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FACING SOCIETAL AND ENVIRONMENTAL CHANGES (SOC&ENV)
Edition 2012


CAVIARS


Climat, Agriculture et Végétation : Impacts sur l’érosion éolienne au Sahel

Climat, Agriculture et Végétation : Impacts sur l’érosion éolienne au Sahel
L'objectif de ce projet est de développer un outil de modélisation intégré visant à décrire l’évolution de l’érosion éolienne au Sahel en liaison avec les modifications climatiques et d’usage des sols, à valider cet outil sur la période actuelle en exploitant au mieux les nombreux jeux de données acquis ces dernières années sur l’Afrique de l’Ouest et à tester sa capacité à reproduire des événements marquants (période de sécheresse) d’un passé récent (~ 50 dernières années).

Quantification de la variabilité de l'érosion éolienne dans la zone sahélienne en lien avec les conditions climatiques et l'évolution de l'utilisation des sols au cours des 50 dernières années.
Ce projet vise à améliorer notre capacité à évaluer d'une part le rôle des évolutions climatiques récentes (c'est-à-dire les dernières décennies incluant la période de sécheresse au Sahel) sur l’érosion éolienne des sols et d'autre part l’influence des pratiques agricoles et pastorales sur leur susceptibilité à l’érosion éolienne et son impact sur la pérennité des ressources en sol.
Il aborde ces interactions climat-sols-végétation en zone sahélienne en combinant des outils de modélisation explicites au meilleur de l’état de l’art dans leur domaine respectif (érosion éolienne (DPM), dynamique de la végétation naturelle (STEP), croissance et rendement agricoles (SARRA-H)). Il se base sur les acquis antérieurs de chacune des équipes impliquées. Ce projet bénéficie également des acquisitions réalisées ces dernières années par les équipes proposantes en termes de données d’observation nouvelles permettant soit d’initialiser plus « proprement » les modèles, soit de les valider de façon plus fiable. En particulier, ce projet exploitera fortement les données acquises au cours du programme international AMMA (Analyses Multidisciplinaires de la Mousson Africaine), celles issues de services d’observations inscrits dans la durée comme par exemple AMMA/CATCH ou le Sahelian Dust Transect (SDT) et les données satellitaires récentes, notamment celles concernant la surface, la végétation ou les aérosols. Bien qu’abordant un problème différent et de façon plus intégrée, ce projet bénéficiera aussi d’avancées réalisées dans le cadre de projets ANR antérieurs (ANR Pedo-Cotesof, ANR VMCS Biocrust, ANR CEPS ESCAPE ANR ECLIS).

Modélisation de la végétation naturelle et cultivée et de ses impact sur les seuils et les flux d'érosion éolienne au Sahel
L’objectif du projet est d’élaborer un outil de modélisation intégrée visant à décrire l’évolution de l’érosion éolienne au Sahel en liaison avec les modifications climatiques et d’usage des sols, à valider cet outil sur la période actuelle en exploitant au mieux les nombreux jeux de données acquis ces dernières années sur l’Afrique de l’Ouest et à tester sa capacité à reproduire des événements marquants (comme la période de sécheresse au Sahel) d’un passé récent (environ les 50 dernières années). La priorité donnée dans ce projet à une approche « hindcasts » (par rapport à des études de scénarii futurs) est justifiée par la nécessité de s’assurer de la robustesse des simulations réalisées dans des conditions de forçages différentes du présent, et ce préalablement à toute simulation du futur.

La stratégie proposée vise (1) à développer/optimiser/coupler des outils de modélisation fiables permettant de quantifier les différents termes (usage des sols, évolution de l’aridité…) responsables des changements de l’intensité de l’érosion éolienne; (2) à disposer d’observations de qualité, inscrites dans la durée des principaux indicateurs directs ou indirects de l’érosion éolienne (suivi des précipitations, évolution de la couverture végétale, contenu de l’atmosphère en poussières…); (3) à mettre en œuvre une stratégie de validation basée sur la quantification de l’érosion éolienne à la fois mesurée localement sur des parcelles pâturées ou cultivées et à l’échelle régionale ou continentale (en utilisant des proxies comme le contenu en poussières de l’atmosphère).
Une des premières priorités de ce projet est d’apporter aux modèles existants les améliorations nécessaires en termes de paramétrisations ou de données d’entrée pour leur permettre de traiter correctement l’érosion éolienne des sols au Sahel et son impact à différents niveaux.

Résultats

Le projet se propose de délivrer : 1- un modèle couplé permettant de quantifier spatialement et temporellement, la dynamique de la végétation naturelle et anthropique, l’érosion éolienne et les émissions d’aérosols minéraux en Afrique de l’Ouest en identifiant les composantes naturelles et anthropiques; 2- une validation poussée de chacune de ces simulations et une évaluation de leur qualité pour la période récente (2000-2010); 3- une estimation des capacités du modèle élaboré à reproduire les conséquences (en termes de végétation, érosion éolienne et émission d’aérosols minéraux) des changements climatiques subis par le Sahel depuis 1960; 4- une analyse hiérarchisée des déterminants des évolutions observées au cours de cette période historique.
Cet outil, une fois testé dans des conditions climatiques et d'utilisation des sols contrastées, pourra être utilisé pour évaluer l'impact des changements climatiques à venir en intégrant des scénarii d'évolution de l'usage des sols, mais aussi pour certaines périodes clés du passé plus lointain.

Perspectives

Les résultats de ce projet et les outils de modélisation développés devraient intéresser les organismes et institutions en charge de l’environnement et de la sécurité alimentaire en Afrique de l’Ouest. Une réflexion sur les changements d'utilisation des sols à venir permettrait d'établir des scénarii d'évolution réalistes et pertinents en s'appuyant sur l''analyse de l'évolution passée des surfaces cultivées au Sahel (dynamique de passage de surfaces pâturées à des surfaces cultivées). Ce travail devrait être mené en relation avec des collègues des sciences sociales et des sciences économiques.
La mise au point de scénarii d'évolution future de l'usage des sols est une étape indispensable à l'étude de l'impact des changements globaux sur l'érosion éolienne des sols au Sahel. A terme, le modèle développé et validé a vocation à être utilisé, en conjonction avec des analyses socio-économiques, pour évaluer l’impact sur l’érosion éolienne de différents scénarii climatiques, d’usage des sols et de pratiques agricoles. Sous cet angle, ce travail devrait contribuer, pour l’aspect spécifique « érosion éolienne », à définir une stratégie ad-hoc de gestion de ces sols sensibles.

Productions scientifiques et brevets

- Modeling wind erosion flux and its seasonality from a cultivated sahelian surface: A case study in Niger, Pierre, C. , Bergametti G., Marticorena B., Abdourhamane Touré A., Rajot J.L., Kergoat L., Catena, 122 (2014) 61–71
- Wind erosion over a Sahelian rangeland in norther Mali : estimating the role of vegetation cover through a comparison of drag partition scheme, Pierre C., Bergametti, G. Marticorena B.; Kergoat L., Mougin, E. and P. Hiernaux, J. Geophys. Res, en révision
- On the importance of wind elds for dust emission over the Sahel Largeron, Y., Guichard F., Bouniol D., Couvreux F., Kergoat L. and B. Marticorena, Geophys. Res. Let, en révision.
- Monitoring dry vegetation masses in semi-arid areas with MODIS SWIR bands, Jacques D.C, Kergoat L., Hiernaux P., Mougin E., Defourny P., Remote Sensing of Environment, sous presse.

Partenaires

BIOEMCO Biogeochimie et Ecologie des Milieux Continentaux

CIRAD Centre de Cooperation Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement

GAME-CNRM Centre National de Recherche Météorologique

GET Geoscience Environnement Toulouse

JEAI ADE Université Abdou Moumouni (Niger)

LISA Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques

Aide de l'ANR 573 897 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2013 - 48 mois

Résumé de soumission

Les régions semi-arides de la planète sont des régions particulièrement sensibles à l’érosion éolienne des sols. En effet, la faible pluviosité, souvent associée à de longues périodes de sécheresse au cours de l’année, conduit à une végétation éparse, avec des herbacées le plus souvent annuelles en densité variable d’une année sur l’autre, et un peuplement de plantes ligneuses clairsemé dont la densité peut varier dans de larges proportions au cours des années. Une part croissante de ces surfaces généralement dédiées à l’élevage pastoral est utilisée à des fins agricoles. Cela induit la présence pendant une partie importante de l’année de sols nus ou peu densément végétalisés, donc peu protégés de l’action érosive du vent. L’érosion éolienne pose le problème de la préservation des capacités de production de sols très peu fertiles. Ceci est d’autant plus prégnant dans ces régions, que l’impact de l’érosion éolienne devrait évoluer significativement dans le futur en relation à la fois (1) avec les changements prévus du climat (à même de modifier notamment les champs de précipitation et de vent) et (2) en réponse à l’utilisation croissante des sols due à l’augmentation de population et donc à celle des besoins alimentaires dans les régions semi-arides. Le projet a pour objectif de développer un outil de modélisation intégré visant à décrire l’évolution de l’érosion éolienne au Sahel en liaison avec les modifications climatiques et d’usage des sols, à valider cet outil sur la période actuelle en exploitant au mieux les nombreux jeux de données acquis ces dernières années sur l’Afrique de l’Ouest et à tester sa capacité à reproduire des événements marquants (comme la période de sécheresse au Sahel) d’un passé récent (environ les 50 dernières années). La priorité donnée dans ce projet à une approche de simulation de ce passé récent (hindcasts) se justifie par la nécessité de s’assurer de la robustesse des simulations dans des conditions de forçages différentes du présent, préalablement à toute simulation de scénarii futurs.
La stratégie proposée vise (1) à développer/optimiser/coupler des outils de modélisation fiables permettant de quantifier les différents termes (usage des sols, évolution de l’aridité…) responsables des changements de l’intensité de l’érosion éolienne; (2) à disposer d’observations de qualité, inscrites dans la durée des principaux indicateurs directs ou indirects de l’érosion éolienne (suivi des précipitations, évolution de la couverture végétale, contenu de l’atmosphère en poussières…); (3) à mettre en œuvre une stratégie de validation basée sur la quantification de l’érosion éolienne à la fois mesurée localement sur des parcelles pâturées ou cultivées et à l’échelle régionale ou continentale (en utilisant des proxies comme le contenu en poussières de l’atmosphère).

 

Programme ANR : FACING SOCIETAL AND ENVIRONMENTAL CHANGES (SOC&ENV) 2012

Référence projet : ANR-12-SENV-0007

Coordinateur du projet :
Madame Béatrice MARTICORENA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques)
beatrice.marticorena@nulllisa.u-pec.fr

Site internet du projet : http://caviars.lisa.u-pec.fr/

 

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