Érosion des sols volcaniques de la cordillère des Andes, en Équateur

G. De Noni, J. Asseline et M. Viennot IRD (Institut de Recherche pour le Développement]. Centre de Montpellier, BP 5045, F-34032 Montpellier

c e t t e recherche a pour cadre l'gquateur, plus précisément la cordillère des Andes ap- pelée dans ce pays (( Sierra N. Celle-ci traverse le pays du nord au sud sans discontinuité sur un millier de kilomètres. Si sa largeur n'excède pas 100 à 120 km, elle se caractérise en revanche par des altitudes importantes qui correspondent à des cols situés entre 3 GOO et 4 O00 mètres et à de grands volcans aux neiges pérennes (( les nevados )) qui dé- passent 5 000 mètres d'altitude. Ce sont pour la plupart des strato-volcans où subsiste une activité fumerollienne plus ou moins intense (Sauer, 1965). Les sommets les plus hauts sont : le Chimborazo (6 310 m), le Cotopaxi (5 897 m), le Cayambe (5 790 m) et 1'Antisana (5 704 m). Parmi ceux-ci, le Guagua Pichincha (4 794 m) er le Tungurahua (5 O16 m), qui dominent respectivement les villes de Quito, la capitale du pays, et d'Ambato, ont produit il y a quelques mois des émissions de cendres qui ont mis en danger les populations.

Concernant le cadre physique, la cordillère des Andes présente en fiquateur deux ca- ractéristiques particulières : d'une part, elle est dédoublée en 2 cordillères parallèles de direction méridienne, séparées par une dépression intra-andine où sont logés plusieurs bassins d'effondrement ; d'autre part, elle est recouverte sur les deux tiers de sa surface environ par des produirs volcaniques récents émis par les nevados déjà signalés. Cette configuration est à l'origine du découpage de l'espace en trois principaux types de pay- sages qui sont : i) les longs versants rectilignes des cordillères qui présentent des. pentes fortes et homogènes, entrecoupées de ravins aux parois vertigineuses, appelés localement (( quebradas )) ; ii) les zones planes et étroites limitant les fonds de bassins, au pied de ces versants entre 1 500 et 2 500 mètres d'altitude ; ìi;) et au-dessus de ces derniers à partir de 3 200-3 400 mètres d'altitude, les hautes terres aux formes plus arrondies et massives. Sur les versants, le climat est tempéré, assez frais, avec une température moyenne an- nuelle de l'ordre de 10-15" et des précipitations annuelles de l'ordre de 800 -1 O00 mm. Il devient plus chaud et plus sec dans les bassins qui bénéficient d'une position d'abri ; à l'opposé, il devient très froid sur les hautes terres où le gel est fréquent (Atlas del Ecua- dor, 1982).

Concernant l'occupation de l'espace par les sociétés, la Sierra montre aussi des parti- cularités qui sont en liaison avec les caractéristiques du milieu physique. Mise en valeur très tôt par les sociétés précolombiennes, elle a été soumise ensuite, et durant près de cinq siècles, au système politique imposé par la conquête espagnole, notamment à la

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- REVUE DE GÉOGRAPHIE ALPINE 2000 NO2 I

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ÉROSION DES SOLS VOLCANIQUES DE LA COROILLÈRE DES ANDES. EN ÉQUATEUR

mise en place de grands domaines agricoles ou haciendas qui vont s'accaparer pour long- temps la gestion des meilleures terres (De Noni, 1986). Ce n'est qu'au cours des 40 der- nières années que survient I'éclatement partiel et structurel des haciendas provoqué par une réforme agraire qui s'accompagne du redéploiement massif dans les cordillères du petit paysannat et de la diffusion de la structure de minifundio sur les versants. Cette mutation humaine, si elle n'a connu qu'un succès mitigé au plan social, a eu en contre- partie des conséquences assez marquées sur la stabilité des paysages. Parmi les modifica- tions intervenues, l'érosion des sols est un des principaux indicateurs montrant les problèmes de terrain rencontrés par le minifundio pour mettre en valeur les sols d'une haute montagne tropicale. Dans ce type de milieu, l'altitude et la topographie sont des facteurs d'autant plus réactifs aux risques érosifs que ces zones de montagne étaient vouées traditionnellement à la végétation naturelle avant l'arrivée du minifundio (De Noni et Viennot, 1993).

C'est dans ce contexte qu'une étude sur I'érosion des sols a été entreprise en Équateur et qu'un volet original concernant les sols volcaniques a pu être mené et précisé au moyen de campagnes de pluies simulées. L'étude s'est intéressée particulièrement au comportement du sol à la pluie à la suite de sa mise en culture (désherbage et labour de surface dans notre cas), aspect assez méconnu du comportement des sols volcaniques.

Nous avons préféré utiliser le terme (( sol volcanique )) au lieu d'andosol pour caracté- riser les différents types de sols étudiés sous pluies simulées, dérivés de pyroclastites (ou téphras). Par rapport à un contexte local de montagne tropicale assez divers marqué par l'impact de la pente, des micro-climats et de dépôts volcaniques de différentes époques sur la pédogénèse, le terme (( andosol )), est apparu trop spécifique dans son contenu taxonomique. Rappelons, en effet, que l'andosol nécessite pour se former un climat per- humide allant de tempéré froid à tropical et qu'il présente les caractéristiques suivantes : présence d'un horizon humifère épais gris foncé à noir et de substances amorphes alu- mino-silicates, les allophanes, densité apparente faible (< I), forte porosité, structure stable et capacité de rétention d'eau élevée. (Jenny, 1948 ; Segalen, 1957 ; CPCS, 1967 ; Soil Survey Staff, 1975 ; Leamy, 1983). Dans la recherche présentée ici, ces conditions ne sont remplies que par I'un des 4 types de sols dérivés de pyroclastites qui est le site de Mojanda.

Au cours des 15-20 dernières années, sous l'impulsion notamment d'équipes basées au Japon (Shoji, 1988, 1993 ; Wada, 1977, 1980), en Nouvelle-Zélande (Fieldes, Per- rot, 1966 ; Leamy, 1987), aux îles Hawaï (Soil Survey Staff, 1975) et travaillant sous les tropiques (Colmet-Daage, 1967 et 1969 ; Sieffermann, 1969 ; Zebrowski, 1971 ; Mot- tet, 1980 ; Quantin, 1992 et 1994), la définition d'andosol a subi quelques modifìca- tions tendant à un élargissement de l'acception. C'est ainsi qu'est apparue la catégorie des intergrades appelés sols andiques qui ne sont que faiblement pourvus en allophanes, et que la discussion s'est même étendue aux sols volcaniques constitués d'horizons indu- rés, assez fréquents en Amérique latine : (( cangahua )) dans les Andes tropicales et (( tepe- tate )) au Mexique. Dans I'état actuel des connaissances, le terme (( sol volcanique )) nous a donc semblé mieux adapté à la problématique locale où peuvent être associés le long d'une même toposéquence andosols, sols andiques et sols avec horizons indurés.

A CORDILLhE DES ANDES, EN EQUATEUR

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G. OE NONI, J. ASSELINE ET M.VIENNOT

1. Cadre spatial et méthode

1 1. CADRE SPATIAL

Plusieurs stations ont été choisies en relation avec les principaux types de paysages constituant la Sierra, un critère essentiel du choix ayant été la prise en compte de la pré- Sence ou de l'absence de recouvrement volcanique afin de pouvoir dégager d'éventuelles différences de comportement entre les stations (Fig. 1). Ainsi, trois stations ont été sélec- tionnées dans la Sierra volcanique : Mojanda et Tumbaco dans la partie Nord et Riobamba dans la partie centrale. Trois autres stations ont été choisies sur des terrains non volca- niques : Jadan et Vega Grande dans la Sierra sédimentaire du Sud et Ventanas sur le pié- mont côtier de la cordillère occidentale. (Gondard etaL, 1975-83 ; De Noni etaL, 1986).

+ Les stations de la Sierra volcanique Mojanda et Riobamba sont situées aux confins entre hautes terres et versants des cor-

dillères dans des zones où la pression du minifundio sur les terres est forte ; Tumbaco, pour sa part, se trouve dans le bassin de Quito. Dans cette dernière zone, existent des es- paces assez vastes où I'érosion a décapé les sols et où n'affleure aujourd'hui qu'une for- mation très particulière stérile en l'état pour l'agriculture appelée (( cangahua )). II s'agit d'un dépôt pyroclastique altéré (horizon C) et induré, contenant une forte proportion de carbonates de calcium et, en quantité moindre, de la silice (Quantin, 1997). Cette formation est un indicateur que l'érosion est active et que cette dernière s'étend en liai- son avec une utilisation ancienne des terres remontant à la conquête espagnole (Custode eta/., 1992).

La station de Moianda est perchée à 3 300 m d'altitude sur le versant oriental du vol- can du même nom ; la pente est forte et dépasse 40 %. Dans son ensemble, le modelé général, qui résulte de la superposition de plusieurs dizaines de mètres de pyroclastites (cendres noires fines avec quelques intercalations de lapillis ponceux), est assez régulier. Les sols noirs sont des andosols hydratés désaturés, de 0,5 à 0,8 m d'épaisseur, faible- ment acides, riches en allophanes (teneur de l'ordre de 20 %) et carencés en phosphore. Ils sont caractérisés par la superposition d'un horizon organique noir, limono-argileux et friable, de structure fine surtout visible sur les 2 premiers cm une fois exposé en surface et d'un horizon plus clair, gris sombre à I'état sec et plus argileux. La région de Mojanda est située au cœur d'un minifundio récent 'et4es sols sont utilisés par les paysans pour cultiver en rotation l'orge, la pomme de terre et la fève. L'utilisation du tracteur, de plus en plus courante, tend à faire disparaître le bocage ce qui augmente d'autant les risques de ruissellement.

La station de Riobamba est localisée à 3 250 m d'altitude, sous le vent du volcan Chimborazo, sur le versant tourné à l'Est. La pente est forte (35 %) et son profil est rec- tiligne, les irrégularités de surface étant atténuées par la présence de dépôts pyroclas- tiques sablo-ponceux sur 1 mètre d'épaisseur environ. Le sol dominant est un sol andique vitrique, contenant moins d'allophanes (teneur entre 5 et 10 %) que le sol pré- cédent et montrant fréquemment des croûtes de surface englobant des grains de sables '

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ÉROSION DES SOLS VOLCANIQUES DE LA COROILLÈRE DES ANDES, EN ÉQUATEUR

RBgion côtière, inférieure a 1200 m. arboriculture tropicale, maïs, andosols (nord et centre) et sols vertiques (sud).

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Limite externe des cordilleres.

100 km 111.1111.111111 Limite des cendres volcaniques. O

-i Stations de : 1 Tumbaco. 2 Mojanda, 3 Riobamba i- 4 Vega Grande, 5 Jadan, 6 Ventanas.

_ . Figure 1 :Carte de situation des stations .. _,

fins, signe de sa susceptibilité à la battance et au ruissellement. Sur tout le profil, les ho- rizons sont mal différenciés et structurés ; en surface, ils sont faiblement humifères et riches en restes végétaux mal décomposés et non incorporés à la matière minérale. Le site est densément couvert par des parcelles portant des cultures de pomme de terre, d'orge et de fève, avec localement quelques parcelles d'oignons.

La station de Tumbaco se trouve dans la dépression intra-andine à 2 600 m d'altitude au pied du volcan Ilalo, à une trentaine de km à l'Est de la capitale, Quito. La pente moyenne, plus douce que les précédentes, est de 20 %, mais le modelé.est irrégulier et les ruptures de pente sont fréquentes. En surface, de nombreux petits placages de

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externe des cordill8res.

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ment. Sur tout le profil, les ho- 1s sont faiblement humifères et porés à la matière minérale. Le ES cultures de pomme de terre, ignons.

ma-andine à 2 GOO m d'altitude de la capitale, Quito. La pente mais le modelé est irrégulier et

e nombreux petits placages de

R G. DE NONI, J. ASSELINE ET M. VIENNOT

cendres récentes noires sont associés à des zones plus homogènes sans sol où affleure la cangahua. Le sol de la station est un sol andique mollique composé d'un horizon sablo- limoneux, de 0,30 à 0,40 m d'épaisseur et d'un horizon profond, franchement argileux qui repose sur la cangahua ; l'ensemble contenant peu d'allophanes (teneur inférieure à 5 %) par rapport aux deux types de sols précédents.

Le minifundio est formé par plusieurs communautés indigènes anciennes qui culti- vent essentiellement le maïs sur de toutes petites propriétés au parcellaire éclaté. Quelques essais de plantations d'eucalyptus ont été réalisés pour stabiliser les zones lais- sées en cangahua par I'érosion.

3 Les stations sms projection volcanique Les deux stations de la partie méridionale de la Sierra sont situées dans les deux prin-

cipaux bassins de cette région, Cuenca et Loja, où se concentre l'essentiel de l'activité agricole (Fig. 1). Leurs caractéristiques sont les suivantes :

- la station de Tadan est localisée à 2 700 m d'altitude sur le versant d'un relief résiduel qui domine le bassin de Cuenca et qui est formé par l'alternance de dépôts sédimentaires détritiques où prédominent argilites métamorphisées, argiles et sables. La pente générale est de l'ordre de 22 %. Les sols, peu épais dans l'ensemble (de 0,20 à 0,40 m), sont des rankers d'érosion, caractérisés par la présence d'un mince horizon brun sablo-limono-ar- gileux renfermant jusqu'à 30 % d'éléments caillouteux centimétriques. Le maïs est la culture dominante. Les champs, qui sont de petite taille (moins de 5 ha) et se trouvent dans les secteurs où l'épaisseur du sol est encore suffisante, indiquent la présence du mi- nihndio. Ailleurs, sur les zones érodées, subsiste un élevage caprin extensif associé à d'anciennes pratiques communautaires ;

- la station de Veca Grande est située plus au sud encore, dans la province de Loja, à 1 500 m d'altitude, au pied d'un versant taillé dans des roches volcano-sédimentaires du crétacé qui forment le soubassement de la cordillère occidentale. L'inclinaison générale du versant est de l'ordre de 22 %. Le sol, qui s'est développé à partir des dépôts collu- viaux de bas de pente, est un sol vertique, peu épais (0,20 à 0,30 m d'épaisseur), de tex- ture argileuse, pauvre en matière organique et contenant de nombreux fragments de roche provenant du versant. Ces sols sont occupés aussi par un petit paysannat structuré en minifundio, et voués à la culture du maïs. Seules les zones plus basses, proches des ri- vières, bénéficient d'une irrigation d'appoint permettant une possible diversification des productions. Localement, existent sur le versant-des zones dégradées qui évoluent pro- gressivement en bad-lands, le sol a disparu et seules subsistent quelques alignements de pierres et de végétation indiquant un parcellaire ancien.

Enfin, la dernière station est localisée au contact entre la cordillère occidentale et la ré- gion côtière, sur un cône de déjection modelé en collines et soumis à des conditions ty- piquement tropicales (Fig. 1). Les défrichements dans cette zone sont anciens et témoignent de l'avancée des premiers fronts de colonisation sur les versants extérieurs de la Sierra.

. . - 1 ., . , . ~ . . ÉROSION DES SOLS VOLCANIQUES DE IA CORDILLERE DES ANDES, EN EOUATEUR

La station est située à Ventanas sur ce cône de déjection, à 220 m d'altitude. Elle a été choisie sur le versant convexe d'une colline, de 20 % de pente. Les sols sont vertiques et montrent de nombreuses fentes de retrait en surface. Ils se sont développés à partir des matériaux détritiques du cône qui sont altérés sur quelques mètres d'épaisseur en illites et montmorillonites ; ils sont néanmoins assez bien pourvus en matitre organique. Sur ces versants, existe une petite agriculture qui dégage de faibles excédents ec qui essaye de produire, essentiellement pour l'autosubsistance, du maïs et du riz pluvial. Cette situa- tion contraste fortement avec les zones planes voisines qui sont le domaine de grandes cultures mécanisées d'exportation (bananes, riz irrigué, soja). Comme dans la Sierra, l'érosion accélérée des sols progresse et fait chuter la fertilité des sols.

12. MGTHODE

+ Le choix de la simuhtion de pluie Une étude antérieure à celle-ci, réalisée sur les sites des G stations décrites précédem-

ment, avait montré par le suivi de parcelles de ruissellement de 100 m2 de surface que I'érosion pouvait être forte sur les sols volcaniques mis en culture. Les résultats obtenus pour la période 1986-91 sont regroupés dans le tableau 1 (De Noni et al., 1990) :

I I Substrat

Pentes en % Stations/Cultures 1 Sols I I Krm % 1 ErmtJha 1 Pluviométrie

Mojanda : Téphras: cendres et lapilli ponceux 3300 m 8,a 131,6 Rotations: Andosol 900 mm Orge, five, pomme de terre 40 %

I I I I l Riobamba Té phras sablo-ponceux 3 250 m 14#7 a7,3 Rotations : Sol andique vitrique 700 mm Orge, fève, pomme de terre 35 %

Tumbaco Cendres sur cangahua 2600m i a,6 95 Maïs Sol andique mollique 700 mm

20 %

Jadan Argilites, argiles et sables 2700m 8.5 97.7 Maïs Ranker d'érosion 700 mm

- - 22 % .. ,-

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Vega Grande Roches volcano-sédimentaires 1 500 m 10.2 az,7 Maïs Sol vertique 600 mm

22 %

Ventanas Roches détritiques indifférenciées 220 m 11,9 60,a Rotation: maïs, riz pluvial (cône) 1 800 mm

Sol vertique 20 %

Tableau 1 : Coefficients moyens de ruissellement IKrm en %) et Érosion moyenne [Erm) en tonnes par hectare (Iha) pour la période 1986-91 et pour des parcelles de ruissellement de 100 m*

kA CORDILLÈRE DES ANDES, EN ÉWATEUR

on, à 220 m d'altitude. Elle a été - pente. Les sols sont vertiques et s se sont développés à partir des p e s mètres d'épaisseur en illites urvus en matière organique. Sur faibles excédents et qui essaye de iis et du riz pluvial. Cette situa- qui sont le domaine de grandes J, soja). Comme dans la Sierra, 4ité des sols.

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G. DE NONI, J. ASSELINE ET M. VIENNOT

Ce tableau montre que I'érosion est élevée sur les sols volcaniques, voire plus élevée que sur les autres stations comme en témoigne la valeur enregistrée sur I'andosol de Mo- janda où rérosion moyenne atteint 130 tlha. En revanche, cette mithode d'observation basée sur la parcelle de ruissellement ne permet pas d'isoler le seul facteur sol et de por- ter un avis sur son comportement propre car à l'influence de celui-ci se mêle naturelle- ment I'impact d'autres facteurs telles la pluie, la pente et bien sûr les pratiques culturales et la culture (Wassmer, 1987). Par exemple, si I'andosol de Mojanda affiche deux fois PIUS d'irosion que le sol vertique de Ventanas, la question précise du comportement de chaque type de sol reste posée et sans réponse car comment déterminer ce point alors que les facteurs de base caractérisant les deux stations sont très différents ?

Afin de pouvoir préciser cette question et tenter d'isoler un possible effet du sol sur les dynamiques de ruissellement et d'érosion, il a été nécessaire d'avoir recours à la simula- tion de pluie qui est une technique qui existe depuis un certain temps mais qui n'avait été que peu utilisée dans les Andes tropicales (Asseline et al., 1993 ; Gril, 1986). Cette approche permet, grâce à un dispositif adapté, de reproduire expérimentalement I'im- pact des gouttes de pluie sur le sol et de suivre assez finement les phénomènes de déta- chabilité (N splash m) et de fermeture de la surface du sol. II est ainsi possible de tirer un bilan du partage de l'eau à la surface entre infiltration et ruissellement et d'isoler un effet sol (Gril, 1986).

+ L'appareil utilisé I1 existe plusieurs types d'appareils pour simuler les pluies. O n peut distinguer globa-

lement deux modèles principaux (Valentin, 1985) : l'un utilise des dispositifs produc- teurs de gouttes par l'utilisation d'embouts de diamètres variés, de tubes capillaires ou d'aiguilles hypodermiques ; la faible hauteur de chute proposée par ces dispositifs biaise cependant la reproduction de l'énergie des gouttes ; l'autre emploie de l'eau sous pres- sion et des gicleurs ce qui permet, en revanche, de reproduire une énergie cinétique proche de celle des pluies naturelles. C'est ce dernier type d'appareil que nous avons uti- lisé dans la Sierra de I'Équateur (Asseline et Valentin, 1978 ; Asseline et al , 1993). L'ap- pareil est constitué d'une tour pyramidale de 4 mètres de hauteur qui peut recevoir une bâche pour éviter les effets du vent durant les essais. Au sommet de cette tour, se trouve un gicleur calibré, monté sur un bras mobile permettant d'arroser une aire d'environ 4 m2. Un dispositif a été prévu pour maintenir, quelle que soit la pente, l'axe d'oscilla- tion du gicleur au-dessus et au centre du dispositif de mesure. Celui-ci est constitué d'une micro-parcelle de 1 m2, matérialisée par Ün cadre métallique fiché de quelques centimètres dans le sol et conçu pour canaliser et recueillir les prélèvements d'eaux de ruissellement et les charges solides. Les intensités peuvent varier de 15 à 140 mmlh, en fonction du réglage choisi. Une quantité d'eau d'environ 500 litres est nécessaire pour réaliser un essai d'une heure.

+ Les protocoles et les variables retemes Sur toutes les stations, la surface de sol est préparée de la même façon afin-de simuler

les conditions de mise en culture et de faciliter l'installation du cadre métallique de

ÉROSION DES SOLS VOLCANIQUES DE LA CORDILLÈRE DES ANDES, EN EllUATEUR ' 1 f 1 m*. Cette préparation consistait en un désherbage puis en un travail superficiel sur 5 cm d'épaisseur environ. Les mottes de terre ainsi obtenues étaient brisées jusqu'à l'Ob- tention d'agrégats inférieurs à 1 cm et enfin, la surface du sol était ratissée dans le sens de la pente.

Compte tenu des résultats obtenus antérieurement sur les parcelles de ruissellement (De Noni et al, 1990), l'intensité maximale choisie a été de 60 mm. h-1 durant 15 mi- nutes (IM 15), valeur qui a donné de meilleures corrélations pour expliquer l'érosion que l'intensité maximale durant 30 minutes (IM 30), conventionnellement retenue à la suite des travaux de Wishmeier et Smith (1978).

Enfin, une séquence pluviométrique a été définie afin de prendre en compte le rôle tenu par l'érat d'humidité du sol, chaque pluie étant répétée 4 fois sur le même site au cours de 24 heures.

Les variables, qui interviennent au cours d'une averse simulée, se décomposent en 4 phases bien distinctes (Collinet, 1988 ; Lafforgue, 1977) : i) la première est une phase d'imbibition qui exprime la hauteur de la pluie qui tombe sur la parcelle sans provoquer de ruissellement et qui s'infiltre totalement ; ii) la seconde est une phase à régime transi- toire correspondant à la diminution progressive de l'infiltration et corrélativement à l'augmentation du ruissellement, en filets et en nappes ; iii) la troisième phase est celle du régime permanent ou ruissellement maximal (Rmax) qui est atteinte, à condition que l'essai dure suffisamment longtemps, lorsque l'intensité de ruissellement est parve- nue à son niveau le plus élevé tandis que l'intensité d'infiltration est à son niveau mini- mal ; iv) enfin, la phase de vidange qui survient lorsqu'on arrête l'essai et que la pluie cesse.

Dans les résultats présentés ici, on n'a retenu que les valeurs se référant à l'intensité minimale d'infiltration (Fn), en mm/h qui intervient dans des conditions soit de profil saturé soit de fermeture du sol en surface, (phase no 3). Elles traduisent la capacité du sol à pouvoir encore infiltrer alors que le ruissellement est maximal et que l'intensité de pluie, selon le protocole défini, et l'humidité, par répétitions des pluies simulées, ont at- teint des valeurs constantes. L'interprétation des valeurs de Fn constitue donc un moyen intéressant pour s'affranchir d'un grand nombre de variables inséparables sous parcelles de ruissellement - ce qui permet de définir plus précisément le comportement du sol à la battance de la pluie.

Connaissant l'intensité simulée (I) e t .après avoir mesuré le ruissellement maximal (Rmax) durant l'essai, la valeur de Fn en régime permanent peut être aisément calculée en utilisant la relation : I = Rmax + Fn. Définie de la sorte, Fn exprime une valeur d'intensité d'infiltration sous gradient de charge hydraulique unitaire qui est assimilable à la conductivité hydraulique ou coefficient de Darcy en sol saturé (Hillel, 1974).

En complément à Fn, a été aussi utilisée la variable exprimant les charges exportées en suspension dans l'eau, exprimées en kg. ha-l. Elles indiquent, dans le contexte de I'expé- rimentation, la partie de l'érosion due au détachement des agrégats de sol par l'impact des gouttes de pluie.

4

Ordre des pluies

Pluie 1 Pluie 2 Pluie 3+4

1

PIA COROILLERE DES ANDES, EN EQUATEUR

Tumbaco Riobamba Mojanda Jadan Vega Grande Ventanas

386 1 504 318 O O O 382 6 485 1379 334 441 6

1250 a 918 2 246 938 951 104

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G. DE NONI, J. ASSELINE ET M. VIENNOT

2. Résultats et discussion

Les valeurs moyennes de Fn de toutes les stations ont été regroupées sur un graphique construit de la façon suivante : en abscisse, est portée la séquence indiquant le numéro d’ordre des 4 pluies et en ordonnée sont notées les différentes valeurs de Fn et l’intensité de la pluie simulée (Fig. 2). Pour rappel, la valeur de cette dernière est constante et s’élève à 60 mm. h-1 pour IM 15. Pour ne pas surcharger la présentation du graphique, les valeurs d’humidité n’ont pas été représentées car elles deviennent constantes dès la se- conde pluie et n’ont pas d’effet, en conséquence, sur les différences notées tout au long de la séquence. Après cette seconde pluie, les valeurs moyennes d’humidité constante se situent entre 25 et 30 %. Les valeurs les plus élevées, 35-40 %, ont été mesurées sur l’an- dosol de Mojanda et les valeurs les plus basses, 15-20 %, ont été enregistrées sur le sol andique de Riobamba et le ranker d’érosion de Jadan.

Il ressort de ce graphique deux groupes de stations :

Grande. Légèrement décalé, se trouve le ranker de Jadan ;

tions de Riobamba, Mojanda et Tumbaco.

Le graphique montre que les valeurs de Fn sont plus élevées et corrélativement les va- leurs de ruissellement maximal (Rmax) plus faibles dans le premier groupe des sols non volcaniques. Autrement dit en phase de ruissellement maximal, les sols du premier groupe infiltrent plus d‘eau que les trois sols volcaniques ; en conséquence, l’intensité de ruissellement et les risques d’érosion associés à cette dynamique y sont moins élevés.

- en haut du graphique, un premier groupe associe les sols vertiques de Ventanas et Vega

- en bas du graphe, apparaît un second groupe composé par les sols volcaniques des sta-

L‘examen des charges solides exportées lors des pluies simulées illustre ce propos. Les valeurs correspondantes ont été répertoriées dans le tableau 2 ci-après :

Tableau 2: Valeurs moyennes en kgfia des charges exportées pour une séquence de pluies simulées avec IM 15 = 60 mm/h

Les valeurs enregistrées suivent, en effet, les, wriations observées pour les valeurs de Fn et montrent que ce sont les sols volcaniques qui s’érodent le plus fortement. En effet, ces derniers se distinguent par des valeurs de pertes en terre beaucoup plus élevées, ces der- nières pouvant atteindre des valeurs maximales comprises entre 1 O00 kg ha-’ et de 9 O00 kg ha-’ jamais atteintes sur les autres stations. Le sol andique vitrique de la station de Riobamba est le plus érodible, il est suivi par l’andosol de Mojanda puis par le sol an-

: :

i: dique mollique de Tumbaco.

Les essais effectués sous pluies simulées permettent donc de préciser le csmportement des différents types de sols. Concernant les sols volcaniques, la relation assez forte exis-

EROSION DES SOLS VOLCANIQUES OE IA COROILLERE DES ANDES, EN ÉQUATEUR

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Séquence des pluies simulées selon le numéro d'ordre des essais

-Mojanda-Andosol -a--Riobamba-Andique vitrique +Vega Grande-Vertique +Ventanas-Vertique +Jadan-Ranker +TumbaCo-Andique mollique -1nt. Pluie

Figure 2

tant entre les valeurs de Fn et celles des charges, conduit à avancer la thèse probable de leur plus forte susceptibilité à la dégradation de surface par la battance de la pluie. En effet, les valeurs élevées des charges solides soulignent la faible résistance de ces sols au détachement des particules par la pluie, corrélativement les valeurs faibles de Fn incitent à relier la diminution de l'intensité d'infiltration au colmatage de la porosité de surface par les particules fines détachées (Casenave et a l , 1989). En d'autres termes, lessols vol- caniques testés sous pluies simulées se ferment, s'encroûtent et s'érodent plus rapide- ment que les sols des autres stations.

Concernant les sols non volcaniques, la présence de fentes de retrait avant la fermeture du sol dans le cas des deux sols vertiques et d'une pierrosité élevée pour le ranker d'éro- sion, qui protège le sol et intercepte l'énergie de la pluie en maintenant,une certaine po- rosité, sont des facteurs importants pour expliquer les différences observées avec les sols volcaniques (Poesen, 1990 ; Roose. 1994).

Néanmoins, après plusieurs pluies et pour le moins après l'application de 2 pluies (voir la séquence indiquant le numéro d'ordre des pluies sur la Fig. 2), lorsque les fentes ont disparu et que les cailloux ne sont plus posés sur la surface du sol mais pris dans la matrice terreuse, on remarque que les différences de comportements observées initiale- ment entre les deux grands groupes de sols se maintiennent, alors que les déterminants de départ sont modifiés. Pour essayer de comprendre les raisons de ce comportement et l'influence de variables explicatives autres que les fentes et la pierrosité, plusieurs types de régression ont été réalisés afin de relier les valeurs d'érosion+t les données disponibles

E LA CORDILLÈRE DES ANDES, EN EQUATEUR

3 4 5 le numéro d‘ordre des essais

u--Riobamba-Andique vitrique +Ventanas-Vertique +TumbaCo-Andique mollique

iuit à avancer la thèse probable de Ice par la battance de la pluie. En t la faible résistance de ces sols au nt les valeurs faibles de Fn incitent olmatage de la porosité de surface 3). En d‘autres termes, les sols vol- xoûtent et s’érodent plus rapide-

fentes de retrait avant la fermeture rrosité élevée pour le ranker d’éro- .ie en maintenant une certaine PO-

: différences observées avec les sols

ns après l’application de 2 pluies ies sur la Fig. 2), lorsque les fentes la surface du sol mais pris dans la comportements observées initiale- mnent, alors que les déterminants les raisons de ce comportement et tes et la pierrosité, plusieurs types ’érosion et les données disponibles

G. DE NDNI, J. ASSELINE ET M. VIENNOT

sur les constituants du sol. Pour la matihe organique, aucun résultat probant ne s’est dé- gagé car celle-ci est assez bien répartie sur tous les sols des stations (de l’ordre de 3 à 4 %). En fait, la meilleure corrélation obtenue a correspondu à l’argile granulométrique qui explique dans tous les cas 80 % des variations de l’érosion, significative au seuil de 1 % ; autrement dit, plus le sol est argileux, plus il est résistant à l’impact des gouttes de pluie. Pour toutes les stations, le contenu d’argile granulométrique est plus faible (< 15%) dans les sols volcaniques que dans les sols non volcaniques dont les teneurs sont comprises entre 25 et 30 %, cette différence constituant un Clément d’explication déter- minant pour montrer la susceptibilité plus élevée des sols volcaniques à I’érosion.

Les notions d‘andosol et de sols andiques sont apparues tardivement dans le vocabu- laire des pédologues et des sciences de la terre (Jenny, 1948 ; Quantin, 1972). Bien que leur connaissance se soit considérablement développée depuis une quinzaine d’années au plan des caractéristiques physico-chimiques et de leur génèse, on note cependant qu’ils restent encore assez mal connus pour leur comportement à l’érosion. Parmi les re- cherches concernant cette thématique, celles réalisées sur les sols volcaniques des Ca- raïbes (Gumbs e ta l , 1985), de la Réunion (Bougère, 1988 ; Perret e t a l , 1996), des îles Canaries (Rodriguez et al, 1993) et du Japon (Iwamoto, 1995) présentent des résultats assez conformes aux nôtres. Les sols volcaniques, grâce à une teneur en eau élevée, favo- risent le développement d‘une végétation (( naturelle )) abondante et ne sont guère sen- sibles à l’érosion dans ces conditions. En revanche, lorsqu’ils sont cultivés et que baisse leur humidité, leur comportement physique semble se modifier, ils perdent de la consis- tance et deviennent facilement friables et pulvérulents ce qui augmente fortement leur sensibilité à I’érosion. Ces constatations rejoignent aussi celles faites antérieurement par Colmet-Daage (1967 et 1969) et Quantin (1992) qui ont observé ce type de modifica- tion sur des andosols du Nicaragua, d’Équateur et des Nouvelles-Hébrides. Au labora- toire, des essais menés pendant plusieurs mois par Colmet-Daage pour réhumecter un échantillon d’andosol séché à l’air n’ont pas abouti. Pour celui-ci, la présence de fortes quantités d‘eau dans I‘andosol permet le maintien d‘une structure distendue qui s’ef- fondre lorsque survient une dessiccation poussée à l’air. Pour Quantin (1992), le retour- nement et I’ameublissement par le labour d‘une tranche de sol, de 0,20 à 0,30 m d‘épaisseur, est suffisant pour provoquer la dessiccation du sol et sa déshydratation irré- versible. La texture se comporte alors comme un pseudo-sable très sensible à I’érosion.

Les essais effectués sous pluies simulées appoitent donc, en complément des observa- tions effectuées sur parcelles de ruissellemen;; d’es résultats utiles à la compréhension de l’érosion des sols volcaniques des Andes d’Équateur occupés par le minifundio. Contrai- rement à l’avis souvent émis qui décrit ces sols comme des sols stables et fertiles, les va- leurs obtenues montrent leur susceptibilité élevée à I’érosion lorsqu’ils sont cultivés. Leur faible teneur en argile et la dégradation de leur structure à la suite de la dessication à l’air sont des paramètres essentiels à prendre en compte pour favoriser le développe- ment agricole durable des régions couvertes par ces types de sols.

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E DI CORDILLERE DES ANDES, EN EQUATEUR I

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ÉROSION DES SOLS VOLCANIQUES DE LA CORDILLÈRE DES ANDES, EN ÉQUATEUR

Rhumé : Pour expliquer le comportement érosif de certains sols volcaniques, six stations représentatives de situations agricoles du mi- lieu andin ont étt choisies sur des pentes de 20 à 40 %.Trois stations ont été sélectionnées dans la Sierra volcanique du Nord et du Centre sur des andosols et des sols andiques (vitriques et molliques) ; trois autres stations ont été retenues dans des régions non volca- niques: deux stations sont situées dans la Sierra du Sud sur des sols peu épais (ranker d'érosion et sol vertique) et une dernière sta- tion est localisée au pied de la cordillère occi- dentale, entre Sierra et région côtière, elle est constituée par un sol vertique profond déve- loppé sur un cône de déjection. Sur chacune des stations, des expérimentations de simula- tion de pluies ont kté menées. Selon un proto- cole standard, quatre pluies successives d'une durée de 15 mn et d'intensité égale à GO mmh-1, ont été appliquées sur de petites parcelles expérimentales de 1 m* désherbées, labourées et émiettées. Le ruissellement maxi- mal et les charges solides en suspension ont été mesurés en contrôlant que l'humidité du sol était stable dès la 2 pluie. On a ainsi pu calculer le coefficient d'infiltration minimale, Fn qui traduit la capacité du sol à infiltrer soit par saturation du profil soit par fermeture du sol en surface. Les résultats montrent qu'on atteint un palier après la 3' pluie et que Fn est plus faible pour les stations situées sur sols volcaniques que pour les autres stations et qu'il existe une bonne relation entre Fn et les charges solides, ce qui indiquerait une plus forte sensibilité à la fermeture du sol en surface. Pour expliquer les valeurs fortes d'érosion sur les sols volca- niques, des régressions ont été réalisées : la meilleure corrélation a été établie avec l'argile qui explique 80 % des variations de l'9osion. Effectivement les sols volcaniques ,d&-Andes équatorienne sont pauvres en argile (moins de 15 %) alors que les sols vertiques sont beau- coup mieux pourvus (30 %). En outre, la des- sication à l'air des sols volcaniques lorsqu'ils sont cultivés, provoque des modifications de structure qui ont un impact important sur l'érosion des sols

Mots-clés : Qrosion, pédologie, sol volcanique, Andes

Abstract : In order to explain the erosive be- havior of some volcanic ash soils, six represen- tative places of caracteristic agricultural circumstances of the andean environment had been selected with 20 to 40 % slopes. Three places are in the north and central volcanic Sierra with andisoils, and vitric and mollic an- disoils; three others places are in areas wi- thout volcanic ash deposits : two places are in the south Sierra with thin soils (ranker and vertisoil) and the last one is located at the foot of west andean cordillera, between Coast and Sierra, on an alluvial fan with thick vertic soil. According to a standarized protocole, 4 suc- cessive simulated rain on each place with a 15 minute duration, GO mmh-1 -intensiv had been applied on a small 1 m' -plot, plowed and brocken up. The runoff maximum and the solid suspension load had been measured cheking the soil moisture stability after the se- cond rain. The minimum infiltration coeffi- cient (Fn) that represents the soil infiltration capacity either by deep waterlogged or by the soil surface closing up, had been deduced The results showed that a level after the third rain is reached, the Fn is weaker in the volca- nic ash soils than in the others places and it exists a good correlation between Fn and solid load that would indicated a stronger sensibi- lity of volcanic ash soil to the soil surface clo- sing up by crusting. To explain the high values of erosion observed on volcanic ash soils, caracteristic regression coefficient had been established : they pointed out the pree- minent paper of the clay content. In fact the - volcanic ash ecuatorian soils have a low clay content (less than 15 %) when the vertic soils are more clayed (30 %). Besides that, the des- sication process by air when volcanic ash soils are cultivated, induce modifications of strut- ture with important influence on soil erosion.

Keywords : erosion, volcanic ash soil, Andes

,

Édi torial

Prisen tation

Érosion des sols volcaniques de la cordillère des Andes, en Équateur Erosion of volcanic soils in the Andean cordillera of Ecuador 'G. De Noni, J. Asseline et M. Viennot

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REVUE DE GÉOGRAPHIE ALPINE 2000 NO2