Conséquences indirectes des activités humaines sur les crues et les inondations

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Conséquences indirectes des activités humaines sur les crues et les inondations

La façon dont les sociétés humaines gèrent leur milieu modifie parfois considérable¬ment les fonctionnements hydrologiques des bassins versants. A côté des actions volontaristes et planifiées, visant à contrôler les crues, d’autres activités humaines peu¬vent avoir comme conséquence non voulue et non maîtrisée l’aggravation des crues. Ce sujet est régulièrement objet de controverse, et il est souvent difficile de démêler le vrai du mythe dans beaucoup d’idées concernant les conséquences des activités humaines sur les crues. Par exemple, il est intéressant de noter qu’après chaque crue importante, la presse se préoccupe d’hydrologie, pour tenter d’expliquer des phéno¬mènes qui impressionnent fortement la population. Au-delà des facteurs météorolo¬giques, les journalistes – et l’opinion publique – cherchent d’autres raisons qui pourraient expliquer des crues qui paraissent toujours plus fréquentes. À côté d’études détaillées, réalisées par des spécialistes confirmés, sont régulièrement formulées des explications, qui sont loin d’être fondées :
– « Les engrais chimiques imperméabilisent les sols »
– « Les plantations de résineux aux racines superficielles en lieu et place des feuillus aux racines profondes aggravent les crues » (Le Point)
– «La recrudescence de ces dernières années est étonnante» (Libération)
– « Le remembrement constitue, aux yeux des scientifiques, la principale cause des crues actuelles »
– « On a trop urbanisé »
– « Il n’y a plus de haies »
– «Après les incendies, on a replanté sans sous-bois» (Sciences et Vie Junior)
L’idée selon laquelle l’Homme serait responsable des maux qu’il subit n’est pas nouvelle, et on trouverait bien des exemples de ce type dans les écrits anciens. Elle n’est pourtant pas complètement sans fondement, et il est sûr que la façon dont les hommes gèrent leur milieu modifie, parfois considérablement, les relations pluies- débits. C’est le cas notamment avec les opérations de coupe forestière ou de reboise¬ment, la modification des pratiques agricoles, le drainage agricole.

Forêt et crues

Il est fortement ancré dans la mentalité collective que la forêt protège contre les crues et les inondations. Pourtant, si cette affirmation est probablement vraie pour les crues petites ou moyennes (les pertes par interception réduisent la quantité d’eau disponible pour l’écoulement), la plupart des scientifiques pense que la forêt est le plus souvent sans effet sur les plus fortes crues.
Pour montrer la complexité du rôle de la forêt sur les crues, on peut citer les résul¬tats des recherches menées sur cette question en France méditerranéenne. Trois
ensemble de bassins versants expérimentaux (dont la surface est généralement de l’ordre du km2) permettent cette étude. Or, les résultats diffèrent considérablement d’un endroit à l’autre, même à l’intérieur d’une même région climatique (Midi de la France, cf. encadré). Pour essayer de lever ces apparentes contradictions, on peut rap¬peler rapidement différents processus de formation des écoulements de crue, en essayant de comprendre quel peut être le rôle de la végétation.

Le rôle de la forêt sur les crues. L’exemple du Midi de la France.

Dans les marnes noires de la région de Digne- les-Bains, les travaux de RTM (restauration des terrains de montagne) ont abouti au reboise¬ment de versants entiers. Le fonctionnement hydrologique d’un bassin ainsi «restauré» est comparé à celui d’un bassin non reboisé, dont au moins 68% des sols sont à nu. Pour les mêmes pluies, les pointes de crue du bassin boisé sont réduites dans un rapport de 1 à 5, et les volumes de crue de 1 à 2. Cette réduction paraît moindre pour de très fortes crues (Richard et Mathys, 1999).
La végétation d’un bassin boisé du massif des Maures a été détruite à plus des 3/4 par un incendie. L’année suivante, le comportement du cours d’eau est devenu fortement impulsionnel, avec des pointes de crue d’un autre ordre que ce qui avait été observé jusque-là pour des pluies identiques. Mais ce comportement n’a pas perduré au-delà de 3 ans, alors que la végé¬tation avait re-colonisé à peine la moitié de la surface incendiée, et qu’il ne s’agissait encore que de broussailles (Lavabre et a/., 1999). Sur le Mont Lozère, la coupe à blanc de 80 % de la surface d’un bassin en épicéas n’a pas augmenté sensiblement les fortes crues, tou¬jours proches de celles d’un bassin en pelouse contigu. Il faut noter que les laisses de coupe sont restées en place et que la reprise de la végétation a été rapide.

Considérations théoriques

D’un point de vue théorique, les conséquences d’une végétation forestière sur les crues peuvent être les suivantes :
Pour ce qui concerne le volume de crue. La forêt augmente la perméabilité des sols forestiers en agissant à la fois sur leur structure et sur leur stabilité. En pénétrant dans le sol, les racines forment des macropores qui favorisent la circulation de l’eau. Ces racines créent aussi des zones de fentes, qui contribuent à fragmenter le sol et à former des agrégats. Enfin, en tant que source de carbone, les résidus végétaux fournissent une alimentation aux micro-flores et faunes du sol, qui contribuent à leur tour à la fragmentation et à la stabilisation des sols.
Lorsque le ruissellement se forme selon un processus «hortonien», la forêt diminue ce ruissellement par le biais d’une interception plus importante. Mais l’interception est proportionnellement plus faible lors de fortes pluies, qui sont justement celles qui pro-voquent les crues : l’effet de la forêt est limité. Par contre, il est probable que l’hétérogé-néité de surface, plus grande que dans un champ cultivé dont la surface est régulièrement homogénéisée par les labours, favorise l’infiltration en des points privilégiés. Mais cela peut se produire également dans d’autres milieux « naturels », comme des prairies ou des landes. Ce qui importe, c’est plus l’état de dégradation des sols et de la végétation (tas-sement, dénudation) que le type de couvert en lui-même. Enfin, on vient de le voir, la porosité de surface est favorisée par la végétation forestière ; pourtant une meilleure cir-culation de l’eau dans les sols, si elle ne concerne que la circulation verticale, a peu de conséquences au niveau des transferts latéraux qui jouent souvent le rôle essentiel dans la formation des écoulements des bassins forestiers.
Lorsqu’il s’agit de ruissellement généré par des modifications des états de surface , la litière forestière ne protège pas mieux qu’un autre type de végétation couvrant bien le sol. Certains travaux ont même montré, dans le cas de forêts de haute futaie, ou même d’arbres isolés, que la concentration des gouttes le long des branches pouvait en augmenter la taille, et donc l’impact des gouttes de pluie. Mais ces impacts ont tendance, davantage que sous pluies naturelles, à se produire au même endroit et, si l’état de la litière n’est pas suffisant pour en réduire l’impact, le tassement qui en résulte est localisé et l’infiltration peut se produire ailleurs : la plus grande hétérogénéité des surfaces des sols forestiers est probablement un facteur favo¬rable à l’infiltration, même si, localement, le sol est battu. Mais, a contrario, certains arbres, et particulièrement les eucalyptus, stérilisent le sous-bois : aucune végétation secondaire ne s’y installe et la maigre litière de feuilles protège mal de l’impact des gouttes de pluie, créant des conditions favorables pour le ruissellement et l’érosion.
Lorsqu’il s’agit de ruissellement par saturation à partir d’une remontée de nappe, le type de couvert n’intervient pas directement sur la progression des surfaces satu¬rées pendant la durée des pluies — donc sur le coefficient de ruissellement. Mais il peut modifier l’état des réserves hydrologiques par l’intermédiaire de l’interception, susceptible de réduire la quantité d’eau qui s’infiltre jusqu’à la nappe. Par ailleurs, il a été noté que l’installation d’une forêt s’accompagne souvent d’une reprise d’éro¬sion des cours d’eau, dont le lit peut s’enfoncer si les conditions géomorphologiques sont favorables. Or, un enfoncement du lit contribue au rabattement de nappe et peut limiter l’extension des surfaces saturées, donc l’importance des crues qui y sont générées.
Pour ce qui concerne la vitesse de transfert. On considère souvent que la végétation forestière freine la circulation du ruissellement et, donc, ralentit les temps de concen-tration. Ce ralentissement n’est pourtant pas plus efficace, sinon moins, que celui exercé par d’autres types de végétations, la prairie notamment. Par ailleurs, lorsque les transferts d’eau résultent essentiellement de processus de subsurface, on peut pen¬ser que la plus grande hétérogénéité des sols forestiers peut avoir tendance à favoriser les transmissions de pression et/ou les vitesses de circulation de l’eau, bien que tous les auteurs ne soient pas d’accord sur ce point.
Enfin, on a vu que la mise en place de la forêt tend à concentrer les écoulements et à favoriser les reprises d’incisions linéaires dans les talwegs, du fait de la réduction des apports solides des versants. Cette chenalisation permet une évacuation plus rapide des crues qui peut jouer un rôle important dans les vitesses de concentration en aval, ce qui augmente les pointes de crue.
Par ailleurs, il ne faut pas perdre de vue le fait que le sol forestier est une compo-sante essentielle du comportement hydrologique de la forêt lors des crues. Comme il peut mettre très longtemps à se constituer, les effets d’un boisement ou d’un déboi-sement peuvent être limités par le fait que la nature du sol n’a pas changé. Une coupe, si elle ne s’accompagne pas de mise en culture ou d’érosion et de décapage des sols, ne provoque pas forcément une aggravation significative des crues, surtout lorsque la végétation de remplacement s’installe rapidement et densément.
Il semble donc que, si dans certaines conditions, la forêt semble devoir diminuer les pointes de crues, dans d’autres conditions, elle est sans effet. Cette diversité des conséquences de la forêt sur les crues se retrouve au niveau des observations de terrain.

Observations de terrain

La quasi-totalité des études montre que la disparition brutale de la forêt augmente les crues. Mais il est également souvent observé que cette augmentation dure peu, en tout cas pas aussi longtemps que la disparition de la forêt:
– La coupe de plantations d’eucalyptus, cultivés pour la pâte à papier au Portugal, provoque une augmentation sensible des écoulements et des pointes de crues. Mais, au bout d’un ou deux ans, la situation revient à l’équilibre antérieur. Cette augmen¬tation du ruissellement résulte de la diminution des pertes par interception, mais aussi du compactage des sols.
– Lors d’un incendie de forêt, si le feu ne passe pas très vite, les températures peu-vent monter très haut, induisant des changements importants dans les possibilités d’infiltration. Par ailleurs, le sol demeure généralement à nu pendant au moins l’année qui suit l’incendie, ce qui a également des conséquences au niveau du ruissellement et de l’érosion : de telles modifications des états de surface provoquent un ruissellement qui accentue les crues et l’érosion. C’est ce qui a été observé dans le massif des Maures ; mais la situation s’est stabilisée à un rythme proche de celui précédant l’incendie au bout de 2 à 3 ans, bien avant que la forêt ait repoussé. Enfin, parfois, les ruissellements diffus et concentrés sont exacerbés par les travaux forestiers qui interviennent après l’incendie et remuent une grande quantité de matériaux meubles.
– D’autres travaux, enfin, ne trouvent pas de différence entre les pointes de crue d’un bassin boisé et d’un bassin non boisé. C’est le cas, par exemple, pour des bassins sur sol peu épais de flysch dans les Préalpes suisses.
En contrepartie, certains travaux mettent en évidence la diminution définitive des pointes de crue, particulièrement remarquable dans le cas déjà évoqué des bassins sur marnes noires de Draix, dans les Alpes de Haute-Provence. Il est vrai que, dans ce cas, l’opposition est grande entre les deux bassins expérimentaux : dans le bassin du Laval, dénudé, le sol est quasi inexistant et soumis à l’érosion par chaque épisode pluvieux. Le bassin du Bousquet a été reboisé à la fin du siècle dernier ; il n’est pas sûr
qu’il ne présentait pas à l’origine de meilleures conditions pédologiques. Mais il est aussi évident que la végétation, qui recouvre les sols, joue un rôle très positif sur la profondeur des sols, d’abord en les fixant, mais aussi par le fait que la profondeur d’altération est augmentée
par la présence de végétaux ; de même, la végétation permet à la pluie de s’infiltrer, ce qui contribue à l’altération. Les différences de fonctionnement paraissent surtout résulter des différences de capacité de rétention des sols, quasiment nulle dans le cas du bassin non boisé.
Il faut noter que beaucoup d’auteurs font état d’écarts importants pour ce qui concerne les petites crues, les différences s’amenuisant pour les crues plus impor¬tantes: l’influence de la forêt diminue avec la hauteur de précipitation. Un bon exemple est fourni au Royaume-Uni par la comparaison des valeurs des pointes de crue dans le bassin de la Severn, essentiellement forestier, et dans celui de la Wye, essentiellement enherbé .

Importance des travaux annexes à la coupe forestière

Les études de terrain montrent que ce sont souvent les aménagements associés à la défo-restation (mise en culture, drainage des sols, construction de routes, compaction des sols pendant les travaux forestiers) qui sont responsables de l’augmentation des pointes de crue. Lors d’opérations de déboisement, les travaux forestiers peuvent modifier l’état de surface en créant de larges plages de sol à nu sur lesquelles un ruis¬sellement peut prendre naissance ; les pistes forestières construites pour les besoins de l’exploitation sont autant de surfaces susceptibles de générer un ruissellement, de le conduire ou l’accélérer. Un exemple est fourni par Fritsch (1986) qui, étudiant les conséquences de la disparition de la forêt primaire en Amazonie, conclut que le seul fait d’utiliser des engins lourds est responsable de 65 % du ruissellement résultant de la coupe. Dans une autre forêt primaire, en Australie, Croke et al. considèrent que les perturbations de surface continuent pendant 5 ans après l’achèvement des travaux de coupe. Bruijnszeel insiste également sur l’importance du compactage des sols et la modification des états de surface résultant des passages d’engins, lors de défrichements de la forêt tropicale humide.
D’autres perturbations peuvent également se produire .