WIND-O-V: Erosion éolienne en présence de végétation éparse

 

L’érosion éolienne des sols, incluant saltation et suspension, a de nombreuses implications environnementales et climatiques. A l’échelle globale, les poussières minérales représentent 32% des apports atmosphériques annuels en aérosols naturels, impactant le budget radiatif de la Terre et les cycles biogéochimiques. Localement, la saltation endommage les cultures par abrasion, ensevelissement/déracinement, et les pertes en poussières appauvrissent les sols en matières organiques et nutriments. En régions semi-arides, la perte de fertilité des sols liée à l'érosion éolienne devrait changer sous l'effet du changement climatique et de l’augmentation des activités humaines.

Les schémas d’émission de poussières présents dans les modèles climatiques pour prédire les cycles de poussières et leurs impacts locaux et globaux, donnent des prédictions différentes d’un modèle à l’autre à cause de la mauvaise résolution du vent de surface et de la végétation, et aucun d’entre eux ne considère le fractionnement chimique/minéralogique des flux d’érosion. Pour surmonter ces limitations, WIND-O-V  propose de développer une nouvelle génération de modèles d’érosion prédisant la quantité et la composition des poussières émises des surfaces nues et végétalisées éparses, typiques des régions semi-arides. Pour cela, WIND-O-V s’appuie sur une modélisation originale de l’érosion éolienne des surfaces végétalisées, du local à la région, en utilisant les modèles de vent les plus en pointe. Ceci permettra (1) de quantifier l'érosion et la perte en fertilité des sols en fonction de la végétation et du vent, (2) de déduire une organisation optimale des cultures pour une gestion durable des sols, et (3) d’améliorer les schémas d'émission des modèles régionaux de dispersion de poussières. WIND-O-V vise 4 objectifs.

Le 1er objectif est de développer le premier modèle d'érosion éolienne à l'échelle du paysage. Les processus de saltation-suspension seront simulés à fine résolution à partir d'une approche Lagrangienne-Eulerienne, considérant la présence de végétation naturelle ou cultivée, et couplés à un modèle d’écoulement LES (Large-Eddy Simulation), simulant les rafales de vent. Ce modèle sera testé par rapport à des expériences dédiées, réalisées en Tunisie, avec et sans végétation, où la dynamique du vent, les flux de saltation et de poussières et leurs compositions chimiques/minéralogiques, seront mesurés simultanément.

Le 2ème objectif est d'améliorer la modélisation de l'écoulement dans la couche de saltation sur sol nu en réalisant des DNS (Direct Numerical Simulation) et des mesures en soufflerie afin de caractériser l'interaction entre le vent et la saltation, et d'améliorer la résolution du modèle LES près de la surface.

Le 3ème objectif est de quantifier le fractionnement chimique des particules le long du continuum sol-saltation-suspension à partir de mesures in situ pour en déduire une paramétrisation simple. Cette connaissance de la composition des flux d'érosion est nécessaire à l’évaluation précise des pertes en nutriments des sols et de l'impact des poussières sur le bilan radiatif.
Le 4ème objectif est de développer un schéma d'émission de poussières pour les modèles régionaux, incluant la végétation, en utilisant le modèle d'érosion développé à l'échelle du paysage sur différents arrangements de végétation. Ce schéma sera mis en œuvre dans le modèle régional Chimere et validé sur le sud de la Tunisie.

 

Contacts LISA : G. Bergametti & J.L. Rajot
PI : S. Dupont (INRA)

 

Projet ANR-15-CE02-0013 10/2015-10/2019

Partenaires :
iEES Paris Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris, CNRS/ IRD
IRA Institut des Régions Arides de Médenine (Tunisie)
ISPA : Interactions Sol Plante Atmosphère, INRA
LISA Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques, CNRS/UPD/UPEC
LMFA Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, CNRS/Ecole Centrale de Lyon

 

Campagne de mesures en Tunisie au printemps 2018. La parcelle expérimentale est un sol sableux sur lequel des poquets d’orge d’environ 50 cm de diamètre et espacés les uns des autres de 5 mètres ont été semés.