion variable. Au cours du temps, elle dépend de l’abondance et de la succession des événements pluviométriques, des choix de la mise en valeur agricole et de la surexploitation du milieu qui fragilise la couverture végétale herbeuse. Dans l’espace, elle est reliée non seulement aux caractéristiques de l’occupation du sol mais aussi à celles des unités morphologiques. L’érosion très spectaculaire, qui suggère une crise actuelle, retouche le paysage plus qu’elle ne le modifie.

19Actions mises en œuvre pour lutter contre l’érosion. Dans l’espace du bassin-versant, les secteurs soumis à « l’arenização » sont nombreux et concernent à des degrés variés, une grande partie de la dépression sableuse. Mais les formes vives de l’érosion restent disséminées et occupent ponctuellement de petites surfaces par rapport à l’espace disponible. Ainsi, cette érosion des sables ne constitue-t-elle pas une réelle contrainte pour l’exploitation du milieu. Mais les actions en cours montrent que des remèdes sont mis en œuvre. Certains sont expressément choisis, guidés par des préoccupations environnementales : clôtures posées autour de taches localisées dans les prés pâturés, pour empêcher le piétinement par le bétail. La plupart des autres remèdes sont induits par des préférences économiques. Des enquêtes effectuées à l’automne 2007 (Leturcq et al., 2008) indiquent que dans le bassin de l’Ibicui, les agriculteurs sont généralement peu préoccupés par la mise en œuvre de pratiques culturales permettant de réduire l’érosion. La reconfiguration des parcelles labourées qui disparaissent des secteurs les plus érodés pourrait cependant y contribuer. Les terres les plus pauvres, dont la valeur agronomique est encore amoindrie par l’érosion, sont boisées, comme cela se pratique d’ailleurs dans les pays voisins (Gautreau et Simon, 2009). Les plantations d’eucalyptus s’étendent en prévision de la construction d’usines de pâtes à papier qui assureront des revenus complémentaires aux agriculteurs dans les endroits où l’élevage extensif est en recul. Mais étant donnée la forte opposition d’une partie de la société à ces plantations, leurs promoteurs instrumentalisent la lutte contre l’érosion pour se justifier. De plus, la législation impose que les parcelles boisées soient organisées en damiers laissant de la place à de petites clairières pour le maintien d’une certaine biodiversité. Ces modifications, au-delà de leur intérêt pour la lutte contre l’érosion, sont en cohérence avec les transformations économiques qui animent le milieu rural dans le sud du Brésil.

Conclusion 

20Tous les matériaux mis en mouvement par l’érosion cheminent de proche en proche, depuis les versants, où ils sont triturés par l’eau et le vent, jusqu’aux lits fluviaux encombrés de sables. Ces transferts s’effectuent lentement selon des trajectoires impulsées d’ailleurs depuis la fin du Quaternaire, qui privilégient les tendances à l’accumulation des matériaux superficiels plutôt qu’à leur ablation. Cette lenteur relative permet aussi que se développe sur les taches de sable toute une biodiversité originale en lien avec des conditions écologiques particulières (Verdum, 2004 ; Freitas et al., 2009) : faune et flore s’adaptent à la mobilité des sables, à leur sècheresse et à leur échauffement rapide sous le soleil tropical intense. Cet écosystème tend à confirmer l’idée que les taches de sable appartiennent au paysage naturel et que les interventions anthropiques n’ont contribué qu’à les étendre ou à en favoriser l’apparition. Par ailleurs, les marques de l’érosion peuvent aussi être corrélées avec les phénomènes de désertification associés au changement climatique. L’érosion des sols sableux dans le bassin de l’Ibicui a donc plusieurs significations ; quoiqu’il en soit, en affectant la qualité des sols mais aussi celle des paysages en général, elle contribue à la prise en considération, dans le sud du Brésil, des problèmes environnementaux.

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Annexe

Abridged English version

In Southern Brazil, erosion is now damaging large pieces of land on sandy soils that are exploited by agricultural activities. These erosion processes are called “arenização” by Brazilian researchers, which corresponds to “sandization”. In the Ibicui catchment, it takes place on upland slopes and in small valleys dug into sandstone, overlapped by sand which is loosely retained by the campos herbaceous vegetation. This process is worsened with agricultural intensification. Eventually, it can lead to landscape shift, all the more as the remedy usually used on the eroded lands is eucalyptus plantations.

The analysis of erosion characteristics, based on Brasilian research results, consists in plotting the distribution of erosion marks on a test area located in the centre of the Ibicui Basin, and in analysing the evolution of land use through time. The marks have been classified in several groups, based on fieldwork and analysis of satellite images. Their formation can be explained by the geomorphological and climatic conditions but also by farming methods. The natural vegetation is made of short grassland, scattered with groves (campos limpos). This land is grazed by cattle and sheep and is cultivated with soybean and cereals. These conversions operated by farming activities have weakened soils, which are frequently exposed to heavy and intense rains due to the humid tropical climate, but can also endure dry weather for 20 days.

The erosion marks are numerous and quite spectacular in the landscape. They are located on gently inclined slopes which have no particular sun exposure. Satellite images taken in 1986, 1999 and 2009 satellite show their dynamics. They were especially plentiful in 1986, which can be explained by the abundant rains (2204 mm in 1986) and the frequent shifts in cultivated land that took place in the beginning of the 1980’s. Later, the extent of the sand patches decreases to reach half in 2009. These results are discussed in order to assess the share of contributions by natural conditions and farming exploitation methods on the erosion dynamics. Furthermore, they are confirmed by small-scale field measurements on a sand patch ; it transforms throughout the seasons and depending on weather conditions. Water and wind scratch sand on hillsides ; part of it is drained off towards downstream where the riverbeds are filled with sandy alluvia. These dynamics lead to landscapes shifts, which are all the more obvious as a result of new vegetation covers aimed at reducing the erosion process. The extent of bush, scrub and eucalyptus plantations extents represent different means of reducing the removal of sands by wind and water streaming. However, these covers that erase the sand patches also prevent the development of an original ecosystem. These dynamics also highlight mutations in farming activity, from widespread animal breeding systems to higher commercial value crop systems.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Les reliefs du bassin de l’Ibicui (Etat du Rio Grande do Sul ; d’après MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m). Fig. 1 – Main reliefs in the Ibicui Basin (State of Rio Grande do Sul ; data from MNT SRTM-Schuttle Radar Topography Mission, 90 m).
Légende 1 : zone soumise à l’érosion des sables ; 2 : reliefs de dissection ; 3 : haut plateau ; 4 : retombée occidentale du massif ancien ; 5 : vallée de l’Ibicui et plaine d’Uruguaiana ; 6 : talus principal ; 7 : limite du bassin-versant ; 8 : limite du secteur test.1 : sand erosion area ; 2 : central depression ; 3 : upper plateau ; 4 : basement outcrops ; 5 : Ibicui valley and Uruguaiana plain ; 6 : main scarp ; 7 : catchment limits ; 8 : test area.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-1.png
Fichier image/png, 468k
Titre Fig. 2 – Précipitations à Manuel Viana (1993 à 2007) et Ponte Miracatu (avant 1993, données critiquées et corrigées).Fig 2 – Rainfall at Manuel Viana. (1993 à 2007) and Ponte Miracatu (before 1993, data critiqued and corrected).
Légende A : Précipitations mensuelles (en mm) sur la période 1993-2007 (moyenne : 1 587 mm).B : Précipitations annuelles (en mm) sur la période 1985-2007.C : Exemple de chronique des pluies journalières (en mm) de l’année 1995 (total annuel : 1 560 mm).A : Monthly précipitation (in mm) from 1993 to 2007 (mean : 1587 mm).B : Annual précipitation (in mm) from 1985 to 2007.C : Example of daily rainfall records (in mm) from 1995 (annual total : 1560 mm).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-2.png
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Titre Fig. 3 – Variété des formes de l’érosion : exemple de l’amont du Taquari (affluent de rive droite de l’Ibicui au nord de São Fransisco de Assis). Repérage des marques d’érosion par photo-interprétation d’une image panchromatique.Fig. 3 – Sand erosion marks : example in Taquari basin (tributary of the Ibicui, São Fransisco de Assis). Location of erosion marks, from photo-interpretation of panchromatic image)
Légende 1 : végétation rase ; 2 : sol nu ; 3 : zone de faible biomasse ; 4 : grande tache de sable ; 5 : petite tache de sable ; 6 : ravine ; 7 : ravines coalescentes ; 8 : secteurs cultivés repérés sur la carte topographique de 1988.1: lower vegetation; 2: denuded area; 3: deficient biomass sector; 4: large sandy mark; 5: small sandy mark; 6: gully erosion; 7: united gullys; 8: crops land in 1988.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-3.png
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Titre Fig. 4 – Position des taches de sable par rapport au substratum géologique (d’après la carte géologique de l’Etat du Rio Grande Do Sul, 1988).Fig. 4 – Geographical relationships between sands marks and geological bedrock (Geological Map 1988).
Légende 1 : JKsg, roches volcaniques effusives ; 2 : Jb, Jurassique supérieur, grès de Botucatu ; 3 : TRs, Trias, grès de Rozario ; 4 : Qs, Alluvions ; 5 : taches de sable ; 6 : secteur d’Esquina.1: JKsg, volcanic rock; 2: JB, Jurasic, Botucatu sandstone; 3: TRS, Trias, Rozario sandtrone; 4: Qs, alluvium; 5: sand marks; 6: Esquina district.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-4.png
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Titre Tab. 1 – Facteurs de l’érosion des sables (en italique, le devenir des milieux lorsque le temps s’allonge).Tab. 1 – Features of sand erosion (in italics : situation in long time).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-5.png
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Titre Fig. 5 – Caractéristiques du ravinement sur les versants.Fig. 5 – Features of gully erosion on slopes.
Légende A : Croquis d’un versant raviné (Suertegaray et al., 2001). 1 : niveau de grès durs ; 2 : grès de Botucatu ; 3 : blocs de grès éboulés ; 4 : colluvions sableuses ; 5 : prairie rase ; 6 : forêt.B : Allure du ravinement formé en contrebas d’une corniche rocheuse (cliché R. Verdum, Cerado do Tigre, 2007).A: Sketch of a gullied slope (Suertegaray et al., 2001). 1: resistant sandstone layers; 2: Botucatu sandstone; 3: sandstone rockfalls; 4: sandy colluvium; 5: open grassland; 6: forest.B: Appearance of gully erosion formed below a rocky ledge (photo R. Verdum, Cérado do Tigre, 2007).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-6.png
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Titre Fig. 6 – Tache de sable.Fig. 6 – Sand patch.
Légende A : Forme subcirculaire des taches de sable (cliché J. Corbonnois, vallée Rio Puita, 2008).B : Lutte contre l’érosion par des plantations d’eucalyptus (cliché J. Corbonnois, site de Santo Antaõ, 2007).A: Subcircular form of sand patches (photo J. Corbonnois, Rio Puita valley, 2008).B: Battle against erosion by introducing eucalyptus plantations (photo J. Corbonnois, site of Santo Antaõ, 2007).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-7.png
Fichier image/png, 591k
Titre Fig. 7 – Configuration du secteur érodé d’Esquina (Saõ Francisco de Assis) et localisation des prises d’échantillon de sable.Fig. 7 – Characteristics of the eroded area at Esquina (Saõ Francisco de Assis) and sampling points.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-8.png
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Titre Fig. 8 – Sables remaniés par le vent.Fig 8 – Altering of sands by the wind.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-9.png
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Titre Fig. 9 – Les grandes catégories d’occupation du sol (superficies en hectares) en 1986 et en 2009.Fig. 9 – Main categories of soil covers (in ha) in 1986 and 2009.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-10.png
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Titre Fig. 10 – Types significatifs de l’occupation du sol en 1986 (A) et en 2009 (B).Fig. 10 – Land-cover changes between in 1986 (A) and 2009 (B).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-11.png
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Légende 1 : culture (dont riz) ; 2 : prairie ; 3 : eucalyptus ; 4 : tache d’érosion ; 5 : zone de faible biomasse ; 6 : autres.1 : cultivated area (rice) ; 2 : grassland ; 3 : eucalyptus ; 4 : sand patch ; 5 : area of weak biomass ; 6 : other.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-12.png
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Titre Fig. 11 – Modification de la superficie en ha de quelques éléments significatifs.Fig. 11 – Changes in the extent (in ha) of some significant land covers.
Légende 1 : zone de faible biomasse ; 2 : tache de sable ; 3 : bois d’eucalyptus ; 4 : buisson, arbustes.1 : deficient biomass sector ; 2 : denuded area ; 3 : eucalyptus ; 4 : bush and arborescent shrub.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/9213/img-13.png
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Pour citer cet article

Référence papier

Jeannine Corbonnois, Roberto Verdum, François Messner, François Laurent et Vagner Garcez Soares, « L’érosion des sols sableux dans les campos du sud du Brésil (bassin de l’Ibicui, Rio Grande do Sul) », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 17 - n° 1 | 2011, 53-64.

Référence électronique

Jeannine Corbonnois, Roberto Verdum, François Messner, François Laurent et Vagner Garcez Soares, « L’érosion des sols sableux dans les campos du sud du Brésil (bassin de l’Ibicui, Rio Grande do Sul) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 17 - n° 1 | 2011, mis en ligne le 18 mai 2013, consulté le 27 mars 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/9213 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.9213

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Auteurs

Jeannine Corbonnois

Université du Maine - UMR CNRS 6590, ESO le Mans - Avenue O. Messiaen - 72085 Le Mans Cedex (jeannine.corbonnois@univ-lemans.fr)

Articles du même auteur

Roberto Verdum

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Departamento de Geografia - Instituto de Geociências - Av. Bento Gonçalves, 9500 Porto Alegre/RS CEP : 91.509-900 (verdum@ufrgs.br)

François Messner

Université du Maine - UMR CNRS 6590, ESO le Mans - Avenue O. Messiaen - 72085 Le Mans Cedex

François Laurent

Université du Maine - UMR CNRS 6590, ESO le Mans - Avenue O. Messiaen - 72085 Le Mans Cedex

Vagner Garcez Soares

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Departamento de Geografia - Instituto de Geociências - Av. Bento Gonçalves, 9500 Porto Alegre/RS CEP : 91.509-900

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Droits d’auteur

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