Table des mati�res - Pr�c�dente - Suivante

4. Quelques caract�ristiques hydrologiques des bassins versants des zones arides

La mise en valeur et l'am�nagement des ressources en sol et en eau des bassins versants des zones arides n�cessitent une connaissance de l'hydrologie des syst�mes arides. Contrairement aux relations pr�dictives concernant le comportement des bassins versants dans la zone temp�r�e humide plus peupl�e, les relations quantitatives concernant les bassins versants des zones arides n'ont pas �t� bien d�finies. Les �tudes effectu�es mettent en lumi�re quelques caract�ristiques frappantes qui ont des implications importantes pour l'am�nagement. Parmi les plus notables, on peut citer:

- l'extr�me variabilit� des pr�cipitations sporadiques, � la fois dans le temps et dans l'espace;

- la variabilit� encore plus grande des ruissellements de courte dur�e dans les syst�mes de drainage �ph�m�res;

- de fortes pertes en ligne dans des lits de cours d'eau � sec et souvent tr�s perm�ables;

- une faible humidit�, un fort rayonnement incident et des temp�ratures �lev�es qui entra�nent des risques d'�vapotranspiration tr�s rapide;

- des cours d'eau en pente abrupte et d'importantes alluvions qui produisent des rendements s�dimentaires �lev�s;

- une v�g�tation rare et des vents violents;

- de forts taux d'�rosion �olienne dus aux gradients thermiques et � l'insuffisance du couvert v�g�tal;

- des sols peu profonds mal lessiv�s, souvent � forte teneur en sels min�raux, ce qui se traduit par de faibles taux d'infiltration et des ruissellements salins;

- un rendement hydrique qui d�cro�t lorsque la taille du bassin versant cro�t, en raison de fortes pertes en ligne et de la faible dimension des unit�s ou "cellules" de pr�cipitation productrices de ruissellement.

Tableau 1 - Crit�res de s�lection des esp�ces

Parmi ces caract�ristiques, ce sont la variabilit� des pr�cipitations, celle du ruissellement, l'�rosion et l'�vapotranspiration potentielle qui pr�sentent le plus d'importance pour l'am�nagement des bassins versants des zones arides. Les relations entre l'eau de surface et l'eau souterraine ont elles aussi des incidences importantes pour les travaux d'irrigation en aval.

• Pr�cipitations: Dans les climats temp�r�s, l'�cart-type de la pluviom�trie annuelle est d'environ 10 � 20% dix-neuf ann�es sur vingt. Dans les climats plus arides o� la pr�cipitation annuelle est en moyenne de 200 � 300 mm, l'�cart-type se situe g�n�ralement entre 40 et 200%. En g�n�ral, les valeurs annuelles se situent plus souvent au-dessous de la moyenne qu'au-dessus. Sur un site du nord du Chili, exemple extr�me, aucune pr�cipitation n'a �t� relev�e pendant quatre ann�es cons�cutives, mais la cinqui�me ann�e elle a �t� de 15 mm, soit une moyenne de 3 mm pour les cinq ans.

Le fait qu'on n'ait pas mesur� de pr�cipitations � cette station du Chili ne signifie pas qu'il n'a pas plu dans la zone. En termes statistiques simples, si 50 orages de 1,5 km de diam�tre chacun se produisent en des lieux al�atoires compris dans une zone de 150 km sur un site qui poss�de 50 stations de pluviom�trie, situ�es elles aussi au hasard, la probabilit� qu'une station enregistrera une pr�cipitation n'est que de 0,4% Les nomades du nord du Soudan o� l'on ne rel�ve de pr�cipitation qu'une ann�e sur plusieurs, savent cela depuis longtemps et survivent depuis des si�cles en suivant les orages et le fourrage qu'ils produisent.

�tant donn� le lien �troit qui existe entre les pr�cipitations erratiques et la ph�nologie de la v�g�tation, il est difficile d'optimiser le moment o� les hommes utiliseront les zones arides, notamment pour le p�turage. Des changements � long terme tels que la d�sertification sont presque toujours li�s � une alt�ration des r�gimes hydrauliques. M�me dans les syst�mes contemporains, l'eau est le principal influent de l'�cosyst�me, � l'exception des impacts physiques de l'activit� de l'homme.

La r�partition spatiale des pr�cipitations, en particulier lorsqu'il s'agit d'orages de convection qui produisent l'essentiel du ruissellement des bassins versants dans beaucoup de zones arides, est essentiellement fonction des caract�ristiques des grappes de cellules d'orage et de leur d�placement par rapport au terrain. Les cellules de pluie font couramment 1 � 5 km de diam�tre et ne se d�placent pas de plus de quelques kilom�tres avant de se dissiper. Le r�sultat est un diagramme elliptique isohy�te. C'est le long de l'axe de l'ellipse que le ruissellement de surface produit par les cellules est au maximum et, ces cellules �tant isol�es, il n'y a ruissellement que sur une partie de la zone.

• Ruissellement: Dans la plupart des r�gions s�ches, la nappe phr�atique est tr�s en dessous du radier des cours d'eau, surtout pr�s de la source, ce qui fait que ces cours d'eau sont infiltrants plut�t que drainants. En cons�quence, l'eau ne coule dans les chenaux que lors de gros orages et seulement pour de courtes p�riodes. Ces chenaux sont donc � sec la plupart du temps.

Lorsqu'il y a �coulement de pluies d'orage dans ces chenaux g�n�ralement secs et souvent tr�s perm�ables, le d�bit est r�duit par les infiltrations dans le lit du cours d'eau, les rives et �ventuellement la plaine d'inondation. Ces pertes par infiltration, appel�es pertes en ligne, r�duisent non seulement le volume du flux mais aussi le d�bit de pointe. Les pertes en ligne sont g�n�ralement un �l�ment important du bilan hydrique des bassins versants de zone aride et peuvent repr�senter jusqu'� 15 � 20% de l'apport d'eau total des pr�cipitations.

En raison des pertes de transmission et de la variabilit� spatiale des pr�cipitations, qui se traduisent par un ruissellement sur une partie seulement de la zone, le d�bit maximum de m�me que le volume de flux par unit� de surface du bassin versant diminuent en g�n�ral lorsque la dimension du bassin versant augmente. C'est le contraire de ce qui se passe dans les zones plus humides o� le rendement hydrique par unit� de surface augmente en g�n�ral avec la surface de drainage (Renard, 1985).

Les d�bits maximums au niveau des sources des bassins versants de zone aride sont souvent d'une importance �tonnante, surtout dans des endroits proches du centre d'intenses orages de convection. Ceci est d� � la bri�vet� du temps (temps de concentration) n�cessaire � l'eau pour se d�placer des points les plus �loign�s du bassin versant vers son d�bouch�. Les temps de concentration sont courts parce que la plus grande partie du ruissellement d'orage dans les zones arides consiste en �coulements le long des pentes vers les chenaux qui ne sont pas entrav�s par de la v�g�tation et des d�bris comme ce serait le cas dans les zones plus humides. En outre, les sols des zones arides qui, caract�ristiquement, ne poss�dent pas d'horizons organiques ni d'horizons A peu profonds ou non d�velopp�s, ne permettent pas une ifiltration rapide de pluies d'orage de courte dur�e et augmentent par cons�quent le volume du ruissellement de surface. Pour de nombreux sols de zones arides, l'infiltration est aussi r�duite par des couches imperm�ables proches de la surface, comme celles qui sont ciment�es par le carbonate de calcium et par le colmatage de la surface du sol par des flaques dues � la pluie ou par des cro�tes r�sultant de l'activit� d'algues ou de cryptogames. La formation de murs d'eau descendant � grande vitesse au cours d'un orage les chenaux des oueds est un ph�nom�ne courant dans les zones arides et r�sulte � la fois de la grande quantit� de ruissellement rapide de surface et des fortes pertes en ligne.

• �rosion et s�dimentation: Du fait de l'importante contribution du ruissellement de surface au bilan hydrique des bassins versants des zones arides, l'�rosion pose un grave probl�me dans toutes les r�gions s�ches du monde, en particulier celles o� la v�g�tation naturellement rare est encore r�duite par un surp�turage et/ou la collecte de bois de feu. C'est dans les r�gions semi-arides plus habitables qui re�oivent de 200 � 400 mm environ de pr�cipitations annuelles que l'�rosion est la plus forte et ce sont ces r�gions du monde qui subissent actuellement une grave d�sertification.

Les taux �lev�s d'�rosion qui sont caract�ristiques des bassins versants des zones arides contribuent � expliquer la faible profondeur des profils p�dologiques que l'on rencontre dans de nombreuses zones et l'absence fr�quente de d�veloppement d'un horizon A. Le sol le plus utile, avec ses mati�res organiques et ses �l�ments nutritifs, est souvent inexistant parce que l'�rosion l'�limine des hauteurs des bassins versants aussi vite qu'il est cr�� � partir du mat�riau g�ologique originel. Cette �rosion explique aussi les pavages qui dominent la surface du sol dans de nombreuses zones � v�g�tation rare.

La quantit� de mat�riaux �rod�s qui passe par un point d'un syst�me de cours d'eau est appel�e rendement s�dimentaire. Dans de nombreux bassins versants de zones arides, le r�seau de chenaux re�oit une quantit� presque illimit�e de s�diments dus � l'�rosion. Les chenaux s'y adaptent en prenant une forme rectangulaire ou trap�zo�dale plus efficace que ne le seraient les chenaux paraboliques des zones plus humides pour le transport des s�diments. En outre, les profils longitudinaux des lits de cours d'eau tendent � �tre lin�aires plut�t que concaves comme le sont g�n�ralement ceux des zones humides. Ce ph�nom�ne est d� � la diminution du rendement hydrique et, par cons�quent, des rendements s�dimentaires par unit� de surface, ce qui se traduit par un d�p�t de s�diments donnant un profil convexe, mais qui est �quilibr� par l'arriv�e des affluents.

• �vapotranspiration: Les zones arides et semi-arides se caract�risent par des insuffisance d'humidit� dues au fait que l'�vapotranspiration potentielle est sup�rieure aux pr�cipitations annuelles ou saisonni�res. Dans le sud-est de l'Arizona par exemple, une �vaporation de 2 m ou plus repr�sente sept � huit fois la pr�cipitation annuelle, de sorte que la v�g�tation doit pouvoir utiliser de fa�on rapide et efficace l'humidit� limit�e du sol.

Dans la plupart des r�gions arides, la v�g�tation des bassins versants se compose de m�langes de communaut�s v�g�tales (gramin�s, broussailles et plantes herbac�es). L'humidit� �tant faible, la superficie totale couverte par des plantes vivantes est g�n�ralement tr�s r�duite. Dans le sud de l'Arizona par exemple, le couvert v�g�tal est en g�n�ral inf�rieur � 10% et ne d�passe parfois pas 2%. La plupart des zones d�nud�es entre les v�g�taux comportent des racines qui influent sur l'humidit� du sol sous les plantes et entre les plantes et, par cons�quent, sur le probl�me d'�rosion. La plupart des gramin�s de saison chaude sont class�es comme v�g�taux C4, qui utilisent l'eau plus efficacement que les broussailles C3. La plupart des gramin�es utilisent le tiers environ de l'eau utilis�e par les broussailles � montant �gal de biomasse. Aini, lorsqu'on d�finit les caract�ristiques des r�gions d'humidit� du sol, ce qui est indispensable pour pr�voir le ruissellement, il ne faut pas seulement consid�rer la densit� de la v�g�tation, mais aussi sa composition.

• Relations eaux de surface/eaux souterraines: Lorsqu'on pr�voit de mettre en valeur une nappe souterraine, la quantit� d'eau disponible n'est pas la seule variable importante; la qualit� peut l'�tre tout autant ou m�me plus, en particulier dans les zones arides o� le syst�me est peu aliment� par les pr�cipitations. Le probl�me qui se pose dans ces r�gions est celui de l'apport des flux d'eaux de surface et de l'alimentation des nappes souterraines, qui contiennent toujours des sels dissous provenant des roches et du sol et l'accroissement des charges en sels d� aux engrais et aux eaux us�es - alors que la perte principale par �vapotranspiration est exclusivement de l'eau pure. S'il n'y a pas lessivage, les sels s'accumulent in�vitablement dans le sol et dans la nappe phr�atique; il y a alors "perte" d'eau pure.

5. Lacunes des connaissances

L'un des probl�mes majeurs de l'am�nagement des bassins versants en zone aride tient � l'absence de m�thodes de pr�diction ad�quates, des m�thodes qui fourniraient des estimations fiables de l'effet des pratiques d'utilisation des terres � la fois sur les bassins versants et en aval. Ces estimations sont n�cessaires pour pouvoir recommander des pratiques appropri�es d'utilisation des terres et en d�terminer la faisabilit� �conomique dans l'ensemble amont-aval.

De meilleurs syst�mes sont n�cessaires pour assurer la correspondance entre les sch�mas de pr�cipitation et, par cons�quent, le ph�nologie v�g�tale et les besoins de l'homme, en particulier pour l'agriculture et l'�levage. Il faudra donc de meilleures m�thodes de pr�diction pour �valuer la variabilit� spatiale et temporelle des pr�cipitations et mieux conna�tre les besoins des v�g�taux �conomiquement utiles.

Pour l'�levage, qui est souvent la principale activit� �conomique sur les terres arides, on manque d'informations pour g�rer des troupeaux de diff�rents types de b�tail en tenant compte de la composante aussi bien verticale qu'horizontale des terres de p�turage. Les interrelations �cologie-b�tail de ce type de syst�me sont mal connues.

Il est indispensable de mieux conna�tre le rapport entre la variabilit� des pr�cipitations et la croissance des cultures. Il existe des mod�les, mais il faut maintenant disposer d'informations plus pr�cises sur les variabilit�s � court terme des pr�cipitations; des recherches suppl�mentaires sont �galement n�cessaires sur les variations � plus long terme mesur�es en ann�es.

On a besoin d'informations suppl�mentaires sur les esp�ces et vari�t�s v�g�tales qu'il est possible d'adapter aux conditions sociales, �conomiques et g�ographiques de contextes sp�cifiques de zone aride. Il faut d�velopper les exp�rimentations d'esp�ces, l'am�lioration des plantes, les m�thodes d'utilisation et les march�s pour les gramin�es, arbustes et arbres indig�nes et exotiques.

Des �tudes suppl�mentaires doivent �tre faites dans le domaine de la foresterie sociale afin de trouver de meilleures m�thodes pour faire accepter les projets de foresterie par la population. Il est souvent plus important de savoir pourquoi un projet a �chou� que les raisons de sa r�ussite. Malheureusement, les �checs ne sont pas souvent signal�s ou, pour diverses raisons, ne sont pas nettement mis en �vidence. Une "chambre de compensation" internationale serait utile.

Les techniques de r�habilitation des zones d�sertifi�es sont tr�s nombreuses. Tr�s rares sont les cas o� l'une ou plusieurs d'entre elles ne peuvent pas �tre appliqu�es, mais leur �conomie et leur durabilit� dans les diverses conditions rencontr�es dans les pays en d�veloppement n'ont pas �t� d�montr�es dans la plupart des cas.
Des informations plus compl�tes sont n�cessaires sur le d�veloppement et la gestion des for�ts riveraines. Celles-ci sont souvent la principale ou l'unique source de produits forestiers sur de nombreux bassins versants des zones arides

6. R�f�rences

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3.11 Collecte de l'eau

1. Introduction
2. But de la collecte de l'eau
3. Syst�mes de collecte de l'eau
4. Contraintes et strat�gies
5. Exemples
6. Lacunes des connaissances
7. Conclusions
8. R�f�rences

JOHN L. THAMES
Professeur, School of Natural Renewable Resources
Tucson - Arizona

1. Introduction

La collecte de l'eau est une technique de mise en valeur des ressources en eau de surface que l'on peut utiliser dans les r�gions arides pour fournir de l'eau pour le b�tail, les usages domestiques et l'agro-foresterie ainsi que pour la petite agriculture de subsistance.

On peut d�finir les syst�mes de collecte de l'eau comme des m�thodes artificielles permettant de collecter et de stocker les pr�cipitations jusqu'� ce qu'elles puissent �tre utilis�es de fa�on b�n�fique. Ces syst�mes comprennent: 1) une aire de captage, g�n�ralement arrang�e de fa�on � am�liorer l'efficacit� de ruissellement et 2) une installation de stockage pour l'eau r�colt�e, � moins qu'on la concentre imm�diatement dans le profil p�dologique d'une plus petite surface pour y cultiver des plantes r�sistant � la s�cheresse. Un syst�me d'�pandage est aussi n�cessaire pour l'irrigation en p�riode s�che lorsqu'il s'agit d'alimenter les cultures de subsistance.

Les premiers cas connus de collecte de l'eau sont les fameux syst�mes utilis�s par la population du d�sert du Neguev il y a environ 4000 ans. Les pentes des collines �taient d�frich�es et liss�es de fa�on que le ruissellement soit aussi important que possible; l'eau �tait ensuite canalis�e par des foss�s de niveau vers des champs cultiv�s et/ou des citernes. Lorsque l'empire romain s'est �tendu � cette r�gion, cette m�thode, devenue tr�s �labor�e, s'est appliqu�e � plus de 250000 hectares.

Dans le Nouveau Monde, il y a environ 400 � 700 ans, la population de ce qui est maintenant l'�tat du Colorado et celle du P�rou utilisaient des m�thodes relativement simples de collecte de l'eau pour l'irrigation (O'Bryan, Cooley et Winter, 1969).

Bien que la pratique qui consiste � recueillir l'eau s'�coulant des toits soit tr�s ancienne et pratiqu�e depuis la nuit des temps jusqu'� ce jour, c'est dans les ann�es 1920 que la collecte de l'eau de pluie pour l'agriculture et l'�levage a commenc� en Australie. Des structures en forme de toits galvanis�s ont �t� construites pr�s de la surface du sol uniquement � cet usage (Kenyon, 1929).

Un regain d'int�r�t pour la technologie de la collecte de l'eau s'est manifest� dans les ann�es 1950 en Isra�l, en Australie et aux �tats-Unis. En Australie, des aires de captage "� chauss�es" fond�es sur le principe de la terre compact�e ont �t� r�alis�es sur plus de 2000 ha afin de recueillir l'eau pour les besoins agricoles. � la m�me �poque, les surfaces de captage consistaient essentiellement aux �tats-Unis en t�les pour l'abreuvement du b�tail. En m�me temps, on a entrepris d'exp�rimenter des membranes de plastique et de caoutchouc artificiel pour la construction de surfaces de captage et de r�servoirs (Lauritzen, 1960). Depuis les ann�es 1950, la technologie s'est diversifi�e et perfectionn�e gr�ce � des exp�rimentations et des projets de d�monstration. Tous n'ont pas �t� couronn�s de succ�s mais certains ont �t� tr�s efficaces.

La technologie et l'exp�rience acquises ont maintenant atteint le point o� l'on peut concevoir un syst�me de collecte de l'eau r�pondant aux contraintes physiques, climatologiques et �conomiques de presque toutes les r�gions arides du monde.

2. But de la collecte de l'eau

� l'heure actuelle, comme r�cemment, la mise en valeur des ressources en eau des terres arides consiste essentiellement en projets de grande irrigation. Certains b�n�ficient d'une alimentation en eau par des syst�mes fluviaux tels que l'Indus, le Nil, le Fleuve Jaune, le Tigre et l'Euphrate. D'autres sont tributaires d'eaux souterraines anciennes et limit�es. Mais le fait que l'on ait mis � la disposition de soci�t�s qui n'y �taient pas pr�par�es une technologie moderne et que les responsables politiques se pr�occupent avant tout des objectifs urgents et � court terme a eu des cons�quences � long terme et irr�vocables dans bien des pays.

� l'heure actuelle, du fait essentiellement de la salinisation, la quantit� de terres perdue de fa�on d�finitive pour l'agriculture le long des grands syst�mes fluviaux est aussi importante que celle des nouvelles terres ajout�es. Les pompes �lectriques et � moteur et les m�thodes am�lior�es de construction des puits ont beaucoup accru la capacit� de ces dernires. Mais dans bien des terres arides, l'absence de contr�les effectifs du forage et du pompage s'est traduite par une surexploitation de la nappe phr�atique, d'o� une baisse des rendements, une d�t�rioration de la qualit� de l'eau, l'intrusion de sel et le gaspillage de l'eau.

Les grands projets d'irrigation sont indispensables � de nombreuses �conomies nationales en zone aride. Ils peuvent �tre efficaces � long terme s'ils ne s'accompagnent pas seulement de comp�tences techniques mais d'une bonne information des milieux sociaux et politiques. Quoi qu'il en soit, ces projets offrent peu d'avantages directs pour le petit propri�taire foncier ou le nomade qui doit subsister malgr� les contraintes de son environnement sans b�n�ficier d'une nouvelle technologie qui r�ponde � ses besoins.

La collecte de l'eau est un moyen d'am�liorer leur existence. Ce n'est pas une panac�e mais, selon le r�gime des pr�cipitations d'une zone donn�e, on peut l'utiliser pour accro�tre les approvisionnements existants, am�liorer l'utilisation des parcours et fournir des denr�es alimentaires pour une meilleure nutrition, du bois pour le feu et, ce qui est peut-�tre plus important, aider � parvenir � une stabilit� �conomique en r�duisant l'incertitude de l'existence humaine dans les �cosyst�mes arides.

L'�conomie des terres arides d�pend en grande partie de l'�levage; il n'est donc pas surprenant que la plupart des travaux concernant la collecte de l'eau ait eu pour but d'assurer l'abreuvement du b�tail. Un grand nombre des syst�mes mis au point ont �t� tr�s efficaces.

Beaucoup de terrains de parcours sont surp�tur�s autour des sources d'eau, alors que d'importantes quantit�s de terres et de fourrage sont inutilis�es en raison du manque d'eau. Une distribution uniforme des points d'eau permettrait de tirer parti au maximum de ces terres. La collecte de l'eau peut permettre une distribution ad�quate des points d'eau dans la plupart des cas et, avec de l'eau, m�me le fourrage sec peut �tre utilis�. Il existe toutefois le risque qu'en l'absence d'une r�gulation du p�turage, toute nouvelle source d'eau ne conduise � accro�tre les troupeaux, d'o� surp�turage et nouvelle expansion du d�sert. Exactement comme pour les autres formes d'exploitation des ressources en eau, les projets de collecte de l'eau et en particulier ceux destin�s � l'abreuvement du b�tail doivent, pour pouvoir �tre durablement efficaces, �tre pr�c�d�s d'une planification et d'un contr�le complet et accompagn�s de dispositions pour un soutien op�rationnel perp�tuel.

Le but de la collecte de l'eau est soit d'augmenter les approvisionnements en eau existants soit de fournir de l'eau o� il n'existe aucune autre source ou l� o� les co�ts de mise en valeur seraient prohibitifs. Le but est de fournir cette eau en quantit� et en qualit� suffisantes pour l'usage pr�vu.

On d�crit souvent les zones arides comme des syst�mes de r�serve par impulsion qui se d�clenchent lorsqu'il y a de l'eau, la stockent pour la p�riode s�che puis s'arr�tent jusqu'� l'arriv�e d'eau suivante. L'�cosyst�me naturel s'est cr�� avec ces contraintes, mais les difficult�s qu'elles causent � l'homme sont consid�rables, surtout chez les populations s�dentaires. Le but de la collecte de l'eau est d'�galiser la courbe entre p�nurie et abondance en collectant et en stockant de l'eau pour la p�riode de p�nurie et d'exploiter dans l'�cosyst�me aride une ressource renouvelable.

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