Comprendre l'érosion et l'altération induites par l'homme

L'érosion et l'altération sont des processus géologiques naturels qui façonnent la surface de la Terre au fil du temps. L'altération désigne la dégradation des roches et des minéraux par des moyens physiques, chimiques ou biologiques, tandis que l'érosion implique le transport de ces matériaux brisés par l'eau, le vent, la glace ou la gravité. Dans les systèmes naturels, ces processus se produisent à des taux qui permettent aux écosystèmes de s'adapter et de maintenir l'équilibre.

Cet article examine les principales façons dont les actions humaines accélèrent l'érosion et l'altération, explore les conséquences de ces processus accélérés et fournit un ensemble complet de stratégies d'atténuation, qui visent à doter les gestionnaires fonciers, les décideurs, les professionnels de la construction, les agriculteurs et les citoyens concernés de connaissances pratiques pouvant être appliquées dans différents contextes et échelles.

La distinction entre l'érosion et l'altération

Avant d'explorer les influences humaines, il est important de distinguer entre l'érosion et l'altération, car les deux termes sont souvent utilisés de façon interchangeable mais font référence à différents processus. L'altération est la dégradation en place des roches et des matériaux minéraux. L'altération peut être physique (p. ex. cycles de gel-dégel, expansion thermique), chimique (p. ex. oxydation, hydrolyse, dissolution) ou biologique (p. ex. croissance des racines, activité microbienne). L'altération produit du régolith et du sol mais n'implique pas le transport.

Par exemple, le déboisement accélère l'érosion en éliminant la végétation qui ancre le sol, tandis que la pollution industrielle accélère l'altération chimique en introduisant des acides qui attaquent les surfaces rocheuses. Une prévention efficace nécessite de s'attaquer spécifiquement à chaque mécanisme.

Causes principales de l'érosion induite par l'homme

Déboisement et défrichement des terres

L'élimination des forêts et de la végétation indigène est l'un des principaux facteurs de l'érosion accélérée dans le monde. Les arbres et les plantes protègent le sol de plusieurs façons. Leurs systèmes racinaires relient les particules du sol, créant une matrice stable qui résiste au détachement par l'eau et le vent. La canopée intercepte les précipitations, réduisant l'énergie cinétique des gouttes de pluie qui délogeraient autrement les particules du sol. La litière de feuilles et la matière organique sur le plancher forestier absorbent l'eau et favorisent l'infiltration, réduisant le ruissellement de surface.

L'agriculture à sec et à feu, pratiquée dans de nombreuses régions tropicales, est particulièrement dommageable. L'incendie détruit la matière organique et la structure du sol, laissant la surface exposée et vulnérable. Après quelques saisons de croissance, le sol peut devenir trop dégradé pour soutenir les cultures, forçant les agriculteurs à nettoyer des forêts supplémentaires et perpétuant un cycle d'érosion et de déforestation.

Pratiques agricoles

L'agriculture conventionnelle, bien qu'essentielle pour la production alimentaire, contribue de façon importante à l'érosion des sols lorsqu'elle n'est pas gérée de façon durable. Plusieurs pratiques spécifiques sont impliquées. Le surpâturage par le bétail élimine le couvert d'herbe et compacte le sol avec des sabots d'animaux, réduisant l'infiltration et augmentant le ruissellement. Dans les régions arides et semi-arides, le surpâturage peut entraîner la désertification, une forme grave de dégradation des terres caractérisée par la perte de végétation, l'érosion des sols et la réduction de la productivité biologique.

L'utilisation de machines lourdes compacte encore le sol, réduisant l'espace interstitielle et diminuant la capacité du sol à absorber l'eau. Le sol compacté génère plus de ruissellement même lors de précipitations modérées, transportant des sédiments et des produits chimiques agricoles dans les voies navigables avoisinantes.

Développement urbain et construction

L'urbanisation transforme les paysages de façon à modifier profondément la dynamique de l'érosion. Les sites de construction sont parmi les plus exposés à l'érosion et aux terres, avec des taux de perte de sol 10 à 100 fois plus élevés que ceux des terres agricoles. Pendant la construction, la végétation est dépouillée, le sol est enlevé ou stocké, et de vastes zones de sol nu sont exposées aux précipitations et au vent.

Même après la construction, les zones urbaines continuent de générer des problèmes liés à l'érosion. Des surfaces imperfections telles que les routes, les parcs de stationnement et les toits empêchent l'infiltration d'eau dans le sol. Au lieu de cela, les précipitations sont rapidement canalisées dans les drains et les cours d'eau, augmentant le volume et la vitesse des ruissellements.

Exploitation minière et carrières

Les mines à ciel ouvert et les mines à ciel ouvert éliminent la végétation, le sol et les surfeurs, créant de vastes zones de roches et de sols exposés qui sont très sensibles à l'érosion. Les stériles et les résidus de stériles sont souvent laissés sans couverture végétale et leurs matériaux à grains fins peuvent être facilement transportés par le vent et l'eau. Le drainage des mines acides, problème lié aux conditions climatiques, est discuté plus tard, complique encore le contrôle de l'érosion dans les sites miniers.

Loisirs et tourisme

Les sentiers de randonnée, les routes de véhicules tout-terrain et les campings concentrent la circulation des pieds et des véhicules, compactent le sol et détruisent la végétation. Sur les pentes, l'érosion des sentiers peut créer des ravins profonds qui persistent pendant des décennies. Dans les zones côtières, le développement touristique consiste souvent à nettoyer la végétation des dunes, à construire des murs de mer et à modifier les modes de transport des sédiments naturels, ce qui accélère l'érosion des plages.

Activités humaines qui accélèrent l'altération

Émissions industrielles et pluies acides

Les combustibles fossiles qui brûlent libèrent du dioxyde de soufre et des oxydes d'azote dans l'atmosphère, où ils réagissent avec la vapeur d'eau et l'oxygène pour former des acides sulfuriques et nitriques. Ces acides tombent sur la Terre sous forme de pluies acides, de neige ou de dépôts secs, accélérant l'altération chimique des roches et des minéraux. Les roches carbonées telles que le calcaire, le marbre et la dolomite sont particulièrement vulnérables parce qu'elles se dissolvent facilement dans des solutions acides.

Pollution chimique

Les engrais, en particulier les produits à base d'ammonium, produisent de l'acidité dans le sol à mesure qu'ils subissent la nitrification, favorisant la dissolution des minéraux du sol. Les pesticides, les herbicides et les solvants industriels peuvent aussi réagir avec les surfaces minérales, modifiant leur stabilité. En milieu urbain, les sels de dégivrage (chlore de sodium, chlorure de calcium et chlorure de magnésium) appliqués sur les routes en hiver accélèrent l'altération physique et chimique du béton, de l'asphalte et de la pierre naturelle.

Changements thermiques de l'urbanisation

Les températures plus élevées augmentent le taux de réactions chimiques, y compris celles qui sont impliquées dans la dissolution et l'oxydation des minéraux. Les bâtiments et les surfaces pavées absorbent le rayonnement solaire et re-rayent la chaleur, créant une contrainte thermique localisée sur la pierre et l'infrastructure du bâtiment. Les cycles de chauffage et de refroidissement répétés peuvent entraîner une expansion différentielle et une contraction de la roche et du béton, ce qui entraîne une micro-craquage qui facilite l'altération des conditions climatiques.

Conséquences environnementales et infrastructurelles

Dégradation des sols et perte agricole

La conséquence la plus immédiate de l'érosion accélérée est la perte de terre végétale fertile. Le sol est la couche la plus productive du profil du sol, riche en matières organiques, en nutriments et en microorganismes bénéfiques. Sa formation est extrêmement lente, souvent de plusieurs siècles à des millénaires, mais l'érosion peut l'éliminer en des années ou des décennies. L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture estime que l'érosion du sol réduit la productivité agricole de 0,3 % par an dans le monde, ce qui aggrave les défis de sécurité alimentaire dans un monde où la population augmente.

Sédimentation des voies navigables

Les sédiments remplissent des réservoirs, réduisant la capacité de stockage de l'eau et réduisant la durée de vie des barrages et des installations hydroélectriques. Dans les rivières, les dépôts de sédiments modifient la morphologie des canaux, augmentent le risque d'inondation et dégradent les habitats aquatiques en étouffant les lits de gravier utilisés par les poissons pour la fraye. Les charges élevées de sédiments réduisent également la clarté de l'eau, nuisent aux plantes aquatiques et aux organismes d'alimentation par filtration.

Dommages causés aux infrastructures

Les érosions et les intempéries menacent directement les infrastructures. Les berges de routes et de chemins de fer peuvent s'effondrer lorsque l'érosion des pentes sape leurs fondations. Les bâtiments situés sur les côtes ou les rives des rivières érodent sont endommagés ou endommagés par des dommages structurels. Les pipelines souterrains et les lignes de services publics peuvent être exposés et endommagés par l'érosion des ravins. L'érosion du béton et de la pierre dans les ponts, les bâtiments et les monuments réduit la durée de vie et nécessite des réparations ou des remplacements coûteux.

Perte de biodiversité

L'érosion du sol élimine le substrat qui soutient les communautés végétales, modifie la composition des espèces et réduit la couverture végétale. La sédimentation dans les habitats aquatiques dégrade les frayères, réduit la pénétration de la lumière et étouffe les organismes benthiques. L'altération chimique modifie le pH du sol et la disponibilité des nutriments, favorisant certaines espèces par rapport à d'autres et potentiellement à l'origine d'extinctions locales. Sur les falaises côtières et les affleurements rocheux intérieurs, l'altération accélérée peut détruire des habitats spécialisés pour des espèces rares et endémiques adaptées à des surfaces rocheuses stables.

Stratégies préventives de lutte contre l'érosion

Mesures végétatives

Les plantes protègent le sol par plusieurs mécanismes et les différents types de plantes offrent des avantages spécifiques. Les arbres et les arbustes, avec leurs vastes systèmes racinaires, sont particulièrement efficaces sur les pentes et le long des cours d'eau. Les herbes et les plantes herbacées s'établissent rapidement et fournissent une couverture dense qui intercepte les précipitations et ralentit le ruissellement de surface. Les cultures de couverture, comme le seigle, le trèfle ou le vessard, sont plantées entre les cultures de rente ou pendant les périodes de jachère pour protéger le sol qui autrement resterait nu. Elles ajoutent des matières organiques au sol, améliorent la structure du sol et réduisent l'érosion.

Mesures structurelles

Les murs de retenue sont conçus de façon appropriée pour empêcher l'accumulation de pression d'eau derrière le mur, ce qui peut causer une défaillance. Le riparap, composé de grosses pierres ou de débris de béton placés sur les pentes ou les rives du cours d'eau, dissipe l'énergie hydrique et prévient l'érosion. Les Gabions, les paniers en fil de fer remplis de pierres, sont des structures flexibles et perméables utilisées pour la stabilisation des pentes et la doublure des canaux. Ils permettent à l'eau de s'écouler tout en conservant le sol et sont souvent utilisés en combinaison avec des plantations végétatives. Les clôtures en silt et les bassins sédimentaires capturent les sédiments des chantiers avant qu'ils ne quittent le site, empêchant ainsi la pollution en aval.

Pratiques de gestion agricole

La culture sans labour peut réduire l'érosion du sol de 90 % ou plus par rapport aux labours conventionnels. Labourage par coupe, où le labour et la plantation suivent les contours naturels du sol, crée des crêtes qui capturent l'eau et réduisent la vitesse de ruissellement. Sur des pentes plus raides, le terraçage convertit une pente unique en une série d'étapes de niveau, chacune d'entre elles conservant l'eau et le sol. Labourage en bandes, alternance de bandes de cultures en rangs avec des cultures de couverture ou des cultures à croissance étroite, interrompt le débit d'eau et piège les sédiments. Le pâturage en rotation empêche le surpâturage en déplaçant le bétail entre les paddocks, permettant à la végétation de récupérer et de maintenir le couvert du sol.

Contrôle de l'érosion des sites urbains et de construction

Les plans de lutte contre l'érosion et les sédiments devraient être élaborés avant le début de la construction, en identifiant les zones vulnérables et en précisant les mesures de lutte. La construction progressive, où les terres sont nettoyées par étapes plutôt qu'en même temps, réduit la superficie du sol exposé à tout moment. L'ensemencement temporaire et le broyage stabilisent les zones perturbées qui ne seront pas construites immédiatement. Les dispositifs de protection des entrées empêchent les sédiments d'entrer dans les drains pluviaux. Les bassins et les pièges de sédiments recueillent les eaux de ruissellement et permettent aux sédiments de s'installer avant que l'eau ne soit rejetée. Les entrées de construction stabilisées empêchent les véhicules de suivre la boue sur les routes.

Stratégies visant à atténuer les effets des intempéries induites par l'homme

Lutte contre la pollution

La réduction des émissions de dioxyde de soufre, d'oxydes d'azote et d'autres polluants est la façon la plus directe de ralentir les phénomènes météorologiques dus aux pluies acides. La législation, comme la Clean Air Act des États-Unis et les politiques similaires d'autres pays ont permis de réduire les dépôts acides dans de nombreuses régions.

Sélection et protection des matériaux

Dans les zones où les pluies acides sont élevées ou où l'environnement est agressif, l'utilisation de pierres résistantes à l'acide comme le granit, le quartzite ou certains grès peut prolonger la durée de vie des bâtiments et des monuments. Les revêtements et les scellants de protection peuvent être appliqués sur des surfaces vulnérables pour réduire le contact avec l'humidité, les acides et les sels. Le nettoyage régulier pour éliminer les dépôts de polluants et les croissances biologiques empêche l'accumulation de matériaux corrosifs.

Gestion thermique dans les zones urbaines

L'atténuation de l'effet de l'île de chaleur urbaine réduit non seulement la consommation d'énergie et améliore le confort, mais ralentit également l'altération thermique des matériaux de construction.Les stratégies comprennent l'augmentation de la couverture végétative par la foresterie urbaine et les toits verts, l'utilisation de toitures réfléchissantes ou « froides » et de matériaux de pavage qui absorbent moins de rayonnement solaire, et la préservation d'espaces ouverts qui favorisent la circulation de l'air.

Approches intégrées et communautaires

La planification de l'utilisation des terres aux niveaux régional et local peut orienter le développement des zones sujettes à l'érosion, préserver la couverture végétale critique et veiller à ce que le contrôle de l'érosion soit intégré dès le départ à la conception du projet. Les programmes d'incitation, comme le partage des coûts pour les pratiques de conservation, les crédits d'impôt pour le reboisement et les paiements pour les services écosystémiques, encouragent les propriétaires fonciers et les promoteurs à adopter des mesures de lutte contre l'érosion.

Les agriculteurs, les entrepreneurs, les promoteurs et les propriétaires ont besoin d'une formation, d'informations et d'un soutien technique pour mettre en œuvre des pratiques efficaces de lutte contre l'érosion et l'altération des conditions météorologiques.Les projets de démonstration, les ateliers et les services de vulgarisation peuvent combler l'écart entre la recherche et la pratique.Les campagnes de sensibilisation du public aident à renforcer les politiques de conservation et encouragent l'action individuelle, comme la plantation de végétation indigène, le maintien des systèmes septiques et la réduction de l'utilisation des engrais.

Surveillance et gestion adaptative

Les programmes de surveillance permettent de suivre les taux de perte de sol, les charges de sédiments dans les cours d'eau, les dommages causés par les intempéries aux infrastructures et l'efficacité des mesures de contrôle. Les progrès réalisés dans la télédétection, les systèmes d'information géographique et les instruments de terrain ont considérablement élargi la capacité de détecter les changements et d'évaluer les risques aux échelles locale, régionale et nationale. La gestion adaptative utilise les données de surveillance pour ajuster les stratégies au fil du temps, améliorer l'efficacité et l'efficience. Par exemple, si la surveillance montre que les charges de sédiments provenant d'un chantier de construction demeurent élevées malgré les contrôles installés, les gestionnaires peuvent modifier les contrôles ou ajouter des mesures supplémentaires.

Conclusion

Les activités humaines ont profondément modifié les taux et les modes d'érosion et d'altération des sols, la qualité de l'eau, les infrastructures et les écosystèmes.Déboisement, agriculture, développement urbain, mines, pollution et autres actions accélèrent les processus qui sont autrement lents et gérables.Les coûts de l'inaction sont élevés, y compris la perte de productivité agricole, les infrastructures endommagées, les ressources en eau dégradées et la diminution de la biodiversité.Toutefois, les outils permettant de relever ces défis sont bien établis et continuent de s'améliorer.Les mesures végétatives, les contrôles structurels, les pratiques de gestion durable des terres, la réduction de la pollution et la sélection réfléchie des matériaux peuvent tous contribuer à ralentir l'érosion et l'altération des sols induites par l'homme.