rNCO-DC: International Cooperation with Developing Countries (1994-1998)

\ Contrat n~mber : ERBIe 18 CT 960091

FINAL REPORT

Start date: November 1996 Duration: 5'" months

Titre: Les lacs collinaires dans les zones semi-aridesdu pourtour méditerranéen.

Mots clés: Méditerranée, eau, petits barrages, lacs collinaires,arnê agements hydro-agricoles.

lAV HASSAN Il

......CSAD

Tunis, novembre 2001

Shared-Cost Rtd Contract number : ERBIC 18 CT 960091

.. Titre: Les lacs collinaires dans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen•

Coordinateur

IRD (Institut de Recherche pour le Développement)Mission IRD TunisB.P.4341004 El Menzah, TunisTUNISIE

Contractants

INRGREF (Institut National de Recherche en GénieRural, Eaux et Forêts)Conservation des Eaux et du SolB.P. 10, Ariana, Tunis2080 TUNISIE

NERC (Natural Environment Research Council)Institute ofHydro10gy (IH)MacLean BuildingWa11ingford,OxfordshireGB-OX108BB

ACSAD (Arab Center for the Studies ofArid zonesand Dry lands)Water Resources DivisionP.O. BOX 2440DAMASCUSSYRIA

DR. Jean ALBERGELalbergel@ensam.inra.frTEL: 33 049961 2764FAX: 216 1 750254

MR. Slah NASRINasri.S1ah@iresa.agrinet.tnTEL: 216 71 719630FAX:21671717951

DR. Ragab RAGABrag@unixa.nerc-wallingford.ac.ukTEL: 44 1491 692303FAX: 44 1491 692424

DR. Jean KHOURIruacsad@rusys.EG.netTEL: 963 Il 532 3087FAX: 963 Il 532 3063

CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Cientfficas) DR. Felix MORENI-LUCASIRNASE (Instituto de Recursos Naturales y Agrobiolgia de Sevilla)Av. rein Mercedes sin finoreno@irnase.csic.esP. O. Box 1052 TEL: 34954624711SEVILLA E-41080 FAX: 34 95 462 4002SPAIN

ULUND (Lunds Universitet)Department ofWater Resources EngineeringP. O. Box 118Lund S-221 00SWEDEN

lAV (Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II)Département des Sciences du SolLaboratoire de Physique et ConservationB. P. 6202 - Instituts - RabatMAROC

DR. Ronny BERNDTSSONronny.berndtsson@tvrl.lth.seTEL: 46 46 222 8986FAX: 46462224435

DR. Abdelaziz MERZOUKmerzouk@mtds.comTEL: 2127770436FAX: 212 7 771 285

3

..

Avant propos

Ce huitième rapport est le rapport final du contrat INCa DC ERBIC 18 CT 960091 « Projetde recherche sur les lacs collinaires dans la zone semi-aride du pourtour méditerranéen ». Ilfait suite à sept rapports contractuels déjà publiés et largement diffusés. Il présente lesdifférentes opérations réalisées dans la durée du contrat qui a débuté en novembre 1996.

Prévu pour une durée de quatre années, il a été prolongé de six mois et s'est achevé le 30 avril2001. Cette prolongation a permis de poursuivre les observations sur trois cycleshydrologiques et agronomiques complets et de les exploiter. Elle a aussi permis de préparer etd'organiser un séminaire international sur «Les petits barrages dans le mondeméditerranéen» à Tunis du 28 au 31 mai 2001. Les actes de ce séminaire vont être publiés en2002 et les meilleures communications feront l'objet d'un numéro spécial de la «Revue dessciences de l'eau ».

Ce rapport de synthèse du programme a été rédigé à partir des sept rapports d'avancement,d'une contribution de chaque équipe au rapport final et de l'ensemble de la production duprogramme. Les contnoutions au rapport final des équipes partenaires sont annexées aurapport général. Lorsque le rédacteur a repris un paragraphe rédigé par un partenaire, les nomsdes auteurs sont signalés entre parenthèses dans le titre du paragraphe. Les références citéessont signalées en note de bas de page lorsqu'il s'agit de références extérieures au programme.Les références produites par le programme se retrouvent dans la bibliographie auchapitre: « Production du programme à l'heure actuelle ».

Le rapport final scientifique a été organisé en suivant le plan de la proposition à l'appeld'offre lancé par la Commission Européenne DG XII. Après un rappel du contexte, desjustificatifs et des objectifs du projet, les quatre opérations scientifiques sont présentées dansl'ordre suivant:

• Synthèse préliminaire et choix des sites pilotes,• Eau - Sol et Environnement,• Agronomie - Gestion sociale de l'eau et de l'érosion,• Pérennité et intégration du lac collinaire dans un développement durable.

Le rapport final scientifique se termine par la production du projet et par une conclusion quirésume ses points forts et fait l'ébauche des prospectives envisagées.

L'opération de coordination et celle de formation sont décrites dans le rapport de gestion duprojet, qui suit le rapport scientifique.

Les rapports individuels des partenaires et la feuille récapitulative du projet terminent cerapport final.

Photo de couverture: Troupeau et cultures autour du lac collinaire de Zanfour,région du Kef(l'unisie). Photo Jean Albergel, nov. 1999.

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Remerciements

Le coordinateur saisit l'opportunité de ce rapport pour adresser ses remerciements et ceux detous les chercheurs du projet HYDROMED aux différentes personnalités de la Commissionqui ont géré ce programme: Mme Kayamanidou, Mme Palmerini, M. Brown, M. Araus, MmeNorton, Mme Vandaele.

Nous remercions très vivement toutes les personnalités des pays méditerranéens qui ontfavorablement aidé à l'émergence de ce projet et qui l'ont soutenu durant ces quatre années etdemi. Nos remerciements vont en particulier à M. Le Secrétaire d'Etat chargé del'hydraulique et de l'aménagement rural auprès du Ministre de l'Agriculture de Tunisie, SiArnor Horchani. Durant toute la période du projet, il a suivi son avancement, il a assisté à saréunion de lancement en février 1997, il est venu ouvrir le Séminaire final en mai 2001.

Les Présidents, Directeurs Généraux et Directeurs des institutions partenaires ont été trèsfavorables à ce projet et l'ont soutenu. Ils ont reçu la coordination, à chaque fois que cela étaitnécessaire et ont assisté ou se sont fait représenter aux différentes réunions, ateliers etséminaires du projet. Nous remercions le Dr Séoud, Directeur Général de l'ACSAD, qui amobilisé tous les moyens de son institution pour que notre travail puisse s'accomplir dans debonnes conditions au Moyen Orient et dans les pays de la ligue Arabe. M. Fahrat, DirecteurGénéral de l'ACTA au Ministère de l'Agriculture en Tunisie, a suivi avec intérêt nos travaux.Ses services nous ont apporté une aide précieuse. Nous lui en sommes très reconnaissants. LeProfesseur Guessous, Directeur Général de l'IAV, a été très favorable au projet dès sonorigine. L'ensemble des chercheurs lui savent gré de l'excellente réunion de coordinationorganisée au Maroc par l'IAV. Le Dr. Rejeb, Directeur Général de l'INRGREF, s'est investiscientifiquement et personnellement dans ce projet malgré ses importantes tâchesadministratives et a été coauteur, avec le coordinateur, d'une note à l'Académie françaised'agriculture sur les petits barrages. Tous les chercheurs le remercient. Le Président de l'IRDa visité les sites pilotes tunisiens du projet. Il a été très attentif à notre travail et nous l'enremercions.

Avant de remercier l'ensemble de mes collègues, chercheurs, ingénieurs, techniciens,étudiants et observateurs qui ont partagé cette grande aventure scientifique qu'a été le projetHYDROMED, je tiens à exprimer toute ma reconnaissance et mon amitié à Jacques Claude,Directeur de Recherche, représentant de l'IRD à Tunis et conseiller scientifiqued'HYDROMED, qui a aidé au montage de la proposition et qui a suivi toutes les étapes duprojet, action par action. Il a trouvé une solution à chaque problème, qu'il soit d'ordrescientifique, administratifou relationnel.

7

Projet de recherche« Les lacs collinaires dans le pourtour semi aride de la Méditerranée»

SommairePages

Pages de garde

Cou~rtme 1

Coordinatem, contractants 3

Avant-Propos 5

Remerciements 7

Sommaire 9

Résumé Il

Abstract 13

Résumé étendu 15

Rapport scientifique consolidé 25

Rapport de gestion 131

Rapports individuels de :

l'IH de Wallingford, United Kingdom (Dr. Ragab Ragab) 137

l'lAV, Rabat, Maroc (Prof. Abdelaziz Merzouk et Mohamed Mejjatti Alami) 145

l'IRNASE, Séville, Espagne (prof. Félix Moréno) 157

l'Université de Lund, Suède (Prof. Ronny Berndtsson) 167

l'ACSAD, Damas, Syrie (Dr. Abdallah Droubi) 197

l'INRGREF, Tunis, Tunisie (Mme Mougou) 213

Feuille récapitulative du projet (Data sheet for final report) 225

CITATION EXACTE :

HYDROMED (2001) Rapport final du programme de recherche sur les lacs collinairesdans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen. Ed. J. A1bergel & S. Nasri.Contrat européen INCO DC ERBIC 18CT 960091 - STD4. !RD 1 INRGREF Tunis,120p + 6 annexes.

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Rapport final du projet de recherchesur les lacs collinaires dans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen

STD4 INCa DC Contrat ERBIC 18 CT 960091

Résumé

Un lac collinaire est une retenue créée par un petit barrage en terre. Les lacs collinairescontiennent quelques dizaines de milliers à 1 million de m3 d'eau recueillis sur des bassinsversants d'une superficie de quelques hectares à quelques km2

• Ils s'intègrent de façonnaturelle dans le paysage en ne créant pas de nuisance particulière. Ils sont aptes à réguler lesflux hydriques et donc susceptibles de maintenir les populations en place en leur assurant deréelles possibilités de développement. Leur construction vise les objectifs suivants:

• protection des infrastructures en aval (ville, barrage, périmètre agricole) contre lescrues et contre l'érosion,

• mise à disposition d'une ressource en eau de manière disséminée dans le paysagepouvant servir aux besoins domestiques, à l'abreuvement du bétail, à la micro­irrigation etc.,

• captage du ruissellement et recharge des nappes phréatiques,• amélioration de l'environnement: création d'oasis, reboisement,• création d'activités économiques: agricoles (irrigation, élevage, pêche et pisciculture),

de loisir (tourisme, aires récréatives, résidences secondaires...).

Les quatre pays (Liban, Maroc, Syrie et Tunisie), dans lesquels le projet de rechercheHYDROMED a réalisé ses expérimentations, sont engagés dans une politique de constructionde petits barrages en complément des réalisations de grande hydraulique. L'objectif du projetHYDROMED a été d'étudier cet aménagement et son impact à la fois sur l'environnementproche des retenues et sur les sociétés rurales bénéficiaires de cette nouvelle ressource en eau.Outre les opérations de coordinations et de foonation, quatre opérations de recherches ont étémenées:

• Synthèse des travaux existants et choix des sites pour les expérimentations,

• Eau - Sol- Environnement,

• Agronomie - Impacts sociaux et économiques,

• Pérennité du lac collinaire et son intégration dans le développement durable des régionsmarginales.

Mots clés: Méditerranée, eau, petits barrages, lacs collinaires, aménagements hydroagricoles.

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Final report - Projeet ofreseareh on hill reservoirs in the semi arid zone ofMediterranean perîphery

STD4 INCa DC Contraet ERBIC 18 CT 960091

Abstract

A hill reservoir is a smalllake resulting from a small dam. Hill reservoirs contain sorne tenthousands to few millions of m3 of water collected on watersheds covering areas from fewhectares to sorne km2

• They are integrated directly in the landscape and do not createparticular pollution. They are able to regulate water flows and susceptible to rnaintainpopulations in place insuring them real possibilities ofdevelopment

Their construction will achieve multiple objectives: drinking for the cattle and micro­irrigation, domestic uses, protection of infrastructures downstream, refilling of water tables,improvement of the environment (creation of oasis, reforestation, tourism, recreationalareas...). Several other developments are possible such as fishing or fish farming.

HYDROMED research project was developed in four countries (Lebanon, Morocco, Syriaand Tunisia) where a strong policy on small dams building is ongoing besides the large damsachievement. It aimed to define an optimal use planning upstream and downstream theartificiallake and to assess the impact oftheses hydraulic works on the local environment andon the lakeside rural societies.

Four work packages, a training program and co-ordination activities were carried out:

• Existent works synthesis in each country and choice ofpilot sites for relevantexperimentation,

• Water - soil- environment,• Agronomy - agricultural economy - social management ofthe water,• Sustainability ofthe hill reservoir and its integration in the durable development of

marginal regions.

Key Words: Mediterranean, water, srnall dams, hill reservoirs, rural hydraulic works

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Résumé du rapport final

du projet HYDROMED

sm 4 INCO DC Contrat ERBIC 18 CT

Les objectifs

Un lac collinaire est une retenue créée par un petit barrage en terre qui contient quelquesdizaines de milliers à 1 million de m3 d'eau recueillis sur des bassins versants d'une superficiede quelques hectares à quelques km2

• Ces ouvrages s'intègrent de façon naturelle dans lepaysage en ne créant pas de nuisance particulière. Ils sont aptes à réguler les flux hydriques etdonc susceptibles de maintenir les populations en place en leur assurant de réelles possibilitésde développement. Leur construction vise les objectifs suivants:

• la protection contre les crues des infrastructures en aval,• la mise à disposition d'une ressource en eau de manière disséminée dans le paysage,• le captage du ruissellement pour la recharge des nappes phréatiques,• l'amélioration de l'environnement par la création d'oasis ou le reboisement,• le développement local d'activités agricoles ou récréatives.

Implantés dans des environnements fragiles et à faible activité économique, les lacscollinaires apparaissent comme des aménagements très Ïnnovants. Ils sont susceptibles detransformer profondément les rapports entre les facteurs traditionnels de la productionagricole et les comportements sociaux face à la disporubilité supplémentaire d'une ressourcenaturelle renouvelable, rare et vitale: l'eau. Cependant, l'efficacité et la durabilité desouvrages demeurent fonction de nombreuses conditions qui vont du choix du site et de laréalisation technique des aménagements à la participation des acteurs locaux aux projets devalorisation agricole et la motivation de ces derniers sera d'autant plus forte que de nouvellesperspectives de développement pourront se concrétiser rapidement.

L'utilisation du supplément de ressources en eau par les usagers pose des questions à la foisd'ordre technique et d'ordre social :

• Quelle est la quantité d'eau disponible et quelles sont ses variabilités saisonnière etinter-annuelle?

• Quelle est la durée de vie d'un aménagement (envasement) et que peut-on faire pourprotéger le lac contre un envasement trop rapide?

• Quelle est l'efficacité de la retenue sur la recharge de la nappe et sur la qualité des eauxsouterraines?

• Quelles sont les besoins en eau à satisfaire (quantification de la fourniture d'eau, sarépartition dans le temps et la qualité de cette fourniture) ?

• Quelles sont les organisations sociales possibles pour les usagers? Qui sont les ayantsdroit? Il ne s'agit pas seulement de savoir à quoi sert un lac collinaire et comment soneau peut être utilisée mais également comment s'organise la société autour de ce lac.Comment ses membres ont-ils accès à la ressource? Comment se font les répartitions?Comment sont gérés les conflits liés à la fourniture d'eau ?

Les réponses à ces questions constituent les objectifs du projet HYDROMED.

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utilisés pour la cartographie des risques érosifs (lAV Maroc, ENIT Tunis, IRD Tunis).L'évaluation de ces risques a été réalisée en utilisant l'équation universelle des pertes en terre(méthode RUSLE) avec un calage des paramètres basé sur des observations réalisées enTunisie et au Maroc dans les années 70 sur parcelles de type Wischmeier. Des modèles depertes en terres (lMPERLO de l'IRNASE et SAGATELLE) ont été également utilisés.

Sur sols argileux de ces mêmes bassins versants, des observations physiques de porosité,d'infiltration, d'humidité, de pression d'eau, de ruissellement et d'érosion ont été réalisées àl'échelle du profil de sol et du mètre carré (l'IRNASE et l'lAV au Maroc; l'Université deLund, l'INRGREF et l'IRD en Tunisie). Ces mesures ont servi à modéliser les transferts d'eauet de solutés dans les sols argileux (Université de Lund) et à modéliser l'infiltrationsuperficielle (lAV Maroc, IRD Tunis). Une typologie d'un système ravinant a pu être établiesur un bassin versant du Cap Bon (IRD Tunis). Sur ce même bassin versant, des levéstopographiques très denses au distance-mètre laser ont permis d'établir les MNT de ravinesentre différents événements pluvieux afin de quantifier et localiser les abrasions et les dépôts.

Agroclimatologie

L'utilisation agricole de l'eau des lacs est un objectif important de la mise en place des lacscollinaires. En complément des études en hydrologie sur les bilans hydriques des lacscollinaires de Tunisie, l'étude agroclimatique (INRGREF et l'IRD Tunis) a été basée sur uneanalyse fréquentielle des déficits des cultures en relation avec leurs besoins en eau. Pour lesbesoins en eau des cultures l'évapotranspiration de référence (ETO) a été calculée selon laméthode de Penman-Monteith en utilisant la formule proposée par la FAO (1998). Ladétermination des risques de sécheresse a été basée sur les valeurs des déficits hydriques descultures; ces déficits étant calculés à partir d'un modèle agrométéorologique simple prenanten compte le rôle du réservoir en eau du sol et les différents stades de développement descultures.

A l'échelle du bassin-versant, deux thématiques principales ont été développées: d'une partl'étude de l'évapotranspiration d'une culture de blé et de tomate en conditions paysannes etd'autre part l'étude de l'évapotranspiration de référence. Pour cela, sur deux sites pilotescontrastés de Kamech (conditions sub-humides mais fortement venté) et d'El Gouazine(condition semi-arides), nous avons installé (INRGREF et l'IRD Tunis) des stationsmicrométéorologiques mesurant de façon précise et continue les composantes du bilan radiatif(rayonnement global et rayonnement net), le vent (vitesse et direction), les flux de conductiondans le sol (fluxmètre et températures à différentes profondeurs), les températures de planteset les températures de l'air, la pression de vapeur d'eau au niveau de la culture et à 2m (pourla détermination du flux de chaleur latente). L'ensemble de ces mesures ont été faites toutesles 15 secondes. Les données ainsi recueillies ont permis de calculer sur un pas de temps de30 minutes toutes les composantes du bilan énergétique et de déterminer ainsil'évapotranspiration des cultures et la demande climatique.

Aspects sociaux et économiques

Des enquêtes au niveau des collectivités locales en Tunisie, au niveau des villages (enquêtesdouars) au Maroc, ont visé l'évaluation des impacts sociaux et économiques des lacscollinaires dans la dorsale tunisienne (thèse de S. Selmi) et dans le Rif occidental marocain(lAV). Dans les pays arabes, des enquêtes menées par l'ACSAD au niveau de chaque Etat ontétabli la place exacte des petits barrages dans les politiques nationales d'aménagementhydraulique et permis d'aborder les aspects légaux et institutionnels liés à la réalisation et à lagestion de ces ouvrages.

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Résultats et réalisations

Travaux existants et choix de sites1. Une revue bibliographique et documentaire sur les petits barrages a été réalisée par

chaque partenaire européen et mise à disposition de tous.

2. Une synthèse sur les réalisations en matière de lacs et barrages collinaires au Liban, auMaroc, en Syrie et en Tunisie a été faite par les partenaires de ces pays. Elle a été étendue parl'ACSAD aux pays arabes.

3. En concertation avec les équipes de recherche devant y intervenir, le choix des sitespilotes et les aménagement expérimentaux ont été réalisés à partir de visites des sites.

Eau - Sol- Environnement

1. Etude et modélisation du bilan hydrologique des retenues

Données hydrologiques de bases disponibles par site pilote.

Etalonnage DonnéesSite pilote Pluviographie Limnimétrie Evaporation du Bathymétrie géographiques

déversoir

Juillet 1995MNT

Kamech Mars 1994 Mars 1994 Août 1995Juillet 1996

Occupation desà à à Oui

Avril 1998sols

Tunisie septembre septembre septembreJuillet 1999

Carte pédologique2001 2001 2001

Décembre 1999Carte géologiqueParcellaire

Octobre 1993 Juin 1993 Mai 1995 Juillet 1993 MNTEl

à à à Juin 1996 Occupation desGouazine septembre septembre septembre

Oui Juin 1997 solsMai 1998 Carte pédologique

Tunisie2001 2001 2001

Mai 2000 Carte géologique

Septembre 93 Septembre 93 Septembre 95 Février 1991 MNTMrichet

à à à Mars 1995 Occupation des

septembre Septembre septembreOui Mai 1996 sols

Tunisie Mars 1998 Carte pédologique2001 2001 2001

Septembre 99 Parcellaire

Janvier 1993 Janvier 1993 Septembre 95 Juin 1993 MNTFidh Ali

à à à Mai 1996 Occupation des

septembre septembre septembreOui Juin 1997 sols

Tunisie Septembre 98 Carte pédologique2001 2001 2001

Septembre 99Octobre 1995 Novembre 93 Septembre 99

Mai 1995MNT

Es Sénéga à à à OuiJuin 1996

Occupation desseptembre septembre septembre

Juin 1998sols

Tunisie 2001 2001 2001Novembre 97 Novembre 97

Novembre 97MNT

Saboun à àà

OuiSeptembre 99

Occupation desseptembre septembre sols

Maroc 2001 2001mars 2000

Carte pédologiqueDécembre 97 Janvier 1971 Janvier 1998

Décembre 1997MNT

Syndiané à à à OuiSeptembre 1998

septembre septembre septembreSeptembre 2000

Syrie 2001 2001 2001

Les bilans annuels ont été publiés dans les rapports d'avancements du projet HYDROMED.Ils ont égaiement donné lieu à plusieurs publications (Albergel & Rejeb 1997; Albergel &Claude 1997 ; Alberge~ Nasri & Boufaroua 1998).

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2. Modélisation hydrologique pluie-débit

L'IH de Wallingford (Ragab a et b 2000) a créé un modèle conceptuel à réservoirs intituléHYDROMED. Ce modèle est composé de deux modules: le premier permet la reconstitutiondes crues, le second permet le calcul des probabilités de défaillance en fonction du taux deprélèvement et des caractéristiques de la retenue.

L'INRGREF de Tunis (Nasri et al. 2000) a mis en œuvre le modèle H2U en développant unefonction de production adaptée à la zone semi-aride tunisienne. L'IRD (Mansouri 2001) autilisé avec succès le modèle KINEROS sur les trois sites pilotes de Kamech, El Gouazine etFidh Ali.

3. Etude des transferts d'eau entre les domaines superficiel et souterrain

Sur le site du barrage d'El Gouazine en Tunisie, l'INRGREF et l'IRD ont développé unmodèle de transfert des eaux du lac vers la nappe (Thèse de Slah Nasri en cours).

4. Estimation du transport solide et des sédiments capturés dans les retenues

Envasement et érosion sur les 7 sites pilotes du projet BYDROMED

Surface Année Mois de la Volume Sédiments Espérance ErosionStation du bassin de dernière initial stockés

de vie desdu bassin

ha création mesure m3 m3 ouvragesm3/balanannées

Fidh Ali 413 1991 Sept. 99 134 710 49884 22 15,1M'Richet el Anse 158 1991 Sept. 99 42400 9609 35 7,6El Gouazine 1810 1990 Mai 98 237030 16030 >100 1,1Es Senaga 363 1991 Juin 98 86420 27778 22 10,9Kamech 246 1993 Oéc.99 142100 29441 29 20,0Syndianeh 359 1967 Oct. 00 433300 28370 >100 2,4Saboun 702 1991 Nov. 99 1066440 162450 53 28,9

5. Etudes géochimiques sur les lacs et les bassins versants

L'étude de première phase sur 24 lacs collinaires en zone semi-aride durant deux annéeshydrologiques contrastées (thèse de Rahaingomanana 1998) a permis d'apprécier la variabilitéde la salinité en relation avec la nature géologique des bassins versants et les conditionshydrologiques.

Les études de fonctionnement géochimique des bassins versants, second aspect de cette actionde recherche, ont fait l'objet de deux DEA (Gay D. 1999, Reyes V. 1999) et de quelquespublications. La thèse de Déborah Gay (prévue pour 2003) doit finaliser cette recherche.

6. Etude de l'érosion sur les versants et des transferts d'eau et de solutés

L'IAV au Maroc et l'IRD en Tunisie ont utilisé le modèle américain RUSLE en le couplantavec les techniques géomatiques (SIG) afin de cartographier les risques érosifs et de simulerl'impact des transformations de l'occupation des terres sur l'hydrologie du bassin versant etl'envasement des barrages. Les essais effectués avec le modèle IMPELERO (IRNASE) sesont révélés très satisfaisants pour le Rifoccidental.

Au Maroc, les travaux menés en partenariat par l'lAV et l'IRNASE ont abouti à lacartographie spatiale des valeurs de conductivité et d'humidité des sols.

En Tunisie, les travaux menés en partenariat par l'IRD, l'Université de Lund et l'INRGREFont conduit à la modélisation des transferts d'eau et de solutés dans les sols argileux. Lessimulations de pluies avec les eaux colorées et l'imagerie de la porosité ont fait l'objet d'unmémoire de Master (Tullberg O. et PaIrnquist O. 1997). Des colonnes de sol rapportées àLund ont permis des études expérimentales sur la mesure TDR de l'humidité des sols argileux(Thèse soutenue à Lund par Persson en 1999). Une seconde thèse est en cours (pernilla

19

va uatlon e a situation explOitation.

Années 1997 1998 1999

Nombre de lacs équipés 160 226 232Nombre de bénéficiaires 1115 1427 1405

Comités de gestion 93 188 216Superficie exploitée (ha) 1402 1976 1845

(Mmlstère de l'agnculture, DrrectlOn de la CES, 1999)

Au début du programme de construction, l'accent a été mis principalement sur l'écrêtage descrues, la rétention de sédiments, la protection des aménagements aval et la recharge desnappes phréatiques. A partir des conclusions du projet HYDROMED, la stratégie de laDirection de la CES s'est orientée vers une plus forte valorisation des ouvrages en recueillantl'assentiment et la participation des populations riveraines. Aujourd'hui, chaque nouvelleimplantation est précédée d'une phase d'analyse socio-économique des activités ruralesactuelles et l'examen en commun (Etat / Bénéficiaires) du projet à soutenir dans ses diversescomposantes techniques (potentialités, aptitudes économiques, marché, coûts et bénéfices) etorganisationnelles (contrats, groupements, attitudes collectives). Cependant, les critèresréglementaires (statuts fonciers et droits à l'eau) restent encore à mieux définir.

2. Agroclimatologie

Pour caractériser la dorsale tunisienne d'un point de vue agroclimatique, l'IRD et l'INRGREFont créé un modèle agrométéorologique simple qu~ fonctionnant au pas de temps journalier,prend en compte le rôle du réservoir en eau du sol et les différents stades de développementdes cultures. Les renseignements collectés sur les calendriers culturaux, les durées des phasesvégétatives allant de la levée à la récolte et les coefficients culturaux relatifs à ces phases,permettent la mise en œuvre de ce modèle pour les différentes cultures pratiquées dans cetterégion: blé, orge, avoine, tomate, piment, pomme de terre, fève, petit pois et pois chiche. Lecalcul de l'évapotranspiration de référence (ETO), variable d'entrée du modèle, a été réalisésur dix ans à partir des données climatiques collectées aux stations de Kélibia (Cap Bon,climat sub-humide) et Hend Zitoun (semi-aride proche du lac d'El Gouazine).

A l'échelle du bassin versant, les résultats concernant l'évapotranspiration de référencemontrent des valeurs particulièrement élevées. Des valeurs de ETO supérieures à 4mm/j pour

Somogyi) qui traite du rôle des différentes formes de porosité sur le transit des solutés de lasurface du sol vers la nappe.

L'impact des banquettes en terre sur la rétention d'eau dans les sols bruns calcaires a étéévalué sur le site d'El Gouazine. La dynamique de fermeture des fissures a été étudiée sur lesite de Kamech en relation avec celle des stocks hydriques. Sur ce même site, les mesuresd'érosion ravinaire ont révélé qu'en année à pluviométrie normale la majorité des terresmobilisées sur le versant y restent (exportations inférieures à 5 t/ha/an) mais qu'en annéeexceptionnellement humide ces stocks des années précédentes et la production ravinaire dumoment se combinent pour donner des exportations voisines de 35 t/ha/an.

Agronomie - Impacts des ménagements sur les sociétés riveraines

1. Impacts sociaux et économiques

Les études entreprises sur les aménagements réalisés en Tunisie montrent que, sur le plantechnique, la conception du lac collinaire est une réussite et qu'un nombre croissantd'ouvrages sont utilisés dans une perspective d'exploitation agricole.

Ré r b··Cs d 1 Ir· E 1 dl· d' 1· .a lsatlon et 0 )Jectl es acs co maires tUDlslens.

Exploitation Protection Recharge

Réalisation agricole des desinfrastructures nappes

Nombre 380 34 36de lacs

En% 84,4 7,6 8,0du total

..

20

El Gouazine et 5mm1j pour Karnech sont atteintes dès le mois de janvier et restent autour deces valeurs jusqu'à:fin mars pour croître ensuite nettement en mai et atteindre les 8 nunlj.

Evapotranspiration de référence (janvier àjuin 1999)Stations

KamechEl Gouazine

mm662,4579,2

ETO Tenne radiatif Tenne advectifmmlj mm mrn/j mm mmIj5,26 267,1 2,12 395,3 3,144,60 256,8 2,04 322,5 2,56

Ces premiers résultats sont particulièrement intéressants car ils soulignent l'importance del'évaporation pendant la période hivernale. Celle ci est due à une vitesse de vent fréquemmenttrès élevée et montre bien les difficultés d'extrapolation des valeurs de ETO obtenues dans desstations proches mais aux conditions advectives fort différentes ou lorsque l'on posel'hypothèse courante d'une moyenne de vent de 2m/s. Les erreurs introduites sont alorsénonnes, de l'ordre de 200 à 300% dans la période hivernale et au début du printemps, doncpendant la croissance des cultures pluviales.

Les observations micrométéorologiques sur parcelles de blé à Kamech et à El Gouazine,effectuées de mi-février à mi-mai, ce qui correspond aux phases principales de développementde la plante, ont permis d'évaluer les pertes en eau à 224 et 189 mm, soit uneévapotranspiration journalière moyenne de 2,31 et 1,90 mm/j, presque toujours inférieure à 3nunlj et toujours très inférieure à l'ETO. Le rapport LEIETO est bas pour les deux sites et nedépasse que rarement la valeur de 50%.Pour des parcelles de tomates irriguées au goutte à goutte, avec des apports de l'ordre de 9 à10 mm/j, les mesures micrométéorologiques effectuées en juillet, au stade de développementmaximal de la culture, montrent des consommations en eau de 6 à 7 mm/j. Des stressthenniques ont été observés lorsque la température de l'air dépassait 45 oC.

Pérennité du lac collinaire et son intégration dans le développement rural

1. Système expert d'aide à la décision pour construire un lac collinaire

Un logiciel expert d'aide à la décision (IDLAC PRO 1.0) a été réalisé (Joel Idt, Ecole Centralede Lille). Il pennet, par le traitement de données simples, physiques et socio-économiquesrecueillies sur le terrain et sur une carte, de réaliser l'étude de pré-faisabilité de la retenue.

2. Banque de données sur les lacsUne banque de données géoréférencées a été constituée sur 450 lacs construits en Tunisieentre 1988 et 2000. Elle contient un certain nombre de données sur l'aménagement(caractérisations techniques), sa gestion (objectifs de l'aménagement, nombre de groupemotopompes) et l'usage de l'eau (organisation des cultivateurs et nombre d'hectares mis envaleur).

3. Aspects légaux et institutionnels

Au Liban, au Maroc, en Syrie et en Tunisie, l'ACSAD a réalisé une analyse comparée despolitiques nationales en matière d'aménagement et de gestion des lacs et barrages collinaires.Cette analyse met en exergue la faible participation des paysans bénéficiaires aux choix dessites, aux phases de conception, de réalisation et même de gestion de ces petitsaménagements. En conclusion, l'auteur de cette étude souligne la nécessité d'associerétroitement puissance publique et collectivité locale concernée, à tous les niveaux et à tous lesinstants de la définition et de l'exécution du projet. Cette concertation peut être tout à faitvitale face aux aléas de remplissage des retenues ou aux problèmes d'envasement qui risquentde remettre en cause le bien fondé des choix de mise en valeur.

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Conclusions

HYDROMED est typiquement un projet de recherche pour le développement ayant travaillédans quatre pays du sud et de l'est de la méditerranée: Liban, Maroc, Syrie et Tunisie avec leconcours de chercheurs d'une dizaine d'institutions de pays européens (France, Espagne,Royaume Uni, Suède) et de pays tiers méditerranéens.

A partir d'une demande concrète sur l'aménagement des bassins versants et la gestion del'eau, des recherches très fondamentales ont été développées.

En sciences de l'eau et du sol une recherche sur les processus de ruissellement, d'érosion etdes échanges entre les eaux de surface et les nappes phréatiques a abouti à des résultatsoriginaux, à des modèles de fonctionnement et à un système expert d'aide à la décision enmatière d'implantation de lacs collinaires. Une banque de données hydrologiques a étéconstituée.

En sciences agronomiques, de nombreuses données ont été réunies sur les exploitationsagricoles de ces petits bassins versants. L'accès à l'eau et la possibilité d'irriguer ont étéétudiés sur le plan bio-climatologique et sur le plan agro-économique. Le rôle de ces ouvragespour l'élevage a été un point focal des travaux réalisés au Maroc.

En sciences sociales et économiques, les problèmes d'usage d'une ressource nouvelle ont étéétudiés, les nouvelles richesses qu'elle induit ont été évaluées. Les conflits pour le partage decette ressource ont été appréhendés. Une revue sur les aspects législatifs de la gestion deseaux de ruissellement a été réalisée, montrant la nécessité d'une adaptation des texteslégislatifs à l'usage de cette nouvelle ressource.

Ces milieux artificiels sont restés longtemps étrangers à la recherche académique, mais deséquipes de plus en plus nombreuses s'y intéressent avec le développement de la recherche surl'environnement (eutrophisation, pollution des retenues... ) et la mobilisation internationalesur le thème des ressources en eau.

Dès son démarrage, ce projet a été un puissant catalyseur du partenariat entre les co­signataires du contrat. Des produits de recherches ayant précédé le contrat ont pu être mis encommun grâce aux échanges bibliographiques et aux synthèses sectorielles. Des échanges etdes transferts de technologies ont été réalisés très rapidement.

La production scientifique s'est faite à un rythme honorable. Elle a été focalisée dans lespremières années sur des communications dans des congrès et séminaires (67 communicationsréalisées dont une majorité publiées). Elle a permis de faire connaître le programme et detisser des relations scientifiques. Elle s'est aussi portée sur les revues scientifiques à comité delecture. Neuf papiers ont été publiés, un doit l'être sous peu et sept sont soumis ou enpréparation. Des logiciels ont été réalisés (6) et ont été mis à disposition. Cette production aaussi utilisé d'autres supports de diffusion: mémoires de thèses, ouvrages, site Web, CD Rom.

Au-delà du contrat achevé, de nombreuses actions se poursuivent comme le montrent lesprojets de publications et les travaux de thèse. Les bassins versants pilotes mis en place durantce contrat sont repris par une unité de recherche créée par l'IRD: l'UR 096 «AMBRE})Analyse et Modélisation dans les Bassins versants du Ruissellement et de l'Erosion. Cetteunité de recherche est contractualisée pour une période de 4 années et a fait l'objet deconventions particulières entre l'IRD et ses partenaires libanais, marocains, syriens ettunisiens. Les collaborations resteront fortes également avec les autres institutionseuropéennes qui restent impliquées au travers d'actions engagées par HYDROMED.

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Principales publications

Production du projet HYDROMED

1996 1997 1998 1999 2000 A TOTALparaître

Publications dans des revues de rang 2 6 1 2 9 17Logiciels 1 3 2 - 6Ouvrages, thèses 1 1 2 10 14Publication dans des actes de séminaires 18 20 17 17 12 67~otestechrrlques 1 2 2 1 - - 6Mémoires d'étudiants 1 12 9 6 7 4 39(PTMlPays européens) (1/0) (9/3) (5/4) (4/2) (3/4) (2/2) (24/15)

Diaporamas électroniques, Pages Web, 1 2 9 10 2 23CDRomRapports scientifiques 1 9 11 8 2 7 38

Publications dans des rel1ues de rang (extrait)

ALBERGEL J. & REJEB N. (1997): Les lacs collinaires en Tunisie: Enjeux, contraintes et perspectives. CRAcad. Agric. Fr., 1997, pp. 77-88. Séance du 19 Mars 1997. Note présentée par J. ALBERGEL. Discussion pp.101-104.

ALBERGEL J., BARGAOUI Z., ONmON H., PEPIN Y. : Applying MUSLE with fuzzy parameters. (Soumis àWRRjournal)

PERSSON M. & BERNDTSSON R. (1998): Estimating transport parameters in an undisturbed soil columnusing time domain reflectometry and transfer function theory, J. Hydrol. 205, pp. 232-247.

PERSSON M., BERNDTSSON R, ALBERGEL J., NASRI S., BAHR! A., ZANTE P. (1998): A non-invasiveapproach for measurements ofnear-surface water content, Annal. Geopys. 16, Suppl. II, C483.

PERSSON M., OLSSON J., ALBERGEL J., ZANTE P., NASRI S., YASUDA H., BERNDTSSON R,OHRSTROM P. (2000): Fractal theory to simulate unsaturated transport properties. (Soumis à Journa/ ofHydr%gy)

SELMI S. (1998): Quels leviers de développement dans les zones collinaires du Centre-Ouest tunisien? InGéographie et Développement (Revue de l'association des géographes tunisiens), Dix-septième année, n° 14, pp.119-133.

SOMOGYl P., BERNDTSSON R, ALBERGEL J., NASRI S., BAHR! A., ZANTE P. (1998): Preferentiel flowas indicated by brilliant blue, Annal. Geopys. 16, Suppl. II, C480.

MONTOROI J.P., GRUNBERGER O. (2000) : Groundwater geochemistry of a small reservoir catchment incentral Tunisia. (Soumis pour publication dans Applied Geochemistry)

Actes de séminaires

Proceedings of the International Seminar Rain water harvesting and management of smallreservoirs in arid and semiarid areas, an expert meeting within the EU-rnCO collaborationHYDROMED. Department of water resources engineering, Lund Institute of Technology,29/6 au 3/7/98. Report 3222,L~, Suede.

Séminaire international "Hydrologie des Régions Méditerranéennes" organisé par FRIENDAMHY (UNESCO) et HYDROMED, IRD, Montpellier, Il au 13 oct. 2000. Publication desactes par l'AISH fin 2001.

Séminaire international «Les petits barrages dans le monde méditerranéen », IRD /rnRGREF, Tunis, 28 au 31 mai 2001. Publication des actes en cours, prévue en 2002, etpublication d'un numéro spécial de la revue bilingue« Sciences de l'eau ».

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RAPPORT SCIENTIFIQUE

Projet de recherche« Les lacs collinaires dans le pourtour semi-aride

de la Méditerranée»

STD4 INCO DC Contrat ERBIC 18 CT 960091

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SOMMAIRE

CADRE, JUSTIFICATION ET INTERET DU PROJET, SES OBJECTIFS 27CADRE DU PROJET 27

INlERETET ruS11FICATION DU PROJET 28

LES OBJEC11FS DU PROJET 30

MElHODOLOGIE, CONDITIONS DE MISE EN ŒUVRE DU PROJET 32

OPERATION 1: SYNTHESE DES TRAVAUX EXISTANTS ET CHOIX DE SITESPOUR DES ETUDES PLURIDISCIPLINAIRES FINES ••....................•...•.....................33

ACTION 1 : REVUES BffiUOGRAPIllQUES THEMATIQUES 33

ACTION 2 : SYNlHESES PAR PAYS DES TRAVAUX SUR LES PETITS BARRAGES 36

ACTION 3 : CHOIX DES BASSINS VERSANTS PILOlES.•..•••.................................................... .45

OPERATION 2 : EAU - SOL - ENVIRONNEMENT 53ACTION 1-ElUDE ET MODELISATION DU BILAN HYDROLOGIQUE DES RElENUES, MODELE

D'ENVASEMENT ............•....•••...........................•.......................................•......................... 53

ACTION 2 : MODELISATION HYDROLOGIQUE PLUIE-DEBIT•..•..•...........•.........•..•..........•........ 60

ACTION 3 : ElUDE DES TRANSFERTS D'EAU ENTRE LES DOMAINES SUPERFICIEL ET

SOUlERRAIN...•••.•....•..•..•••.••...........•.•.....•..•...••...•..............•..••.............••.....•.•.•.••.....•......... 64

ACTION 4 : ESTIMATION DU TRANSPORT SOLIDE ET DU VOLUME DE SEDIMENTS CAPTURES

PAR LA RElENUE 65

ACTION 5 :-E"JUDE DE LA QUALIlE DES EAUX ET MODEUSATION DES EQun..mRES

lHERMODYNAMIQUESDESSOLUlESDANSLESRElENUES, FONCTIONNEMENTGEOCJllMIQUE

DES BASSINS VERSANTS 69

ACTION 6 : ElUDE DE L'EROSION SUR LES VERSANTS, DES 1RANSFERTS DE L'EAU ET DE

SOLUlES DANS LES SOLS, IMPACTS DES AMENAGEMENTS ANTI-EROSlfS 73

OPERATION 3: AGRONOMIE - IMPACTS SOCIO - ECONOMIQUES...............•..87ACTION 1 : IMPACTS SOCIAUX ET ECONOMIQUES DES PETITS BARRAGES (Dr. S. SELMI) .....•. 88

ACTION2: AGRONOMIE, AGROCLIMATOLOGIE, CULTURES AUTOUR DES LACS

(Dr JEAN VACHER & ME MouGOu) 94

OPERATION 4 : PERENNITE DU LAC COLLINAIRE ET SON INTEGRATIONDANS LE DEVELOPPEMENT DURABLE DES REGIONS MARGINALES.•......•... 109

ACTION 1 : CONSTRUCTION D'UN SYSlEME EXPERT D'AIDE A LA DECISION POUR CONSTRUIRE

UNE RElENUE COLLINAIRE 109ACTION 2 : CONSTITUTION D'UNE BANQUE DE DONNEES GEOREFERENCEES SUR LES LACS

CONSTRUITS .•...................................................•..............•.....................•....•.................... 111ACTION 3 : ASPECTS LEGAUX ET INSTITUTIONNELS DE LA MISE EN PLACE ET DE

L'EXPLOITATION DES LACS COLLINAIRES (Dr A. DROUBI) .•....•.............••.......•................... 111

PRODUCTION DU PROJET A L'HEURE ACTUELLE•.•.....•.......•..•••.................... 115PUBUCATIONS DANS DES REVUES DE RANG 115

LOGICIELS....•......•...............••...................••.................••..••.•...•..............•.......•........•........ 116

OUVRAGES, llffiSES•.•...••..•.•••....•...............................•...•.••.••.••..............•..•.•................•.•. 116

PUBUCATION DANS DES AClES DE SEMINAIRES 117

NOlES lECHNIQUES............•............••.•.•..••.........••...................•.............•.•....................... 121

MEMOIRES D'ETUDIANTS•••..••.•.•••••.••...•......•..............•...••••••.•.......•...••.•...•.••••........•....•...• 121

POSlERS .••••..•................•..•.•...••.....................•.....•........••..•.••.........•...••.........••...........••.•• 123

DIAPORAMAS ELECTRONIQUES, PAGES WEB, CD ROM 124

RApPORTS ••••••.•••.........•••••••••.••...••••••••••••.••••••••••...•.•.••.••.•..•••••••••.....•..•.•••••••••.....••.••...•.•.• 125

CONCLUSIONS ET PROSPECTIVE 127

26

Cadre, justification et intérêt du projet, ses objectifs

Cadre du projet

Le projet de recherche sur « Les lacs collinaires dans les zones semi-arides du pourtourMéditerranéen» : HYDROMED (Novembre 1996 - Avril 2001) a été conçu à partir d'uneaction de recherche et de développement en cours à la Direction de la Conservation des Eauxet des Sols du Ministère de l'Agriculture tunisien qui était engagé dans un projet deconstruction de 1000 lacs collinaires1 et de 200 barrages collinaires2 (Min. Agr. DCES,1993)3. Cette action, débutée en 1994 en partenariat avec l'ORSTOM", s'articulait sur troisbesoins importants :

1. Améliorer le référentiel technique existant pour le dirnensionnement des ouvrages etpour la prédétermination de leur durée de vie.

2. Evaluer les modifications des régimes hydriques induites par la présence d'un laccollinaire.

3. Analyser les conséquences de ces aménagements sur le déroulement des activitésagraires et de la vie sociale de la micro-région.

En 1994, alors que 250 aménagements étaient achevés, ou en cours de construction, laDirection de la Conservation des Eaux et des Sols (CES) et l'Institut français de recherchescientifique pour le développement en coopération (ORSTOM), soutenus par l'UnionEuropéenne (DGIIH5), installaient un réseau pilote d'observations hydropluviométriques sur24 petits bassins versants équipés d'un aménagement hydraulique collinaire, lac ou barrage,dans la dorsale tunisienne et le Cap Bon. En partenariat avec le Centre de Recherche duGénie Rural CRGR5

, ils débutaient un projet de recherche comprenant trois volets:

• Analyse des bilans hydrologiques des retenues, de leur envasement et des cruesobservées (D/CES, IRD, 1996,97,98,99,2000).

• Analyse de la qualité des eaux en relation avec la géologie du bassin et de ladynamique du phosphore dans les retenues (Rahaigomanana, 1998 ).

• Analyse des impacts sociaux et économiques des aménagements (Selmi, 1996).

Les premiers résultats publiés ont intéressé de nombreuses institutions scientifiqueseuropéennes et des Pays Tiers de la Méditerranée (PTM). Quatre instituts de rechercheseuropéens et trois instituts de recherche des PTM se sont associés pour proposer le projet derecherche HYDROMED en faisant référence aux priorités suivantes de l'appel d'offre« STD4 INCO-DC » de l'Union Européenne:

• systèmes de production en zones fragiles ou abandonnées,• analyse des politiques nationales et régionales liées à la fourniture d'eau,• réponse des écosystèmes à la pression humaine - zones arides.

IUn lac collinaire est une retenue d'eau d'un volume inférieur à 300 000 m3, créée par une digue en terre d'une

hauteur inférieure à 12 m en zone de collines et moyennes montagnes.2 Un barrage collinaire est lUI aménagement hydraulique de taille lUI peu plus importante et de volume comprisentre 300 000 et 5 000 000 m3

•

3 MINISTERE DE L'AGRICULTURE Direction de la CES (1993) - Stratégie de la CES (1990-2000). Copierevue et modifiée.4 L'ORSTOM est devenu IRD au cours du programme (Institut de Recherche pour le Développement)., Le CRGR est devenu INRGREF au cours du programme (Institut National de la Recherche en Génie Rural etEaux et Forêts).

27

A partir de 1997, le projet de recherche HYDROMED a développé, sur l'exemple tunisien,un dispositif de recherche au Maroc et en Syrie. Les partenaires de ce projet sont:

1. pour les pays européens,

l'IRD6, Institut de Recherche pour Développement (France), coordinateur du projet,

l'IRNASe, Institut des Ressources Naturelles et d'Agrobiologie de Séville (Espagne),l'IH, l'Institut d'Hydrologie de Wallingford (UK)et le département d'Ingénierie de l'eau de l'Université de Lund (Suède) ;

2. pour les pays tiers méditerranéens,

l'INRGREF, Institut National de la Recherche en Génie Rural et Eaux et Forêts (Tunisie),l'lAV Hassan II, Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II (Maroc)et l'ACSAD, Centre Arabe de Recherche sur les Zones arides et les terres sèches (Syrie).

Sur le terrain, des chercheurs d'autres institutions ont été associés au projet HYDROMED.

En Tunisie, le projet a travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs de la Direction dela Conservation des Eaux et des Sols et avec les instituts d'enseignement supérieuragronomique (INAT, Institut National Agronomique de Tunis; ESIER, Ecole Supérieure desIngénieurs de l'Equipement Rural; ESAK, Ecole Supérieure d'Agriculture du Kef). Dans lecadre d'une thèse et d'une habilitation à diriger des recherches (HDR), des relationsprivilégiées ont été entretenues avec le département de géologie de la faculté des sciences etavec le département de géographie de la faculté des lettres et des sciences humaines de TunisII. Le projet a été également considéré comme laboratoire d'accueil pour le DEA (Diplômed'Etudes Approfondies) de «Modélisation en Hydraulique et en Environnement» de l'ENIT(Ecole Nationale des Ingénieurs de Tunis).

Au Maroc, dans le cadre du projet HYDROMED, le département des Sciences du Sol del'lAV a développé des relations scientifiques avec l'ENFI (Ecole des Ingénieurs Forestiers)et avec l'Université de Tanger.

Au Moyen Orient, le projet a été mené par le département des ressources en eau del'ACSAD, en association avec des ingénieurs du Ministère de l'Irrigation Syrien et desingénieurs des Ministères Libanais de l'Agriculture, de l'Energie et de l'Irrigation. Le Centrede Recherche sur l'Eau et l'Environnement de l'Université St Joseph de Beyrouth a menéune étude sur le choix des sites par télédétection et utilisation de modèles numériques deterrain.

Intérêt et justification du projet

Une réponse à la demande sociale

La Tunisie, le Maroc, la Syrie et le Liban, pays dans lesquels des expérimentations ont étéréalisées, étaient depuis plus ou moins longtemps engagés dans une politique de constructionde petits barrages. De la simple citerne enterrée, instrument vital de la survie familiale enzone aride, au grand barrage s'inscrivant dans une politique nationale de garantied'approvisionnement au profit du plus grand nombre, le stockage de l'eau a toujours figuréau premier rang des préoccupations des pays méditerranéens. Les principaux sites de grandsbarrages ont été équipés ou sont actuellement en cours d'équipement. Depuis le début desannées 90, les barrages et les lacs collinaires apparaissent comme des aménagementscomplémentaires destinés à la mobilisation des ressources en eaux de surface et à laprotection des grands barrages contre l'envasement. Ils sont aussi moins perturbateurs du

6 IRD : Institut de Recherche pour le Développement (anciennement ORSTOM)

28

milieu, car ils ne nécessitent pas de déplacement des populations et, s'ils ne sont pas tropnombreux, modifient peu le régime hydrologique des grandes rivières.

En Tunisie, dans le cadre du programme « Aménagement des terres en pente, mobilisationdes ressources en eau, entretien et sauvegarde des aménagements », inscrit au gème plan del'Etat, était prévue la construction d'un millier de lacs et de 200 barrages collinaires dans lapartie septentrionale du pays. Ces lacs allaient devenir la pierre maîtresse de la stratégienationale en matière de conservation des eaux et des sols (sources : Ministère del'agriculture, Direction de la Conservation des Eaux et des Sols). Les objectifs de cettestratégie étaient les suivants :

réduire les pertes en terres agricoles (estimées couvrir 10 000 ha par an) ;réduire l'envasement des barrages (25 Mm3 par an actuellement) ;

augmenter la recharge des nappes;

mobiliser la plus grande partie possible des 500 Mm3 actuellement perdus dans lamer ou dans les Sebkhas ;

créer des points de développement des cultures irriguées.

Au Maroc, la période de sécheresse du début des années quatre-vingt, considérée comme laplus longue jamais observée, a été le point de départ d'une politique de construction de petitsbarrages et de lacs collinaires réalisés avec une pratique à haute intensité d'utilisation de lamain d'œuvre. Ces ouvrages sont destinés principalement à l'irrigation, à l'abreuvement dubétail, à la protection contre les crues ou à l'alimentation en eau potable des zones ruralesdépourvues de ressources en eaux souterraines facilement exploitables. Au lancement duprojet HYDROMED, une cinquantaine de petits barrages étaient en exploitation et un grandnombre de lacs collinaires avaient été créés.

En Syrie, les petits barrages sont connus depuis le début de l'ère chrétienne. De nombreusesruines attestent de leur présence dans les steppes sèches. Certains existent toujours mais sontcomplètement remplis de sédiments. Les premiers petits barrages construits selon destechniques modernes ont été réalisés au cours des années 60 dans la province de Swaïda,pour l'alimentation en eau potable de villages situés sur un plateau basaltique sans aucuneressource en eau souterraine. Au Machrek, la notion de lac collinaire n'est pas aussi biendéfinie qu'au Maghreb, mais de nombreux aménagements de très petite taille ont étéconstruits pour faire des réserves d'eau destinées au bétail des tribus nomades bédouines.Une cinquantaine de petits barrages, construits après 1960, y étaient en exploitation au débutdu projet HYDROMED.

Au Liban, dans le cadre du programme de reconstruction du Pays, le Plan Vert a lancé uneétude pour la construction d'une centaine de petits barrages, essentiellement dans les zonesde piémont des chaînes de montagnes jouxtant la plaine de la Békaa. Dans cette zone semi­aride, dominée par les chaînes montagneuses du Mont Liban et de l'Anti Liban, il s'agit debarrages de régulation de crues qui peuvent être très violentes dans cette région. En 1996,deux barrages répondaient aux critères définis par le projet HYDROME. Il existe cependant,dans les montagnes du Liban, une multitude de petits réservoirs utilisés pour capter les eauxsouterraines dès leur aflleurement à la surface du sol sous la forme de sources.

29

Une réponse à une problématique scientifique

Les bassins versants expérimentaux sont reconnus, depuis longtemps, comme le dispositifdemesure le plus adéquat pour l'analyse de la ressource en eau des petits systèmeshydrologiques (Toebes & Ourivaev7 1970; Dubreuil & a/. 8 1972). Ils sont aussi le lieuprivilégié pour la recherche sur les mécanismes du cycle de l'eau (Verel & Houi9 1994;Ambroise 19991°) et des interactions entre usage des sols, aménagements hydrauliques etdisponibilité ou qualité de l'eau. La difficulté et le coût de gestion des réseauxpluviométriques et hydrométriques sur des bassins versants de petite taille constituent unhandicap sérieux à une bonne connaissance de la ressource offerte par les rivièrestemporaires. Pour cette raison, très peu de bassins versants expérimentaux sont suivis dans lemonde méditerranéen, aussi bien au nord qu'au sud de la Méditerranée.

Une retenue alimentée par un seul tributaire, ou par un tnbutaire principal, est susceptible defournir une information équivalente à celle que l'on peut obtenir d'une station hydrométriqueclassique. Pour cela, certaines conditions, souvent moins contraignantes et moins onéreusesque celles nécessaires au bon fonctionnement d'une station hydrométrique, doivent, tout demême, être satisfaites (Nouvelot 1993 11

). Parmi ces conditions, notons la connaissanceparfaite des courbes « hauteurs - volumes et hauteurs - surfaces» des retenues étudiées et lesuivi de leur évolution dans le temps.

Les objectifs du projetUn lac collinaire est une retenue créée par un petit barrage en terre (Ennabli 199312

; GuideCES13). Les lacs collinaires contiennent quelques dizaines de milliers à 1 million de m3

d'eau recueillis sur des bassins versants d'une superficie de quelques hectares à quelqueskm2

• Ils s'intègrent de façon naturelle dans le paysage en ne créant pas de nuisanceparticulière. Ils sont aptes à réguler les flux hydriques et donc susceptibles de maintenir lespopulations en place en leur assurant de réelles possibilités de développement. Leurconstruction vise les objectifs suivants:

• protection des infrastructures en aval, ville, barrage et périmètre agricole contre lescrues et contre l'érosion,

• mise à disposition d'une ressource en eau de manière disséminée dans le paysage etpouvant servir aux besoins domestiques, à l'abreuvement du bétail, à la micro­irrigation etc. ;

• captage du ruissellement et recharge des nappes phréatiques;• amélioration de l'environnement par la création d'oasis ou par le reboisement ;• création d'activités agricoles (irrigation, élevage, pisciculture) et de loisir (tourisme,

aires récréatives, résidences secondaires...).

7 Toebes C. & Ourivaev V. (I970) : Representative and experimental basins. An international guide forresearch and practice. UNESCO. Studies and reports in Hydrology. n0 4. 348 p.8 Dubreuil P. (1972) : Recueil des données de base des bassins représentatifs et expérimentaux Années 1951­1969. ORSTOM Paris 916 p.9 Verel J.L. & Houi D. (edit.) (1994): Du concept de Bassin Versant Représentatifà celui de zone atelier dansles recherches menées en eaux continentales, actes du Séminaire, GIP Hydrosystème, CEMAGREF Paris, Mai1994.10 Ambroise B. (1999) : La dynamique du cycle de l'eau dans un bassin versant - Processus, facteurs, modèles.Edition ·H·G·A·, Bucarest. Tempus. Deuxième édition. 200 p.II Nouvelot J.F. (1993) : Guide des pratiques hydrologiques sur les petits bassins versants ruraux en AfriqueTropicale et équatoriale. CIEH /ORSTOM.12 Ennabli N.(1993): Les aménagements hydrauliques et hydro-agricoles en Tunisie. Pub. INAT, 253 p.13 MINISTERE de L'AGRICULTURE, Direction de la CES ( 1995): Guide de la conservation et des sols.Projet PNUD FAO TUN/86/020, 274 p.

30

Lorsque le lac collinaire est uniquement un élément supplémentaire de protection desinfrastructures situées en aval (ville, barrage, périmètre agricole, route...) contre les excèsd'eau ou de sédiments, il complète le dispositif anti-érosif constitué de cordons pierreux,haies vives, ados de terre... Sa gestion est alors basée uniquement sur la prévision desévènements pluviométriques les plus importants.

Aujourd'hui, l'accès à l'eau de ces lacs apparaît comme la seule motivation possible pourengager la participation des habitants dans la réalisation et l'entretien des ouvrages deconservation des eaux et des sols en amont des plaines. La valorisation de la ressourcehydrique et la participation des agriculteurs sont deux volontés exprimées par tous lesresponsables des services tunisiens centraux et régionaux. Elle est d'autant plus justifiée queles zones amont, où se localisent les lacs, sont des régions pauvres et que leurs populationsne participeront à la construction des ouvrages et à la protection des zones ava~ plus riches,que si elles tirent profit de ces aménagements (J.C. Talineau, S. Selmi et K. Alaya 1994, inSécheresse vol. 5 n04).

La gestion pratique des lacs collinaires est encore mal définie. Le partage des responsabilitésde cette gestion entre l'état, le particulier et la collectivité n'est pas détenniné (J.C. Talineau& Selmi 1994: Actes des journées d'infonnation sur les lacs collinaires). De nombreuxproblèmes techniques restent encore posés comme, par exemple, la pratique d'uneévacuation des sédiments par la vanne de chasse au moment des crues. D'abord préconisée,cette pratique est aujourd'hui critiquée. D'une part l'évacuation des sédiments ne s'étend pastrès loin autour de la tour de prise et elle présente, d'autre part, un caractère nocif pour leszones aval qui se trouvent recouvertes de sédiments stériles peu perméables.

Implantés dans des environnements fragUes et à faible activité économique, les lacscollinaires apparaissent comme des aménagements très Ïnnovants. Ils sont susceptibles detransformer profondément les rapports entre les facteurs traditionnels de la productionagricole et les comportements sociaux face à la dispom"bilité supplémentaire d'une ressourcenaturelle renouvelable, rare et vitale: l'eau. Cependant, l'efficacité et la durabilité desouvrages demeurent fonction de nombreuses conditions qui vont du choix du site et de laréalisation technique des aménagements à la participation des acteurs locaux aux projets devalorisation agricole. La motivation de ces derniers sera d'autant plus forte que de nouvellesperspectives de développement pourront se concrétiser rapidement.

L'utilisation du supplément de ressources en eau par les usagers pose des questions à la foisd'ordre technique et d'ordre social:

• Quelle est la quantité d'eau disponible et quelles sont ses variabilités saisonnière etinter annuelle?

• Quelle est la durée de vie d'un aménagement (envasement)?Que peut-on faire pour protéger le lac contre un envasement trop rapide?

• Quelle est l'efficacité de la retenue sur la recharge de la nappe et sur la qualité deseaux souterraines?

• Quelles sont les besoins en eau à satisfaire (quantification de la fourniture d'eau, sarépartition dans le temps et la qualité de cette fourniture) ?

• Quelles sont les organisations sociales possibles pour les usagers? Qui sont les ayantsdroit? Il ne s'agit pas seulement de savoir à quoi sert un lac collinaire et comment soneau peut être utilisée mais également comment s'organise la société autour de ce lac.Comment ses membres ont-ils accès à la ressource? Comment se font les répartitions?Comment sont gérés les conflits liés à la fourniture d'eau ?

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Méthodologie, conditions de mise en œuvre du projetLe projet de recherche sur les lacs et barrages collinaires dans les zones semi-arides dupourtour méditerranéen a été mis en œuvre suivant cinq opérations de recherche auxquellesse sont ajoutées une opération de coordination et une opération de formation décrites dans lerapport de gestion :

};> Opération 1: Synthèse des travaux existants et choix de sites pour des étudespluridisciplinaires fines.

};> Opération 2: Eau - Sol- Environnement

};> Opération 3: Agronomie - Impacts des ménagements sur les sociétés riveraines

};> Opération 4: Pérennité du lac collinaire et son intégration dans le développementdurable des régions marginales

D'une durée de 54 mois, le contrat de recherche a débuté en novembre 1996. En février1997, une première réunion a permis de bien définir la mise en œuvre des opérations. Lacoordination générale du projet a été assurée par le Dr. J. Albergel, Directeur de recherche àl'IRD. Chaque Institut, partenaire du projet, a désigné un coordinateur :

};> le Professeur F. Moréno pour l'IRNASe, Institut des Ressources Naturelles etd'Agrobiologie de Séville (Espagne),

};> le Dr. R. Ragab pour l'IH, l'Institut d'Hydrologie de Wallingford (United Kingdom),

};> l'Assoc. Prof. R. Berndtsson pour le Département d'Ingénierie de l'eau del'Université de Lund (Suède),

};> le chercheur S. Nasri pour l'INRGREF, Institut National de la Recherche en GénieRural et Eaux et Forêts (Tunisie),

};> le Professeur A. Merzouk pour l'lAV Hassan II, Institut Agronomique et VétérinaireHassan II (Maroc),

};> le Dr J. Khouri pour l'ACSAD, Centre Arabe de Recherche sur les Zones arides etles terres sèches (Syrie).

Durant les quatre premières années, un état d'avancement semestriel a été rédigé. Unneuvième rapport d'avancement a été rédigé au cours de la dernière année. Chaque équipe arédigé ses rapports semestriels d'avancement et le coordinateur général a présenté lessynthèses des travaux en annexant aux rapports généraux toutes les contributions despartenaires.

Une réunion de coordination s'est tenue chaque année dans un des pays partenaires duprojet. Ces réunions ont permis de faire le point sur son état d'avancement et de planifier lesactions pour l'année à venir. Ces réunions se sont tenues à Tunis en 1997, à Damas en 1998,à Rabat en 1999 et à Montpellier en 2000.

Trois années hydrologiques et trois campagnes agricoles ont fait l'objet d'observations enTunisie, au Maroc, en Syrie et au Liban.

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Opération 1: Synthèse des travaux existants et choix desites pour des études pluridisciplinaires finesCette opération s'est déroulée au cours de la première année du projet HYDROMED (1997).Elle a eu pour principaux objectifs de :

• faire le point dans chacun des quatre pays (Liban, Maroc, Tunisie, Syrie) sur lesaménagements de petite et moyenne hydraulique,

• définir quelques sites pilotes et mettre en place les dispositifs expérimentaux.

La méthodologie suivie a consisté en la réalisation de trois actions simultanées.

1. Une revue bibliographique et documentaire mise à disposition de tous les partenaires etcomprenant quatre parties:

• une revue bibliographique exhaustive réalisée à partir des « Current Contents» et desites Internet (confiée à J.O. Job et J. Albergel de l'IRD);

• une revue bibliographique spécialisée sur les pratiques de Conservation des Eaux etdes Sols (CES) en climat semi-aride et élargie aux retenues artificielles (confiée à E.Roose de l'IRD) ;

• une revue bibliographique spécialisée sur la modélisation hydrologique adaptée auxpetits bassins versants des montagnes semi-arides (confiée à R. Ragab et B. Austinde IH Wallingford),

• une revue bibliographique spécialisée sur les problèmes de sols et de transfert depolluants (confiée à R. Berndtsson de l'Université de Lund).

2. Une synthèse sur les réalisations en matière de lacs et barrages collinaires dans les paystiers méditerranéens impliqués dans le projet (confiée à S. Selmi de l'IRD et S. Nasride l'INRGREF pour la Tunisie, Kara Damour et Miski pour la Syrie, A. Merzouk pourle Maroc et à la Direction des Barrages du Ministère de l'Energie au Liban). Cessynthèses sont basées sur :

• l'analyse des politiques de mise en place des réalisations en petite et moyennehydraulique,

• la détermination de la part des petits barrages dans la mobilisation des eaux desurfàce,

• l'identification des contraintes au développement des petite et moyennehydrauliques et l'estimation du potentiel pour ce type d'aménagement.

3.Le choix des sites pilotes a été fait et les aménagements expérimentauxcomplémentaires ont été réalisés à partir de visites des sites, en concertation avec leséquipes partenaires devant y intervenir.

Action 1 : Revues bibliographiques thématiquesLes différentes revues bibliographiques ont été publiées dans les deux premiers rapportsd'avancement du projet HYDROMED Ouin et décembre 97).

Toutes les références ont été saisies avec mots-clés et résumés dans le logiciel «ReferenceManager». Ce logiciel a servi également aux saisies de l'ensemble de la production du projetet des bibliographies réalisées par les étudiants. Le projet dispose donc d'environ 200références archivées et de documents complets pour un bon nombre d'entre elles.

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L'analyse des documents a été faite suivant sept thèmes:

Valorisation des petits barrages, usage de l'eau, ouvrages généraux (IRD - INRGREF,Tunisie). Dans le premier rapport d'avancement, Selmi & Albergel ont analysé 21 titresconcernant la réalisation de lacs collinaires ou de petits barrages, les études sociales ouéconomiques, les travaux relatifs aux bilans hydrologiques et à la qualité des eaux. La thèsesoutenue par S. Selmi (1996) fait le point sur l'impact économique des petits barrages enTunisie. Elle présente également une étude bibliographique sur les petits aménagements dansle monde ainsi que l'histoire de ces petits améagements (thèse de doctorat en économie dudéveloppement agricole, agro-alimentaire et rural de l'Ecole Supérieure Agronomique deMontpellier).

Hydrologie des petits bassins et réservoirs associés (ID). L'IR a présenté, dans son premierrapport d'avancement, une revue bibliographique des modèles hydrologiques adaptés aux lacscollinaires et une revue des expériences dans les zones semi-arides du Commonwealth. Centtrente trois références scientifiques ont été fournies. Une étude d'applicabilité des modèles aété réalisée. Elle se présente comme un cours sur la modélisation hydrologique appliquée auxpetits réservoirs des zones semi-arides. Elle décrit les modèles simples de bilans, les modèlesconceptuels, les modèles distribués et les modèles détenninistes décrivant chaque phase ducycle de l'eau. Elle termine avec une étude sur les modèles de prédétermination des volumesen eau disponibles dans les retenues collinaires. Une communication a été présentée, sur lesconclusions pratiques qui ont été tirées de l'analyse de ces références bibliographiques, aucongrès« Water in the Mediterranean. Collaborative Euro-Mediterranean Research : state ofthe art, results and future priorities » (Ragab, Austin and Albergel 1997).

Cette revue bibliographique a permis de décider la mise au point d'un logiciel comprenant:

- un modèle de simulation des crues entrant dans un petit réservoir et fonctionnant àpartir des paramètres de pluie, de hauteur d'eau dans le lac et d'évaporation mesuréssur les sites pilotes- et un modèle de calcul de la probabilité de défaillance d'un petit ouvrage en fonctionde sa capacité initiale, de son taux d'envasement et d'un objectif raisonnable de petiteirrigation.

Ce travail a été développé par l'équipe du Dr Ragab de l'IR en collaboration avec celle del'IRD (Dr. Albergel), gestionnaire de la banque de données. Pour le modèle de simulation descrues, il est ressorti:

(i) Qu'il fallait choisir, pour qu'il soit opérationnel, un modèle conceptuel simpleavec une procédure de calage automatique des paramètres.

(ii) Qu'il serait intéressant de tester quelques modèles physiques distribués etnotamment le modèle KINEROS mis au point pour des petits bassins cultivésméditerranéens.

Protection des impluviums (!RD, Montpellier). Roose (1997) a publié un document de 33pages sur la protection des terres et la gestion du ruissellement à l'amont d'un lac collinaire enzone semi-aride. Ce document est annexé au second rapport d'avancement du projetRYDROMED. Il se présente en trois parties: la première partie fait le point sur les techniquesde gestion conservatoire des eaux et des sols à partir d'une cinquantaine de référencesdonnées en bibliographie; la seconde partie est constituée de fiches de lecture de quatreouvrages essentiels sur la question (Reusch 1985, El Alami & al. 1983, Roose 1994, Roose etal. 1996); la troisième partie présente, sous la forme de planches dessinées, les techniques degestion et de conservation des eaux et des sols adaptées aux impluviums des petits barrages.Cette revue bibliographique a permis de définir les grands volets de l'étude pédologique du

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projet en montrant les spécificités des sols jeunes des montagnes méditerranéennes, lesproblèmes de dégradation associés à ces sols ainsi que les méthodes anciennes et récentes deconservation mises en œuvre par les populations ou les pays localisés au sud de laméditerranée.

SIG et modèles d'écoulement et d'érosion (IRD, Tunisie). Cette étude bibliographique aété confiée à un étudiant de la Faculté de Géologie de Tunis II. Elle a été le point de départd'un travail de thèse réalisé par Mansouri T. (2001). L'analyse bibliographique des SIG nousa conduit au choix des logiciels ARCVIEW et Spatial analyst et à organiser la banque desdonnées géoréférencées de la manière suivante :

Pour tous les bassins étudiés,la couche 1 représente le contour du bassin versant, le réseau hydrographique,l'emplacement du barrage et la limite du lac à sa cote de déversement,la couche 2 représente l'infrastructure du bassin versant (routes, pistes,villages, maisons, puits, forages... ),la couche 3 représente les courbes de niveau qui permettent la construction duMNT et la comparaison des limites des bassins définies sur les photographiesaériennes d'une part (couche 1) et calculées par le MNT d'autre part.

Suivant les études particulières, les couches 4 à 7 correspondent respectivement:la couche 4 au dessin de la carte géologique,la couche 5 à la carte pédologique qui peut comporter des sous-couchesassociées à la profondeur des sols, à leurs porosités ou à leurs conductivités,la couche 6 au parcellaire agricoleet la couche 7 à l'occupation des sols et à son évolution.

Qualité de l'eau des réservoirs artificiels (lRD - INGREF, Tunisie). La revuebibliographique de ce thème a été réalisée par Mlle Rahaingomanana dans le cadre d'unethèse soutenue au premier trimestre de l'année 1998 à l'Université de Montpellier II(Rahaingomanana 1998). Vu la bonne qualité des eaux des lacs étudiés dans le cadre de cebrillant travail de thèse, il a été décidé que les analyses associées à la qualité des eaux neseraient pas poursuivies par le projet HYDROMED.

Physique des sols, transfert d'eau et de solutés (Lund). L'Université de Lund a envoyéplusieurs articles et travaux qui sont cités dans le second rapport d'avancement. Ils ont été lepoint de départ d'expérimentations sur le transit de l'eau et des solutés dans des sols argileuxsoumis à dessiccation et dont la macroporosité, importante en saison sèche, s'amenuise avecle gonflement des argiles dès les premières pluies automnales. Un travail méthodologique aété décidé pour étudier les possibilités de mesurer in situ l'humidité des sols argileuxgonflants par la méthode TDR (Time Domain Reflectometry). La revue bibliographique apermis de choisir les types de sondes et la fréquence d'acquisition des données.

Systèmes experts de mise en valeur agricole et d'irrigation (lRNASE). Une liste d'unecentaine de références a été produite dans le premier rapport d'avancement de l'IRNASE avecla présentation du système expert MICROLEIS développé par cet institut. Ce système expertpermet, à partir de la connaissance du climat et des sols, de faire une expertise sur les culturesirriguées possibles. Il donne les apports en eau supplémentaires nécessaires au développementdes cultures. Ce système est présenté sur le site Web de l'IRNASE : www.csic.irnase.es. Il estapparu à cette occasion qu'il n'existait pas de système expert simple pour le choix d'un site delac collinaire et pour calculer les principaux paramètres qui déterminent la faisabilité d'unprojet de construction de petit barrage. Le projet HYDROMED s'est donc donné commeobjectif la construction d'un tel système expert adapté, dans un premier temps, à la dorsaletunisienne mais généralisable à d'autres régions.

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Action 2 : Synthèses par pays des travaux sur les petits barragesLes synthèses sur lacs et barrages collinaires de Tunisie et de Syrie ont été publiées (Selmi &Nasri 1997; Kara Damour & Miski 1997). Celles du Maroc et du Liban n'ont pas fait l'objetd'une publication, mais les éléments ont été réunis et analysés dans les deux premiers rapportsd'avancement du projet.

Au LibanUn rapport provisoire sur les petits barrages de ce pays a été rédigé (Ministère de l'énergie1997). De cette première étude, il ressort que le Liban a construit très peu de petits barragesmalgré plusieurs études de faisabilité. La majorité des petites retenues sont de très faiblecapacité et elles sont construites à l'initiative privée pour le captage des sources.

Deux barrages uniquement ont les dimensions des petite et moyenne hydrauliques visées parle projet Hydromed : Jouret El Ballout à Zaarour dans le Metn Nord et Kawachra dans larégion de Halba. Seul ce second site correspond approximativement aux critères d'un sitepilote du projet Hydromed.

Un important programme de construction de petits barrages est initié dans la plaine de laBékaa par le Plan Vert avec différents objectifs selon le site de l'ouvrage:

• la régulation des crues violentes dans cette zone semi-aride dominée par les chaînesmontagneuses du Mont Liban et de l'Anti Liban ;

• l'alimentation en eau potable de villages isolés;

• la micro-irrigation et l'alimentation en eau du cheptel.

La poursuite du projet se fera sur le site de Kawachra avec une étude des potentialitésd'installation de petits barrages dans la plaine de la Békaa.

Au Maroc

La synthèse s'est basée sur les travaux de Mahfoud publiés en partie à l'occasion des JournéesNationales d'études sur les petits barrages AFEID & CFGB qui eurent lieu à Bordeaux enfévrier 1993. La période de sécheresse que le Maroc a traversé au début de la décennie 1980,considérée comme la plus longue jamais observée, a été le point de départ de la politique deconstruction de petits barrages et de lacs collinaires réalisés avec une pratique à hauteintensité d'utilisation de la main d'œuvre.

Les petits barrages sont destinés aux buts suivants, plusieurs objectifs pouvant être atteint parun seul de ces ouvrages:

• l'irrigation,• l'abreuvement du cheptel,• la protection contre les crues,• la recharge artificielle des nappes,• l'alimentation en eau potable des centres ruraux,• la lutte contre la pollution,• la plaisance.

Un peu plus de 50 petits ouvrages ont été construits depuis 1985. De par leur nature, leurdestination et la méthode d'exécution, ces petits barrages et leurs aménagements connexessont réalisés par la coordination des travaux de trois Ministères :

• le Ministère des Travaux Publics qui assure la conception des barrages et l'encadrementtechnique pendant leur construction, ainsi que la fourniture du matériel (gros engins,camions, compresseurs, bétonnières...) ;

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• le Ministère de l'Agriculture et de la Réforme Agraire qui intervient sur les bassinsversants des retenues pour la réalisation des ouvrages de conservations des eaux et des solset à proximité des retenues pour la mise en valeur des terres irriguées;

• Le Ministère de l'Intérieur et de l'Information qui fournit la main d'œuvre, finance l'achatdu carburant et des petits équipements et qui reste le gestionnaire des petits ouvrages aprèsleur réalisation.

Les programmes de réalisation des petits barrages sont arrêtés sur la base de :

• la rentabilité des projets, évaluée par une étude d'impact appréciée par le taux derentabilité interne (saufpour l'AEP),

• les situations économique et sociale des zones intéressées,

• l'adhésion des populations riveraines.

L'effort de réalisation d'ouvrages de petite et moyenne hydrauliques est accompagné par denombreux travaux sur la caractérisation des sites, la nature des ouvrages et l'impact local deces aménagements. Le programme expérimental de recherche technologique réalisé parl'administration de l'Hydraulique a permis d'adapter la technique du barrage en bétoncompacté au rouleau à la construction des petits barrages, engendrant une économie moyennede 20% sur le coût des ouvrages et une réduction de 30% des délais de construction.

Une étude d'évaluation, a posteriori, du programme des petits barrages a porté sur 23barrages répartis dans 13 provinces du Royaume. Basée sur la méthode « des effets », quipermet d'apprécier les principaux changements découlant de la mise en œuvre des projets,elle a été réalisée en tenant compte du caractère social relativement prédominant de ce typed'aménagement. Les conclusions de cette méthode d'évaluation ont montré qu'en plus deseffets directs au niveau de l'agriculture, de l'élevage et de l'Alimentation en Eau Potable(AEP), par la création d'emplois durant les travaux de construction et la formation d'une maind'œuvre qualifiée, il existait également les effets induits indirects suivants:

- la part de la valeur ajoutée qui revient aux comptes des ménages est estimée enmoyenne à 10 200 Dirhams par an et par ménage;

- le différentiel de la valeur ajoutée due à l'irrigation est estimé à 1,8 millions deDirhams par an et par barrage lorsque la superficie irriguée atteint une centained'hectares.

Pour tous les barrages considérés, le coût de la main d'œuvre représente environ 45% à 50%du coût financier du projet. Ceci signifie que seulement la moitié du prix des ouvrages est unecharge pour l'économie nationale car l'autre moitié constitue un transfert de richesse entreagents économiques d'une même nation, ce transfert correspondant essentiellement auxsalaires de la main d'œuvre.

La réalisation de petits barrages reste confrontée aux problèmes de l'envasement rapide desretenues en raison de la forte érosion de l'impluvium, de la pérennité de l'eau dans lesretenues en raison de l'évaporation qui dépasse 2000 mm/an sur la plupart du territoire et dela conciliation entre les différents usagers d'une même ressource en eau. Les axes derecherche suivants seront approfondis au Maroc :• sur le plan technologique, relatif à l'ingénierie, adapter les formules de calcul des apports

en eau et en sédiments pour le dimensionnement des ouvrages,• sur le plan socio-économique, faire gérer la ressource en eau par les usagers et concilier

des usages multiples (par exemple l'irrigation et l'abreuvement du cheptel),• sur le plan environnemental, assurer la protection de la qualité de l'eau et analyser l'impact

du réservoir artificiel sur l'hydrosystème local.

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Un diagnostic s'impose pour les ouvrages déjà installés afin d'y développer des règles deconduite satisfaisant les objectifs sociaux, économiques et environnementaux. Il est égalementenvisagé de préparer des modèles d'utilisation de l'eau puis de négocier, lac par lac, les règlesde gestion en partenariat avec les principaux groupes d'usagers.

En Syrie

La synthèse préliminaire sur les petits barrages syriens a été publiée par Kara Damour &Miski en 1997. En introduction de cet ouvrage, est présentée une excellente synthèse sur lesparamètres physiques du pays conditionnant la ressource en eau. La Syrie dispose d'uneressource en eaux superficielles et souterraines estimée globalement à 9 700 millions de m3

par an, répartie comme suit: 3 840 millions d'eaux souterraines sous la forme de sources,2 125 millions d'eaux souterraines renouvelables extraites par forage et 3 745 millions d'eauxsuperficielles qui correspondent aux écoulements de rivières non pérennes.

Le petit barrage est connu en Syrie depuis le début de l'ère chrétienne. De nombreuses ruinesattestent de leur présence dans les steppes sèches. Les barrages étaient construits en blocs depierres taillées, assemblés avec un mortier résistant. L'amont des ouvrages était protégé pardes gradins de pierre et des remplissages en terre. La plupart ont été détruits par des crues oudes tremblements de terre. Certains existent toujours mais sont remplis de sédiments.Signalons le cas du barrage de Bardeh dans la Badia à l'est de Homs, sur la route de Palmyre.Ce barrage romain a été réhabilité récemment en creusant, dans les sédiments à partir de ladigue, un tunnel oblique de 1,60 m de diamètre rejoignant plus en amont la surface de laretenue. Ce tunnel a servi de canal d'amorce à l'érosion des sédiments déposés et il a serviégalement à leur évacuation. Après 5 années de fonctionnement, le trou dans le barrage a étérebouché et un réservoir de 80 000 m3 a pu ainsi être créé.

Les premiers petits barrages modernes ont été construits au milieu des années 60 dans laprovince de Swaîda, pour l'alimentation en eau potable des villages de ce plateau basaltiquesans ressource en eaux souterraines. Depuis les années 60, 43 barrages répondant à ladéfinition de petits barrages ont été construits en zone semi-aride: 18 dans la Badia, 10 dansle bassin du Jourdain et 10 dans le bassin de l'Assi. Les objectifs de ces constructions se sontaussi diversifiés: AEP, irrigation et abreuvement du bétail, recharge artificielle des nappes,pisciculture, tourisme.

• AEP (Alimentation en Eau Potable) : la croissance démographique dans les provinces àfort déficit hydrique (Swaîda, Badia et Kalamoun) a rendu insuffisants les volumes d'eaufournis par les sources. Le fort coût du transport de l'eau par camion citerne a incité lesautorités administratives locales à construire des ouvrages de rétention sur les oueds dèsque le coefficient annuel de ruissellement annuel atteignait une moyenne de 5%. Cesbarrages ont été équipés de pompes et de systèmes de distribution d'eau par tuyaux dedeux pouces. Des camions citernes viennent encore s'y approvisionner pour leshabitations les plus éloignées. Des abreuvoirs sont construits pour protéger la réserved'une pollution fécale. Tous les barrages de la province de Swaîda ont été construits dansun objectif d'AEP. Dans cette région, le déficit en eau potable peut encore atteindre 75%des besoins en eau potable au cours d'années très sèches.

• Irrigation et abreuvement du bétail: en aval de la retenue, un système d'irrigation estalimenté par la vanne de vidange du barrage. Il est constitué généralement de deux canauxbétonnés bordant le bas-fond. Les périmètres irrigués aval ont des surfaces variant de 25 à100 ha. Un tour d'eau est organisé entre les paysans qui reçoivent une quantitéproportionnelle à la surface de leurs parcelles dans la limite des volumes d'eaudispombles. Les allocations d'eau sont définies annùellement par le Ministère del'Irrigation. L'eau d'irrigation est payée par les paysans à un prix suffisamment bas pour

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être accepté par les usagers mais qui permet cependant de couvrir les frais d'exploitationdes ouvrages.

• Recharge artificielle des nappes : une étude exhaustive des sites de barrages filtrants a étéréalisée, mais l'évaluation de l'efficacité de la recharge est difficile à mettre en œuvre carelle nécessite une étude comparative des situations avant et après aménagement.

• Pisciculture: les barrages sont empoissonnés en différentes espèces de poissons. Laproductivité est en moyenne de 0,1 kg de poisson par m3 d'eau.

• Aires récréatives : quelques barrages, près des grandes villes, souvent situés en altitude,sont équipés pour un tourisme national très apprécié (petits restaurants, pique-niques,ballades sur l'eau... ). Ils sont aussi le lieu de résidences secondaires. La population estattirée par la fraîcheur du climat d'altitude et par les espaces verts, plantés à proximité desbarrages. Les installations touristiques restent cependant très modestes et peuvent êtreaméliorées.

Les petits barrages sont sous la responsabilité de la Direction des Barrages du Ministère del'irrigation. Cette direction a la responsabilité du choix du site, des études de faisabilité, de laconstruction des ouvrages et de leur exploitation. Le barrage est constitué d'une digue en terreavec un déversoir latéral. Lorsqu'il est destiné à l'irrigation, une ·prise d'eau et unecanalisation traversent l'ouvrage et permettent l'alimentation du périmètre irrigué situé plusen aval. Pour les barrages destinés à l'AEP, les prélèvements se font par pompage. Untraitement des eaux par décantation et désinfection est réalisé.

Les projets du Ministère de l'Irrigation en matière de petits barrages sont:• La construction de 13 barrages dans le bassin de la Badia avec des capacités variant entre

0,2 et 1,5 M m3•

• Trois sites ont été reconnus et étudiés dans les bassins du Barada et du Awaj avec descapacités variant de 0,28 à 0,75 M m3 (alimentation de Damas).

• Dans le bassin du Jourdain, cinq sites sont à l'étude pour des barrages de moins de 15 m dehaut avec une capacité variant de 0,4 à 1 M m3

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• Dans le bassin de l'Assi, cinq sites ont été choisis pour la construction de barrages decapacité inférieure à 1 M m3

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Les principaux problèmes rencontrés en Syrie sont de deux types: d'une part les problèmesliés à l'étude et à la construction, d'autre part les problèmes liés à l'exploitation de l'eaustockée dans les retenues. Dans le premier groupe, on rencontre les difficultés inhérentes aumanque de données hydrologiques, à l'accessibilité des sites, à la géologie et àl'hydrogéologie du pays (problèmes de karst, de fissures dans les basaltes, tectonique activeavec risque élevé de séismes). Dans le second groupe, sont mentionnés les problèmes dedisponibilité de l'eau et de satisfaction des différents usages, de faIble durée de vie de certainsouvrages due à la sédimentation, à la pollution des réservoirs ou à l'eutrophisation desretenues par les rejets des villes ou villages situés à proximité des barrages.

En TunisieLa synthèse préliminaire sur les petits barrages tunisiens a été publiée par Selmi & Nasri en1997.

La réalisation de 1 000 lacs et 200 barrages collinaires, auxquels s'ajoutent 4 000 ouvragesd'épandage des eaux de ruissellement, n'est qu'une des quatre composantes du projet décennalde la Direction de la CES (Conservation des Eaux et des Sols) du Ministère de l'Agriculturetunisien. Les barrages collinaires sont des unités hydrauliques du même type que les lacscollinaires, mais de dimensions plus grandes (digue de 12 à 20 m de haut et capacité de 0,5 à

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quelques millions de m3). Le Ministère de l'Agriculture tunisien prévoit par ailleurs

l'aménagement de 600 000 hectares de terres en pente au moyen de diverses techniques deCES et de 400 000 hectares de terres céréalières par des techniques, dites douces,matérialisant les courbes de niveau et cherchant à stabiliser les surfaces à protéger. Toutes cestechniques, mises en œuvre en Tunisie, ont fait l'objet d'une mission internationaled'évaluation en 1991.

L'élément essentiel d'un lac collinaire est un petit barrage en terre compactée, dont l'amont estrecouvert d'un parement de pierre et l'aval protégé par des plantations de fixation. La hauteurde la digue varie de 5 à 12 mètres et sa longueur de 100 à 300 mètres. Les retenuescontiennent de quelques dizaines de milliers à deux cent cinquante mille mètres cubes d'eaupour des bassins versants d'une superficie allant de 1 à 20 km2

• Pour assurer la sécurité del'ouvrage, un évacuateur de crues est exécuté à la cote de - 1 à - 2 m par rapport à la crête dela digue. Il est lui-même protégé par un revêtement de pierres sèches en escalier. Enfin, uneconduite souterraine de chasse et de prélèvement, raccordée à l'intérieur d'une tour de prise,traverse la digue. Elle est équipée d'une vanne et débouche dans un réservoir de petite tailleou dans un abreuvoir. Outre leur rôle de protection des zones inondables et des grandsbarrages contre l'envasement, par laminage des crues et piégeage des sédiments, les petitsbarrages complètent le rôle des ouvrages d'épandage des crues et de recharge de nappesphréatiques. Les lacs collinaires permettent la constitution d'une nouvelle ressource dont il estescompté qu'elle participe à la satisfaction de multiples besoins comme l'approvisionnementen eau domestique, l'abreuvement du cheptel, l'arrosage de petits jardins familiaux et ledéveloppement de plantations arbustives et arboricoles.

Cette opération concerne toute la zone semi-aride tunisienne, de sa partie montagneuse la pluspropice, les gouvernorats de Bizerte et de Nabeul au nord et nord-est jusqu'à ceux deKasserine et de Sirli Bouzid au Sud et Sud - Ouest, en passant par ceux du Kef, de Siliana etde Kairouan. Elle est conçue et réalisée de manière très décentralisée au sein de chaqueCommissariat Régional au Développement Agricole (CRDA). La Direction de l'ACTA(Aménagement pour la Conservation des Terres Agricoles) en assure le suivi et l'évaluationglobale.

Les premières tentatives d'établissement de lacs collinaires remontent à près d'un siècle dansla région sub-humide de Bizerte. A la fin des années 60, cette technique est de nouveau àl'ordre du jour à l'occasion d'une opération d'aménagement du haut bassin de l'ouedMerguellil. Les retenues, de taille le plus souvent modeste, sont alors construites en régie.

Après une assez longue période de mise au ralenti de cette stratégie, c'est à la fin des années80 que l'on s'intéresse de nouveau à cette technique de contrôle des eaux de surface enprivilégiant l'équipement des hautes vallées des oueds Merguellil et Zéroud, mais en utilisant,cette fois-ci, une nouvelle procédure : par exemple, la retenue créée en 1988 sur l'ouedZouitine (imada de Sadine, délégation de Maktar) fut construite par une entreprise privée detravaux publics après soumission à un appel d'offres faisant suite à l'établissement d'un cahierdes charges. Cette nouvelle procédure ne fera que se généraliser par la suite.

C'est à partir de 1990, avec l'adoption du programme triennal 1992-1994, que l'opération« lacs collinaires» prend toute son ampleur et sa véritable signification. Il est programmé laconstruction de 243 ouvrages se répartissant sur l'ensemble des gouvernorats de la zone semi­aride pour un coût moyen de 146 000 dinars en 1993 (1 dinar tunisien ~ 1 dollar US),entièrement assuré par un financement CEE. De tels moyens financiers ont permis d'envisagerdes retenues de plus grande taille dont la capacité moyenne théorique de stockage était del'ordre de 100 000 m3

•

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Après 1995, le programme s'est POurSUIVI avec un objectif de 1000 lacs et 200 barragescollinaires en l'an 2000. A la fin de l'année 1997, les gouvernorats les mieux dotés de ce typed'infrastructures sont, dans l'ordre décroissant d'ouvrages construits, ceux de Siliana (64construits pour un objectif de 120), Bizerte (45 construits pour un objectif de 80), Zaghouan(44 construits pour un objectif de 120) Kasserine (44 construits pour un objectif de 100), LeKef (44 construits pour un objectif de (20), puis Nabeul (42 construits pour un objectif de80), Kairouan (40 construits pour un objectif de 80), puis Béjà (22 construits pour un objectifde 90), Jendouba (22 construits pour un objectif de 80), Sousse (21 construits pour un objectifde 50), enfin Ariana (16 construits pour un objectif de 40), Ben Arous (16 construits pour unobjectif de 30). La carte 1 donne la situation de 520 lacs et barrages collinaires construitsavant septembre 1999.

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Carte 0°1 : Lacs et barrages collinaires réalisés en date de Septembre 1999

Si le projet de réalisation d'un millier de lacs coUinaires est accompli, ce seront 50 millions demètres cubes d'eau qui seront mobilisés chaque année et quelques dizaines de millions demètres cubes de sédiments piégés dans les retenues de manière cumulative, mais avec descapacités de stockage de plus en plus réduites au cours du temps.

L'opération « lacs collinaires » se déroule conformément aux prévisions du programme, sansposer de véritable problème technique d'exécution. Toutefois:;- il semble que quelques réserves

41

puissent être faites sur la finition des évacuateurs de crues. De même, le rôle attendu eteffectivement joué par la conduite souterraine n'apparaît pas toujours clairement: il n'estvraisemblablement pas judicieux d'en faire un instrument d'évacuation des sédiments, ce quiconduit surtout à un gaspillage d'eau et rarement à une évacuation significative des dépôts.Ces restrictions étant faites, on peut affirmer que la qualité technique des réalisations est enconstante amélioration Il en est de même pour le choix des sites et les études de faisabilité.

Avant 1995, l'administration a surtout privilégié des critères techniques et fondé ses choix surdes a priori de fonctionnement du milieu physique et de réaction des populations riveraines,la sélection des sites à aménager étant faite en considérant qu'une mise en valeur locale allaitêtre spontanée, quitte à la stimuler par la distnbution d'équipements complémentaires tels queles motopompes. Après 1995, une phase d'analyses sociales et économiques des activitésrurales et l'examen du projet dans ses diverses composantes ont été inclus dans l'étude defaisabilité avec une analyse des potentialités et aptitudes économiques (coûts et bénéfices) etune étude organisationnelle du milieu humain dans lequel s'inscrit le projet (contrats,groupements, attitudes collectives et réglementaires).

L'analyse des systèmes de production agricole autour de 26 lacs, suivis de 1993 à 1996,montre que:• 50% des exploitants n'ont pas introduit l'irrigation et conservent leur système de

production traditionnel;• 28% commencent à intégrer l'irrigation dans leur système de production agricole;• 22% seulement des exploitants pratiquent couramment la petite irrigation.

Le taux d'exploitation des lacs collinaires est encore faible, mais en augmentation constante ettrès variable d'un site à l'autre. Sur le site de Kamech, dans le Cap-Bon, la retenue est équipéede nombreuses motopompes (de 4 à 8 suivant la demande). Y cohabitent des périmètres decultures industrielles et des jardins maraîchers traditionnels. D'autres sites, plus isolés desmarchés, restent peu ou pas exploités.

L'usage de l'eau permet d'introduire de nouvelles spéculations très rentables (notamment lemaraîchage et l'arboriculture) dont la marge brute peut atteindre 10 fois celle de lacéréaliculture traditionnelle extensive. Cette exploitation optimale de l'eau des lacs collinairesest à l'origine de la création d'un supplément de revenu annuel important qui se traduit parl'amélioration de l'habitat et une spéculation foncière sur les terres jouxtant les lacs.

Cependant, l'envasement rapide de certaines retenues a déçu les agriculteurs. Ainsi, huithectares de pommiers plantés dans les trois premières années d'existence du lac de Sadine 1(haut bassin du Zéroud) souffrent du manque d'eau et sont actuellement très peu productifs.La retenue est en effet comblée de sédiments à 90% de sa capacité de stockage.

Comparaisons entrepays du projet HYDRDMED

A partir des différentes synthèses, une première comparaison entre les pays du projetHYDROMED a pu être élaborée. Les tableaux suivants en font le résumé de cettecomparaison.

42

Importance en 1977 des petits barrages dans les pays étudiés

Liban Maroc Syrie Tunisie

Barrages réalisés 2 petites unités, 50 unités moyennes, 43 unités moyennes, 40 unités moyennes,mais de nombreuses de nombreuses petites 100 petites unités 450 petites unitésmicro-réalisations unités

Projets futurs Une trentaine prévue 500 prévues, 30 prévues 200 moyennespriorité aux unités de et 1000 petites unités

0,5 à5 Mm]

Objectifs

• AEP Oui Oui Oui Non

• Protection aval Oui (crues) Oui (crues, sédiments) Oui (crues) Oui (crues, sédiments)

• Recharge nappes Oui Oui Oui Oui

AgricultureOui Oui Oui Oui•

PiscicultureOui Oui Oui Non•

EnvironnementOui Oui Oui Oui

•Oui Non Oui Non

• Tourisme, loisir

Types d'ouvrages Barrages en terre Barrages en terre, Barrages en terre Barrages en terre

ou en béton armé en béton compacté. ouen bétonRecherche sur lesdifférents types

d'étanchéité

Phase d'étude et de construction

Liban Maroc Syrie Tunisie

Ministères et de l'Irrigation, des Tmvaux Publics de l'Irrigation de l'Agriculture

organismes Plan vert de l'Agriculture

décideurs de l'Intérieur

Mode de réalisation En régie En régie avec haute En régie Entreprise privée aprèsintensité d'utilisation appel d'offres et cahierde main d'œuvre. des charges.

Centmlisé Centralisé Centralisé Régionalisé (CRDA)

Participation despopulations à :

- la décision Enquêtes socio-éco Enquêtes socio-éco Enquêtes socio-éco En progression

- la réalisation Faible Forte Faible Faible

Part du financementextérieur Sans Sans Sans Environ 40010

Etudes

• Reconnaissance Cartographie, terrain Télédétection. Cartographie, terrain Télédétection,du site cartographie, terrain cartographie, terrain

• Topographie Avant et après aménag. Avant aménagement Avant et après aménag. Avant aménagement

• Hydrologie Formules empiriques Références régionales Formules empiriques Références régionales

• Géologie Importante Sommaire Importante Sommaire

• Périmètre irrigué Oui Oui Oui Non

• Socio-éoonomie Sommaire Oui Sommaire En progression

• Protection de Sommaire En progression Sommaire Etudiél'impluvium

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Phase d'exploitation

Liban Maroc Syrie Tunisie

Ministères de l'Irrigation de l'intérieur de l'Irrigation de l'Agriculture(Organisme resp.) (Cercle) (Direction de bassins) (CRDA)

Organisation des AEP : société de Centralisée, Encouragement à la

utilisateurs distribution des eaux. direction de bassins création d'AIC &Privée ou collective comités de gestion

Remembrement Non pour les lacs

et redistribution Suivant les barrages Oui collinaires.

des terres Oui pour les barrages.

Tarification de Oui : couverture des Oui : couverture des Non

l'eau frais d'exploitation frais d'exploitation

Etudes et suivis Faibles Importants Moyens Très importants

Place des Petits Barrages dans les autres Pays de l'ACSAD (A. Droubi & J. Khouri)

Le travail bibliographique réalisé sur les quatre pays du projet a été complété sommairement,pour l'ensemble des pays participants à l'ACSAD, par une étude sur la place des petitsbarrages dans l'ensemble des pays arabes (cf. Contribution de l'ACSAD au rapport finalrédigée par le Dr. Abdallah Droubi et le Dr. Jean Khouri).

Outre les pays de la Péninsule Arabique, les pays de l'ACSAD occupent la côte sud etorientale du bassin méditerranéen. La maîtrise des eaux de surface dans ces pays a toujoursété indissociable du développement économique et social. Les petits barrages et les travauxd'aménagement hydraulique y existent depuis l'époque romaine. Les grandes rivières ont faitl'objet de nombreux projets d'aménagement pour développer l'irrigation. Récemment, sous lapression d'une forte demande en eau, une politique de mobilisation optimale des ressourcesen eau a été adoptée dans les différents pays Arabes pour répondre aux besoins dudéveloppement.

En Jordanie, la construction des petits barrages a été accélérée ces dernières années. Quatrebarrages, dont les capacités de stockage varient entre 2 à 5 Mm3

, existent déjà et six sont enprojet. Pour récolter les eaux de ruissellement, 10 barrages ont une capacité totale de 8,4 Mm3

et 15 sont en projet dans la région désertique, avec une capacité totale de 22 Mm3• Dans les

autres régions, 38 réservoirs d'une capacité de 9,1 Mm3 existent déjà et 20 autres unités sontprojetées. 1

Emirats Arabes Unis: il existe 35 barrages avec une capacité de stockage allant de 0,2 à 18Mm3• L'objectifprincipal de ces barrages est la recharge des nappes.2

Oman : La construction des barrages a été lancée depuis une vingtaine d'années. Il existeactuellement environ 17 barrages destinés à la recharge des nappes avec une capacité de50 000 m3 à 10 Mm3 (9 barrages ont une capacité inférieure à 1 Mm3

). En outre, il y a 6barrages dont l'objectif est la protection contre les crues avec une capacité de 250 000 m3 à1,6 Mm3

•

Arabie Saoudite: Il y a environ 54 barrages qui sont construits sur des oueds avec commeobjectif principal la recharge des nappes, l'irrigation ou la protection contre les crues. La

1 Hydrology ofWadi Systeme in Jordan, RadwanAI-Weshah (2000), The Arab Network on Wadi hydrology.2 Proceedings ofexpert group meeting on the implication ofAgenda 21, ESCWA, 1995.

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capacité de ces barrages varie entre 100 000 m3 et 3 Mm3 (5 barrages dépassent une capacitéde 7 Mm3).3

Algérie: L'Algérie n'a connu les petits aménagements hydrauliques qu'après l'indépendance,lorsque le gouvernement a envisagé un grand programme d'édification de lacs collinaires.Mais les études technico-économiques lancées à ce sujet ont fait ressortir les difficultésinhérentes au contexte algérien: une forte irrégularité de pluies, des pentes fortes et lapossibilité d'envasement rapide des retenues, ce qui rend les barrages collinaires très coûteux.La réalisation de la première retenue collinaire date seulement de 1976. Elle fut suivie parplusieurs autres réalisations. Les résultats de cette opération ont été décevants en raison del'envasement rapide des retenues, de la fiuble utilisation des eaux stockées et du coûtrelativement élevé de la construction des ouvrages. Malgré ces conclusions peuencourageantes, l'état a relancé en 1985 un nouveau programme d'aménagement comprenant700 retenues et 300 barrages collinaires.

Action 3 : Choix des bassins versants pilotesLes synthèses bibliographiques et les comparaisons entre pays ont permis d'établir les critèresde choix d'un dispositif de petits bassins versants équipés de barrages de petite dimension.Les visites de terrain, les négociations entre partenaires et les possibilités financières du projetont été pris en compte pour arrêter le nombre de sites à cinq en Tunisie, deux en Syrie et un auMaroc.

Sept sites ont été entièrement équipés et plusieurs autres ont été choisis pour des travauxd'enquêtes.

Sur chaque site principal, le lac collinaire est équipé d'une échelle limnimétrique, d'unpluviomètre journalier, d'un bac à évaporation et de deux centrales d'acquisition automatiquede données: la première est reliée à un capteur pluviométrique à augets basculeurs (0,5 mmde pluie) et la seconde à une sonde immergée mesurant le niveau de l'eau au cm près et latempérature de l'eau au niveau de la sonde. L'évacuateur de crues est aménagé pour disposerd'un seuil déversant permettant l'estimation des débits. Le lac est équipé pour des mesuresdirectes fréquentes de hauteur d'eau (échelle limnimétrique). Des mesures de conductivitéélectrique et de pH sont effectuées à chaque visite de contrôle et de collecte des donnéesenregistrées (en moyenne tous les trois mois).

En TunisieDepuis 1993-94, la Direction de la CES et l'IRD ont mis en place un réseau de 30 bassinsversants représentatifs du milieu semi-aride pour suivre les bilans hydrologiques, la qualité del'eau des retenues collinaires et évaluer les différents impacts des petits barrages sur laressource en eau, sur l'environnement et sur le niveau de vie des agriculteurs riverains de cespetites retenues. Ce réseau a été financé par l'DE DG1.

En Tunisie Centrale, dans la dorsale semi-aride, du Cap Bon jusqu'à la frontière algérienne,30 retenues artificielles ont été sélectionnées pour constituer un réseau d'observation et desurveillance des lacs collinaires et de leurs bassins versants (carte 2). Ces retenues ont desimpluviums très diversifiés allant d'un milieu semi-forestier plus ou moins anthropisé à unmilieu totalement consacré à l'activité agricole. La superficie de leurs bassins versants variede 1 km2 à quelques dizaines de km2• Ces retenues se situent dans la zone semi-aridetunisienne, entre les isohyètes 250 mm et 500 mm de précipitations inter-annuelles.

3 Sth GulfWater Conference, 24-28 March 2001, Doha, Qatar.

45

Les données acquises sur ce réseau sont informatisées au fur et à mesure de leur élaboration etpubliées sous forme d'annuaires à la fin de chaque année hydrologique.

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A

Carte 2 : Réseau d'observations des lacs et barrages coUinaires de Tunisie.

Cinq de ces sites ont été choisis comme sites pilotes du projet Hydromed autour des lacs de :

• KAMECH, situé au nord du Cap-Bon, dans le CRDA de Nabeul, à la limite entre lesclimats sub-humide et semi-aride méditerranéens. La pluviométrie inter-annuelle (P)est voisine de 500 mm mais certaines années humides peuvent atteindre 1000 mm. Lasuperficie du bassin versant (BV) est de 245 ha. La capacité de stockage du laccollinaire est de 140 000 m3

• Les coefficients annuels d'écoulement (Ke) sontrespectivement de 44% en 1996, 4% en 97 et 20% en 98 avec une érosion spécifiquecorrespondante de 15, 15 et 18 m3lhaJan. Les matériaux géologiques sontessentiellement constitués de marnes qui donnent des sols Iimono-argileux à argilesactives (sols vertiques). L'occupation des sols se caractérise par un taux de mise enculture proche de 75% avec, dans l'ordre d'importance: les céréales, les légumineuseset le maraîchage irrigué. Ravinement et mouvements de masse prennent une certaineimportance sur ce bassin. Un dispositif pour le suivi de l'évolution des ravines y a doncété installé.

46

• EL GOUAZINE, situé sur la Dorsale tunisienne, au sud-est du massif du Bargou, dansle Gouvernorat de Kairouan. Le climat y est de type semi-aride continental: P # 400mm avec une forte variabilité inter-annuelle. La superficie du bassin versant est de1810 ha. Le lac collinaire a une capacité de stockage de 230 000 m3

• Les coefficientsannuels d'écoulement sont égaux à 5% en 1996, 1% en 1997 et 3% en 1998. pour cesmêmes années, l'érosion spécifique y est respectivement de 1,5, 1,0 et 1,3 m3/ha/an.Les calcaires dominent l'ensemble des matériaux géologiques et les sols sont limono­sableux avec une forte charge en éléments grossiers en amont et en rive droite. Lebassin est occupé à 50% par la céréaliculture. Le versant rive gauche et sa partie amontsont très aménagés (banquettes). Maraîchage et arboriculture fruitière irriguée sontpratiqués en aval du barrage. Une faible érosion en nappe est observée sur les versants.

• MRICHET EL ANSE, situé sur la Dorsale tunisienne au nord-ouest du massif duBargou, dans le Gouvernorat de Kairouan. Le climat y est de type semi-aridecontinental, avec une pluviométrie annuelle P # 450rnm, mais avec des années humidesà 1000 mm. Le bassin versant couvre une superficie de 158 ha Le lac de retenue a unecapacité de stockage de 42 000 m3

• Les coefficients d'écoulement annuel sont égaux à4% en 1996, 7% en 1997 et 2% en 1998 alors que l'érosion spécifique de ces mêmesannées est égale à 6, 6 et 8 m3/ha/an. Calcaires et marnes y forment l'essentiel desmatériaux géologiques, donnant des sols limono-sableux à limono argileux à argilesactives (vertisols). Le bassin est occupé à 75% par la culture des céréales et deslégumineuses; le maraîchage et l'arboriculture fruitière irrigués sont pratiqués en avalde la retenue. Un aménagement en banquettes a débuté en aval. L'érosion en nappe yest perceptible ainsi qu'une faible érosion en rigoles.

• FIDH ALI, situé à la limite entre la dorsale tunisienne et la plaine de Kairouan, dans legouvernorat de Kairouan. Le climat y est de type semi-aride mais proche de l'aride. Lapluviométrie annuelle est en moyenne égale à 300 mm, mais avec une forte variabilitéinter-annuelle. Le bassin versant a une superficie de 412 ha La retenue possède unecapacité de 135 000m3

• Le coefficient annuel d'écoulement est égal à 5% en 1996, 1%en 1997 et 3% en 1998. Pour ces mêmes années, l'érosion spécifique est égale à 14, 18et 16 m3/ha/an. Les matériaux géologiques sont formés d'une alternance de calcaires etde marnes gypseuses qui donnent des sols limono-argileux à argiles actives. Lescéréales occupent 75% de la superficie du bassin. Le ravinement y est fort avec undéveloppement de bad-lands en amont.

• ES SENEGA, situé dans la vallée de Sbiba, partie aride de la dorsale, suivi par leCRDA de Kasserine. Le climat y est de type semi-aride inférieur à hivers frais avec unepluviométrie inter-annuelle de 350 mm à forte variabilité (250-450 mm). L'altitude dubassin est comprise entre 618 et 880 In. Sa superficie est de 363 ha. La retenue stocke86 420 m3 d'eau. Les coefficients d'écoulement annuel sont égaux à 7,4% en 1996,11 ,0% en 1997 et 6,2% en 1998. L'érosion spécifique y est égale, pour ces mêmesannées, à 6, 5 et 11 m3/ha/an. Les formations géologiques sont constituées d'unealternance de grès et de marnes du Bartonien supérieur en aval, de calcaires blancs duCampanien en bancs redressés en amont. L'occupation des sols du bassin comprenddes terres de parcours (70%) dans la moitié amont, des céréales et de l'arboriculture enl'aval. L'érosion des versants est limitée par la disparition des sols sur deux tiers dubassin (affleurement d'une dalle calcaire). Un fort ravinement est observé dans lesmarnes de la partie aval.

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Au Maroc

Le choix s'est porté sur l'équipement d'un seul site pilote, le barrage Saboun dans leTangérois. Deux autres sites ont été étudiés de manière plus légère. L'lAVa passé uneconvention d'études avec l'administration de l'hydraulique pour le suivi de ces sites.

L'installation du dispositif expérimental a été réalisée du 3 au 10 novembre 1997 par uneéquipe conjointe lAV - IRD. Un rapport d'installation consigne les caractéristiques del'ouvrage, du bassin versant et de tout l'équipement expérimental (Guiguen et Louati 1997).Les observations hydro-pluviométriques ont donc débuté sur ce site le 7/11/1997.

Le barrage de Saboun est un ouvrage de qualité, équipé d'un bon déversoir. Les parementsamont sont bien empierrés. La digue a été végétalisée du coté aval. Mis en service en 1991, lebarrage a une capacité de 1,1 Mm3

, une digue de 15 m de haut pour une longueur de 450 m.Sa profondeur moyenne est 3,56 m. Cette faible profondeur, pour un ouvrage de cetteimportance, le rend sensible à l'évaporation. Le bassin versant qui alimente la retenue couvreune superficie de 702 ha.

En Syrie et au Liban

Un seul site pilote a été équipé et deux autres sites ont été choisis pour des enquêtes liées àl'usage des eaux. Le site pilote est celui de Syndiané, localisé dans la région de Homs enSyrie. Les deux sites légers sont ceux de Tel Kalakh dans la région de Homs en Syrie et deKawachra au nord de la Bekaa au Liban.

Une équipe conjointe ACSAD - Ministère de l'irrigation - IRD a réalisé l'équipement du sitepilote du 27 novembre au 4 décembre 1997. Elle a réalisé également une étude topographiquedu site et une mesure bathymétrique. Un rapport d'installation consigne les caractéristiques del'ouvrage, du bassin versant et des aménagements (Pépin & Louati 1997).

Le bassin versant couvre une superficie de 359 ha. L'impluvium est bien aménagé avec descordons et murets pierreux formant un bocage lithique. Cet aménagement réduit les problèmesd'envasement. En trente ans de service, le volume de vase ne correspond qu'à 1,8% de sacapacité initiale. Le barrage a été construit en 1967, avec une capacité de stockage égale à 445000 m3

• Son déversoir a été réaménagé pour les besoins de l'étude en cours. La digue a unehauteur de 12 m et une longueur de 512 m. A la cote de débordement, la retenue a uneprofondeur moyenne de 4,16 m, ce qui protège bien les réserves de l'évaporation.

Un périmètre irrigué de 30 ha est situé en aval du barrage. Le système d'irrigation y estconstitué de deux canaux primaires directement alimentés par la vanne de fond du barrage.

Pour chaque site pilote, en Tunisie, au Maroc et en Syrie, une fiche d'identification et de suivia été établie. Elle donne les informations suivantes :

• la situation du barrage,• les caractéristiques du bassin,• les caractéristiques de la retenue,• les codes des appareils enregistreurs,• les barèmes hauteurs-surfaces et hauteurs-volumes,• une carte du bassin versant,• la dernière carte de la bathymétrie,• une photo du site,• les volumes stockés mensuellement,• une statistique de la pluviométrie annuelle à la station de référence la plus proche.

Nous donnons en exemple ci-après la fiche du site pilote de Saboun au Maroc.

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Fiche de l'ouvrage de Saboun

Barrage collinaire de SabounStation: Saboun Bassin: MaharharLatitude Nord: 35°39' Longitude Ouest: 5°02'Région: Tanger Cercle: El Fahs

59% Parcours+ 35% Cultures

S1

73

50200

49600

Bassin VersantSaboun

702Il,61,234,081,72130

1728

0,48113

4

oui

19911066440

30,203,53

11/11/09 162450903990

2,9910

4436,65

83 sorties 450

abreuvement

Caractéristiques du bassin versantSurface (A) en haPérimètre (P) en kmIndice de compacité C=Longueur du rectangle (L) en kmLargeur du rectangle (1) en kmAltitude maximale en mAltitude minimale en mIndice de pente(Ig) en mIkmIndice de Roche (lp)Dénivelee (0) en mClasse de relief(Rodier)Occupation des solsAménagements CES

Caractéristiques de la retenueAnnee de constructionVolume de la retenue au déversement (Vi) en m3Surface de la retenue au déversement (Si) en haRapport Vi/Si en mVolume d'envasement (Ve) en m3Capacité Utile (Vu) en m3Rapport Vu/Si en mHauteur de la digue en mLongueur de la digue en mHauteur du déversoir en m terreLargeur du déversoir en mDiamètre de la conduite en mmUtilisation de l'eau irrigation

digue07/11/9707/11/9707/11/9707/11/97

Caractéristiques de la stationDébut des observationsHauteur repère/échelle en mCode HYDROM échelleCode PLUVlOM ŒDIPECode PLUVlOM pluviomètreCode PLUVlOM bac évaporationAdresse ARGOS sans

07/11/9710,27

1280000100128000001012800000111280000050

488()(}L--9,...,4r-()Q,-----9:-::6':"":oo------:c9-:r800~-.,..,10,..,-()Q:-::0--l:-:-l0200

Barèmes hauteur 1 surface 1 volumeCoteNG enm H échelle Si Ha Vi mJ (1991) VI mJ (1999)

17 -3,00 0,00 0 018 -2,00 0,90 3000 019 -1,00 2,60 20000 503320 0,00 4,70 5(; 000 3416721 1,00 7,10 115000 87544

22 2,00 10,30 202000 16838423 3.00 Il,20 310000 28368824 4,00 17,50 454000 442284

25 5,00 22,40 653000 643841

26 6,00 26,90 899000 89675426.56 6,56 30,20 1 066440 903988

27 7,00 32,80 1 198000 91542828 8,00 40,00 1562000 1 27942829 9,00 49,30 2008000 172542830 10,00 61,70 2563000 2280428

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Site de Saboun : Mesure de la bathymétrie 11/11/1999Volumes moyens mensuels stockés dans la retenue de Saboun (en milliers de m3

)

aooée SEPT ocro NOVE DECE JANV FEVR MARS AYRI MAl JUIN JUlL AOUT aoouel

1997/98 - - - 1110 1110 1120 1090 1050 1020 961 872 790 -1998/99 721 697 666 647 662 666 672 667 636 586 518 441 632

199912000 388 375 - - - - - - - - - - -

Moyen. 555 536 666 879 886 893 881 859 828 774 695 616 632

Pluviométrie mensuelle observée à la station de Saboun (en mm).STATION 12800000 10 Sabouo MAROC

ANNEE SEPT OCTO NOVE DECE JANV FEYR MARS AVRI MAI JUIN JUIL AOUT TOTAL

1997/1998 - - ( 174,5) 223,5 76,6 122,4 19,8 41,5 45,0 3,0 0,0 0,0 (706,3)

1998/1999 102,0 15,0 8,5 85,0 111,5 69,5 84,0 33,0 24,5 0,5 0,0 6,5 540,0

199912000 71,0 186,5 (26,0) - - - - . . . - . (283,5)

MOYENNE 86,5 100,8 8,5 154,3 94,1 96 51,9 37,3 34,8 1,8 0,0 3,3 669,3

Nb. ANNEES 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

L'ajustement statistique de la pluviométrie annuelle de C. Akab (1968 - 1995).

Récurrences sèches Médiane 1 Récurrenceshunrideslan/lOO lIan/50 Ilan/20 Ilan/IO lan/2 lIan/la Ilan/20 lIan/50 Ilan/IOOFréquences et valeurs correspondantes de la pluviométrie annuelle0,01 10,02 10,05 10,10 0,50 10,90 10,95 10,98 10,99361 mm 1387mm 1431 mm 1474mm 663 mm 1937 mm 11036 mm 11163 mm 11257 mm

50

EEcCIlCIl:;ii:

Plule,annueJbl4 C. Akab._..1 1 /1

1'vvv

1 :/1 '--l- 1

~1-,- t300 -,- ï: -

+-- 200-'--- ~1 ; / 1

l- I'uu

/-.

1 1 1

1._u

..7 ~ 11 1. -' :--0061 1

1'BOO- 1

1 .0/ ~

2-100'

~ ~:uu ~1

.-~••----soo 11~ 1

1

• --:- -400--- -

nbaan~ ,"" r!."" IQ 1\" n" I\? Il ~n" InlAnn" n nm

Fréquences au dépassement

Saboun1400

1200

1000 +-=-+...------t------l....---~H----_

o

800

600

400

200

Seuil 60

80

..........ro......~--""ï' 100

120

o +--------,.--------,.--------.,...-------+ 140

01-nov-97 19-juin-98 04-févr-99 22-sept-99 09-mai-00

Lac coUinaire de SabouD au Maroc: récapitulatif des données hydrométriques.

51

Opération 2 : Eau - Sol - EnvironnementCette opération est celle qui a mobilisé le plus de moyens car elle est au cœur de notredispositif de recherche. Elle fait intervenir les disciplines hydrologiques et pédologiques afinde définir les régimes hydriques particuliers des petits bassins versants qui alimentent en eauxsuperficielles les lacs et barrages collinaires. Aux: écoulements liquides sont associés lestransports solides dus à l'érosion des versants qui alimentent en matériaux fins lesécoulements superficiels. Grâce au matériel d'enregistrement automatique, d'une grandefiabilité et dont les données peuvent être télétransmises, il a été possible de mesurer avecprécision les transferts hydriques aussi bien dans la phase de remplissage que dans celle devidange des retenues et, par voie de conséquence, la dispombilité en eau sur des pas de tempstrès courts et sa variabilité aux échelles saisonnière et interannuelle. Par ailleurs, lesinvestigations ont concerné la mesure des matériaux: arrachés au bassin versant et accumulésau fond de la retenue. Ce contrôle global de l'érosion permet une évaluation de l'efficacité desmoyens de lutte sur le moyen terme et l'estimation d'une durée de vie de l'ouvrage dontl'importance sur le plan économique et social n'échappe à personne. Dans son ultime finalité,cette opération de recherche a projeté d'établir des modèles d'écoulement et d'érosion sur lesgrands types de bassins versants étudiés en utilisant des variables explicatives propres auxévénements pluvieux, aux: caractéristiques géomorphologiques et aux changements dansl'utilisation et l'occupation des terres des bassins versants. Cette opération a été sub-divisée en6 actions complémentaires menées de manière plus ou moins simultanée.

Action 1-Etude et modélisation du bilan hydrologique des retenues

Données de base

L'ensemble des données hydrologiques acquises ont été traitées par utilisation des logicielsHYDROM et PLUVIOM. Les données de bathymétries sont répertoriées sur des tableauxExcel. Les données géographiques du bassin sont archivées avec le logiciel ARCVIEW sousforme de tableaux et de cartes.

Le tableau 1 récapitule les données hydrologiques de base existantes par chacun des sitespilotes.

La figure 3 donne en exemple les données hydropluviométriques recueillies au cours de troisannées hydrologiques sur le site pilote syrien de Syndiané avec peu d'évolution dans lasédimentation du barrage. On notera l'importance de la sécheresse qu'a connu tout le MoyenOrient au cours de la saison agricole 1998-1999, marquée sur la figure 3 par un niveau d'eaudans le barrage très inférieur au seuil de déversement.

La figure 4 montre le même type de données recueillies sur le site pilote de Kamech enTunisie, avec un taux d'envasement important. On remarquera sur ce site l'importantecontnbution de l'année 1995-1996 à l'envasement du barrage.

La connaissance précise de la bathymétrie permet d'exprimer les variations de hauteur d'eaudu lac en variations des volumes et des surfaces afin de calculer le bilan hydrologique desretenues. La figure 5 montre le résultat du dépouillement des relevés bathymétriques effectuéssur le lac de Syndianeh en septembre 2000.

53

Tableau 1 : Données hydrologiques disponibles par site pilote.

Site pilote Pluviographie Limnimétrie Evaporation Etalonnage Bathymétrie Donnéesdu géographiques

déversoir

Juillet 1995 MNT, cartes

Kamech Mars 1994 Mars 1994 Août 1995 Juillet 1996 d'occupation des

à à à Oui Avril 1998 sols,

Tunisieseptembre septembre septembre Juillet 1999 pédologique,

2001 2001 2001 Décembre 99 géologique,du parcellaire.

El Octobre 1993 Juin 1993 Mai 1995 Juillet 1993 MNT, cartesGouazine à à à Oui Juin 1996 d'occupation des

septembre septembre septembre Juin 1997 sols,

Tunisie2001 2001 2001 Mai 1998 pédologique,

Mai 2000 géologique.

Mrichet Septembre 93 Septembre 93 Septembre 95 Février 1991 MNT,cartes

à à à Oui Mars 1995 d'occupation des

Tunisie septembre septembre septembre Mai 1996 sols,Mars 1998 pédologique,

2001 2001 2001 Septembre 99 du parcellaire.

Fidh Ali Janvier 1993 Janvier 1993 Septembre 95 Juin 1993 MNT, cartesà à à Oui Mai 1996 d'occupation des

Tunisieseptembre septembre septembre Juin 1997 sols,

2001 2001 2001 Septembre 98 pédologique.Septembre 99

EsSénéga Octobre 1995 Novembre 93 Septembre 99 Mai 1995 MNT, carteà à à Oui Juin 1996 d'occupation des

Tunisieseptembre septembre septembre Juin 1998 sols

2001 2001 2001

Saboun Novembre 97 Novembre 97 Novembre 97 Septembre 99 MNT, cartesà à à Oui d'occupation des

Marocseptembre septembre mars sols,

2001 2001 2000 pédologique.

Syndiané Décembre 97 Janvier 1971 Janvier 1998 Décembre 97 MNTà à à Oui Septembre 98

Syrieseptembre septembre septembre

Septembre 002001 2001 2001

54

Water level at Syndianeh (Syria)

------

0

20

40

60

;;0aD !.

:::J

100 33-120

140

160

180

Siltation

O+----+----+-----+------t-----+----;---t-----'-nov-97 mars-98 juin-98 oct-98 févr-99 juin-99 oct-99 févr~O

1800

1600

1400 Dike

1200

E 1000Spillway

E.ai> 800cP-J

600

00

Figure 3 : Données hydropluviométriques sur le site syrien de Syndianeh.

1 300 0

1 100

90050

SeuilE "'tJu 700'- c::::::J 100 iD"QI- Hauteur eau 3::::J 500C'CI 3J:

Vase- -300150

100

-100 200

~q s& qv.OCt'9S ~q' 'Jov. JlJir} C1éc JlJii. I"év.

"'s'9<1 '/)t'9<1 ""9S :1'96 '96 '9;> '9;> '98 ""99

Figure 4 : Données hydropluviométriques sur le site tunisien de Kamech.

55

The bathymetry of syndiane

o

·60

·100

·160

·200

-260

-300

-360

-400

-450

150 -100 -60 o 50

Fig. 5 : Batbymétrie de Syndianeh (Syrie, sept. 2000).

Méthode

A partir de ces données il est possible de calculer un bilan hydrologique sur des pas de tempsvariables (Figure 6).

DV = (Vp+Vr+Vf+Vecs) - (Vi+Vev+Vd+Vvi+Vu)

Figure 6: Schématisation du bilan bydrologique d'une retenue.

56

Sur un intervalle de temps t, l'équation générale du bilan hydrique d'une retenue découle del'application du principe de la conservation des volumes d'eau. Elle peut s'écrire:

AV=(Vr+Vecs+Vp+Vf)-(Vev+Vd+Vvi+Vi+Vu) (1)

avec:

AV la variation de stock dans la retenue,

Elle est connue très précisément à partir de l'enregistrement lirnnigraphique et de la courbe decubature de la retenue par mesure des profondeurs d'eau ou par nivellement topographique.Les enregistrements fournissent une hauteur d'eau toutes les 5 minutes pour une variation de1 cm du plan d'eau.

Vr les apports par ruissellement sur les versants,

Vecs les apports souterrains,

Vp les apports des précipitations tombant directement sur la retenue,

Ils sont connus précisément à partir des enregistrements pluviographiques et de la courbehauteurs-surfaces de la retenue.

Vf les apports dus à la fonte des neiges,

Ils sont nuls pour la plupart des retenues étudiées. Ils existent en hiver pour les lacs d'altitudemais représentent à l'échelle annuelle une quantité souvent négligeable.

Vev: le volume d'eau évaporé,

Il est calculé en multipliant l'évaporation journalière par la surface moyenne de la retenue lemême jour.

Vd le volume d'eau sortant de la retenue par déversement,

Il est connu avec une bonne précision lorsque le déversoir est étalonné. Pour la plupart deslacs, dont les déversoirs n'ont pas été étalonnés, on se contente d'appliquer une formuleadaptée à la géométrie du déversoir.

Vvi le volume sortant par la vanne de vidange,

Il est connu par l'intermédiaire des observateurs qui notent les cotes et heures de début et defin de vidange.

Vi : les pertes par infiltration,

Les infiltrations à travers la digue sont estimées à partir de mesures ponctuelles des débits, lesinfiltrations vers les nappes sont connues par bouclage du bilan en l'absence d'apportssuperficiels, les apports souterrains étant supposés nuls. Cette hypothèse peut être vérifiée parexamen du niveau des nappes phréatiques à proximité de la retenue.

Vu: le volume d'eau prélevé pour divers usages.

Il est estimé à partir d'observations simples: des temps de pompage ou à partir des surfacescultivées et des pratiques d'irrigation.

L'application de ce bilan en période de crues à de petits pas de temps permet la reconstitutiondes apports immédiats au barrage.

57

Reconstitution des crues

De l'équation 1, on tire la quantité Vr + Vecs qui représente l'écoulement naturel de l'oued àl'entrée de la retenue :

Vr+Vecs = AV-Vp+Vev+Vd+Vvi+Vu (2)

Les apports les plus importants aux retenues se font par le ruissellement direct (Vr) des eauxde pluies sur les versants. Ils constituent des crues concomitantes aux averses. Ces crues sontbien définies sur l'hydrogranune de la retenue. Elles durent quelques heures. Pendant la duréede la crue, l'équation de bilan peut se simplifier en supposant nuls les apports souterrains, lesvolumes évaporés, les volumes utilisés et les volumes liés à la fonte des neiges à proximité dela retenue:

Vr=AV - Vp + Vd + Vvi (3)

En dérivant l'équation 3 par rapport au temps on obtient:

Qe = dAY/dt - dVp/dt + Qs + dVvildt (4)

Avec:

Qe le débit entrant dans la retenue en I.s-1;

dAV/dt le volume stocké pendant le temps dt (ici 5 mn) divisé par ce même intervalle detemps dt et rapporté au milieu de l'intervalle de temps;

dVp/dt le volume précipité pendant le temps dt, divisé par dt et rapporté au milieu del'intervalle de temps;

Qs le débit sortant par le déversoir et calculé à partir de la formule hydraulique du seuil à lahauteur correspondant au temps t+dt/2, t étant le temps du début de l'intervalle;

dVvildt le volume évacué par la vanne de vidange pendant le temps dt divisé par ce mêmepas de temps et rapporté au milieu de l'intervalle de temps.

Cette méthode permet de reconstituer les crues naturelles entrant dans le réservoir enconsidérant que l'effet d'amortissement de la retenue est faible compte tenu de ses dimensionsrelativement modestes.

Les crues observées ont ainsi été reconstituées sur les sept sites sélectionnés comme sitespilotes. Chaque crue est séparée automatiquement de la suivante par un critère de variationminimale du plan d'eau dans un temps donné. On considère un début de crue lorsque le pland'eau monte de lcm en moins de 15 minutes (trois pas de temps successifs de cinq minutes).Une :fin de crue est détectée lorsque le plan d'eau ne varie plus durant 1 heure. A chaqueévénement ainsi séparé, on applique l'équation 4 sur des pas de temps de 5 mn et l'onconstruit ainsi pas à pas l'hydrogramme de la crue entrant dans la retenue. Le débit de pointede crue est le débit maximal entrant calculé sur le pas de temps de 5 minutes. Le volume de lacrue est obtenu par intégration de l'hydrogramme reconstitué en fonction du temps écouléentre le début et la :fin de la crue.

L'application de l'équation 4 aux données de l'épisode orageux du 20 au 25 septembre 1995recueillies à El Gouazine (Tunisie) permet par exemple la reconstitution des quatre cruesprovoquées par cet épisode pluvieux. Sur la figure 7, nous avons superposé l'hydrograrnme dela crue reconstituée à l'entrée du lac (noir), l'hydrogramme de sortie par l'évacuateur de crue(rouge) et le hyétogranune des averses (bleu).

58

La première crue, avec un volwne de 151 000 m3, remplit la retenue sans provoquer de

déversement. Les crues du 23 et 24 septembre, avec un volume de 137000 m3, donnent lieu à

un déversement de 92 000 m3. Par comparaison des hydrogrammes d'entrée et de sortie du

lac, on remarque un fort laminage de la pointe de crue (environ 40 %).

50000 ,---._---TrIr----..--l-~0

2045000

40000

35000

If) 30000:::c~ 25000:c'G)

c 20000

15000

10000

5000

- Débit entrantI-Débit déversé

40

60

oC80 E

E100 ~

ënc

120 S.5

140

160

180

o ~ 200

20/09 21/09 22109 23/09 24/09 25/09 26/09

Temps

Figure 7: Reconstitution des écoulements durant l'épisode orageuxdu 20 au 26 septembre 1995 à El Gouazine (Tunisie).

Bilans hydrologiques annuels

Une fois les apports immédiats à la retenue reconstitués, il est possible d'appliquer l'équationgénérale du bilan d'eau dans la retenue à l'échelle journalière (Equation 1) puis, parsommation des termes du bilan, d'effectuer les bilans mensuels et annuels. A l'échelleannuelle il est intéressant de comparer l'écoulement au volume de la retenue, le rapport entreces deux grandeurs donnant une idée sur le taux remplissage au cours de l'année.

L'application de l'équation du bilan en l'absence d'apports superficiels (pluies ouruissellement) permet également d'apprécier les volumes d'eau s'infiltrant vers la nappe. Cesderniers peuvent être confrontés au rehaussement des niveaux piézométriques observés dansles puits villageois.

Les bilans hydrologiques sont calculés à l'échelle journalière et présentés à l'échellemensuelle par année hydrologique. Les bilans mensuels et annuels des retenues sont boucléssur un ensemble de termes appelé « reste» dans le tableau 2 et qui ne sont pas mesurés, soit:reste = [Apports souterrains - infiltration - fuite de la digue - prélèvements].

Un reste positif indique une contribution des eaux des nappes phréatiques dansl'alimentation en eau du barrage, l'inverse indique une recharge de la nappe par lebarrage.

59

Le tableau 2 donne en exemple les bilans mensuels pour la première année calendaired'observations sur le barrage de Syndianeh en Syrie.

Tableau 2: Bilans hydrologiques mensuels (en m~ du site syrien de Syndianeh en 1998.

Jan. 98 Fév. 98 Mars 98 Avril 98 Mal 98 Juin 98 Juil. 98 AoQt 98 SepL 98 Oct. 98 Nov. 98 Déc. 98 AnnéeAV 401500 ·21000 8000 -1000 - 22 000 - 49 000 - 69 000 - 96 000 -80000 - 27 300 • 50 500 3400 - 20 100

Vr 478864 80108 n661 23662 0 0 0 0 0 0 2591 4634 667520

Vp 15338 9620 17132 13147 1307 210 2858 260 478 1552 1871 2409 66181

Vev 1954 6784 19341 13454 17055 25605 26132 24317 13819 8633 2811 2281 162186

Vdev 88835 79215 80168 25801 0 0 0 0 0 0 0 0 274020

Vvl 0 15 0 1700 60 8000 19600 36000 1040 330 0 0 66745

reste ·1913 ·24 713 12715 3147 - 6191 ·15604 - 28 126 - 35 943 -85619 -19890 -52151 -1362 - 250850

L'analyse du terme « reste» montre que les bonnes pluies des mois de janvier et de févriersont à l'origine d'un écoulement souterrain retardé, le terme « reste» est positif en mars et enavril. A partir du mois de mai, ces écoulements retardés tarissent, le terme « reste» estd'autant plus fort (négativement) que les prélèvements pour l'irrigation sont importants. Enoctobre, la réduction du terme « reste» correspond à une réduction probable des prélèvementsqui reprennent en novembre.

Les bilans annuels ont été publiés dans les rapports d'avancements du projet HYDROMED.Ils ont également donné lieu à plusieurs publications (Albergel & Rejeb 1997; Albergel &Claude 1997 ; Albergel, Nasri & Boufaroua 1998).

Action 2 : Modélisation hydrologique pluie-débitCette seconde action de l'opération « Eau-Sol-Environnement» a été menée essentiellementpar trois partenaires: l'équipe IH de Wallingford, l'équipe de l'IRD de Tunis et l'équipeINRGREF de Tunis.

La reconstitution des crues permet d'envisager la modélisation "pluie-débit". Trois voies ontété explorées:

1. Modèle conceptuel à réservoir

A partir de la revue bibliograplùque sur les modèles adaptés aux petits bassins versants enrégion semi-aride, il a été décidé de construire un logiciel qui proposerait 2 modules:

• Un modèle pluie-débit à petit pas de temps basé sur l'algorithme de Pitman(Pitman1

, 1973) qui a fait ses preuves en Afrique du Sud dans des bassinscomparables aux nôtres. Le calage du modèle sur ces trois paramètres peut êtreréalisé soit manuellement par tâtonnement, soit à partir d'une procédure de calageautomatique. Une méthode d'optimisation originale a été adoptée: l'algorithmegénétique développé par le MIT (Ragab a 2000).

• Un modèle permettant de calculer la probabilité de défaillance du barrage enfonction de sa capacité, d'un taux de prélèvement et d'envasement ( Ragab b 2000).Ce modèle permet de dimensionner un ouvrage.

1.

1 Pitman, W.v. (1973) A mathematical model for generating monthly rivers flows from meteorological data insouth Africa. Univ. of the Witwatersrand, Johanesbourg, South Africa, hydrological Research Unit.

60

2. Modèle de l'hydrogramme unitaire universel (H2U)

La fonction de transfert de ce modèle est basée sur la géomorphologie du bassin versant. Pourun volume d'eau écoulé, la forme de l'hydrogramme dépend de la forme du bassin versant, deschemins hydrauliques et de leur hiérarchisation et enfin des pentes, en un mot de lagéomorphologie du bassin. Rodriguez et Iturbé, Valdes J.B. (1979i ont présenté unemodélisation physique du transfert hydraulique dans un bassin versant. Dans le même esprit,et en alliant la théorie des fractales et de la physique statisti~ue, le modèle H2U, pour"Hydrogramme unitaire Universel" (Cudennec & Duschene 1997) a été développé, validé etappliqué en différents lieux depuis 1994. Il a été décidé de tester et d'adapter ce modèle auxpetits bassins versants des lacs collinaires, notamment en lui adjoignant une fonction deproduction adéquate.

3. Modèle déterministe spatialisé.

Il a été décidé de tester le modèle KINEROS (Kinematic Runoff and Erosion Model)(Woolhiser et al. 1990)4. Ce modèle a été appliqué avec succès sur des bassins versants situésau nord de la méditerranée. Le bassin versant est découpé en sous-bassins élémentaires et leréseau hydrographique en tronçons à partir d'un modèle numérique de terrain. Chaque sous­bassin est lui-même divisé en panneaux hydrauliquement "homogènes" pour appliquerl'équation de Green & Ampt pour l'infiltration, l'équation de l'onde cinématique pourl'écoulement superficiel. La production de sédiments est calculée en utilisant l'EquationUniverselle des pertes en sol; leur transport ou dépôt dans le réseau sont calculés à partird'une simplification de l'équation de Navier & Stokes.

Le modèle "HYDROMED"

Le modèle" HYDROMED", mis au point par l'équipe de l'IH de Wallingford en collaborationétroite avec l'équipe IRD - INRGREF, a été appliqué avec succès aux sites d'El Gouazine,Kamech et Es Senega (Rapport Hydromed n05, 1999) en Tunisie, de Syndianeh en Syrie. Cetravail est présenté dans le rapport :final rédigé par le Dr. Ragab pour l'IH de Wallingford. Lafigure 8 montre ici le calage du modèle sur la crue du 22 septembre 1995 dont lareconstitution est présentée en figure 7. La figure 9 compare les débits mesurés et les débitscalculés en phase de calage. L'annexe 1 montre des résultats en calage et en validation et uneapplication du module de calcul de la probabilité de défaillance d'un réservoir en fonction desa capacité. Le modèle n'a pas pu être calé sur les données du Maroc. Ce travail devrait êtrerepris avec les nouvelles données et notamment avec une nouvelle bathymétrie du réservoir.

Le modèle a été appliqué à un bassin versant dont le lac collinaire ne fait pas partie des sitespilotes du projet HYDROMED à l'occasion d'un projet de:fin d'études de l'ESIER de MedjezEl Bab (Ecole Supérieur des Ingénieurs de l'Equipement Rural) (Yahyaoui 2000).

Une version finalisée du logiciel a été remise aux différents partenaires en Octobre 2000.Plusieurs communications sur cette modélisation ont été publiées (Ragab, Austin, Albergel1997 ; Ragab, Sene, Austin 1997 •Ragab 2000 a, Ragab 2000 b) .

1.

2 Rodriguez et Iturbé , Valdes J.B. (1979): The geomorphologie structure of hydrologie response. WaterResources Researeh. 15(6) pp. 1409-1426.3 Cudenenec C. & Duschesne J. (1997): Le modèle mu: Etat de l'art. Une modélisation détenniniste de latransformation de la pluie en débit. ENSAR 34 p.4 Woolhiser D.A, Smith RE., Goodrieh D.C. (1990): A kinematie runoffand erosion model. Documentation anduser manuel. US Department ofAgriculture, Agricultural Researeh Service, ARS-n, 130 p.

61

EVENT 1 with BF1

8 ,---------......----,.......----........- ...........-----.----------, 0

4

2

12

10

14

2

6

o-l----...,.-----...,------'-'!...,-----...,-----...,----~::::;:::~--~------I

22/09/95 22/09/95 22/09/95 22/09/95 22/09/95 23/09/95 23/09/95 23/09/95 23/09/95 23/09/9500:00 05:00 10:00 15:00 20:00 01:00 06:00 11:00 16:00 21:00

Date

I_Upstream Rainfall _Reservoir Rainfall -Spil1way Runoff -ModeUed Runoffl

Figure 8 : Calage du modèle Hydromed sur la crue du 22 septembre 1995à El Gouazine en Tunisie (Ragab 1999).

Spillway Vs Modelled RunoffEl Gouazine

Results: Z min: 3.265361K lag: 3.365532

Z max: 11.08807Root Mean Square: 0.117705

(Ragab R. 1999)

CALIBRATIONData: EVENT 1

Basejlow index: 0.491111

5432

.,••

4

. .,,.4

'Q~OF----r----r----r----r-------l

o

5.--------------~

/

/./

.//. /

Figure 9 : Comparaison entre débits mesurés et débits calculés (Modèle Hydromed).

62

Le modèle H2U

La mise en œuvre du modèle H2U a été réalisée dans le cadre de la thèse de Slah Nasri. Cetauteur a mis au point une fonction de production simple (Nasri & al. 2000) et appliqué cemodèle au site pilote de El Gouazine, puis à 8 bassins versants dans la zone semi~aride

tunisienne n'appartenant pas au réseau des sites pilotes (Figure 10).

Dékikira, crue du 20-o9~1995

2

7

9

8

3

4 EE

5 ial:i

6 ëi.

------------,0

oID

~

22

20

18 _pluie nette

16_ pluie totale

14

~ - Q ruisselé mesuré

E12

c10 - Q simulé avec densitéal

Cl éxpérimentale8 - Q simulé avec densité

6théorique

4

2

0

Figure 10 : Modèle mu appliqué à la crue du 20 septembre 1995 à Dékikira(Nasri & al 2000)

Le modèle KINEROS

La mise en œuvre du modèle KINEROS a été faite dans le cadre de la thèse de MansouriTaoufik (2001). Les premiers résultats ont été publiés (Mansouri et al. 2000). Les coefficientsde Nash calculés en calibrage et en validation sur une modélisation réalisée sur le bassinversant de El Gouazine avec une dizaine de crues dans chaque phase sont récapitulés dans letableau suivant.

TableauJ : Coefficients de Nash pour la modélisation Kineros à El Gouazine(Mansouri et al. 2000).

Calage Validation

Lame écoulée (mm) 0,92 0,7

Débit de pointe en milS 0,94 0,91

Temps de réponse 0,84 0,82

Ce modèle a été appliqué aux trois sites pilotes de Kamech, El Gouazine et Fidh Ali dans lecadre de la thèse soutenue en novembre 2001 par Taoufik Mansouri.

63

Action 3 : Etude des transferts d'eau entre les domaines superficielet souterrainCette action de recherche, importante en soi, est restée limitée à la Tunisie. Elle a été menéepar l'INRGREF et l'IRD dans le cadre d'un travail de thèse préparé par Slah Nasri.

Sur le site de El Gouazine, deux puits en aval de la retenue ont été aménagés pour un suiviautomatique des variations du niveau piézométrique de la nappe phréatique. Les limites de lanappe ont été relevées à partir d'une reconnaissance géologique. Une reconnaissancegéophysique a été réalisée en juin 2001 pour établir la profondeur des formations aquifères etla géométrie de la nappe. Cette campagne de reconnaissance géophysique est en coursd'exploitation.

Les pompages agricoles, dont les durées sont suffisantes pour avoir un rabattementsignificatif, ont été analysés comme des pompages d'essai. Ils ont permis de déterminer lesparamètres hydrodynamiques de la nappe. L'objectif final de ce cette opération de rechercheest le couplage d'un modèle hydrodynamique bi-dimensionnel à un modèle géochimique poursimuler les recharges de la nappe à partir des variations des niveaux d'eau dans le lac et lespuits.

Le suivi piézométrique réalisé à El Gouazine (figure 11) a permis de construire un modèle detransfert d'eau du lac vers la nappe en considérant la hauteur de l'eau dans le lac comme unecharge imposée. L'aquifère a été caractérisé et découpé en 64 mailles. Il a été possible desimuler les quantités d'eau infiltrées et leur vitesse de diffusion en calant le modèle sur lespiézométries observées au centre des deux mailles contenant les puits suivis (Nasri etAlberge! 1997; Nasri, Grunberger et Albergel 1998 ; Nasri 1999).

-Pluie lac -Puits 1 -Purts2

9 0

7 10

5 20

3 30

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Figure 11 : Exemple de suivi piézométrique à El Gouazine (Tunisie).

64

Action 4 : Estimation du transport solideet du volume de sédiments capturés par la retenueLa bathymétrie des retenues se fait par sondages ponctuels du fond de la retenue en suivantdes transversales matérialisées par un câble tendu entre les deux rives. Les extrémités dechaque transversale sont nivelées et positionnées sur le plan de recollement de la retenue.Chaque point sondé (environ 500 par lac) est défini par trois coordonnées cartésiennes(situation et profondeur). Un modèle numérique de terrain pennet d'établir la relation« hauteur / volume» du lac. Le volume de vase est établi par différence des volumes utilesd'une année à l'autre. La retenue se comporte comme un piège à sédiments et lorsqu'elle n'apas déversé, le volume de vase correspond au transport solide total produit par le bassin. Encas de déversement, on attribue aux volumes déversés une concentration moyenne de matièresen suspension obtenue par échantillonnage des débits déversés.

La reconstitution des transports solides crue par crue, assimilés à l'érosion globale du bassin,utilise une forme de l'équation universelle des pertes en terres développée en 1975 parWilliams et présentée par Hadley & al. en 19855

• Cette équation s'écrit:

A = a (Vqp)~K (LS) C P (5)

Où A représente l'apport en tonnes de sédiments;V le volume de la crue naturelle entrant dans le réservoir, en m3

;

qp le débit de la pointe de crue, en m3s-1;

K le facteur d'érodibilité du sol (il se mesure sur parcelle de référence et n'a pas d'unité) ;(LS) le facteur exprimant la longueur et le degré d'inclinaison de la pente;

C le facteur de couverture végétale;P le facteur des pratiques conservatrices effectuées sur les versants;a et Il sont des paramètres qui, dans le système unitaire international, prennentrespectivement les valeurs a = 11,8 et Il = 0,56.

Le produit K (LS) CP est caractéristique d'un bassin pour une saison donnée. Il peut êtrecalculé par optimisation en comparant la somme des transports solides, obtenue entre deuxmesures de bathymétrie, au volume de sédiments capturés par la retenue augmenté du volumedes sédiments passés au-dessus du déversoir.

Cette méthode permet d'estimer les volumes piégés dans les réservoirs et de les comparer auvolume transité en aval. Elle est utilisée également pour avoir une estimation de la durée devie des retenues.

La méthode de la logique floue a été appliquée pour déterminer le degré de précision de nosestimations d'envasement en fonction de la précision des estimations des différents paramètresde l'équation USLE (Onibon 1997 ; Ombon et al. 1997).

La figure 12a montre la bathymétrie mesurée en 1997 sur le lac Fidh Ali (dans le bassinversant du Merguellil en Tunisie). La retenue se comporte comme un piège à sédiments et,lorsqu'elle n'a pas déversé, le volume de vase correspond au transport solide total produit parle bassin. La figure 12 b présente, suivant la coupe AA, l'évolution de la sédimentation de laretenue de 1991 à 1997.

1.

'Hadley RF, Lai R, Onstad C.A., Waling D.E., Vair A. (1985): Recent developments in erosion and sedimentsyield studies. UNESCO, Paris.

65

A

Fldh Ali

Volume au 27/06197 = 90 ISO m3

Volume à la conslIUction (1991) = 134 700 m3

o

50

-50

200

250

150

100

-100 m-

-400 m -350 m -300 m -250 m -200 m -150 m -100 m -50 m 0 m

Figure 12 a : Bathymétrie de Fidh Ali en 1997.

Profil en long

16

14 -Coup21991

-+-Coup21993

Coup2199612 """*- Cou p2 1997

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~ B...~

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100 200 300

Distance cummulée (m)

400 ~oo 600

Figure 12 b : Evolution de la sédimentation dans la retenue de Fidh Alisuivant la coupe AA de 1991 à 1997.

Le transport solide, pour un ou plusieurs événements, est calculé en multipliant le volume devase par sa densité et en ajoutant la masse des sédiments exportés lors des déversements au­dessus du déversoir.

66

Le tableau 4 récapitule les données d'envasement pour les barrages des 7 sites pilotes. Ilmontre que les érosions spécifiques sont très variables d'un bassin à l'autre. Elles varient de1,1 m3!ha/an (soit 1,8 tlha!an), sur un bassin de piémont bien aménagé en dispositifs antiérosifs et assez boisé (El Gouazine en Tunisie), à 28,9 m3lha/an (soit 46 t/ha/an) sur un petitbassin très marneux des collines pré-rifaines au Maroc. Le même suivi bathymétrique a étéréalisé sur 24 lacs collinaires en Tunisie depuis 1993. Elles avaient une capacité initiale totalede stockage de 2634000 m3

• Elles ont perdu 585200 m3 à la :fin de l'année 1999, soit 22%de leur capacité initiale de stockage pour une durée d'existence moyenne de 7,7 années. Laperte moyenne de la capacité de stockage est donc de 4,6% par an. L'importance del'envasement est cependant très variable suivant les sites. L'érosion spécifique passe de 1m3!ha/an pour les bassins faiblement ruisselants comme celui de Seghir, localiséessentiellement sur le cordon sableux de Nabeul, à environ 18 m3!ha/an pour des bassinsversants localisés, comme celui de Fidh Ali, sur des marnes gypseuses ~ui fournissent defortes charges solides. Nous n'obtenons pas, en Tunisie, le chiffre de 29 m !ha/an observé auMaroc sur le bassin versant de Saboun, chiffre qu'il serait bon de confirmer par une nouvellebathymétrie.

En faisant l'hypothèse que la moyenne de l'envasement sur la période d'observation (1993­1999) est représentative du régime hydrologique (deux années excédentaires, deux annéessèches et deux années moyennes), on peut estimer une durée de vie moyenne des barrages(comblement jusqu'à la cote du déversoir). 30 % des lacs auraient une durée de vie inférieureà 20 ans et environ 29% une durée de vie supérieure à 50 ans. La durée de vie moyenne face àl'envasement de l'ensemble des lacs serait de l'ordre de 40 ans.

Tableau 4 : Envasement et érosion sur les 7 sites pilotes du projet HYDROMED.

Surface Année Mois Volume Volume Durée Envasementdu de de la Initiai de de vie de rapporté,

Sitebassin création dernière sédiments l'ouvrage par an,versant mesure stockés à la surface

pilote du bassinha m3 m3 années m3/halan

FidhAIi 413 1991 sept. 99 134 710 49884 22 15,1

M'Richet el Anse 158 1991 sept. 99 42400 9609 35 7,6

El Gouazine 1810 1990 mai 98 237030 16030 >100 1,1

Es Senega 363 1991 juin 98 86420 27778 22 10,9

Kamech 246 1993 déce.99 142100 29441 29 20,0

Syndianeh 359 1967 oct. 00 433300 28370 >100 2,4

Saboun 702 1991 nov. 99 1066440 162450 53 28.9

La figure 13 montre la reconstitution par le modèle de Williams des transports solides cruepar crue sur le bassin versant de Kamech. On voit bien que le phénomène d'envasement est liéà des événements paroxysmiques. Dans cette chronique de 6 années, trois crues ont apporté50 % du transport solide (27 février 1996, 18 janvier 1999 et 29 Novembre 1999). La dernièrea contribué à elle seule à 23% du transport observé en 6 ans. Plusieurs communications ontété réalisées sur ce sujet dont une en langue arabe au cinquième colloque international desgéologues du monde arabe qui s'est tenu au Caire du 21 au 24 Février dernier (Albergel,Boufaroua, Pépin Y. 1998; Alberge1 et al. 1999; Farhat, Boufaroua 1999 ; Albergel et al.2000 ; Boufaroua et Albergel2000 en arabe).

67

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6 000

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Figure 13 : Simulation des érosions crue par crue sur le site pilote deKamech (Tunisie).

Au Maroc, Hydromed a pu accompagner le programme national de recherche sur lamodélisation de l'érosion au niveau des bassins versants qui est parrainé par la FAO-PNUD(MOR/93/010) et qui vise l'importation et l'adaptation aux conditions marocaines de modèlesempiriques d'érosion (Cf. rapport final de l'IAV, rédigée par les professeurs A. Merzouk etM. M. AJami). Le projet a pu étendre son approche au delà du modèle américain dit« Equation universelle révisée des pertes en sol, RUSLE» pour introduire des modèlesdéveloppés en Espagne (lMPELERO, de l'IRNASE, www.irnase.csi.es) et en Tunisie(SAGATELE, ENIT, Tunis). L'utilisation des techniques de géomatique (SIG etTélédétection) et la base des données observées a permis au projet d'évaluer les modèles enfonction des fucilités de mise en oeuvre et de la précision dans l'identification des sitespotentiels d'érosion hydrique. Les données d'envasement ont été utilisées dans les phases decalage et de validation. Le modèle ImpelEro, développé en Andalousie, a donné les résultatsles plus satisfaisants en référence aux données de l'érosion observées sur le terrain (carted'érosion) et quant aux taux de production en sédiments observés dans les barrages IbnBatouta, sur le bassin versant de l'oued Tleta, et de Saboun sur le petit bassin expérimental dumême nom. Ce modèle s'adapte mieux aux petits bassins versants, alors que le modèleRUSLE a montré une performance acceptable pour les bassins moyens (Tleta et El Hachef).

Le modèle RUSLE, intégré dans un SIG, a permis de simuler l'impact des transformationsdes terres sur l'hydrologie du bassin versant et sur l'envasement du barrage. L'approchedéveloppée sur les bassins des oued Saboun et TIeta a été appliquée à d'autres bassinsversants dans le cadre de contrats de formation continue qu'ollie l'lAV aux IngénieursForestiers du Ministère de l'Agriculture.

Au Maroc, la mise en œuvre de ces modèles a fait l'objet de publications sous différentesformes (thèses de doctorats, mémoires de fin d'études, rapports techniques et publicationsscientifiques dans les revues et actes de congrès internationaux) et elle a conduit à:

./ une meilleure connaissance des paramètres hydrodynamiques des sols du Rifoccidental et plus spécialement des sols des versants marneux ;

68

./ une modernisation du dispositif hydro-climatique de suivi du bilan en eau eten sédiments d'une retenue collinaire ;

./ la mise en place d'un SIG pour les bassins versants des barrages Saboun etTleta permettant la restitution et la mise à jour des cartes de ressources en sols,d'aptitude agricole des terres et de risques de dégradation du milieu (érosiondes sols, pollution, déforestation et défrichement du matorral, etc.) ;

./ une adaptation aux conditions rifaines de trois modèles spatialisés pour lecalcul des pertes en sols par érosion hydrique (ImpelEro, MUSLE, RUSLE) etleur intégration dans un SIG de bassin versant;

./ la collecte des premières données d'envasement de retenues collinaires auMaroc;

./ le développement des applications de la télédétection spatiale dans lacaractérisation des états de surface des sols et le suivi de l'évolution spatio­temporelle de l'occupation des terres;

./ le développement d'une procédure de valorisation des données de terrain et desrésultats de simulation des écoulements et des transports solides, en vued'effectuer un choix parmi les types d'aménagements anti-érosifs et de définirles zones prioritaires pour lutter contre l'érosion des sols.

Action 5 -Etude de la qualité des eaux et modélisation deséquilibres thermodynamiques des solutés dans les retenues,fonctionnement géochimique des bassins versantsCette action de recherche a été menée entièrement en Tunisie en deux phases. La premièrephase a consisté en une caractérisation des eaux des lacs et des échanges ioniques entre eau etsédiments dans les retenues. La seconde phase a visé l'analyse du fonctionnementgéochimique des bassins versants.

Méthodologie

La première phase a donné lieu à un travail de thèse soutenu par Nathalie Rahaingomanana en1998. Des échantillons d'eau de lac, de sols des bassins versants et de sédiments exondés desretenues ont été prélevés puis analysés. Des mesures physico-chimiques (02 dissous,température, pH, conductivité électrique) et des prélèvements d'eau pour l'analyse des ionsmajeurs et du phosphore ont été également réalisés par campagnes trimestrielles.Ponctuellement, pour quelques lacs, la structure verticale de la colonne d'eau (transparence,conductivité, température, O2 dissous) a été déterminée et des sédiments ont été prélevés aumilieu du lac pour l'analyse des formes du phosphore. Vingt quatre retenues ont été cibléespour des prélèvements réguliers. Cinq retenues ont été choisies pour la modélisation deséquilibres thermodynamiques (modèle Expresso, Rieu et al. 19986

) et pour un travail sur lesrisques d'eutrophisation.

A partir des résultats de cette première phase, un travail sur le fonctionnement géochimiquede trois sites pilotes a été entrepris. Il correspond à une seconde phase achevée sur le terrainmais dont tous les résultats ne sont pas encore disponibles. Un document faisant le point sur

1.

6 RIEU M., VAZ R, CABRERA F. MORENO F. (1998) Modelling the concentration or dilution ofsaline soilwater systems. European J. ofsoil sc. 49: 53-63.

69

l'avancement de ces travaux a été publié (Montoroi, Grunberger, Nasri, 2000). Les objectifsde cette seconde phase ont été de :

• caractériser géochimiquement les eaux du système associant le bassin versant à laretenue (eaux d'écoulement, eaux stockées et eaux souterraines) en saison sèche et ensaison humide;

• décrire et analyser les formations superficielles pour expliquer physiquement les pertespar infiltration dans la retenue;

• identifier des traceurs géochimiques pour comprendre les modes de circulation deseaux dans les formations superficielles du bassin versant et quantifier la recharge del'aquifère alluvial ;

• modéliser les changements de faciès chimique (eau d'écoulement, eau de la retenue enamont, eau de la retenue en aval, eau souterraine en aval) en prenant en compte lesinteractions entre les eaux, les sols et les roches ;

• analyser et quantifier l'importance de l'érosion chimique au niveau des têtes de ravinepour estimer l'effet sur l'alimentation de la retenue.

Trois sites pilotes du projet Hydromed-Tunisie ont été étudiés par une équipe conjointe del'INRGREF, de l'IRD BONDY et de l'IRD TIJNIS, à savoir les lacs collinaires d'ElGouazine, Fidh Ali et Kamech au cours de deux missions (Il au 25 mai 1998 et 15 mars au10 avril 1999).

A l'échelle du bassin versant et de la retenue (El Gouazine et Kamech) il a été procédé auxprélèvements et analyses suivantes :

• des prélèvements d'échantillons d'eaux des nappes et d'eaux superficielles;• des prélèvement de sols, de roches (calcaires, marnes, grès) et de sédiments (période

d'assèchement à El Gouazine) ;• sur le terrain, la mesure de divers paramètres (CE, pH, température, O2 dissous...) et

des analyses chimiques à l'aide d'un spectrophotomètre portable ;• au laboratoire, analyses chimiques et minéralogiques (éléments majeurs, isotopiques et

traces pour les eaux; diffractométrie RX, granulométrie, éléments majeurs et tracespour les matériaux).

A l'échelle de la parcelle expérimentale (Fidh Ali) les méthodes utilisées ont été :• la simulation de pluies sur deux parcelles, avec et sans suffosion (dissolution du gypse

et formation de cavités souterraines) ;• les prélèvements d'échantillons d'eau (ruissellement, drainage) et de sol;• sur le terrain, la description des sols, le nivellement par tachéométrie laser, la mesure

de divers paramètres (CE, pH, température, conductivité hydraulique, densitéapparente, teneur en eau, microtopographie) et des analyses chimiques à l'aide d'unspectrophotomètre portable;

• au laboratoire, des analyses chimiques, physiques et minéralogiques d'élémentsmajeurs pour les eaux, d'extraits saturés et dilués, la diffractométrie RX, larétractométrie, la densité réelle pour les sols.

Résultats

L'étude de première phase sur 24 lacs collinaires en zone semi-aride durant deux annéeshydrologiques contrastées (Rahaingomanana 1998) a permis d'apprécier la variabilité de lasalinité en relation avec la nature géologique des bassins versants sous différentes chutes depluies. Les salinités mesurées satisfont généralement aux divers usages. Trois groupesgéochimiques ont été identifiés en période d'apports superficiels dans les retenues. Les eauxsulfatées-calciques caractérisent les retenues situées dans les bassins versants du Zéroud et du

70

Merguellil. Ces eaux sont les plus chargées en sels et l'augmentation de la salinité parévaporation peut limiter les usages en irrigation. Les eaux à dominante bicarbonatée-calcique,surtout observées dans les sous-bassins versants de la Medjerda, sont bien plus diluées etprésentent moins de contraintes. Deux retenues situées au Cap Bon se singularisent par deseaux peu chargées mais à dominante chlorurée-sodique.

L'étude de la structure verticale des lacs montre l'existence de stratifications thermiquesestivales dans les retenues les plus profondes, et dans ce cas d'une transparence réduite. Lesteneurs en Chlorophylle a sont souvent inférieures à 10 Jlg.r l mais les macrophytes sedéveloppent dans les eaux limpides.

Les eaux sont sous-saturées ou à l'équilibre par rapport à l'hydroxyapatite, mais laprécipitation du phosphore dissous ajouté expérimentalement dans les eaux de Fidh Ben Alisemble dépendre de la formation du phosphate tricalcique amorphe. Le rôle des sédimentsdans la régulation du phosphore est étudié dans les retenues de Fidh Ben Ali, M'Richet elAnze et Es Seghir. Les teneurs en phosphore total des sédiments analysés vont de 0,4 à 1,9mg P.g-1 sec et la fraction p-eaC03 prédomine (250 à 800 Ilg P.g-I sec). La fractionP-FeOOH est globalement plus importante dans les sédiments les plus riches en FeOOH. Lacapacité d'adsorption des sédiments n'est toutefois pas directement liée à la quantité deFeOOH, elle pourrait dépendre du degré de cristallisation de ces composés.

Les études de fonctionnement géochimique des bassins versants, second aspect de cette actionde recherche ont fait l'objet de deux DEA (Gay D. 1999; Reyes V. 1999) et de quelquespublications. La thèse de Déborah Gay doit finaliser cette recherche dont nous résumons ci­dessous les principaux résultats.

(. Lac collinaire d'El Gouazine (MontoroL Grunberger. Nasri 2000)

Les mesures de conductivité électrique (CE), réalisées lorsque la retenue était quasimentasséchée, montrent qu'il n'y a pratiquement pas de concentration des eaux du lac en :fin dephase évaporatoire, ce qui indiquerait une perte importante par infiltration d'eau peu évaporée.Les bilans hydrologiques calculés sur ce lac ont confirmé l'existence d'une forte infiltrationpour des cotes les plus élevées du plan d'eau.

La caractérisation chimique des eaux du bassin sédimentaire pendant la période sèche montreque les 3 types d'eaux souterraines peu profondes rencontrées (bicarbonaté calcique, chlorurésodique, sulfaté calcique) sont d'origine météorique et que:

(i) ces eaux s'infiltrent dans le sol et le substrat géologique;(ii) leurs compositions chimiques sont fortement liées à la lithologie par dissolution et/ou

par fonnation de minéraux;(iü) l'eau souterraine météorique et l'eau du réservoir superficiel se mélangent.

Plusieurs traitements de données préexistantes (traçage chimique en phase évaporatoire ousuivi temporel des variations du volume de la retenue) montrent que le réservoir perd de l'eaupar infiltration, cette perte variant au cours du temps lorsque le niveau d'eau franchit la cote4,5 m : au-dessus de cette cote, l'infiltration journalière varie entre 200 et 300 m), tandisqu'en dessous, elle est comprise entre 50 et 150 mJ. Les modélisations hydrologique etisotopique affinent cette estimation en montrant que les apports souterrains à la retenuepeuvent être de 50 m3.rl et que les pertes en eaux de la retenue sont de 300 m3 ri en hauteseaux (cote> 4,5 m) ou de 170 m3.rl en basses eaux (cote < 4,5 m).

Des observations pédologiques, réalisées au voisinage et dans les sédiments du réservoir,expliquent les pertes par infiltration et leurs variations dans le temps. La recharge del'aquifère alluvial en aval du réservoir est due à un niveau sableux hydrauliquement

71

conducteur. Ce niveau est formé par l'altération d'un affleurement gréseux qui, depuis la rivegauche amont jusqu'à la digue, traverse les sédiments du réservoir. Sa cote topographique esten accord avec la cote-seuil estimée par le calcul.

A l'échelle du bassin versant, les relations entre les eaux souterraines et les structuresgéologiques ont été esquissées. Les caractérisations chimique et minéralogique des formationssuperficielles du bassin versant définissent 5 roche-mères : calcaire, marne, marne gypseuse,argile gypseuse et grès (contenant un feldspath potassique et sodique). Les aquifères calcairesalimentent la nappe alluviale et la diluent, cet effet étant également produit par le réservoir.En revanche, les matériaux argileux riches en minéraux solubles concentrent la nappealluviale.

•:. Lac collinaire de Fidh Ali (Reyes 1999)Le fonctionnement hydrodynamique et les indices chimiques montrent que le sol non soumisà la suffosion a un comportement hydrodynamique actif qui ne concerne que les premiers 40cm, alors qu'à proximité d'une zone de suffosion, un drainage interne d'environ 10 mm.h- l

subsiste à saturation au-delà de 60 cm.

Les eaux de drainage très concentrées, de faciès sulfaté calcique en surface et sulfatécalcisodique en profondeur, présentent de faibles variations temporelles et des capacitésélevées de dissolution du gypse. Le bilan massique, basé sur les extraits de sol, fait apparaître,pour les deux parcelles, une lixiviation des chlorures supérieure à 600 g.m-2 entre 0 et 72 cm,alors que les estimations, basées sur les teneurs des eaux de drainage, indiquent, pourl'horizon 0-20 cm, une lixiviation des sulfates supérieure à 200 g.m-2

•

L'analyse des capacités de retrait des sols montre d'importantes discontinuités decomportement en fonction de la profondeur et de l'éloignement à la ravine. La suffosion sedéclencherait par l'installation de circulations préférentielles liées à l'hétérogénéité de cescapacités de retrait. Un modèle de genèse des cavités de dissolution et d'érosion des fronts deravine est proposé. L'érosion chimique viendrait renforcer l'érosion physique qui se traduit ensurface par l'évolution du front d'érosion de la ravine.

La teneur en chlorures de la retenue à son remplissage maximal est similaire à celle de l'eaude ruissellement, ce qui signifie que la dissolution des minéraux chlorurés par les eaux dedrainage est négligeable. En revanche, en considérant les teneurs en sulfates dans lesdifférents écoulements, la contribution des eaux de drainage au mélange de la retenue estcomprise entre 24 et 30%, la dissolution du gypse étant le processus moteur.

•:. Lac collinaire de Kamech (Gay 1999)Les eaux du bassin versant sont concentrées et présentent un faciès sulfaté/chloruré­calcique/sodique, tandis que l'eau de la retenue, plus diluée, est d'un faciès chloruré-sodique.

Les teneurs en isotopes stables de l'eau reflètent directement celles des précipitationshivernales, sans que l'évaporation ait eu le temps de les affecter significativement.

La retenue est alimentée, au niveau du talweg, par un écoulement souterrain retardé,directement lié à la pluie du mois précédent et donc temporaire: elle n'est pas soutenue par unaquifère régional.

On ne met pas en évidence avec certitude une participation significative de la retenue àl'alimentation de l'aquifère aval. En revanche, un aquifère latéral alimenterait l'écoulement desurface en aval.

72

Action 6 - Etude de l'érosion sur les versants, des transferts del'eau et de solutés dans les sols, impacts des aménagements anti­érosifsCette action de recherche a été importante au Maroc et en Tunisie. Au Maroc, elle a étémenée en partenariat par l'lAV et l'IRNASE. Elle a compris deux volets, (i) cartographie dessols et des paramètre de l'USLE, (il) physique des sols et distribution spatiale des valeurs deconductivité hydraulique des sols.

En Tunisie, cette action a été menée en partenariat par l'IRD, l'Université de Lund etl'INRGREF. Elle peut être divisée en trois volets:

1. Cartographie des risques érosifs,2. Physique des sols et transfert d'eau,3. Physique des sols et transferts des solutés.

La contribution de l'IRNASE à ce rapport final, rédigée par F. Moreno, détaille les travauxréalisés en physique des sols au Maroc et en particulier l'étude de la variabilité spatiale desteneurs en eau des sols. La contribution de l'université de Lund, rédigée par R. Bemdtsson,

, décrit les travaux réalisés sur les transferts d'eau et de solutés dans les sols argileux deTunisie. Dans les pages suivantes, l'action de recherche du projet HYDROMED en Tunisieest décrite par Jean Collinet et Patrick Zante.

Données et méthodes

L'application de l'équation générale du bilan hydrologique sur les retenues (actionprécédente) permet de connaître les écoulements pour chaque évènement pluvieux efficace etde quantifier les écoulements moyens annuels. La bathymétrie, réalisée chaque année pourconnaître la capacité des retenues, donne les volumes de terre sédimentés et par conséquentune érosion spécifique annuelle du bassin versant. Il n'est évidemment pas envisageable, ceserait d'ailleurs "a-scientifique", de multiplier de tels dispositifs sur la totalité des retenuesdéjà construites ou prévues. Il faut donc développer des modèles prédictifs de comportementen relation avec une typologie des bassins, cette typologie étant fondée sur des variablesexplicatives inhérentes aux évènements pluvieux, aux caractéristiques morphopédologiquesdu bassin et aux variations des occupations, usages, voire aux aménagements de conservationdes eaux et des sols (CES) des versants.

La contribution pédologique dans l'opération « eau - sol - environnement» doit donc êtreconçue comme la recherche d'informations permettant la construction de cette typologie.Cette recherche consiste à col1l18J.Ù'e les processus en jeu, établir tous les liens possibles avecle contenant physique du système, synthétiser ces séries de relations sous la formed'indicateurs comportementaux pertinents. Pratiquement, il faut identifier le contenantphysique (cartographie) et analyser son contenu fonctionnel (dynamique actuelle).

S'agissant de l'analyse du fonctionnement du système, l'équipe s'est préoccupée plutôt detravailler aux échelles des parcelles et de portions de versants, son activité étant un suivi de laformation des écoulements et de la mobilisation des terres sur la mOsaique des parcellesformant un versant pour différents évènements pluvieux et sous différentes situationssols/occupations/techniques culturales.

Cette action de recherche peut se décliner en deux parties complémentaires:

1) Cartographie (des risques): identification, représentation des sols des petits bassinsversants, identification, représentation et suivi des usages des terres agricoles dans l'espace etdans le temps, combinaison de ces informations avec d'autres « nappes» d'informations pour

73

créer des cartes d'isorisques de dégradation. Ces inventaires cartographiques semi-détailléspour une évaluation des risques érosifs sont réalisés sur 6 bassins. Cette opération seprolongera sur environ 8 autres bassins.

2) Dynanùque actuelle (des agrosystèmes): compréhension du fonctionnement desagrosystèmes identifiés, combinaison d'observations et d'expérimentations établissant desrelations entre facteurs (énergie des pluies, débit d'écoulement) et effets dégradants, voire,cela peut arriver, agradants, pour toutes situations.

L'étude de l'érosion sur les versants et des impacts des aménagements anti-érosifs, ainsi quela représentation cartographique des risques ont fait l'objet d'une publication par 1. Collinet etP. Zante (2001).

Cartographie des solsIl s'est agi de dresser des cartes de risques de dégradation physique des bassins versants liéeaux érosions hydriques (échelles > 1:50000). L'inventaire cartographique est mené selon lesprocédures pédologiques classiques (cf diagramme de la figure 14) mais la taxonomies'exprime plus en termes de facteurs influençant le ruissellement et l'érosion et beaucoupmoins en termes classificatoires qui seraient ici peu informatifs.

2.at.fJ

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- statIsl1ques

UTlLISATluNS DES SOLS

agricole, forestiêrc, parcs

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CARTES PRt:VlS0~J't:LL.tS

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Figure 14: Identification, compréhension et représentation des dégradations du milieu,exemple de l'érosion hydrique.

Cartographie des occupations des solsCe travail est primordial car il révèle un marqueur important sur la dynamique actuelle desversants. Cette action est très consommatrice de temps-chercheur pour peu que l'on veuilleaccéder à une dynamique temporelle de cette composante du système. Pour le moment, letravail se réalise avec le support d'une ancienne nùssion photographique de 1988 (Figure 15).La seule amélioration serait une mise à disposition de scènes saisies à différentes périodes del'année (suivi de stades phénologiques) et aussi d'un stade donné sur quelques années.

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Ce type d'inventaire ne peut pas reposer sur l'imagerie satellitaire classique car sa résolutionne peut fournir que rarement la précision escomptée compte tenu de l'exiguïté des parcelles.La solution serait un survol pour la réalisation de photographies à 1125000 et plus si possible,ou d'attendre des acquisitions d'images avec les nouveaux capteurs civils d'imagerie à trèspetit pixel.

Carte d'occupation du sol de KAMECH (avril 1999l

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KAMOCCUP.JPG

Figure 15 : Carte d'occupation des sols en fin de saison des pluiessur le bassin versant de Kamech.

Cette recherche de précision sur l'occupation des sols pennettrait de mieux combiner lescauses entre elles, par exemple l'utilisation conjointe de l'infonnation pluviométrique et leseffets de précipitations d'énergies différentes au long de l'année sur des situations culturalesévolutives depuis la jachère nue en passant par le labour jusqu'aux différents stades dedéveloppement des couverts.

Synthèse = carte des isorisques de dégradationLes premières cartes prévisionnelles des comportements vis à vis des risques de dégradationne furent pas quantifiées, les unités d'isorisques se dégageant d'une simplification progressived'informations descriptives par combinaison de paramètres entre eux (Figure 16).

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Figure 16: Empilement des informations pour une quantification des risques érosifs.

La seconde génération de cartes (Figure 16) fournit une quantification des risques. Si leprincipe d'empilement d'informations reste identique au cas précédent, on combine icil'utilisation des modèles statistiques (MOSLE et autres) et d'un SIG (Arcview) en prenantla précaution de diagnostiquer les types de dégradation que peuvent seulement révéler lesmodèles utilisés.

Ces cartes de risques ont été établies pour deux bassins tunisiens et pour le bassin marocain.Au Maroc, cette cartographie a pu être étendue à des bassins plus grands en utilisant latélédétection (Houssa R. et al. 1998; Merzouk A. et al. 1998 ; El Garouaru et al. 1998)

L'analyse du fonctionnement des systèmes est réalisée soit par l'observation du terrain, aidéeou non d'appareillage, soit par l'expérimentation.

Dans le premier cas, il s'agit de tous travaux: portant sur la morphométrie des surfaces (étatsdes surfaces, rugosité) ou la géométrie de volumes comparés à différentes époques(tachéométrie laser pour différents types d'érosion).

L'expérimentation, quant à elle, concerne soit l'évolution de profils hmnidimétriques (sondesT DR), soit les conductivités hydrauliques des surfaces et l'érodibilité des sols (simulation depluies).

Ces activités concourent toutes à suivre des fonctionnements sous l'influence de facteursextérieurs (énergie des pluies et abrasion du flux) et sous l'influence de transformations queces facteurs imposent aux systèmes. Deux exemples illustrent notre propos: (i) effondrementde structures naturelles ou construites par dissipation de l'énergie des pluies, (ü) mouvementsde masses par sursaturation hydrique profonde sur des terrains en pente. Ces deux exemplesmontrent que toutes les activités sont indissociables car elles participent toutes d'uncontinuum de connaissances nécessaires pour pouvoir articuler causes et effet(s). Les 6 sousactions qui suivent et leurs résultats ne sont présentés séparément que par souci de clarté.

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Etats des surfaces (description et rugosité)

Identifier un état de surface consiste à voir et décrire un instantané des organisationsstructurales de l'extrême surface du sol. C'est un· excellent indicateur de la conductivitéhydraulique des surfaces saturées donc d'une part importante de l'infiltrabilité du sol. Desétudes antérieures d'équipes travaillant sur le sujet depuis plus de vingt ans ont fourni descodes descriptifs stricts et sûrs de ces organisations superficielles. Leur évolution dans letemps étant fortement dépendante du cumul des énergies des pluies, des réorganisationsstructurales naturelles ou artificielles ainsi que des couverts végétaux, on conçoit que leurssuivis puissent informer sur la genèse des écoulements et des érosions.

La conductivité diminue fortement sur « surfaces fermées », expression résumant lescohnatages liés aux pellicules de battance, aux croûtes de décantation, aux croûtes detassement, aux éléments grossiers partiellement inclus dans la surface, etc... Cetteconductivité est nettement moins contrôlée par des croûtes structurales. Enfin les caillouxposés en surface, les fissures, les terriers et galeries béantes en surface et toutes litières oucouverts aériens interceptant l'énergie des pluies augmentent fortement cette conductivité,limitent ainsi les ruissellements et par conséquent l'érosion. Ces organisations sont résuméespar le terme « surfaces ouvertes ».

Les exemples présentés ici concernent des états de surface sous différentes situations (ElGouazine) ou évoluant sous différentes contraintes (Kamech).

Le graphique de la figure 17a ci-dessous montre deux situations: l'une relativement« filtrante» sous pin et alfa grâce aux litières et couverts herbacés, l'autre peu perméable souscéréales sauf sur « BLE 1 » où 18% de surfaces ouvertes correspondent au piétinement dubétail cassant la pellicule de battance.

Les figures 17b et 17c montrent des évolutions d'organisations structurales superficielles surlabour après l'intervention d'une pluie de SOmm.

.pellicule de battance

.croate de sédimentation

.croûte d'érosion, semelle de tassementcailloux dans la masse

Fig 17a 8 Gouame: SlI'fa:es de sols SOIS oowerts rdl.n!Is Fig. 17b

% (pins, alfa, et SaJ5 WIues (UétKamech: évolution des surfaces

ferméeside +pluie

SOmmlabour fin

juin

100 ...,---­

80

604020O~==~~=~~~=~==;

- -------90

00­

7Ot--1

0050--­

40-­30

20

10

oRN> !UA BE 1 BE 21--.~ ferméEl9nace a.JVerti ütiêre W caNert aérien]

Sur la figure 17b, la perméabilité du champ diminue puisque les mottes simplementémoussées par les fines pluies précédentes se désagrègent en fournissant leurs éléments pourconstruire des pellicules de battance, et de sédimentation, tandis que cette « fusion» faitréapparaître des éléments grossiers.

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Sur la figure 17c, on met en évidenceune "diminution générale des diamètresdes mottes de labour résiduelles maisaussi Wl ensemble de fissures et denouveaux agrégats qui prouvent Wlecertaine activité des argiles; cesnouvelles organisations contribuent àmaintenir la conductivité hydrauliquede ces sols à argile gonflante, on yreviendra dans ce qui suit.

ido + pluie50mm

• agrégatso mottes<1 cm[:] mottes >5 cm

Kamech: évolution des surfacesouvertes

labour finjuin

lIJ fissures• pores(j mottes 1-5 cm

100 .,-----------------,

80 -+-----------------160 +---------------1

40 -1-----1

20 +-----to .+ --I-.---L.L.l:o:.:L_+_

Fig.17e

Cette modification des surfaces est aussi mesurée par les coefficients de leurs rugosités quel'on suit tout au long de l'année. Les mesures sont faites soit de façon "rustique" à lachaînette, soit de façon plus "élaborée" avec un distancemètre laser coulissant sur Wlepoutrelle au-dessus d'un champ. Ce coefficient est mis très efficacement en relation avec ladéstructuration des surfaces et son effet sur le ruissellement et la mobilisation des terres lorsdes expériences de simulation de pluies.

Fissuration de sols à argiles actives et détentions hydriques superficielles

Certains bassins versants sont, pour une bonne partie de leur superficie, constitués de sols àargiles gonflantes. Or, en fin de saison sèche, ces sols sont abondamment fissurés. Cesfissures sont suffisamment larges et profondes pour constituer un réservoir hydriquetemporaire susceptible de jouer un rôle non négligeable dans le stockage des premières pluiesde septembre ou octobre.

Méthode : La détention hydrique fissurale fut évaluée à partir de quelque 200 mesures de lagéométrie des fentes sur des placettes de 1m2 sur un versant de 30 à 40 % de pente. Lagéométrie et le volume du réseau fissurai et l'extension des dépressions sont évalués par lamesure de leurs longueurs, largeurs et profondeurs.

Résultats: Les résultats obtenus portent sur: a) une quantification de la détention fissuralelocale et instantanée des surfaces, b) la dynamique de fenneture des fissures:

a) l'lùstogramme de la figure 18 représente les valeurs médianes des détentions fissurales del'amont vers l'aval de la parcelle de 200m2 et ce, pour 4 cumuls de pluies correspondant àl'installation de la saison pluvieuse. Les ouvertures maximales des fentes, en fin de saisonsèche, pennettent de stocker, en moyenne, 70 mm de pluie. On constate aussi Wl effettopographique avec un "élargissement" de la fissuration vers les plus fortes pentes à partir dela mi versant.

78

Evolution des détentions hydriques superficiellesFj~'lIrc 18 liées aux fissurations de fin de saison sur pélosols

dans le bassin versant de ~amech.

4 5 6 7 6 9 10 11 12 13 14 15 16 17 16 19 20 avallongueur du versant 1rr4

.Pluies< 1nm .Pluiesde10*20nma Pluies de 2S *60 nm Pluies> 120 nm

r=if 60 -

>­..c 40·8

12: ~""-""""""""L.,-""""-"""""""'LL.,""""~'-""'-"""'''''-'''''''''''''_I..C,...J .................--,amont 1 2 3

b) les courbes de la figure 19 représentent huit exemples de dynamiques de fenneture desfentes avec le cumul des précipitations. Sur cette situation des pélosols de Kamech, on peutestimer que le réseau de fentes est complètement effacé pour un cumul de 200 mm de pluies.Il faut évidemment considérer que le processus étudié produit un effet hystérètique et que l'onne peut utiliser les mêmes courbes pour illustrer le processus inverse lié à la dessiccation.

Figure 19: Dynamique de fermeture des lSsuressur pélosols du av de Kamech

A6

l> A10

oA12

àA18

-A20

oA2

oA16

o

A 20 Y= .15.73Ln(ic) + 95.617

82 = 07986

t,.

'-- f--+'---t-

40 00 80 100 120 140 180 180 200 220

cumul des pluies depuis le 1er juin (mm)

A 14 Y=-16243Lf,(X) + 10ci.16~=0a525 .

~ ..

.~ -

:A 12 Y= ~16632LJ'1(x) + 1011'91

R2 = 0.61:13 .

:A 6 Y= -~4.177Ln(x) + 91.2~

R2 =0.53.Bs1 ••.

20

-------- --.-----,,---,-:---..-- -. -.-.-::-::c::-------:A2 y =-12.763Ln(x) + 75.5 A16 y=:21157Lri(x)+119.56. if = 06172 . . ~2 = 06624

A16 Y= 113.271Lri(x) +67376

R2 =07241

0+---1

o

140

~ 120

QI

'ij100'üIf8. 80::1!IlQI

.~ 00-t;>.=.l: 40o~~ 20"C

Dynamique des stocks hydriques

En Tunisie, deux thèmes furent abordés qui concernent:

a) l'impact de banquettes en terre sur la rétention de l'eau dans les sols du bassin versant d'ElGouazine,

b) le suivi humidimétrique des sols à argiles gonflantes de Kamech pour la détection de lasaturation des altérites augmentant le risque de mouvement de masse.

79

60

pluie m

a) Banquettes d'El Gouazine

Pour aborder cette recherche nous avons équipé une parcelle située sur sol brun calcaire dubassin versant d'El Gouazine avec des sondes TDR situées à 2 profondeurs, vers -40 et-90 cm, réparties sur 3 stations, l'une à l'amont du canal de la banquette (AM), une autre à 5m à l'aval (AVI) et la dernière à 20 fi à l'aval (AV2).

L'exemple de la figure 20 montre l'effet sur les trois profils de deux événementspluviométriques importants: une pluie de 80 mm le 23/9/98 et une séquence de 146 mmdistribuée du 15 au 20/1 /99. .L'humidité du sol est toujours plus importante à l'amont de la banquette, même en saisonsèche, les teneurs en eau restant peu différentes entre la surface et la profondeur.

L'humidité en profondeur est sensiblement équivalente pour les deux stations aval maisl'accroissement du stock d'eau, suite aux deux grosses pluies, est toujours plus élevé pour lastation située à proximité de la banquette (AVI) ce qui laisse supposer un effet impluvium dela banquette et la possibilité d'apport latéral en provenance du canal de cette banquette.

Figure 20 El Gouazine: effet d'une banquette sur l'humidité du sol

.Pluie • AM 45-60 • AM 75-90 • AVl 45-60 • AVl 80-95 AV2 30-45 AV2 80-

Humiditéiiol ~e

3580 t--------...,..----''lL- -------1

30

----[25

.. 20 'Yo40 1--=-----.=!........---4---=t--:,.-----;---=--:I;---=--.......cir------'~-Lf.15

20 +-----------+-,-----11--.-------1 10

5

o . 001/311021 011 01/311 301 301 29/28128/27/27/261251 271 261 261 251251 24101/01/03/ 04/ 05/051 061 071 081 091101 111 121 01/021 03/ 041 051 061 071 081~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

La pluie de 80 mm a provoqué la rupture de la banquette par création d'un tunnel laissantenviron 50 cm d'eau dans le canal, cette pluie a eu peu d'effet sur les mesures faites sur AV2.Par contre, la banquette a bien résisté à la séquence moins agressive de janvier 1999 qui arempli le sol même en profondeur. Un meilleur stockage en aval de la banquette apparaîtnettement surtout en 1999, année plus humide, et s'y prolonge jusqu'en saison sèche.

Tableau 5 : Stock d'eau en amont et aval d'une banquette

Humidité AM AM AVI AVI AV2 AV2 Pluievolumique% 45-60 75-90 45-60 80-95 30-45 80-95 en mm

09/01/99 22,1 23 17 12,1 13,3 Il,626/01/99 32,4 34,2 30,5 27,4 30,6 22,2Stocks en mm 10,3 Il,2 13,5 . 15,3 17,3 10,6Stock 0-50 cm 51,5 67,5 86,5Stock 50-100 cm 56 76,5 53Stock 0-100 cm 107,5 144,0 139,5 146

Le tableau 5 montre que l'accroissement de stock d'eau sur 1 m de sol correspond au moins àl'intégralité de la pluie pour AV l, la saturation est atteinte en amont de la banquette (AM).

80

b) Humidimétrie des sols à argiles gonflantes de Kamech

Un versant de KAMECH a été équipé de sondes TDR dès 1998 pour y suivre les profilshumidimétriques depuis la surface jusqu'aux altérites situées entre SOcm (amont) et #11 Ocm(aval). Les sondes TDR ont connu quelques déboires dans ces sols très argileux. Installées aucentre des polygones de dessiccation qui apparaissent en saison sèche, elles ne prétendentdonner que les variations de stocks dans ces volumes supposés homogènes. Ceci étant, lescinétiques observées montrent une distribution hétérogène du stockage et des mouvementsselon la profondeur et la pente. La dynamique de l'eau le long du versant semble fortementintluencée par le réseau de fentes de dessiccation non refermées et qui sont interconnectées.Ceci crée un réseau de drains le long de la pente et une alimentation en eau de l'aval plusimportante que celle correspondant à la pluie tombée. Des sursaturations hydriques peuventtemporairement se produire et entraîner des modifications des caractéristiques mécaniques dequelques centimètres d 'horizons profonds, ce que prouvent les « arrachages pelliculaires»que l'on voit en bas des versants. Les cinétiques d'humectation, présentées dans les figures21a à 21c, illustrent le comportement hydrique de ces sols qui peuvent stocker environ200 mm sur le premier mètre de profondeur. En pleine saison des pluies et au-delà de -IOcm,la capacité au champ est très proche de la porosité totale dans des horizons massifs, limono­argileux.

--111019---+- 1611 019-+-2711019-+-1811219- 141119--Profil se

_5ri-----\-~----,~+--___1

o 10 20 30 40 50o,r-------~-~--;

_1,f----I------=.-=:-----+l~y----1

_2t1----\c-+----7"""'+----J--+-___1_3rt----....o..n---,>""'-----\~'-----1

·6

·7ri-------'r---."L.--I----1-8t1-----J'--f-------I'----___1_9ri------+-.~-f----___1

·Io/r--------------'

Fig.21bKamech, site TDR, milieu, cinétique d'humectation

-+-011101

-+-161101

-+-271101

--+-181121-14.011--sec

00

·10

·2

·3

.4

Zcm·5

Flg.21aKamech, site TDR amont, cinétique d'humectation

Humidité volumique5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Fig.21cKamech, site TDR aval, cinétique d'humectatlon

o w m ~ 40 50 roo

.lQt---l-----?o:"\--1-Jr----1

_50;!-------\------r--rl1o'----------j

.70;!-------v-,f-,f---------,

.80't-------I'------t-1-------1

.90;\-----\·-+-1-------1.•",f-------------'

-1110<9

-16110.9

-27110.9

-+-18112.9--'1411<9

~3/1l.9

-L-Sec

En saison intermédiaire, soit de septembre à novembre (pluies cumulées de ISO à 200 mm),les interprétations sont compliquées par la macroporosité fissurale capable de stocker envaleur médiane 70 mm des premières pluies. Sa disparition par gonflement des argiles dépenddes fréquences et hauteurs des averses qui vont déterminer soit une humectation progressivedes drains fissuraux, soit un colmatage de leurs débouchés superficiels par fusion des mottespériphériques. Si l'on peut imaginer divers scénarios simplifiés, il est rare que les preuves

81

expérimentales puissent en rendre exactement compte. On peut seulement dire que lecohnatage superficiel de ce réseau, avec les conséquences hydriques évoquées ci-dessus, estfavorisé par une instauration brutale de la saison des pluies et ceci est un indicateurcomportemental pertinent sur ces sols à argiles actives.

Infiltrométrie et érodibilité des terres sous pluies simulées à l'échelle de la parcelle

Afin de quantifier les ruissellements et érosions des unités d'isorisques identifiées dans lessous-actions cartographiques, on a re-traité les résultats d'expérimentations de simulations depluies effectuées dans toute la Tunisie semi-aride depuis 1987 (IRD-Direction des Sols). Làoù l'information manquait, on a refait des campagnes d'expérimentation en 1999 et en 2000(Fidh'Ali et Kamech).

Nous ne reprendrons pas ici les principes de cette méthode très connue et utilisée par l'IRDdepuis 1975. Nous insisterons par contre sur ce qu'elle peut apporter de nouveau dans le cadredu projet HYDRüMED. Rappelons que l'appareil installé sur des sols dont on veut tester lescomportements fournit, en cours de pluies, des informations hydrodynamiques(enregistrement limnigraphique des intensités de ruissellement) et des évolutions de lamobilisation en terre (échantillons d'eaux chargées en sédiments).

L'utilisation conjointe des informations fournies par les relations « intensité du ruissellementà régime constant en fonction de l'intensité de la pluie simulée (R(Im»» et« évolution descharges solides en fonction des intensités du ruissellement (CS(R»» est une approcheintéressante pour connaître les risques de pertes en terres de chaque portion de versant enfonction des situations et des évènements pluvieux. La transcription de ces informations pourdes pluies naturelles est facilement réalisable à la condition de disposer de donnéespluviographiques dans la zone considérée et d'une analyse statistique sur les différentespériodes de récurrence des hauteurs et intensités des pluies.

Intensijé pluie(mm.h-l)

temps

Hiétogramme(théoriaue)

o...L-_~---------+

Intensité temps

max.en5mn

(mm.h-l)

Erosioncumulée( kg.ha-l)

50

R1(mm.h-l) ". ••

J' ~ ~J ,. .,.,

R (mm.h-

Chargesolide

'Il.---f~

Figure 22: Prévision de l'érosion (phase mobilisation initiale) par intégration desdonnées expérimentales et naturelles (M 0 B 1 L).

82

L'ensemble de cette procédure pennet de construire un modèle prédictif des érosions, plusexactement des mobilisations de terres au niveau de la parcelle (cf Figure 22).

Sur cette figure on a représenté divers graphes et leurs interconnections pour aboutir àl'érodigramme final, ce sont :

- au départ un exemple de hyétogramme de pluie efficace,

- ensuite, les relations linéaires entre le débit ruisselé et l'intensité de pluie R(I),l'intersection des droites de régression avec l'abscisse donnant l'intensité limite de la pluiepour les premiers ruissellements et la pente de la droite de régression fournissant uneinformation sur l'évolution des conductivités,

- puis l'évolution des charges solides en fonction des intensités de ruissellement C(R), quitraduit les évolutions probables des champs selon leurs situations culturales. Deuxévolutions y sont schématisées:

(i) la courbe bleue illustre une situation dangereuse sur sol à structure (trop) stable oùl'on a une exacerbation de l'abrasion avec l'écoulement et ce, avec des charges enasymptote dépassant souvent 100 gll.

(ii) la courbe rouge, tirée d'essais sur sols à structure fragile illustre une abrasion plusfaible; dans certains cas de sols à encroûtement rapide (structures encore plus fragiles)cette charge diminue avec l'intensification des écoulements.

- enfin, sur le schéma des érosions cumulées en fonction du temps, le report des donnéesau travers de ces différentes équations permet de chiffrer des masses de terre érodées pourune averse (érodigramme).

Compte tenu de l'exiguïté des parcelles, nous ne prétendons mesurer ainsi que la seulemobilisation initiale des terres et non pas l'érosion linéaire, même si l'on en détecte lesprémices, ni de même la possibilité d'abandons de sédiments sur le versant. Une autre partiede l'information devra donc venir d'autres modèles physiques aptes à démontrer les effets d'unflux de ruissellement compte tenu d'une partition entre sa capacité d'abrasion, sa capacité detransport et l'abandon ou la reprise des charges initialement transportées. On contribuecependant, par l'analyse des charges solides sous simulation de pluies, au calage des modèlesprédictifs de l'érosion à bases physiques sur bassins versants.

Erosions aréolaires à l'échelle du versant ou de la portion de versant

Deux sites de mesures ont été aménagés dans le BV de la retenue collinaire d'El Gouazine: ElGouazine 1 sur sols bruns calcaires relativement épais dans la partie aval du bassin versant, ElGouazine II sur sols peu évolués et rendzines sur calcaires dans la partie amont. Tous deuxsont aménagés en banquettes de terre de quelque 1,5 m de hauteur, au tracé isohypse et àespacement variant avec la pente topographique.

La méthode consiste à considérer la surface inter-banquette comme une vaste parcelle deruissellement et d'érosion, la collecte des eaux et des terres mobilisées dans le champs'opérant au niveau du chenal de la banquette aval. On effectue à différentes périodes del'année des nivellements précis (tachéomètre laser) dans différents profils en traverspositionnés dans le chenal de la banquette (Figure 23)

Résultats: la comparaison des profils nivelés génère des sections représentant des pertes(abrasion du chenal) ou des gains en terre (sédimentation de terres érodées), l'extensionlatérale de cette information fournit des volumes de terres mobilisées, puis des masses. Sur ElGouazine nO 1, l'érosion en nappe d'une jachère, emblavée l'année précédente, fut de6,06 t.ha-l.an-l en 1998.

83

EL GOUAZINE 1. mobilisation des le".. SUI I~ lransecl SR

11.00 1 --------;------;-------:---;:========;----110.80 -$ R Sept 99

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C>'a 9 .80=0

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Figure 23: Comparaison de deux profils en travers d'un canal debanquette sur El Gouazine 1.

1994 métres 1995n n

Ravine B du Bassin versantdeKamech,

du 12 mai au 23 juin 2000

5000o

5002o

5004o

5005o

5003o

5001o

Erosions linéaires à l'échelle duversant ou de la portion de versant

Alors que l'érosion en nappe àl'échelle des champs ne devrait pasdépasser les 10 t.ha-l.an· l

, il en vatout autrement des dégradationsissues du ravinement qui dépassentfréquemment, en Tunisie semi-aride,les centaines de t.ha·1.an·1

• Il étaitdonc primordial d'évaluer sur deuxbassins versants représentatifs cesautres types de risques érosifs. Dessites d'observation ont été retenussur les bassins versants de Fidh Ali etde Kamech.

Sur le bassin versant de Fidh Ali,l'exacerbation du ravinement adéveloppé en rive droite un paysagede bad-lands très caractéristique. Lesdégâts se limitent encore à un réseaude ravins et ravines en rive gaucheoù deux sites sont observés(distance-mètre laser). Sur le bassinversant de Kamech, une étuderécente menée par Nicolas Trochet(étudiant en DESS de l'ULP deStrasbourg) a permis de quantifier lesérosions ravinaires particulièrementactives en rive droite de ce bassin.

La méthode a consisté en un nivellement intensif sur trois ravines représentatives desdifférents types de ravines rencontrées sur le bassin. De ce nivellement sont sortis(Figure 24):

métres

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(i) une description codifiée des flancs et fonds des ravines, ceci permettant d'élaborer unetypologie du système ravinant,

(ü) un MNT où les superpositions des surfaces courbes des profils relevés entre différentsévènements pluvieux efficaces ont permis de sortir abrasions et dépôts.

Conjointement, une dizaine de ravins du BV ont été décrits et caractérisés à l'aide de latypologie précédente ce qui a permis une extension des résultats obtenus sur les 3 ravinesétudiées plus profondément.

Les résultats:L'abrasion du système ravinaire, lui-même, remanie entre plusieurs dizaines et plusieurscentaines de tonnes de terreslha/an. L'ampleur de cette fourchette est liée à la proportion deberges avivées par le système ravinant. Cet avivement résulte de la conjonction d'apportshydriques des champs en amont et de la pente topographique de la berge, donc finalementd'un état d'équilibre entre le couvert végétal, la stabilité structurale du sol et la pluviométrie.Ce ravinement est un phénomène "à seuil" lié aux pluviométries exceptionnelles.

Mais aux échelles du versant et du bassin versant il faut considérer ce qu'exportent réellementces systèmes ravinaires :

(i) en année à pluviométrie normale, la majorité des terres mobilisées sur le versant y restent,(exportations < 5 t/haIan),

(ü) en année exceptionnellement humide, ces stocks des années précédentes, complétés de laproduction ravinaire du moment, se combinent pour donner des exportations voisines de 35t/ha/an.

Ces résultats sont cohérents avec les sédimentations mesurées dans le lac.

Les sols et paysages du BV de KAMECH sont représentatifs d'un ensemble paysagique plusvaste de la dorsale tunisienne (Tell et une partie des Hautes Steppes). Les informations decette étude valent donc pour de nombreux autres milieux caractérisés par une érosionravinante sur marnes. Elles peuvent être utilisées pour le calage de modèles physiques oumathématiques et, parmi ces derniers, elles peuvent faciliter le choix des fonctions de transfertdans les modèles distribués.

Cette action de recherche a fait l'objet de plusieurs communications et posters. Sur lesthématique cartographique notons les deux publications conjointes Ben Mechlia et al. (1998)et Mekki et al. (1998) et, sur l'hydrodynamique des versants, celle de Nasri & Zante (1999).

Transfert d'eau et de solutés dans les sols des bassins versants

Un important travail méthodologique a été réalisé par l'équipe de l'Université de Lund,l'INRGREF et l'IRD sur le bassin versant de Mrichet El Anze (Tunisie). II est décrit dans lerapport :final de l'Université de Lund.

Les simulations de pluies réalisées avec des eaux colorées et l'analyse d'images de la porositédes sols ont fait l'objet d'un mémoire de Master (TulIberg O. et Palmquist O. 1997).

Des colonnes de sol, rapportées à Lund, ont permis des études expérimentales sur la mesureTDR de l'humidité des sols argileux (Thèse soutenue à Lund par Persson en 1999). Plusieurspublications ont été réalisées à partir de l'expérimentation menée sur ce bassin versant. Uneseconde thèse est en cours (pernilla Somogyi) qui traite des transports de solutés, du rôle desdifférentes formes de porosités sur le transit des solutés de la surface vers la nappe en solargileux.

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Opération 3 : Agronomie - Impacts socio - économiquesCette opération de recherche a débuté avec le projet HYDROMED. Elle se divise en deuxactions complémentaires.

La première, d'ordre agronomique au sens large, a visé une analyse de la très forte diversitéconstatée dans les caractéristiques, les rôles effectifs et le fonctionnement réel des ouvrages:protection plus ou moins significative de l'environnement, envasement plus ou moinsconsidérable et rapide, forte variabilité des écoulements et de la disponibilité en eau quis'ensuit, intensité de l'utilisation de la nouvelle ressource, mode d'utilisation de la ressourceindividuelle ou collective, avec tous les problèmes de relations sociales qui en découlent.

Cette analyse a été entreprise sur les sites pilote du projet et sur des sites voisins. En Tunisie,ont été pris en compte les lacs du réseau dans les gouvernorats de Kairouan, Siliana etKasserine, dont la capacité théorique dépasse 50 000 m3

• La caractérisation a reposé sur desdonnées obtenues par enquête auprès des collectivités locales, par analyse de terroir parphoto-interprétation et contrôle de terrain. Le but a été d'élaborer une typologie de référence àpartir de laquelle l'évaluation de l'impact des futures réalisations serait grandement améliorée.Au Maroc, le rôle d'une centaine de petites retenues dans l'élevage a été étudié. En Syrie lerôle des deux petits barrages de Syndiané et de Talkhala dans l'économie locale a été analysé.

En complément de cette phase de diagnostic, une analyse du fonctionnement agro­économique global des unités de production, plus ou moins directement concernées parl'aménagement et la possibilité d'un accès à la nouvelle ressource, a été entreprise. L'objectif aété ici d'apprécier, au niveau aussi bien individuel que collectï:t: la capacité des agriculteurs àgérer progressivement eux-mêmes les ressources disponibles avec la double intention deprotéger l'environnement et d'assurer des gains économiques et un progrès social substantiel.En Tunisie, cette action de recherche, mise en place entre 1994 et 1998, a fait l'objet d'unethèse soutenue à l'ENSAM de Montpellier (Selmi 1996). Au Maroc, les aspects sociaux àtravers l'utilisation et la définition des besoins en eau, pour l'abreuvement, l'agriculture et lesménages, ont été appréhendés par la méthode «enquête douars». Ces enquêtes, menées parles étudiants de l'lAV Hassan II, les assistants de recherche, stagiaires et chercheursd'HYDROMED dans les trois douars limitrophes de la retenue du barrage Saboun et de sonpérimètre irrigué en aval (plaine de M'harhar), ont permis d'apprécier l'impact socio­économique des barrages collinaires dans le Rifoccidental. (Cf. Annexe 2).

La seconde action a été une recherche orientée vers l'agroclimatologie et le besoin en eau descultures. Dans le cadre de ce projet, l'agroclimatologie est considérée dans son sens le pluslarge, comme étant l'étude des relations entre le climat et le fonctionnement des plantesautour des lacs collinaires et dans tout le bassin versant. Cette troisième action n'a été menéequ'en Tunisie sur les deux sites pilotes de Kamech et El Gouazine. Elle est le fruit d'unecollaboration entre l'INRGREF (Me Mougou) et l'IRD (Dr. Jean Vacher) à laquelle s'estgreffé un soutien du laboratoire d'agroclimatologie de l'INAT (Tunisie) dirigé par leProfesseur Ben Mechlia et du laboratoire de bioclimatologie de l'INRA Grignon (France) .Un DEA et un mémoire de fin d'études du cycle de spécialisation de l'INAT y ont étéaccueillis. Ces deux étudiantes poursuivent actuellement leurs travaux de recherche dans lecadre de leurs thèses qui seront soutenues à l'Université Montpellier II en 2003 et 2004.

La Tunisie est un pays aride à semi-aride sur les trois quarts de son territoire. Cette aridité estle résultat d'une pluviométrie faible et variable et d'une évaporation très forte. Aussi, unestratégie de développement et de gestion des ressources en eau a t'elle été mise en place aucours de la dernière décennie. Grâce à cette stratégie, la Tunisie a pu mobiliser 80% de sonpotentiel hydrique (eaux superficielles et eaux souterraines). Les lacs collinaires sont un des

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moyens de mobilisation des eaux de surface et l'utilisation de l'eau des lacs collinaires à desfins agricoles est un des objectifs les plus importants de la mise en place de ces lacs.

Dans le projet HYDROMED, l'action d'agroclimatologie a démarré en janvier 1998 avec pourprincipal objectif la valorisation agricole de l'eau des lacs selon différents scénariosd'irrigation et de gestion des cultures. Notre travail a consisté à déterminer les besoins en eaudes cultures, quantifier les ressources disponibles et évaluer ainsi, selon les principauxsystèmes de cultures adoptés par les agricuheurs, les périodes et les intensités des déficitshydriques.

L'usage de l'eau autour des lacs collinaires à des fins agricoles et avec une efficiencemaximale présente des difficultés d'analyse et de gestion. En effet, les zones d'étude secaractérisent par une très grande variabilité spatiale et temporelle des précipitations et un largeéventail de systèmes de culture, de techniques d'irrigation et de stratégies utilisées par lesagriculteurs. Les choix des systèmes de culture et des techniques d'irrigation ne sont pastributaires seulement de la dispombilité en eau dans tout le bassin versant mais ils dépendentaussi de la superficie cultivable, de la main d'œuvre, des moyens matériels dont disposent lesagriculteurs ainsi que de la proximité des marchés sur lesquels peuvent être vendus lesproductions agricoles.

Différents scénarios de production pour l'utilisation de l'eau des lacs collinaires sont doncpossibles et ont été définis en une étroite collaboration avec les économistes et leshydrologues du projet HYDROMED. La stratégie suivie dans notre étude se base sur deuxapproches, à savoir, une approche régionale et une approche locale.

Action 1 : impacts sociaux et économiques des petits barrages(Dr. S. Se/mi)Nous présentons ici les résultats obtenus en Tunisie en raison de leur l'interactivité sur lesprojets de construction et d'exploitation des barrages collinaires. Le directeur de la CES, M.Habib Fahrat et le sous directeur des études M. Mohamed Boufaroua ont participé à toutes lesréunions de coordination et aux ateliers HYDROMED.

Objectifs, problématique sur le choix des sites

La construction des « lacs collinaires » se déroule conformément aux preVISIOns de lastratégie de la Direction de la CES sans poser de véritable problème technique d'exécution.L'ambition de réaliser un nombre si élevé de lacs aussi rapidement risque cependant de nelaisser que peu de place à une solide justification du choix des sites. Toutefois, il semble quequelques réserves puissent être faites sur la finition des évacuateurs de crues qui, dans certainscas, a pu être sacrifiée, probablement pour des raisons de contraintes budgétaires. De même,le rôle attendu et effectivement joué par le conduit souterrain n'apparaît pas toujoursclairement: il n'est vraisemblablement pas judicieux d'en faire un instrument d'évacuation dessédiments, ce qui conduit surtout à un gaspillage d'eau. Ces restrictions étant faites, on peutaffirmer que la qualité technique des réalisations, en Tunisie, est en constanteamélioration.

En revanche, il est apparu, dans les premières années de la stratégie (1990-1995) un certainnombre de problèmes et surtout d'interrogations en ce qui concerne l'impact réel de cesaménagements auprès de la population rurale, la perception et le degré d'appropriation qu'ellepeut en avoir, les usages qu'elle en fait et, finalement, l'incidence positive sur son mode devie. Une partie de ces difficultés est inhérente à la démarche qui avait abouti au choix d'un siteà équiper. Ce choix était surtout guidé par la détection de qualités propres au milieu physique,favorables à la construction d'un petit barrage, avec le consentement tacite des personnes

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concernées se traduisant par une cession de terres à l'amiable avec, parfois, compensationsous forme de livraison de plants fruitiers et possibilité d'accès à l'eau, facteur déterminant del'intensification agricole.

Pour chacun des partenaires, administration et paysans, il était difficile d'imaginer toutes lesconséquences et l'impact réel de l'aménagement qui transformait assez profondément etlocalement l'environnement et l'ordre social. En particulier, il y a eu sous-estimation desproblèmes futurs de maintenance et de durabilité de fonctionnement, profondément liés à lagestion des espaces proches. Si cet aménagement autorisait l'espoir d'obtenir quelquesavantages à court et moyen terme, il ne contenait pas moins des limitations et, de ce fait,imposait quelques restrictions et devoirs d'usage. Enfin, on peut déplorer que, à ce momentdéterminant d'un engagement sur le long terme, aucune définition claire n'ait été donnée desobjectifs recherchés. Avec une définition claire des objectifs, il aurait été possible de préciserles responsabilités et les droits en matière de partage des contributions et des bénéfices.Aucune délimitation ni occupation précise de l'espace directement concerné n'a été non plusproposée.

Au début de l'application de la stratégie décennale définie par la Direction de la CES, il yavait, à première we, une nette insuffisance d'études préliminaires à toute implantation de laccollinaire. Ces études auraient permis notamment de bien caractériser un état économique etsocial préalable. On pouvait également observer un déficit d'information, de communicationet d'éducation de la population sur le contenu et les objectifs du projet d'aménagement. Enfait, l'Etat ne cachait pas sa volonté de se désengager et son souhait de voir les communautéslocales participer davantage à la sauvegarde de leur environnement et à la définition desconditions de leur propre développement.

A ce stade du constat, il a semblé utile d'effectuer un examen critique des objectifs majeursassignés aux lacs collinaires dans la stratégie décennale de la CES.

Au début du programme de construction des lacs collinaires, l'accent a été mis principalementsur l'écrêtage des crues, la rétention de sédiments, la protection des aménagements aval (zonesde mise en valeur, grands barrages par exemple) et la recharge des nappes phréatiques.

À ces buts, se fondant essentiellement sur des considérations de régime et de risqueshydrauliques, était de plus en plus souvent jointe une finalité de mobilisation et d'exploitationdes eaux de surface pour satisfaire divers besoins locaux. Cette finalité est cependantlargement appréciée par défaut, en tant que répercussion évidente de l'aménagement.

Tous ces objectifs, pas toujours bien précisés ni surtout hiérarchisés, ont pu être considéréscomme trop généraux et restrictifs :

~ Trop généraux car, pour nombre d'entre eux, tout à fait implicites et considérés commesystématiquement réalisés dès lors qu'un écoulement était stoppé derrière une retenue.Le choix d'un emplacement précis ne pouvait donc se trouver déterminé par tous cesobjectifs. Seule venait se poser une question d'efficacité technique et, surtout,économique par l'appréciation d'un rapport coût/avantage à court et moyen terme.Certaines limitations sont vite apparues, comme le volume de sédiments retenu qu~ s'ilest trop élevé, raccourcit la durée de vie de l'ouvrage et démontre que la retenue nepeut être qu'un des éléments de la protection de l'espace qui doit s'étendre à l'ensembledu bassin versant.

~ Trop restrictifs et trop peu hiérarchisés car concernant, de façon fréquente et exagérée,la seule et simple fonction conservatoire de l'aménagement. S'il est certes possible deconcevoir une telle priorité, elle demeure assez peu motivante pour les agriculteurs etdélicate à soutenir sur des espaces dont le statut foncier est surtout d'ordre privé. Il faut

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bien voir que ces aménagements sont souvent réalisés dans des zones déjà dégradées,à potentiel fort restreint et en déprise économique, dans lesquelles la population luttedurement pour satisfaire ses besoins quotidiens essentiels. Il semble donc vain devouloir la mobiliser pour des tâches de réhabilitation faites de contraintes et derestrictions sans rentabilité immédiate, et de la faire agir par la seule espérance deconséquences profitables différées dans le temps. D'où la nécessité de redéfinir desobjectifs complémentaires concernant directement les conditions d'un développementrural à partir d'utilisations productives et durables de la nouvelle ressource.

A partir de ces conclusions du projet HYDROMED et grâce à une synergie importante entrela Direction de la CES et les chercheurs, la stratégie s'est orientée vers une redéfinition, nonseulement des buts à atteindre, conjuguant une meilleure protection des ressources et leur plusforte valorisation, mais également du contenu de l'opération en considérant le bassin versantcomme un tout indissociable en matière d'aménagement et de développement. Sur de tellesbases, la construction d'un nouveau lac a nécessité de recueillir non seulement l'assentimentde principe, mais surtout une adhésion franche et volontaire et la participation active de lapopulation riveraine à un projet proposant une plus forte maîtrise des ressources et leurutilisation harmonieuse au sein de la petite région. On a disposé alors de critères tout à faitdéterminants pour le choix prioritaire des zones à aménager.

Démarche de sélection des sites

Il ne s'agit là que de suggérer quelques idées, pouvant servir de base de discussion pourl'appréciation de situations régionales. Ces idées ne peuvent qu'inspirer l'action et, en aucuncas, la déterminer totalement. Les contingences locales sont si fortes et les options si diversesqu'il y a toujours une nécessaire adaptation dans la mise en œuvre de cette démarche.

Dans une première phase du programme de construction des lacs collinaires Gusqu'en 1994),on a surtout privilégié des critères techniques, de nature technocratique et fondés sur des apriori de fonctionnement du milieu physique, avec une appréciation trop sommaire des risquesencourus pour la sélection des situations à aménager, en estimant qu'une mise en valeur localeallait être spontanée, quitte à la stimuler par la distribution d'équipements complémentairescomme des motopompes. On avait même fondé quelque espoir de détection des sitespotentiels au moyen de l'analyse de l'imagerie satellitaire, malheureusement sans succèsprobant. Sur la première cinquantaine de lacs collinaires construits en 1990-91, seuls huit ontfait l'objet d'un début spontané d'utilisation intensive de l'eau.

Dans une seconde phase, alors que la structure d'aménagement « lacs collinaires » a étésuffisamment répandue et connue de la population, et qu'elle commençait à en faire elle­même la demande, il s'est mis en place une phase d'analyse socio-économique des activitésrurales actuelles et l'examen en commun (Etat / Bénéficiaires) du projet à soutenir dans sesdiverses composantes techniques (potentialités, aptitudes économiques, marché, coûts etbénéfices), organisationnelles (contrats, groupements, attitudes collectives). Les critèresréglementaires (aspects juridiques des statuts fonciers et des droits à l'eau) sont encore àmieux définir.

Quel contenu donner à ces projets ? Il n'est possible, ici, que de rappeler quelques principesgénéraux jugés essentiels avec, toutefois, une proposition pour un développement durable etplus solidaire au sein de l'entité géomorphologique qui offre une unité de fonctionnement : lebassin versant.

Au niveau des principes, on ne répétera jamais assez la nécessaire complémentarité desdifférents ouvrages de CES destinés à une protection progressive de l'espace de l'amont versl'aval. Le lac collinaire ne doit pas être une structure isolée. En dépit des sommes

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considérables investies, il demeure une 'réalisation fragile, artificielle et soumise auxdysfonctionnements en amont qu'il convient de contrôler au maximum. Mais tout est unequestion d'équilibre, et il ne faut certainement pas aller jusqu'à bloquer tout ruissellement aumoyen d'imposantes banquettes mécaniques comme cela se voit par endroits. Il existe denombreux sites où cette complémentarité devrait être mise en œuvre : aménagement dumodelé de surface et consolidation à l'amont, récupération et stockage des eaux excédentairesdans la partie médiane, restitution et épandage de ces eaux à l'aval.

Le caractère intégré des aménagements ne sera véritablement atteint que lorsque la populationlocale les respectera, en les jugeant indispensables à la sauvegarde de son environnement, et ytrouvera des éléments d'un progrès économique et social, à partir d'une gestion à la foisconservatoire et dynamique en regard de ses activités agraires. Il faut se garder de quelquesillusions qui consisteraient à penser que la seule amélioration de l'autosuffisance alimentaire,en quantité et en qualité, suffira à déclencher ce processus. Il faudra probablement d'autresespérances et réalités, comme l'obtention de productions à valeur marchande, créanteffectivement des revenus supplémentaires. De plus, subsiste l'épineuse question del'harmonie de développement au sein du bassin versant, le lac collinaire ne devant pas servir àtrop accroître les inégalités dans la maîtrise et l'accès à l'eau.

Toutes ces nécessités et, si possible, le retour à davantage de solidarité dans le bassin versantpeuvent s'imaginer avec, par exemple, le simple projet décentralisé de consolidation desaménagements. Ainsi pourraient se créer, à proximité des retenues et sous contrat avecl'administration, des pépinières intensives de production de plantes fourragères et deprotection, voire de plants forestiers, qui seraient ensuite rétrocédés gracieusement aux unitésde production et sur des espaces amont pour des usages adéquats. Toute cette opérationsuppose que le Service des forêts veuille bien céder une partie de son monopole actuel deproduction de ces espèces au bénéfice des collectivités locales.

Mais on n'oubliera pas que rentière viabilité de ces projets repose en définitive sur lameilleure estimation possible de l'eau disponible qui fixe une potentialité d'utilisation. Cetteconnaissance ne peut être que graduelle et de plus en plus fiable avec le temps. En attendant,mieux vaut sans doute sous-estimer cette ressource et pratiquer rajustement progressif dansles programmes d'utilisation. Cette remarque montre la nécessité de connaître labioclimatologie du bassin versant et la variabilité spatiale des capacités hydriques des sols(Thèse à venir de Mlle Mekkï.).

Evaluation du modèle technique des lacs collinaires (Bouzid Alouini)1

Les études entreprises sur les aménagements des retenues collinaires montrent que, sur le plantechnique, la conception du lac collinaire est réussie.

La réalisation de près de 450 unités de lacs collinaires durant la période 1990-1998 a donné lapossibilité d'évaluer cette nouvelle expérience et de formuler des propositions pour deséventuelles améliorations sur le plan technique, social et économique.

Réalisation des lacs collinaires tunisiens par objectif recherché.

Objectif du lac Exploitation Protection des Recharge desRéalisation agricole infrastructures nappes

Nombre 380 34 36En % du total 84,4 7,6 8,0

(Ministère de l'agriculture, Direction de la CES, 1999)

1 Le développement qui suit fonne un résumé actualisé d'une étude réalisée au niveau de la Direction de Conservation deseaux et du sol du Ministère de l'Agriculture par M. Bouzid ALOUlNl

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Suite aux expériences antérieures dans la construction des lacs et des barrages collinaires, desaméliorations dans les conditions techniques du modèle d'exécution des lacs ont étéapportées:

• l'institution, aux niveaux national et régional, de comités pluridisciplinaires de choix etde confirmation des sites, le développement de la coordination entre les différentsintervenants (Conservation des Eaux et des Sols, Etudes des Travaux Hydrauliques,Génie Rural, Ressources en Eau) et la définition des critères de choix en fonction desobjectifs des ouvrages et des régions ;

• au niveau des objectifs recherchés des lacs collinaires, le modèle technique amélioré aassocié l'utilisation agricole, la recharge des nappes et la protection desinfrastructures ;

• les paramètres de choix des sites ont été élargis au diagnostic de l'érosion au niveau del'impluvium et à la définition des risques d'envasement des retenues projetées;

• à l'instar des barrages collinaires, dans la conception de ces ouvrages, on inclut le tapisfiltrant pour assurer une meilleure stabilité du talus aval, la conduite de vidangeemobée en béton armé pour l'utilisation des eaux et la vidange des eaux chargées encas de nécessité et l'emochement du talus amont pour éviter l'érosion de cette partie del'ouvrage;

• la profondeur de la tranchée d'ancrage de la digue a été modelée selon les conditionsgéotechniques du site et a été fixée entre 3 m et 0,3 fois la hauteur de la digue. Cettedernière varie de 8 à 18 m. La largeur des évacuateurs de crues recommandée a étéfixée entre 9 et 15 m au Centre de la Tunisie, entre 13 et 20 m au Nord.

Le canevas de l'étude technico-socio-économique met en relief l'utilisation des eauxmobilisées. Pour une meilleure maîtrise de l'exploitation des ressources mobilisées, desvannes et des potences ont été introduites à l'aval des conduites de vidange. D'autreséquipements collectifs et/ou individuels sont installés pour faciliter la conduite des eaux à laparcelle et se résument généralement à des groupes motopompe, des citernes tractées et desconduites.

Les résultats de cette nouvelle approche de conception et de réalisation des lacs collinairessont positifs à plusieurs égards. Le suivi des lacs réalisés à partir de 1990 permet de conclureque ces ouvrages ont bien fonctionné et aucune anomalie grave n'a été emegistrée, et cemalgré les pluies très intenses emegistrées (300 mm/h au gouvernorat de Nabeul, 50 mmIh augouvernorat de Siliana, 240 mmIh au gouvernorat de Sousse, ...).

L'analyse des comportements des lacs collinaires fait ressortir que:• aucune rupture de digue n'a été constatée;

• l'érosion régressive (phénomène de renard) n'a pas été constatée, ce qui permet deconclure que le tapis filtrant est efficace ;

• 53 cas de ravinements plus au moins importants au niveau des évacuateurs des cruesont été constatés suite aux pluies très intenses emegistrées ;

• des débordements très limités, ayant dépassé de 10 à 30 cm les cotes maximales desouvrages, ont submergé les digues de 5 lacs collinaires;

• le suivi de l'envasement de 25 lacs collinaires permet maintenant d'affirmer que ladurée de vie moyenne des lacs est de 28,5 ans avec 16% entre 5 et 10 ans, 8% entre 10et 20 ans ; 40% entre 20 et 50 ans et 36% ont des durées de vie supérieures à 50 ans(IRD, D/CES 1997) ;

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• au niveau des ouvrages de vidange et d'utilisation des eaux (conduites, vannes,chambres de vannes), nous avons emegistré une cassure de la conduite due au non­respect du plan de béton armé, S cas de cassures de tronçon de liaison vanne-conduitede vidange à l'extérieur des talus avals, 24 cas de bouchage de conduite par des débrisvégétaux et des sédiments.

La réalisation des 4S0 lacs collinaires a permis également la création de 80 entreprises privéespour l'exécution de ces travaux et la formation des techniciens régionaux en matière d'étude,de réalisation et de suivi des lacs collinaires.

Exploitation agricole des lacs collinairesParmi les 4S0 lacs collinaires réalisés et mobilisant près de 46 millions de mètres cubes d'eau,380 présentent un potentiel d'irrigation. En mars 1999, 232 lacs collinaires étaient équipés degroupes motopompes individuels ou collectifs et contnbuaient, de ce fait, au développementlocal. La capacité moyenne de ces lacs est de 97 000 m3

•

Contrairement aux grands barrages, la totalité de l'eau stockée dans des lacs collinaires peutêtre mise en valeur. Avec l'hypothèse qu'environ 14 millions de m3 d'eau sont mobilisables eten tenant compte du fàit qu'un hectare irrigué consomme en semi-intensif près de 4000 m3

d'eau, la superficie irrigable serait ainsi de 3S00 ha. Toutefois, la superficie réellementirriguée est actuellement de près de 18S0 ha.

Tableau 5 : Evaluation de la situation d'exploitation des lacs collinaires.

Mars 97 Mars 98 Mars 99

Nb. de lacs équipés 160 226 232Nb. de bénéficiaires 1115 1427 1405Nb. de comités de 93 188 216gestionSuperficie exploitée (ha) 1402 1976 1845

Ministère de l'agriculture, Direction de la CES, 1999

Cette situation profite à un total de 140S bénéficiaires qui exploitent l'eau soit dans un cadreindividuel pour la majorité des lacs, soit dans le cadre d'un comité de gestion ou d'uneassociation d'intérêt collectif (A1C). Le nombre des comités et associations actuelles degestion de l'eau est de 216. Leur rôle se limite à une gestion de la quantité d'eau distribuéeentre les différents usagers, rarement selon un calendrier cultural strict.

La question relative à la gestion des eaux et à l'organisation de la population au niveau deslacs collinaires ne cesse d'occuper une place importante dans la stratégie d'intervention del'Etat dans le milieu rural en vue de promouvoir le développement local durable. Plusieursmodes de gestion sont actuellement présents et reflètent l'hétérogénéité des situations sur lesplans social et économique. Actuellement on peut rencontrer (Trabelsi 1999) :

• Une gestion collective organisée : Il s'agit de certains lacs dont l'effectif représenteenviron 10% des lacs exploités (D/CES 1999). Ce sont des lacs sur lesquels il y a euintervention d'un projet d'investissement qui a permis l'acquisition d'un équipementd'irrigation mis à la disposition d'une population d'agriculteurs sous la condition deleur organisation en comité de gestion ou AIC. L'utilisation de l'équipement (canauxessentiellement) et sa gestion sont confiées au président de l'association, théoriquementresponsable de la répartition des équipements et du règlement des conflits etmalentendus entre les bénéficiaires de l'eau. Les frais de fonctionnement sont, à l'étatactuel, individuels. Les problèmes qui se posent sont ceux de l'entretien et de la

93

réparation du matériel en cas de panne. Actuellement, c'est l'administration qui s'enoccupe dans le cadre d'une action de sensibilisation et d'encouragement àl'exploitation. Une autre fonnule de gestion collective des eaux des lacs existe et restespécifique à certains gouvernorats (essentiellement Nabeul). Il s'agit de lacs qui sontéquipés individuellement (fonds propres aux agriculteurs), mais la gestion ne concerneque la quantité d'eau dispomble durant la campagne agricole. Dans ce cas, le comités'occupe de l'organisation de la campagne en commun accord avec l'administration.Ce mode de gestion profite à près de 15% des lacs collinaires.

• Une gestion individuelle: par cette gestion, les exploitants installent leurs propreséquipements d'irrigation pour amener l'eau du lac vers leurs parcelles. Aucunprogramme ou schéma d'exploitation n'est arrêté et aucune gestion rationnelle entre lesdifférents usagers n'est réalisée. Asssi, le risque d'assèchement rapide des lacs est-ilimportant, ce qui peut se répercuter sur les rendements et les productions agricoles.Pour répondre aux demandes et souhaits des irrigants potentiels autour des retenuescollinaires, l'administration intervient pour donner des autorisations de pompage etainsi essayer d'organiser l'exploitation de l'eau.

• Une gestion mixte: c'est le mode de gestion qui domine actuellement. Il s'agit d'unegestion organisée avec des équipements individuels ou collectifs, à laquelle s'ajoutedes cas d'individus qui pratiquent l'irrigation sans établir, sauf quelques exceptions,une relation d'entente et de coordination avec les exploitants groupés en comités degestion ou associations d'intérêt collectif. Certains conflits entre les usagers ont déjà étérepérés.

Action 2 : Agronomie, Agroclimatologie, cultures autour des lacs(DrJean Vacher & Me Mougau)La contnbution INRGREF au rapport final, rédigée par Me Mougou, résume cette action.Nous présentons ici les expérimentations et modèles développés à partir des rapportsd'avancement.

L'utilisation agricole de l'eau des lacs est un objectif important de la mise en place des lacscollinaires en Tunisie. Cet usage présente cependant des difficultés d'analyse et de gestionqu'elle soit stratégique ou tactique. En effet, la zone d'étude se caractérise par une très grandevariabilité spatio-temporelle des précipitations, un large éventail de systèmes de culture, detechniques d'irrigation et une large gamme de lacs collinaires. Notre étude de la valorisationagricole des lacs collinaires se fera selon une démarche à plusieurs échelles, de l'échellerégionale à l'exploitation agricole en passant par le bassin versant et en considérant dessystèmes de plus en plus complexes.

Caractérisation agroclimatique de la zone d'étude

En complément des études en hydrologie sur les bilans hydriques des lacs collinaires, l'étudeagroclimatique se basera principalement sur une analyse fréquentielle des déficits descultures et ainsi sur les besoins en eau. Il s'agit de pouvoir préciser en tennes fréquentielsquelles sont les nécessités en eau d'irrigation selon les différents choix des agriculteurs entenant compte de l'hétérogénéité spatiale des besoins et des ressources hydriques. Pourestimer les déficits hydriques des cultures il faut d'une part déterminer leur évapotranspirationselon un régime de pluie et un type de sol donné et d'autre part évaluer leurs besoins en eaupour une croissance et une production maximales.

94

Evapotranspiration de réfirence (ETO)

Pour les besoins en eau des cultures, nous avons calculé l'évapotranspiration de référence(ETO) selon la méthode de Penman-Monteith et utilisé la formule proposée par la FAO(1998). Cette formule est complexe mais par sa base physique solide elle est la plus précisepour estimer les phénomènes d'évapotranspiration dès le pas de temps de la journée. Ellecorrespond à l'évapotranspiration théorique d'un couvert végétal totalement couvrant et d'unehauteur réduite, présentant des résistances stomatique et aérodynamique faibles.

Elle est de la forme:

ETo= [0,48 A (Rn) +y (900/(T+273»U2 (es-ea)]1 [A+y (1+0,34 U2)]Avec

Rn le rayonnement net (il peut être estimé à partir de Rg, rayonnement global),A la pente de la courbe de pression maximale pour une température atmosphérique T

mesurée à 2 m au-dessus du sol,y la constante psychrométrique,U2 la vitesse du vent à 2 m au-dessus du sol,(es-ea) le déficit de pression de vapeur d'eau.

Nous avons fait le choix d'une estimation précise des besoins en eau des cultures maisexigeante en données météorologiques d'entrée, plutôt que d'utiliser des formules plussimples, donc aux points de mesure plus nombreux, mais dont la validité dans les climatsméditerranéens est assez fiùble au pas de temps inférieur à la décade.

Pour le calcul de l'ETO à partir des données de la météorologie, le modèle IRSIS développépar la FAD a été utilisé avec dix années de données quotidiennes à Kéhbia (Cap Bon) et HendZitoun (semi-aride proche d'El Gouazine).

Comme nous le verrons plus tard à l'échelle du bassin versant, des mesuresmicrométéorologiques précises de l'évapotranspiration des cultures nous ont permisd'analyser le poids des caractéristiques locales comme le vent et donc le problème del'extrapolation spatiale des mesures de référence.

Analysefréquentiel/e des risques de sécheresse pour les cultures dans la zone d'étude duprojet HYDROMED.

La détermination des risques de sécheresse se basera sur les valeurs des déficits hydriques descultures; ces déficits seront calculés à partir d'un modèle agrométéorologique simple quiprend en compte le rôle du réservoir en eau du sol et les différents stades de développementdes cultures. Nous aurions pu utiliser des modèles existants plus ou moins complexes maisnous avons préféré construire un modèle ouvert simple, aux nombreux paramètres d'entrée(sols, cultures, etc.) que l'on peut donc changer, et un modèle dont les bases de calculspeuvent être facilement modifiables. Ce modèle veut être un outil simple facilement utilisablepar les différents partenaires et les différentes disciplines d'Hydromed afin qu'il puisse êtrecouplé avec des modèles hydrologiques de gestion de l'eau des lacs collinaires. Un modèle desimulation de gestion de l'eau du lac, couplant les bilans hydriques du lac et des culturesestivales pour Kamech, avait déjà apporté des résultats fort intéressants. Ce modèle a été testéà partir des mesures d'évapotranspiration des cultures de blé à Kamech en 99.

Caractéristiques générales du modèle• Le modèle est basé sur le bilan hydrique d'un volume de sol dont les intrants sont la

pluie et l'irrigation et les sortants l'évapotranspiration, le déficit hydrique des cultures,l'évaporation du sol, le drainage et le ruissellement.

• Le modèle utilise des données météorologiques standards facilement accessibles.

95

• Les paramètres décrivant le sol et la culture sont simples et ne demandent pas demesures lourdes.

• Le pas de temps du modèle est journalier pour qu'une signification agronomique existeet que la relation récurrente utilisée ait une validité.

Les bases du fonctionnement du modèle

Le modèle fonctionne sur la récurrence de la relation:

RHj = RHj-l + Pj - ETj- Dj - Rj+ ~j

RHj: Réserve hydrique du sol du jour j (fin du jour j),RHj-l :Réserve hydrique du sol jour j-l,Pj : Précipitations du jour j,Etj : Evapotranspiration de la culture le jour j,Dj : Drainage du sol pendant le jour j,Rj : Ruissellement pendant le jour j,.1.zhj: Réserve hydrique supplémentaire du sol correspondant à la croissance racinaire de

la culture pendant la période .1.j.

La récurrence du modèle se base sur la détermination de :• ETRj = ftRHj-l, ETMj), ETMj étant l'évapotranspiration maximale de la culture.

L'évapotranspiration de la culture se base sur la réserve hydrique du jour j-l (RHj-l)disponible pour la culture, qui correspond à l'offre, et sur l'ETMj qui correspond à lademande climatique. Cette hypothèse est acceptable au pas de temps journalier (Atteia etVacher 1987; Lhomme et Katerji 1991) et permet l'utilisation de données météorologiquesstandards quotidiennes. Elle ne permet pas la distinction de l'occurrence de la pluie durant lajournée mais elle reste suffisamment précise pour une analyse régionale des risques desécheresse.

• Drj = ft RUj, RHj-l, Pj) avec RUj = Réserve utile du sol au jour j

• Rj = ftPj)

• .1.zj = ftculture et état initial du sol)

Description du modèle

Dans ce modèle simple, le sol est le compartiment central. Il est considéré comme une entitéhomogène composée d'un seul réservoir dont la capacité varie avec le développement de laculture. II est caractérisé par la réserve utile (RU), la réserve facilement utilisable (RFU) et laprofondeur de sol explorée par les racines (zj).

La réserve utile (RU) est définie comme la différence entre la capacité au champ et la réserveen eau au point de flétrissement permanent. Elle représente la quantité d'eau maximalestockée dans le sol et disponible pour les plantes, considérée homogène sur l'ensemble du solexploré par les racines. Elle varie selon le type de sol et la profondeur des racines (fig. 25).

Les variations de RU selon la croissance de la culture sont les suivantes:

(Tl =date de semis, TI=date d'émergence, T3=date de développement foliaire et racinairemaximal, T4= date de maturité de la culture, T5= date de récolte de la culture)

si Tl <j< TI, alors RUj= RUmin

96

Fig. 25 Réserve Utile RU

80 -- -l60

Ë.§. 40:::)a:

20

00 Emergence LAI max Récolte

RUmin correspond à la réserve en eau de la portion de sol maxima concernée parl'évaporation du sol sans la culture. Pour les horizons inférieurs, il y a formation d'un mulch.Cette RUmin est introduite comme paramètre. Selon Brisson (1992) et Ritchie (1972) laquantité évaporée suite à une pluie sans aucune réduction (EsoI=Ep) est de l'ordre de 9 mmpour les sols sableux, 10 mm pour les sols limoneux et 12 mm pour les sols argileux, ce quicorrespond à des RUmin de 15 à 25 mm.

si T2 <j < T3, alors RUj = RUmin + (RUmax - RUmin) x (0-T2) / (T3 - T2))

RUmax correspond à la profondeur maximale de sol explorée par les racines (zmax). Lacroissance racinaire détermine la valeur de RUmax. Nous ne considérons que la progressiondu front racinaire, caractérisée ici par une croissance linéaire de l'émergence audéveloppement maximal.

sij> T3, alors Ruj = RUmax jusqu'à la fin de la culture.

Dans ce modèle simple, les sols au début de la culture sont toujours au moins au point deflétrissement permanent, de telle sorte que l'eau stockée soit totalement utilisable par laplante.

Les données climatiques

Le modèle fonctionne avec les données quotidiennes de précipitation et d'Evapotranspirationde référence ET0

o les précipitations et le ruissellement

Le modèle utilise les précipitations quotidiennes. La notion de pluie efficace peut êtreintroduite au pas de temps journalier en déterminant le ruissellement selon une pluie limitePo, à partir de laquelle un ruissellement se produit, et un coefficient a qui représente la partruisselée des précipitations qui dépassent le seuil Po, soit :

si Pj > Po Rj = a (Pj - Po)

si Pj < Po Rj = 0

Cette pluie limite Po, ainsi que le coefficient de ruissellement a, sont difficiles à déterminercar ils dépendent non seulement de l'intensité des précipitations mais aussi de la pente, dutype de sol, de l'état de développement de la culture et des pratiques culturales. Après enavoir discuté avec des pédologues et des hydrologues nous prendrons comme références dansnotre étude pour des parcelles planes un Po de 25 mm et un a de 0,3. Ces valeurs sont des

97

paramètres d'entrée modifiables, fonctions de l'état de surfilce du sol et de son degréd'humidité.

Si l'ensemble des données nécessaires au calcul de ETo Penman-Monteith ne sont pasdispombles, nous pourrons utiliser des formules calibrées pour la Tunisie et les valeurscorrigées du bac à évaporation.

o Les caractéristiques de la culture

La culture est définie très simplement par les dates de semis (Tl), d'émergence (T2), dedéveloppement maximal du couvert (T3) (cette date de LAImax correspond aussi à laprofondeur racinaire maximale), de la maturité de la cuhure (T4) et de la récohe (TS). Onconsidère donc 4 phases de développement de la cuhure pour lesquelles le coefficient culturalKcj variera et ainsi l'évapotranspiration maximale ETMj définie par la formule:

ETMj = Kcj ETP

Selon une approche semblable à celle que nous avons adoptée pour RU, les variations de Kcévolueront autour d'un Kcmin qui correspond au sol nu à un Kcmax qui correspond audéveloppement maximal de la culture.

si Tl <j < T2, alors Kcj =KcminKcmin correspond à l'évaporation du sol nu, cette valeur étant généralement de l'ordre de 0,4ou O,S mais elle peut être proche de 0,8 lors de fréquentes irrigations.

si T2 < j < T3, alors Kcj = Kcmin + (Kcmax - Kcmin) x {G-T2) / (T3 - T2)}

si T3 <j < T4, alors Kcj = Kcmax

Kcmax est fonction de la culture mais aussi de son recouvrement; pour les céréales dans lesrégions semi-arides en conditions paysannes le Kmax est plus proche de 1 que de 1,2

si T4 <j <I5, alors Kcj =Kcmax - (Kcmax - Kcmin) x {(j-T4)/ (T5 - T4)}

Lors de la sénescence de la culture, le Kcj diminue fortement.

::; La croissance racinaire et les réserves en eau du sol disponibles pour laplante

La croissance racinaire est considérée comme régulière et linéaire depuis l'émergence jusqu'àla phase de développement maximal (LAImax). Cette croissance racinaire permet à la planted'explorer de nouveaux horizons du sol et donc de nouvelles réserves en eau. Cette réserve,qui sera un paramètre d'entrée, sera estimée selon les pluies antérieures aux semis et enfonction des caractéristiques du sol.

si TI<j < T2, alors zj = 0 âRH = 0

si T2<j < T3, alors zj = zmax x G-T2) / (T3-T2)

Le gain de réserve en eau: âRHj = rJ {(RUmax-RUmin) x (j-T21T3-T2)} avec rJ lié auxconditions initiales d'humidité du sol : soit rJ=1 ou 0,5 ou 0,7 etc..

sij > T3, alors zj =zmax et âRHj =0

Le drainage

L'estimation du drainage pour des modèles agrométérologiques simples est toujours délicate.Notre modèle ne considère que le volume de sol exploré par les racines. Le drainagecorrespond donc à une perte en eau définitive pour les cultures. La construction d'un modèlemulticouches est lourde et n'apparai't pas très pertinente pour une analyse agroclimatiquerégionale. Pour réduire les erreurs inhérentes à un modèle mono-couche, il faut bien estimerles conditions initiales d'humidité du sol sur toute la profondeur correspondant à la croissance

98

maximale des racines, bien définir la RUmin ainsi que 13 pour les conditions initiales, car leremplissage des premiers horizons peut être important entre le semis et l'émergence de laculture.

A l'échelle journalière, le drainage se produit quand l'apport d'eau par infiltration estsupérieur à la capacité de stokage du sol (CSj).

CSj = RUj - RHj-l

si Pj - Rj > CSj, alors Dj = Pj - CSj, Dj étant le drainage le jour j

si Pj - Rj < CSj, alors Dj =°o L'évapotranspiration des cultures

L'évapotranspiration des cultures au jour j (ETRj) est fonction de l'ETMj (la demande) etRHj-l (l'offre). La quantité d'eau transpirée par la culture prend en compte la quantité d'eauprésente dans le sol mais aussi la capacité de la plante à extraire cette eau. Pour cela, ondéfinit un seuil, cp = RFUj/RUj, où RFUj est la réserve en eau facilement utilisable, seuil àpartir duquel le taux de transpiration diminue. Cette diminution est par hypothèse linéaire.RFU est la réserve en eau dans le sol au-dessous de laquelle la plante n'extrait plus sansdifficulté l'eau dans le sol et présente de fortes résistances à la circulation de l'eau.

Selon le type de sol, et parfois de la plante, cp peut varier de 0,2 à 0,6. Dans l'exemple ci­dessous nous prendrons RFU=0,3 RU (Fig. 26)

Fig. 26 : ETRlETM= f( RH/RU)

0.3

RtVRU

---------;----,

.....................................--------..1,2

10,8

0,60,40,2

°fF-------+----~o

L'évapotranspiration ETRj est déterminée de la manière suivante:

si RH j-l > cp RUj ETRj = ETMj

si RH j-l < cp RUj ETRj = ETMj x {(RH j-l) / (RFUj)}

Tl <j<T2 si RHj-l > Rumin ETRj= Kcmin x ETojsi RHj-l < Rumin ETRj= Kcmin x EToj x {(RHj-l) / RUmin)}

T2<j<T3 si RHj-l > cp Ruj ETRj=Kcj x Etojsi RHj-l < cp Ruj ETRj= Kcj x EToj x {(RHj-l) / cp RUj)}

T3<j<T4 si RHj-l > cp Rumax ETRj=Kcmax x ETojsi RHj-l < cp Rumax ETRj= Kcmax xEToj x {(RHj-l) / cp RUmax)}

T4<j<T5 si RHj-l > cp Rumax ETRj=Kcj x ETojsi RHj-l > cp Rumax ETRj=Kcj x Etoj x {(RHj-l) / cp RUmax)}

99

• La profondeur racinaire :

• Le sol:

Applications du modèle

::J Lemodèle

Le modèle de bilan hydrique a été écrit en visual basic et peùt être installé sur un PC. Commevariables, le modèle utilise les valeurs quotidiennes de pluie et de Eto stockées dans desfichiers Excel. Il comporte trois modules.

1. Un module de paramètres pour la culture avec:

la date de semis ;les durées TI-Tl, T3-TI, T4-T3, T5-T4;.Kcmin et Kcmax ;Zmax : la profondeur racinaire maximale en nm.

2. Un module de paramètres pour le sol avec:

RUrnin et RUmax en mm<p=RFU/RU

3. Un module de conditions initiales avec:RHo = hwnidité dans la couche de sol concernée par RUmin,J3 qui détermine l'humidité du sol jusqu'à la profondeur racinaire maximale avantla culture, les conditions initiales sont alors J3 RUmax.

L'application du modèle à l'étude du bilan hydrique pour une culture de blé pluvial dans larégion du Cap Bon a nécessité l'entrée des paramètres et conditions suivantes.

• La culture de blé dans le Cap Bon présente un calendrier phénologique caractérisé par :des semis le 1 décembre, soit Tl= 334 Gour julien) ou Tl= 0,l'émergence TI 20 jours après les semis, soit TI= Tl+20,une phase de développement maxirnal90 jours après l'émergence, T3 = T2 + 90,une phase de maturité 60 jours après le développement maximal, T4 = T3 + 60,une phase de sénescence 10 jours après la maturité, T5 = T4 + 10.

• Les coefficients Kc : Kc min= 0,30Kc max = 1,2

Zmax=O,SOm

RU min = 20 nunRU max = SOmmRFU = 0,4 RU soit <p = 0,4

• Les caractéristiques climatiques :Pour le ruissellement soit Po = 25 mm et a =0,3

• Les conditions initiales: RHo= 10 mm.J3 = 0,5

Pour d'autres cultures que le blé ou d'autres types de sols, aux caractéristiques hydriquesdifférentes, les valeurs ci-dessus doivent être modifiées en fonction du calendrierphénologique de la culture, de la zone explorée par les racines et des caractéristiques propresau sol lui-même : réserves utiles maximale (Rumax) et minimale (Rumin), réserve facilementutilisable (RFU), pluie limite de ruissellement (Po) et coefficient de croissance duruissellement (a).

100

Etude agroclimatique à l'échelle du bassin versant.

A l'échelle du bassin-versant, deux thématiques principales ont été développées: d'une partl'étude de l'évapotranspiration d'une culture de blé et de tomate en conditions paysannes etd'autre part l'étude de l'évapotranspiration de référence.

Pour cela, sur deux sites pilotes contrastés de Kamech (conditions sub-humides maisfortement venté) et d'El Gouazine (condition semi-arides), nous avons installé des stationsmicrométéorologiques mesurant de façon précise et continue les composantes du bilan radiatif(rayolUlement global et rayonnement net), le vent (vitesse et direction), les flux de conductiondans le sol (fluxmètre et températures à différentes profondeurs), les températures des planteset les températures de l'air, la pression de vapeur d'eau au niveau de la culture et à 2 m au­dessus du sol (pour la détermination du flux de chaleur latente). L'ensemble de ces mesuresont été faites toutes les 15 secondes et les moyelUles calculées au pas de temps de 30 minutes.Les dOlUlées ainsi recueillies ont permis de calculer sur un pas de temps de 30 minutes toutesles composantes du bilan énergétique et de déterminer ainsi l'évapotranspiration des cultureset la demande climatique.

Quelques résultats concernant l'évapotranspiration de référence (ETO)

Tableau 19 : Evapotranspiration de référence (ETO) de janvier à début juin 1999.- --~ -

Stations ETü Terme radiatif Terme advectifen mm en mm/j en mm en mm/j en mm en mmlj

KamechEl Gouazine

662,4 5,26 267,1 2,12 395,3 3,14579,2 4,60 256,8 2,04 322,5 2,56

Les résultats obtenus montrent d'une part des valeurs particulièrement élevées pour les deuxsites, autour de 5mm1j de moyelUle (ce qui conduit à prédire une ETO de l'ordre de 2000 mmpar an), soit des demandes climatiques très fortes pour les cultures. D'autre part, ils montrentégalement, ce qui est tout de même assez surprenant, des ETO nettement plus élevées pour lesite de Kamech dans la région du Cap Bon que pour le site d'El Gouazine dans la région deKairouan. L'évolution de ETO au pas de temps quotidien (graphique 27) montre uneaugmentation saisonnière logique des besoins en eau des cultures.

Figure 27: Evapotranspiration de référence (ETDRn) à Kamech (K) et El Gouazine (G)de janvier à mai 1999

10.00 - -- ----

8.00 ----. - KETORn

9.00 -GETORn

5.00 '

4.00· .

calc0::

~ 3.00

~ 7.00 ---- -.. -.••-- .

EE 6.00 .

27 47 87 87 107 127 147

jour julien

Cependant, des valeurs de ETO supérieures à 4mm1j pour El Gouazine et 5mm1j pour Kamechsont atteintes dès le mois de janvier et restent autour de ces valeurs jusqu'à fin mars pour

101

croître ensuite nettement en mai et atteindre 8 mm/j. L'analyse des composantes radiatives etconvectives de l'ETO (graphiques 28 et 29) révèlent le poids déterminant des facteursadvectifs dans la première moitié du cycle des cultures pluviales et des facteurs radiatifs dansla phase de fructification et de maturité.

Figure 28: Terme radiatif (TRAD) de ETORn pour Kamech (K) et El Gouazine (G)de janvier à mai 1999.

6.00 r-------,=======::;_

1~7127107

!................ - \

6767~7

0,00 +-"-'-----='-----~---~----~----~----~----~-'27

1.00 ....

~ ~.OO _ '- --.J

EC<Il 3,00 .. .

og2,00 ...

--GTRAD (Rn)

--KTRAD(Rn)

5,00 -- .. --.--- ---- -..

jour julien

Figure 29: Terme Advectif (TADV) de ETORn pour Kamech (K) et El Gouazine (G)de janvier à mai 1999.

7,00 r-----,------------,-GTADV

6.00 -.-.-- .

-KTADV

5,00 .....

EE ~.OO

5i~ 3.00

;::2.00 ....

'--1

...... :·~· ...~·::··· .•~~···:::~~.:::::.::I

14712767 jour julien 10767~7

0,00 -l-----~----.......,..----~----.,..-----~----~----'27

La demande climatique liée à l'advection est souvent supérieure à 4 rrun/j pour Kamech etreprésente plus de 80% de l'ETO, elle est principalement liée, pour ce site, au ventextrêmement violent qui présente souvent des moyennes journalières à 10 mis (graphique 30).Ce même phénomène est clairement observable pour El Gouazine en janvier et début février,il perd ensuite de son intensité, le terme advectif devient alors plus dépendant du pouvoirévaporant de l'air (pression de vapeur saturante- pression de vapeur d'eau) (graphique 31).

Ces premiers résultats sont particulièrement intéressants car ils soulignent l'importance del'évaporation pendant la période hivernale. Celle-ci est due à une vitesse de vent fréquemmenttrès élevée et les difficultés d'extrapolation des valeurs de ETO obtenues dans des stationsproches mais aux conditions advectives fort différentes ou lorsque l'on pose l'hypothèsecourante d'une moyenne de vent de 2 rn/s. Les erreurs introduites sont alors énonnes, de

102

l'ordre de 200 à 300% dans la période hivernale et au début du printemps, donc pendant lacroissance des cultures pluviales.

Figure 30: Vent moyen journalier (U) à Kamech (K) et El Gouazine (G)de janvier à avril 1999.

12...----------------------

10

~ • ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ M ~ ~ ~ ~ S ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E ~

Jour Julien

Figure 31: Deficit de vapeur d'eau (esat-evap) à Kamech (K) et El Gouazine (G)de janvier à avril 1999.

- G(esat-evap)

- K (esat-evap)

--------·-------------·--------·-l........_...__..._. .._·1

_.......~

4.5

3.5 .....

Ai' 3 ........···­a..L:- 2.5 >-_._--- •••.. __ .- •••••.••..•••.•_.••• _.~_ .••.D­AI

~ 2nigj 1.5

O-h-,-,.TT'T"''T'TT'~,.,..,.,.,.,..,.,.~,.,..,.,.T"TTTTT'T"'TT'T"'TT'T"'TT'T"''T'TT'~,.,..,.,.,..,..,....,..,..,..,..rT'TT~~.,.....,..,.TTTT~.,..,.....,~,.,..,.,.,..,..,....,..,..,....~TT'T"'......-rl

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ i ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ R ~ ~ ~ ~ ~ ~ m~ ~ ê ~ ~ ê ~ ~ ~ 5 ~

jours

Un début de comparaison, à Kamech, entre les valeurs de l'ETO et les valeurs de l'évaporationmesurée au bac à évaporation de type Colorado (graphique 32 et graphique 33) montrent desvaleurs très nettement inférieures pour le bac de janvier à avril et des valeurs légèrementsupérieures en juin et juillet. La surestimation hivernale des formules de Type Penman­Monteith a déjà été montrée par différents auteurs mais les différences observées sur le site deKamech, de l'ordre de 100%, sont inhabituelles. La reformulation de l'estimation descoefficients d'échange selon la formule de Dalton dans le terme advectif de l'ETO sembledonc nécessaire lorsque la vitesse du vent devient supérieure à 4 rn/s. Ceci avait déjà étéobservé par Riou en Tunisie, mais dans des conditions moins venteuses (Momag) et aux pasde temps décadaire et mensuel. La structure du bac (semi-enterré) et l'installation de la stationde mesure des paramètres climatiques sur un plateau à quelques centaines de mètres du bac,mais plus exposé au vent, peuvent aussi expliquer ces différences. Elles souligneraientcependant la forte hétérogénéité spatiale de l'évaporation au niveau d'un bassin versant.L'installation d'une station micrométéorologique à l'emplacement même du bac permettraitde mieux préciser ces premiers résultats.

103

Figure 32: Evaotranspiration de référence (EToRn) el Evaporation du bac (EoBac) à Kamechde janvier à aoOt 1999.

250

r...... ---- ..·..·

!

20015010050

--ETORn _ __._ .

--EoBec

,----------_._-12.00

10.00

8.00 ..

"E 6.00E

4.00

2.00

0.000

jour julien

Figure 33: Evapotranspiration du bac (EoBac) selon l'évapotranspiration de référence (ETORn)à Kamech de janvier à aoOt 99.

12,00 ,-----

10,00-· ..···· ..

~ 8.00 .... ·

.so 6,00CIlIDow 4,00

2,00

...------------------·-1

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1

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Etude de l'évapotranspiration des cultures pluviales et irriguées en conditions paysannesdans la zone du projet Hydromed

L'étude de la valorisation agricole des lacs coUinaires et des flux hydriques à l'échelle dubassin versant demande une connaissance relativement précise des consommations en eau descultures. Pour cela, les évapotranspirations d'une culture de blé ont été déterminées par laméthode du rapport de Bowen sur des parcelles paysannes des bassins versants de Kamech etEl Gouazine. Cette méthode est fréquemment utilisée en bioclimatologie car eUe nécessiteseulement deux mesures de température et de pression de vapeur d'eau au niveau du couvertet au-dessus du couvert ainsi que le bilan radiatif et le flux conductif dans le sol ; elle estreprésentative de l'ensemble des flux au niveau de la parcelle et reste peu coûteuse. Nousavons installé les stations de mesure à plus de 100 mètres du bord de la parcelle pour être enconditions de flux conservatif.

104

Cette méthode est basée sur la combinaison de l'équation du bilan d'énergie et sur lesfonctions de di1fusion turbulente :

LE = (Rn-G)/(1+~) avec ~ = constante!!' ~T/~P

H = (Rn-G)~/(1+~)

Où Rn = rayonnement net,G = flux de conduction dans le sol,LE = flux de chaleur latente de vaporisation de l'eau,H = flux de chaleur sensible,~T= différence de température de l'air entre le niveau de la cultureet 2 m au-dessus du sol,~P = différence de pression de vapeur d'eau entre le niveau de la cultureet 2 m dessus du so1.

Pour les mesures sur parcelles de blé, puis de tomates irriguées, nous avons eu quelquesproblèmes techniques liés à la condensation de l'eau dans les tuyaux d'air et de poussièresgênant le fonctionnement des électrovannes. Pour corriger, certains jours, des mesures dedifférences de pression de vapeur d'eau trop élevées, nous avons eu recours aux estimationsdu flux de chaleur latente par la similitude des rapports HIRn sur l'ensemble de la journée et àmidi et par le calcul du flux de chaleur sensible par une formule de type de convection libre.En zone semi-aride, l'écart de température assez élevé conduit le plus souvent à un nombre deRichardson supérieur à 0,05. Une estimation du flux de chaleur sensible à midi est alorspossible (avec une erreur inférieure à 20%) à partir de la formule suivante :

H = Cl [ (~T)] 312

Avec Cl = {1,3 p Cp (g / T) 312 ) / (3 (~Z-1/3)} 312

D Consommation en eau d'une culture de blédans les sites pilotes de Kamech et d'El Gouazine.

Les stations météorologiques ont été installées sur des parcelles paysannes où les observationsmicrométéorologiques ont commencé dès la période des semis, lors de la deuxième quinzainede décembre. Elles ont été arrêtées après la récolte, qui est intervenue fin mai. Les mesures del'évapotranspiration des cultures ont commencé début février lorsque la végétation couvraitplus de 30% du sol. Le blé, à Kamech et à El Gouazine, présente de mi-février à mi-mai (cequi correspond aux phases principales de développement de la plante et de la formation et duremplissage du grain) des pertes en eau de 224 et 189 mm, soit une évapotranspirationjournalière moyenne de 2,31 et 1,90 mm/j. Les valeurs de la consommation en eauquotidienne des cultures durant toute cette longue phase de mesures (graphique 34 a etgraphique b) restent faibles (presque toujours inférieures à 3 mm/j) et toujours très inférieuresà l'ETO. Le rapport LE/ETO est bas pour les deux sites et ne dépasse que rarement la valeur de50%.

A El Gouazine, ces faibles évapotranspirations correspondent bien aux très faiblesprécipitations pendant la période de mesure (60 mm en 3 mois), avec une faible densité de laculture (autour de 30 planteslm2

). Les rendements obtenus (5 à 6 quintaux hectares) sont enaccord avec un rapport de LEIETO de l'ordre 0,3 avec une faible densité des plants.

Pour Kamech. les apports pluviométriques plus élevés se traduisent principalement par deplus fortes évapotranspirations dans le dernier mois du cycle. La densité plus élevée, ainsi quedes déficits hydriques moins forts, conduisent à des rendements agricoles plus forts; ils sontde 22 quintaux par hectare pour la parcelle étudiée.

105

Figure 34 a: Evolution de l'évapotranspiration (LE) du blé et selonl'évapotranspiration de référence (LE/ETO) à Kamech de janvier à mai 1999.

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Jour julien

Figure 34 b: Evolution de l'évapotranspiration (LE) du blé et selonl'évapotranspiration de référence (LE/ETO) à El Gouazine de janvier à mai 1999.

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44

jour julien

Les variations de LE selon les variables météorologiques et le sol sont en cours d'analyse. Ilapparaît cependant que des réserves hydriques du sol ont largement participé àl'évapotranspiration de la parcelle de blé pendant sa première phase de croissance.

o Consommation en eau d'une culture de tomate irriguée à Kamech et à Grombalia

L'étude menée a Grombalia a été réalisée en étroite relation avec le département debioclimatologie de l'INAT et a fait l'objet d'un DEA (l Abid Karaye 2000).

Les cultures ont été installées en avril et récoltées dans la première quinzaine d'août. Lestomates ont été irriguées avec un système de goutte à goutte. L'irrigation se faisait surtout lanuit et l'apport était constamment de l'ordre de 9 à 10 mm/j.

La période de mesure correspond au stade de développement maximal de la culture et à laphase de grossissement des tomates.

Les résultats obtenus (graphiques 35a et 35b) montrent, pour les deux sites, desconsommations en eau de 6 à 7 mm/j, mais avec des valeurs légèrement plus faibles pourGrombalia. Des réductions de la conductance stomatique à la mi-journée, lorsque la demande

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climatique est très élevée, ont été mesurées et peuvent induire des réductions de latranspiration. La diminution importante de la demande évaporatoire à partir de la fin juilletcorrespond à la fin du cycle mais semble liée aussi à des effets de stress thermique, enparticulier à Grombalia où la température maximale de l'air approchait les 45 oC.

Figure 35 a: Evolution de "évapotranspiration (LE) d'une culture de tomate irriguéeet selon l'évapotranspiration de référence (ETO) à Kamech de juin à juillet 1999.

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Jour julien

Figure 35b: Evolution de l'évapotranspiration (LE) d'une culture de tomate irriguéeet de son rapport à l'évapotranspiraton de référence (LE/ETO)

à Grombalia de juin à juillet 1999.0,90

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190 195 200 205 210 215 220 225 230

Jour julien

,::::,5EE 4w~ 3

Conclusions et perspectives pour les travaux de thèse

Les outils d'analyse fréquentielle des risques de sécheresse et des besoins en eau des culturesont été construits et peuvent maintenant être utilisés pour l'ensemble des stations proches dessites pilotes. Ils peuvent également être couplés avec des modèles de simulation du bilanhydrique des lacs collinaires. Des résultats seront ainsi obtenus sur les capacités des lacs àrésoudre les déficits hydriques au cours de différentes années climatiques et selon différentesstratégies agricoles.

Les premiers résultats sur l'évapotranspiration de référence à Kamech et El Gouazinesoulignent l'intensité de la demande évaporative pendant toute l'année, avec des valeurssupérieures à 5 mm/j pendant l'hiver aux journées très ventées. Ils mettent en évidence d'unepart les difficultés d'estimation de l'évaporation potentielle à partir du bac à évaporation et

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d'autre part les problèmes d'extrapolation spatiale de ces valeurs car le vent présente une trèsforte variation spatiale à l'échelle locale. Des mesures complémentaires sont donc tout à faitnécessaires.

Les mesures de la consommation en eau des cultures de blé et de tomate ont mis en évidencel'importance des déficits hydriques du blé et la nécessité d'une irrigation complémentairepour obtenir une augmentation sensible des rendements. Les lacs collinaires pourraient, dansdes zones où les déficits ne sont pas trop élevés, être utilisés pour les cultures pluviales.

Pour les cultures irriguées comme la tomate, les évapotranspirations maximales ne sont jamaisatteintes et les déficits sont souvent de l'ordre de 30% malgré des apports d'eau élevés. Desproblèmes d'irrigation et de stress thermique ont également été observés. Cesexpérimentations doivent être reconduites une année de plus afin de mieux analyser etinterpréter les phénomènes mentionnés.

Un travail sur la consommation en eau des cultures associant l'olivier au maraîchage a été misen place. Il doit accompagner une pratique culturale qui semble se généraliser autour decertains lacs. L'agriculteur met en place une plantation de jeunes oliviers qu'il irrigue avecl'eau du lac pour sa mise en place. Il profite des grands écartements entre les arbres pourmener des cultures maraîchères.

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Opération 5 : Pérennité du lac collinaire et son intégrationdans le développement durable des régions marginalesCette opération fait la synthèse du projet et se trouve à la convergence des autres opérations.Entreprise en 1999, elle a pour objectif l'étude de l'impact des lacs collinaires et del'aménagement de leurs bassins versants sur l'environnement, sur les ressourcesrenouvelables et sur l'économie aux échelles locale et régionale. Trois actions de rechercheont été prévues: une action d'optimisation de la conception des aménagements, une actiond'optimisation de leur gestion et une action sur la législation autour des lacs collinaires.

Optimisation de la conception des aménagements

En fonction des conditions climatiques et des conditions d'utilisation des eaux stockées dansles retenues, il est possible d'optimiser le dimensionnement des ouvrages et d'optimiser surles versants les surfaces à aménager et celles à conserver comme impluvium. Un systèmeexpert a été conçu pour étudier la faisabilité d'un aménagement à partir des acquis. Cesystème expert a été conçu comme une assistance par ordinateur pennettant de prendre ladécision d'équiper un bassin versant avec un lac ou un barrage collinaire et pennettantd'évaluer les possibilités d'aménagement des versants. Le langage de programmation« VisualBasic », orienté objet, a été choisi. L'expertise se fait en trois temps à partir de donnéessimples à recueillir sur carte, par un levé topographique de terrain et après une enquêtesommaire auprès des bénéficiaires. Les trois temps de l'expertise sont :

• le choix de l'emplacement de la digue qui se fait à partir de deux critères qui sont lerendement topographique du site pour le stockage des eaux superficielles et laprofondeur moyenne du lac;

• la prédétermination des paramètres hydrologiques de dimensionnement qui sontceux de la crue de fréquence cinquantennale, ainsi que les apports moyens interannuels et la vitesse d'envasement ;

• l'estimation du succès de l'aménagement sur les plans social et économique.

Optimisation de la gestion des eaux du lac pour un dévelop'pement durable

Cette action a eu pour objectif la construction d'une base de données sur un nombre importantde lacs collinaires pour pouvoir étudier la diversité des exploitations. Une banque de donnéesa été réalisée sur 450 lacs tunisiens. L'étude comparative est en cours et les conclusions pasencore disponibles.

Aspects légal et institutionnel de la construction et de l'exploitation des lacs collinaires

L'ACSAD a mené un travail sur les aspects légaux et institutionnels dans les différents paysconcernés par le projet (cf. Contribution de l'ACSAD au rapport final).

Action 1 : Construction d'un système expert d'aide à la décisionpour construire une retenue collinaire

IDLAC PRO 1.0 est un logiciel expert d'aide à la décision en vue de la création d'une petiteretenue collinaire. Il pennet, par le traitement de données simples, physiques, sociales etéconomiques recueillies sur le terrain et sur une carte topographique, de réaliser l'étude depré-faisabilité de la retenue. Il a été programmé par Joel Idt dans le cadre d'un mémoire destage de l'Ecole Centrale de Lille.

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Pour un site donné, ce système expert permet de donner des appréciations quantifiées sur lafaisabilité d'un aménagement et sur les objectifs que l'on peut raisonnablement lui assigner.Ce système expert est organisé en trois modules, dont voici la description:

Le module Bas-Fond crée un modèle numérique de terrain (MNT) à partir des donnéestopographiques recueillies soit par un levé topographique du site effectué sur le terrain partachéomètre, soit à partir de cartes suffisamment précises. En fonction de la précision desdonnées topographiques disponibles, il est possible de choisir 2 méthodes d'extrapolationgéostatistique, par krigeage ou par l'inverse de la distance. La grille ainsi créée servira de basede calcul aux sous-modules suivants.

Le module Tracé du bas-fond permet de visualiser le MNT du site sous la forme d'un dessindes courbes de niveau géoréférencées. A l'aide de la souris, il est possible de choisirl'emplacement de la digue de la retenue et d'en faire le tracé. Après avoir entré la hauteur dela digue et les paramètres associés à sa construction, il est ensuite possible d'afficher le profilen long de la digue ainsi créée, afin d'en modifier le tracé jusqu'à satisfaction. Les contoursdu lac, quand il est rempli jusqu'à la cote de déversement, sont tracés sur le dessin du site. Lescalculs des volumes de la digue, des volume et surface du lac, du rapport volume/surface et durendement topographique s'affichent pour chaque position définie à la souris. Ces calculspermettent, par tâtonnement, de retenir le meilleur choix d'emplacement pour la digue.Lorsque le choix est fait, le logiciel donne les coordonnées des deux extrémités de la digue enfonction de trois points fixés a priori sur le terrain ou sur la carte.

Le module Bassin Versant permet de rentrer les données relatives au bassin versant, donnéesqui seront ensuite utilisées pour le calcul des volumes de ruissellement, d'envasement, desdébits de pointe selon différentes formules hydrologiques qui ont été testées dans l'opération 2du projet (Mouehli 1997).

Il est ensuite possible de rentrer la courbe hypsométrique du bassin afin de pouvoir lacomparer avec celles d'autres bassins. La saisie des paramètres climatiques (pluviométrie,évaporation) permet de comparer le bassin expertisé avec des bassins déjà étudiés.

Le sous module Bassins versants similaires détermine, au sein d'une même zone climatique,les bassins versants les plus proches du site expertisé selon les critères suivants : le débit depointe et le volume de la crue maximale, l'envasement et volume ruisselé interannuel. Cemodule permet d'exploiter la base de données du projet HYDROMED, sur les bassinsversants où sont collectées des données hydrologiques, et d'obtenir des éléments decomparaison pour la prédétermination du comportement hydrologique du site projeté.

Le sous module Résultats Techniques calcule les paramètres hydrologiques de la retenue deprojet à partir du MNT et des données saisies ou créées dans les modules précédemmentdécrits. Les résultats affichés sont les suivants :

~ longueur de la digue,~ volume de la digue,~ cote minimale du profil,~ volume de la retenue au déversement,~ surface de la retenue au déversement,~ rapport du volume sur la surface de la retenue,~ surface inondée au déversement,~ rendement topographique,~ la revanche de la digue,~ le débit de pointe de la crue maximale selon la formule de Manning-Strickler,~ le débit de pointe de la crue maximale selon la formule de Kalle!,~ le débit de pointe de la crue maximale selon la formule de Gorbe!,

110

~ le volume écoulé selon la formule de Tixeron,~ le volume écoulé selon la formule algérienne,~ le volume écoulé selon la formule de Sammie,~ l'envasement de la retenue selon la formule de Fournier,~ le nom du bassin versant étudié le plus proche pour chaque paramètre hydrologique.

Le troisième module s'intéresse à une évaluation du projet selon des critères qui permettentde tenir compte de l'impact de la retenue sur les populations concernées et de lui fixer unobjectif.

Un premier sous-module permet d'évaluer la réponse du projet aux objectifs de conservationdes eaux et des sols. Elle est évaluée par une note sur 50. Il s'agit de la protection desinfrastructures en aval, l'aménagement intégré du bassin versant, la recharge des nappesphréatiques, la lutte contre l'envasement des barrages en aval. On rentre des réponses codéesd'une enquête à réaliser auprès des services de la CES et de la DGRE du CRDA concerné.

Le second sous-module permet d'évaluer le projet pour des objectifs de développementrural: participation des agriculteurs, réponse à une difficulté d'approvisionnement, possibilitéde pratiquer l'irrigation et de trouver un débouché sur les marchés locaux, organisation desutilisateurs potentiels en associations. Une note est obtenue après avoir rentré des réponsescodifiées à une enquête simple à réaliser auprès des agriculteurs.

Action 2 : Constitution d'une banque de données géoréférencéessur les lacs construitsUne banque de données géoréférencées a été constituée sur 450 lacs construits en Tunisieentre 1988 et 2000. Elle contient un certain nombre de données sur l'aménagement(caractérisations techniques), sa gestion (objectifs de l'aménagement, nombre de groupemotopompes) et l'usage de l'eau (organisation des cultivateurs et nombre d'hectares mis envaleur). Cette action se poursuit et le projet ne dispose pas encore de conclusions à présenterconcernant cette banque de données.

Action 3 : Aspects légaux et institutionnels de la mise en place etde l'exploitation des lacs collinaires (Dr. A. Droubi)Un projet de lacs collinaires est avant tout un projet d'utilité publique dont la conception et laréalisation sont, au moins initialement, du ressort de l'Etat. La forme d'exploitation, ou plutôtla destination de l'aménagement, doit être prévue avant toute réalisation. Malheureusement,les travaux d'aménagement ont toujours été perçus de manière distante par les paysansbénéficiaires, car la participation des populations locales à la phase de conception, au choixdes sites, à la réalisation de l'aménagement, voire même à la phase de gestion, n'a jamais étéprise en considération dans les projets de construction des petits barrages. La hiérarchisationd'objectifs prioritaires (protection, recharge des nappes phréatiques, développement agricole)et la bonne détermination du site, en concertation avec les populations concernées, sont lesdeux éléments garants d'une bonne faisabilité du projet d'aménagement.

Il y a donc nécessité d'associer étroitement puissance publique et collectivité localeconcernée, à tous les niveaux et à tous les instants, de la définition à l'exécution du projet.Cette concertation peut être tout à fait vitale face aux aléas de remplissage des retenues quirisquent de remettre en cause le bien fondé des choix de mise en valeur agricole.

Nous allons maintenant passer en revue les règles de gestion des réservoirs d'eau de surfacedans les différents pays du projet.

111

Syrie

L'Etat, représenté par le ministère de l'irrigation, est seul responsable de la construction desbarrages (petits et grands). La planification des projets, les études de base, la conception, laréalisation et la gestion des ouvrages hydrauliques ainsi que celles des réseaux d'adductiond'eau d'irrigation, se font sous la direction de ce ministère. Les travaux d'entretien, desurveillance et d'observation entrent aussi sous la responsabilité de ce ministère. La décisionde construire un barrage est du ressort du ministère de l'irrigation, mais celui-ci peut déciderde l'implantation d'un petit barrage à la demande des autorités ou des associations localespour assurer un approvisionnement en eau permanente pour des besoins précis. Ces dernièresn'ont cependant aucun rôle dans le choix du site exact ou dans le dimensionnement dubarrage.

L'irrigation constitue le principal usage de l'eau des barrages. La distribution d'eaud'irrigation se fait par l'intennédiaire d'un réseau d'adduction sous la surveillance des agentsdu ministère de l'irrigation. Les périmètres, irrigués à partir de ces barrages, sont recensés etles paysans doivent verser une redevance à l'état pour l'utilisation de l'eau. Cette redevanceest calculée sur la base d'un service rendu pour mettre à la disposition des paysans unecertaine quantité d'eau. Par ces taxes, l'Etat récupère les coûts des investissements dans lesprojets d'irrigation sous fonnes de crédits étalés sur 30 ans sans intérêt, tandis que les coûtsde la construction des barrages restent à sa charge. Il récupère également les frais de gestion etde maintenance des aménagements. Le montant des taxes est révisé régulièrement, en 1996par exemple les redevances de gestion étaient d'environ 50 dollarslhectare/an et les taxes demaintenance de 80. La dernière révision s'est produite en 1999, année au cours de laquelle lesredevances sont passées à 75 dollars !ha/an et les taxes à 90 dollars !ha/an.

Les sommes payées vont dans les caisses de l'Etat et n'entrent pas dans le budget du ministèrede l'irrigation ou d'une association locale. Par conséquent, les paysans ne croient pas quel'argent versé sert à améliorer les réseaux d'adduction et à l'entretien des ouvrages. Aveccette législation, le problème est que la redevance demandée est fixée par rapport à l'hectareirrigué et non par rapport à la quantité d'eau consommée. Ceci n'incite pas les paysans àéconomiser l'eau. D'autre part, il n'est donné aucun rôle aux associations locales paysannesdans la gestion de la ressource en eau du petit barrage.

Par ailleurs, le secteur privé a le droit d'investir librement, dans le domaine de la constructiondes petites retenues collinaires, ou de citernes pour la récolte des eaux de ruissellement.L'Etat encourage l'initiative privée dans ce domaine, car elle permet à la fois de réduirel'exploitation des eaux souterraines soumises à autorisation spéciale et d'optimiserl'utilisation des eaux de ruissellement. Le propriétaire d'un réservoir a le droit de vendrelibrement l'eau stockée dans son réservoir. Cette politique a été adoptée dans la stratégiegénérale de développement du secteur agricole de la Syrie.

Liban

L'exploitation des ressources en eau entre dans la responsabilité du ministère de l'eau et del'énergie. Ce ministère planifie les projets et fait les étude~ de faisabilité d'aménagementshydrauliques soit directement soit indirectement par l'intermédiaire de bureaux d'études. Ilpasse un marché avec le secteur privé pour exécuter l'ouvrage.

Le Plan Vert, lancé en 1963, a été un bel exemple de coopération entre l'Etat et lespopulations locales. Un des objectifs de ce projet était la construction de retenues collinairesqui devaient être définies après étude et évaluation des besoins. Le projet avance 80 à 85 % ducoût total sous la forme de crédits dont l'intérêt a été fixé à 1% l'an sur dix ans. Les paysansbénéficiaires assurent 15 à 20% du prix de l'ouvrage au comptant ou grâce à des prêtsbancaires. Les usagers devaient avoir toute la liberté d'usage des ressources en eau ainsi

112

mobilisées, sans payer des redevances. Malheureusement, les événements, que le Liban aconnu durant les années 70 et 80, ont empêché le déroulement de ce projet. Les ouvragesn'ont connu aucun entretien pendant cette période, ce qui a beaucoup joué sur leur durabilité,en favorisant la perte d'eau par infiltration. Ces événements ont eu aussi des impacts négatifssur le développement de la législation de l'eau qui est restée figée et inappliquée depuis plusde 30 ans.

Tunisie

La stratégie de développement des ressources en eau, mise en oeuvre depuis 1990, fixecomme ultime objectif la mobilisation en l'an 2000, par les différents ouvrages possibles, dela totalité des ressources en eaux superficielles du pays. Les barrages et les barragescollinaires vont permettre, d'après cette stratégie, la mobilisation de 849 Mm3

, d'eauxsuperficielles, ce qui portera le volume total d'eaux de surface mobilisées à 2130 Mm3

, soit unaccroissement de 66% de la capacité de stockage.

La réalisation des projets de conservation de l'eau et du sol a, jusqu'à une date récente, faitl'objet d'une intervention presque exclusive de l'Etat qui mobilise ses moyens propres.Actuellement, on encourage et on confie progressivement ces travaux aux entreprises privéesaprès l'établissement d'un cahier de charge. Quand il s'agit de grands travaux à caractèred'utilité collective tels que les lacs collinaires, le service concerné, après avoir effectué lesétudes nécessaires et préparé le cahier des charges du projet, lance un appel d'offresd'exécution ouvert aux entreprises privées.

En ce qui concerne la gestion collective de la nouvelle ressource offerte par les lacscollinaires, l'Etat, dans une nouvelle orientation de développement des zones rurales et pourencourager la décentralisation, essaye d'impliquer progressivement les collectivités et lesorganisations locales. Cette politique doit accroître la participation des destinataires desactions de l'Etat en réactivant la création des Associations d'Intérêts Collectifs (AIC) ou GIC(Groupements d'Intérêt collectifs). Le nombre de ces associations pour l'irrigation (il y en aaussi pour l'alimentation en eau potable) est actuellement de 500. Autour des lacs collinaires,leur développement est encore faible, bien que l'Etat apporte son soutien au développementde ces structures.

Il n'y a pas de textes réglementaires appropriés déterminant avec précision les fonctions desAIC des lacs collinaires, mais leurs objectifs peuvent se résumer ainsi:

exploitation et gestion de l'ouvrage,entretien des ouvrages, sauvegarde des plantations de protection,prise en charge du fonctionnement et de l'entretien des équipements hydrauliques.

Chaque AIC ou GIC dispose d'un budget qui comprend des recettes, constituées par lescotisations des usagers adhérents et par le produit de la vente d'eau, et des dépensesconstituées par les frais de fonctionnement et d'entretien des matériels.

Cette expérience de gestion collective des lacs collinaires est récente. Les associations crééessont encore très dépendantes d'une assistance matérielle et technique de l'Etat. Mais cetteapproche, encouragée par l'Etat, doit prendre une place importante dans la politique de l'eaude la Tunisie.

113

Maroc

Les petits barrages et leurs aménagements connexes sont réalisés à partir de la coordinationdes actions de trois ministères.

• Le ministère des Travaux Publics assure la conception des barrages et l'encadrementtechnique pendant leur construction, ainsi que la fourniture du matériel (gros engins,camions, compresseurs, bétonnières.. ).

• Le ministère de l'Agriculture et de la Réfonne Agraire intervient à l'amont desretenues pour les ouvrages de conservation des eaux et des sols et en aval, ou àproximité, pour la mise en valeur des terres irriguées.

• Le ministère de l'Intérieur et de l'Infonnation fournit la main d'œuvre, finance l'achatdu carburant et des petits équipements. Il supervise la phase d'exploitation.

Les programmes de réalisation des petits barrages sont arrêtés sur la base de :

• la rentabilité des projets, évaluée par une étude d'impact appréciée par le taux derentabilité interne,

• la situation économique et sociale des zones intéressées,

• l'adhésion des populations riveraines.

L'effort de réalisation d'ouvrages de petite hydraulique est accompagné par de nombreusesrecherches sur la caractérisation des sites, la nature des ouvrages ainsi que leurs impactssociaux et économiques évalués par des enquêtes auprès des populations riveraines des lacscollinaires.

L'organisation des utilisateurs autour du lac est souvent collective. Il existe une tarification del'eau pour couvrir les frais d'exploitation des aménagements hydrauliques pennettant lafourniture d'eau.

114

Production du projet à l'heure actuelleLa production écrite actuelle du projet de recherche HYDROMED peut se résumer par letableau suivant :

Tableau 21 : Production du projet HYDROMED.

(*) : (Enseignement superieur dans les PTM , Enseignement supéneur européen)

Un résumé et les mots clés sont dispom"bles pour chaque document référencé. Une basebibliographique a été réalisée avec le logiciel « Reference Manager ».

1996 1997 1998 1999 2000 En TOTALpréparation

Publications dans des revues de rang 2 6 1 2 9 17Logiciels 1 3 2 - 6Ouvrages, thèses 1 1 2 10 14Publication dans des actes 18 20 17 17 12 67de séminaires (Tunis)~otestechniques 1 2 2 1 - - 6Mémoires d'étudiants (*) 1 12 9 6 7 4 39

(1/0) (9/3) (5/4) (4/2) (3/4) (2/2) (24/15)Diaporamas électroniques, 1 2 9 10 2 23Pages Web, CD RomRapports 1 9 11 8 2 7 38. . .

Publications dans des revues de rang

PubliésALBERGEL J. & REJEB N. (1997): Les lacs collinaires en Tunisie: enjeux, contraintes et perspectives. CR.Acad Agric. Fr., 1997, pp. 77-88. Séance du 19 Mars 1997. Note présentée par J. ALBERGEL. Discussion pp.101-104.

PERSSON M. & BERNDTSSON R (1998): Estimating transport parameters in an undisturbed soil columnusing time domain reflectometry and transfer function theory. J. Hydrol. 205, pp. 232-247.

PERSSON M. & BERNDTSSON R (1998): Noninvasive water content and electrical conductivity laboratorymeasurements using time domain reflectometry. SoU Sei. Soc. Am. J. 62, pp. 1471-1476.

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Soumis ou en préparationALBERGEL J., BARGAOUI Z., ONIBON H., PEPIN Y. : Applying MUSLE with fuzzy parameters (soumis àWRRjournal).

GRUNBERGER O., MONTOROI J.P.: Evaluation by stable isotopes ofgroundwater recharge induced by a hillreservoir (en préparation).

MONTOROI J.P., GRUNBERGER O. (2000) : Groundwater geochemistry of a small reservoir catchment incentral Tunisia (soumis pour publication dans Applied Geochemistry).

NASRl S., ALBERGEL J., BERNDTSSON R: Hydrological processes in an artificial catchment for waterharvesting in the arid region ofTunisia: the traditional system oftabia (en préparation).

NASRl S., GRUNBERGER O., MONTOROI J.P.: Hydrogeological impact ofhiIJ reservoir in a Mediterraneanenvironment, Central Tunisia (en cours de rédaction).

PERSSON M., BERNDTSSON R, UMEGAKI Y., NASRl S., ALBERGEL J., ZANTE P. (2000): Solutetransport and water content measurements in clay soils using time domain reflectometry, paper (to be publishedin Hydrol. Sci. J.).

PERSSON M., OLSSON J., ALBERGEL J., ZANTE P., NASRl S., YASUDA H., BERNDTSSON R,OHRSTROM P. (2000): Fractal theory to simulate unsaturated transport properties (soumis à Journal ofHydrology).

PERSSON M., YASUDA H., ALBERGEL J., BERNDTSSON R, OHRSTROM P., NASRl S., ZANTE P.:Modeling plot scale dye penetration by a diffusion limited aggregation (DLA) model (en préparation).

LogicielsALBERGEL J., BOHBOT H. (1997) : HYDROX, utilitaire de calcul pour reconstituer les crues (programmé enDELPffi).

ONIBON H., BARGAOUI Z., ALBERGEL J. (1998) : FUSLE, utilitaire de calcul de l'USLE, fonnule deWilliams avec logique floue (programmé en Qbasic).

VACHER J., MOUGOU R & DEROUICH C. (1998) : RESERV_HYD, calcul de bilan hydrique d'une culture àl'échelle journallière et décadaire, méthode de Penman modifiée par Monteith et adaptée au climat semi-aride(programmé en Vbasic).

NASRJ S., GRUNBERGER O. (1998) : Modèle bidimensionnel d'écoulement d'une nappe avec potentiel imposépar un lac collinaire (programmé en Vbasic).

NASRJ S., DUCHESNE (1999): Fonctionnement Hydraulique d'une cascade de banquettes mécaniques(programmé en Vbasic).

RAGAB R (2000) : HYDROMED Model, modèle "pluie débit" de remplissage d'un petit barrage et de calcul dela probabilité de défaillance d'un ouvrage en fonction de sa capacité initiale, des demandes en eau et d'un tauxd'envasement (programmé en Qbasic, logiciel professionnel).

IDT J., ALBERGEL 1. (2000) : BALIEUPRO, logiciel expert d'aide à la décision pour la construction d'un petitbarrage (programmé en Vbasic, logiciel professionnel).

Ouvrages, thèsesBERNDTSSON R (1999) : Proceedings of International Seminar on Rain Water Harvesting and management ofsmall reservoirs in arid and semi-arid areas, an expert meeting with the EU-INCO collaboration HYDROMED(Program for Research on hill reservoirs in the semiarid zone of the Mediterranean periphery), Rep. 3222, Dep.Ofwater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, 1-316.

PERSSON M. (1999): Conceptualisation of solute transport using time domain reflectometry, a combinedlaboratory and field study. D. Sc. Thesis, Rep. No. 1025, Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, pp. 1-60+ 8 append.

RAHAINGOMANANA N. (1998): Caractérisation géochimique des lacs collinaires de la Tunisie semi-aride etrégulation géochimique du phosphore. Thèse de doctorat en Hydrologie, Université Montpellier J, 311 p.

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Publications dans des actes de séminaires1997

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BELLIER G., GAALOUL N., JOB J.-O., MONTOROI J.P., ZANTE P. (1997) : Interprétation pédologique dedonnées électromagnétiques et électriques. Application au bassin versant d'El Gouazine (Tunisie centrale).Colloque géophysique des sols et des formations superficielles (GEOFCAN), Orstom-Bondy, 11-12/9/1997,pp. 17-22.

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ONIBON H., ALBERGEL J., BARGAOUI, PEPIN Y. (1997) : Modélisation des transports solides sur lesbassins versants des lacs collinaires. Les Journées Scientifiques de l'JNGREF: Collecte, stockage et valorisationdes eaux de ruissellement en agriculture pluviale. IRESA, SERST, UE, CIHEAM, ORSTOM, GlZ. Monastir, 25­27 Mars 1997.

RAGAB R., AUSTIN B.N., ALBERGEL J. (1997): Hydrology ofsemi-arid Mediterranean catchments with hillreservoirs: an overview and sorne preliminary results from a Tunisian catchments. ln "Water in theMediterranean ". Collaborative Euro-Mediterranean Research : state ofthe art, results and future priorities.Istanbul, 25-29 Nov. 1997.

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RAHAINGOMANANA N. (1997) : Qualité de l'eau des lacs collinaires de la Tunisie Centrale. Les JournéesScientifiques de l'INGREF : Collecte, stockage et valorisation des eaux de ruissellement en agriculture pluviale.IRESA, SERST, UE, CIHEAM, ORSTOM, G1Z Monastir, 25-27 Mars 1997.

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SELMI S. (1997): Une méthodologie d'évaluation des lacs collinaires. In Les journées scientifiques de1'INGREF - Collecte, stockage et valorisation des eaux de ruissellement en agriculture pluviale. Monastir, 25-27mars 1997.

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MEKKI 1., ZANTE P., MASMOUDI M., BEN MECHLIA N. (1998): Dynamique de l'utilisation de l'eau d'unlac collinaire pour l'irrigation. In Lesjournées scientifiques de l'lNRGREF, Hammamet, 29-30 octobre 1998.

MEKKI 1., ZANTE P., MASMOUDI M., BEN MECHLIA N. (1998) : Utilisation du GIS pour la caractérisationhydrique d'un bassin versant. Anonymous INAT / ORSTOM TUNIS: Colloque international Satellite-basedobservation: a tool for the Study ofmedeterranean basin (CNES).

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NASRI S., GRUNBERGER O., ALBERGEL J. (1998): Recharge artificielle des nappes phréatiques par les lacscollinaires. Exemple de l'oued El Gouazine (Ousseitia - Kairouan). In Lesjournées scientifiques de l'INRGREF,Hammamet, 29-30 octobre 1998.

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MONTOROI J.P., GRUNBERGER O., NASRI S. (1999): Water chemistry of a small reservoir catchment incentral Tunisia. Prelirninary results ofwater-soil-rock interactions. In Proceedings ofthe International SeminarRain water harvesting and management ofsmall reservoirs in arid andsemiaridareas, an expert meeting withinthe EU-INCO collaboration HYDROMED. Department of water resources engineering, Lund Institute ofTechnology, 29/6 au 3/7/98. Report 3222, LUND, Suede, pp. 107-121.

NASRI S., ZANTE P. (1999): The use of TDR for wetness measurements in soil erosion and conservationpractices in small watersheds. In Proceedings of the International Seminar Rain water harvesting andmanagement of small reservoirs in arid and semiarid areas, an expert meeting within the EU-INCOcollaboration HYDROMED. Department ofwater resources engineering, Lund Institute ofTechnology, 29/6 au3/7/98. Report 3222, LUND, Suede. pp. 165-189.

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ALBERGEL J., SELMI S., BALIEU O. (2000): Les petits barrages dans les régions semi-arides du sudméditerranéen. Mobilisation d'une ressource au profit de l'environnement et des populations. Coll. Int.Medenpop. IRD, Djerba, 25 au 28 octobre 2000.

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NASRI S., ALBERGEL J., DUCHESNE J. (2000): Application d'un modèle géomorphologique pour lasimulation d'une crue exceptionnelle arrivant dans un petit barrage. Séminaire int. "Hydrologie des RégionsMéditerranéennes" IRD, Montpellier, JJ au J3 oct. 2000.

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PERSSON M., YASUDA H., ALBERGEL J., BERNDTSSON R (2000): Fractal model to simulate unsaturedtransport properties. Séminaire int. "Hydr%gie des Régions Méditerranéennes" lRD, Montpellier, / / au /3 oct.2000.

RAGAB R (2000): HYDROMED model and its application on semi-arid Mediterranean catchments with hillreservoirs. Séminaire int. "Hydr%gie des Régions Méditerranéennes" lRD, Montpellier, 11 au 13 oct. 2000.

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MANSOURI T., BOUSSEMA R, ALBERGEL J. (2000): Application de la géomatique pour l'étude del'érosion à l'extrême Nord de la Tunisie. Séminaire int. "Hydrologie des Régions Méditerranéennes" IRD,Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

MONTOROI J.P., BELLIER G., GRUNBERGER O. (2000): Recharge d'un aquifère alluvial par un laccollinaire de Tunisie centrale: approche pluridisciplinaire. Poster présenté à la "lre Réunion des Sciences dela Terre", 17-20 avril 2000, Paris (France), HYDROMED-IRD.

MONTOROI J.P., GRUNBERGER O. (2000): Geochemical effects of a hill reservoir leakage abovedownstream alluvial aquifer (watershed of El Gouazine, Central Tunisia). Séminaire int. "Hydrologie desRégions Méditerranéennes" IRD, Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

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MONTOROI J.P., GRUNBERGER O. (2000): Groundwater geochemistry of a small reservoir catchment inCentral Tunisia. Poster présenté au "5th International Symposium on Environmental Geochemistry'~ 24-29 avril2000, Le Cap (Afrique du Sud), HYDROMED-IRD.

MORENO, MERZOUK, de la ROSA, ALAMI (2000): Measurement and development of a database of soilhydraulic properties for the watershed of Saboun (Morocco). Séminaire int. "Hydrologie des RégionsMédite"anéennes" IRD, Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

NASRI S. (2000): Impacts hydrologiques des banquettes mécaniques. Exemple de l'Oued El Gouazine(Ousseltia - Kairouan Tunisie Centrale). Séminaire int. "Hydrologie des Régions Médite"anéennes" IRD,Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

NASRI S. (2000) : Recharge artificielle des nappes phréatiques par les lacs collinaires. Exemple de l'Oued ElGouazine (Ousseltia - Kairouan Tunisie Centrale). Séminaire int. "Hydrologie des Régions Médite"anéennes"IRD, Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

ZANTE P., COLLINET J., TRUCHET N., PEPIN Y. (2000) : Mesure de l'érosion ravinaire des sols argileux deTunisie. Séminaire int. "Hydrologie des Régions Médite"anéennes" AISR. IRD, Agropolis-Montpellier,Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

OHRSTROM P., PERSSON M., ALBERGEL J., ZANTE P., NASRI S., BERNDTSSON R (2000): Fieldscale variation of preferential flow indicated dye coverage. Séminaire int. "Hydrologie des RégionsMéditerranéennes" AISR. IRD, Agropolis Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

RAGAB R (2000 a): Reservoir storage capacity and probability offailure model. Séminaire int. "Hydrologie desRégions Médite"anéennes" AISR. IRD, Agropo/is Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

RAGAB R (2000 b): The rainfall-Runoff model. Séminaire int. "Hydrologie des Régions Méditerranéennes"AISR. IRD, Agropolis Montpellier, Il au 13 oct. 2000.

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ALBERGEL J. (2000) : Modélisation du bilan hydrique des lacs et applications. ln Atelier «Suivi des lacscollinaires dans le semi-aride tunisien». 18 diapositives, Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

BOUFAROUA M., ALBERGEL J., PEPIN Y. (2000) : Bilan de l'érosion sur les petits bassins versants des lacscollinaires de la dorsale tunisienne. ln Atelier «Suivi des lacs collinaires dans le semi-aride tunisiem>. 22diapositives, Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

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DEBRABRIA A, BEN YOUNES LOUATI M., BEN YOUSSEF M., PEPIN Y. (2000) : Gestion des platesfonnes d'acquisition et de transmission des données hydrologiques. In Atelier «Suivi des lacs collinaires dans lesemi-aride tunisien». 15 diapositives, Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

KARIM Y. & JENHAOUI Z. (2000) : L'espace au service de l'hydrologie. In Atelier «Suivi des lacs collinairesdans le semi-aride tunisien». 16 diapositives, Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

MANSOURI T., ALBERGEL J., SEGUIS L. (2000) : Modélisation hydrologique spatialisé du bassin versant deEl Gouazine. In Atelier «Suivi des lacs collinaires dans le semi-aride tunisien». 20 diapositives, Nabeul, 28 & 29mars 2000.

MOUGOU R (2000) : Agro-climatologie des lacs collinaires de Tunisie. In Atelier «Suivi des lacs collinairesdans le semi-aride tunisien». 19 diapositives, Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

PEPIN Y., BEN YOUNES LOUATI M., DEBRABRIA A, BEN YOUSSEF M. (2000) : Suivi de l'envasementdans les lacs collinaires. In Atelier «Suivi des lacs collinaires dans le semi-aride tunisien». 19 diapositives,Nabeul, 28 & 29 mars 2000.

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ALBERGEL J., CLAUDE J., JOB J.O. (1999) : Rapport de mission en Syrie et au Liban du 29/1 au 2/2/99. IRD,Tunis.

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COLLINET J., ZANTE P., BEN YOUNES M. (1999) : Compte Rendu de mission sur le Bassin Versant de FidhAli, reconnaissance pédologique et bornage des sites, 26-28 janvier 1999, IRD Tunis, 10 p.

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MONTOROI J.P., GRUNBERGER O., GAY D., REYES V. (1999) : Rapport de mission en Tunisie du 15 marsau 10 avril 1999. Multigr. ORSTOM Bondy, 19 p.

2000

ALBERGEL J., COLLINET J., PEPIN Y. (2000): Expertise sur cinq sites de lacs collinaires dans leGouvernorat du Kef(Tunisie) pour le Ministère de l'Agriculture de Tunisie. CRDA du Kef - Agence Françaisede Coopération, janvier 2000, 41 p. + 17fig..

MONTOROI J.P., GRUNBERGER O., NASRI S. (2000) : Caractérisation chimique et isotopique des eaux etdes formations superficielles du bassin versant du lac collinaire d'El Gouazine (Tunisie centrale). Rapportscientifique de la campagne des mesures de l'année 1998. Multigr. IRD / DCES / INRGREF, Bondy 90 p. + ann.

126

Conclusions et prospectiveA un moment où la construction de petites retenues prend le pas sur la politique des grandsbarrages dans les pays méditerranéens, HYDROMED (projet de recherche sur les lacscollinaires dans le pourtour semi-aride du bassin Méditerranéen) a étudié la place et l'impactdes ouvrages de petite et moyenne hydraulique dans l'aménagement des bassins versantsagricoles méditerranéens.

Ce projet de recherche, coordonné par l'IRD et soutenu par l'Union Européenne (Contrat 4ème

PCRD N° ICI8-CT96-0091) a obtenu un ensemble de résultats originaux dans les troisdomaines suivants :

• hydrologie des petits bassins versants agricoles des montagnes sèchesméditerranéennes et impact des aménagements sur le cycle de l'eau etsur les cycles de sédiments et solutés associés;

• gestion et usage des eaux des petits barrages, leur rôle sur la conservationdes eaux et des sols et dans le développement rural ;

• pérennité des petits barrages et leur intégration dans l'économie régionalepour un développement durable de zones marginales.

Ce projet a travaillé dans quatre pays: Liban, Maroc, Syrie et Tunisie. Il a associé deschercheurs d'une dizaine d'institutions de 4 pays européens (France, Espagne, Royaume Uni,Suède) et de 4 pays tiers méditerranéens.

HYDROMED est typiquement un projet de recherche pour le développement. A partir d'unedemande concrète sur l'aménagement des bassins versants et la gestion d'une ressource rare,des recherches très fondamentales ont été développées.

En sciences de l'eau et du sol, une recherche sur les processus de ruissellement, d'érosion etdes échanges entre les eaux de surface et les nappes phréatiques a abouti à des résultatsoriginaux, à des modèles de fonctionnement et à un système expert d'aide à la décision enmatière d'implantation de lacs collinaires. Une banque de données hydrologiques a étéconstituée.

En sciences agronomiques, de nombreuses données ont été réunies sur les exploitationsagricoles de ces petits bassins versants. L'accès à l'eau et la possibilité d'irriguer ont étéétudiés sur le plan bio-climatologique et sur le plan agro-économique. Le rôle de ces ouvragesdans l'élevage a été un point focal des travaux engagés au Maroc.

En sciences sociales et économiques, les problèmes d'usage d'une ressource nouvelle ont étéétudiés, les nouvelles richesses qu'elle induit ont été évaluées. Les conflits pour le partage decette ressource ont été appréhendés. Une revue sur les aspects législatifs de la gestion deseaux de ruissellement a été réalisée.

Ces milieux artificiels sont restés longtemps étrangers à la recherche académique, mais deséquipes de plus en plus nombreuses s'y intéressent avec le développement des recherches surl'environnement (eutrophisation, pollution des retenues...) et la mobilisation internationalesur le thème des ressources en eau.

Dès son démarrage, ce projet a été un puissant catalyseur du partenariat entre les co­signataires du contrat. Des échanges et des transferts de technologies ont été réalisés trèsrapidement. Par une analyse bibliographique approfondie, ciblée sur les petits barrages etleurs bassins versants au sud et à l'est de la Méditerranée, les produits de recherches ayantprécédé le contrat ont pu être mis en commun dès la première année. L'IRD a mis àdisposition ses logiciels de traitement de données hydrologiques à tous les partenaires ainsi

127

que de nombreuses notes techniques sur l'observation hydrologique des petits bassinsversants. L'IRNASE a diffusé le logiciel MICROLEIS: système expert pour la mise envaleur des périmètres irrigués.

Des échanges de bibliographie ont été réalisés au cours de la première année avec lesrédactions des synthèses sectorielles.

Les partenaires ont pu mobiliser des financements complémentaires pour répondre auximportantes demandes non prévues dans le projet initial. L'IRD a pu mettre en place un grandnombre d'actions de formation. L'université de Lund a pu mobiliser des fonds de l'Agence deCoopération Suédoise pour organiser un atelier en Juin 1999. L'IRD, avec d'autrespartenaires financiers et scientifiques (UNESCO, AlSH, Université Montpellier II, RégionLanguedoc Roussillon), a organisé un séminaire sur l'hydrologie méditerranéenne en octobre2000.

La formation à la recherche par la recherche est un point fort de ce projet avec: trois thèsessoutenues, une dizaine en préparation et une trentaine de mémoires de projets de fin d'étudeset de DEA. On notera un certain équilibre entre le nombre de jeunes formés provenant despays européens et des pays tiers méditerranéens. La majorité de ces travaux ont eu lieu enTunisie ou au Maroc. Les diplômes ont été délivrés par des universités ou écoles des paystiers méditerranéens et européens.

La production scientifique s'est faite à un rythme honorable (cf tableau 21). Elle a étéfocalisée dans les premières années sur des communications dans des congrès et séminaires(67 communications réalisées dont une majorité publiées, soit in extenso soit sous la forme derésumés). Elle a permis de faire connaître le projet et de tisser des relations scientifiques. Elles'est aussi portée sur les revues scientifiques à comité de lecture. Neufpapiers ont été publiés,un doit l'être sous peu et sept sont soumis ou en préparation. Des logiciels ont été réalisés (6)et ont été mis à disposition. Cette production a aussi utilisé d'autres supports: mémoires dethèses, ouvrages, site Web, CD Rom.

Au-delà du contrat achevé, de nombreuses actions se poursuivent comme le montrent lesprojets de publications et les travaux en thèse. Les bassins versants pilotes mis en place durantce contrat sont repris par une unité de recherche crée par l'IRD en partenariat avec les équipesdes PTM y travaillant: l'UR 096 « AMBRE », Analyse et Modélisation dans les Bassinsversants du Ruissellement et de l'Erosion. Cette unité de recherche est contractualisée pourune période de 4 années et a fait l'objet de conventions particulières entre l'IRD et lespartenaires des PTM. Les collaborations resteront fortes également avec les autres institutionseuropéennes qui restent impliquées au travers d'actions ponctuelles.

L'UR « AMBRE» a pour thème fédérateur la ressource en sol et les flux d'eau et de matièresassociées dans les petits bassins versants cultivés en liaison avec les activités agricoles et lesaménagements hydrauliques. En complément des résultats obtenus dans le projetHYDROMED, cette unité cherchera à répondre aux deux questions suivantes:

1. Comment analyser et modéliser les transferts d'eau et de matières associées dans lespetits bassins versants méditerranéens cultivés ?

2. Quels rôles jouent les itinéraires culturaux, les aménagements hydrauliques etagricoles, l'organisation du parcellaire sur les flux d'eaux et de matières associées dansles petits bassins versants cultivés des montagnes, collines et coteaux méditerranéens ?

128

Cette Unité de Recherche affiche les objectifs fondamentaux et les perspectives d'applicationsuivantes:

• l'acquisition de nouvelles connaissances scientifiques concernant l'hydrologie desagrosystèmes méditerranéens,

• l'analyse et modélisation des processus de ruissellement et d'érosion à l'échelle du petitbassin versant en relation avec la diversité des unités d'occupation du sol et depratiques agricoles, les effets de pente et les discontinuités hydrologiques etpédologiques naturelles ou induites par un aménagement hydraulique,

• le développement des savoirs en matière d'aménagement des petits bassins versants etde gestion des ressources en eau et en sol.

L'observation, l'analyse et la modélisation des flux aux échelles intermédiaires entre le champet le bassin versant constituent, avec le couplage de deux domaines connexes: l'hydrologie etl'agronomie, les principales innovations méthodologiques proposées par l'UR AMBRE.

Cette Unité de Recherche s'est dotée d'une structure de travail en réseau comprenant:

En France:

Trois partenaires (IRD, ENSAM-INRA, ENGREF-CEMAGREF) au sein de l'école doctoraleSciences de la terre, de l'eau et de l'espace et un projet d'intégration dans l'UMR ENSAM ­INRA "Sciences du sol" à moyen terme. Création d'un IFR dès la validation du projet.

Dans les pays tiers méditerranéens :

Au Liban, collaboration au sein du DEA Sciences de l'Eau et de l'Environnement, formationDoctorale de l'Université St Joseph.

Au Maroc, une association Université - Institut de Recherche : Université de Rabat - InstitutAgro Vétérinaire IAV. Participation à l'Ecole doctorale, Chaire Unesco-Gas Natural de laFaculté des Sciences Humaines de Rabat.

Au Proche Orient, un partenariat avec l'ACSAD (Arab Center for the Studies of Arid Zonesand Dry Lands), organisme de la Ligue Arabe qui gère et réalise des projets de Recherche &Développement dans une dizaine de Pays Arabes.

En Tunisie, une collaboration de longue date avec la Direction de la Conservation des Eaux etdes Sols, la Direction des Sols, l'INGREF et l'INAT et un partenariat plus récent avec le DEA"Modélisation en hydraulique et environnement" de l'ENIT.

En Europe

Les partenaires européens du projet AMBRE sont: l'IH de Wallingford et l'Imperial Collegeen Angleterre, l'Université de Lund en Suède et l'IRNASe de Séville en Espagne déjàimpliqués dans des travaux en cours.

Au niveau international

Deux sites expérimentaux du projet HYDROMED, repris par AMBRE sont "sites pilotes" duréseau Wadi Hydrology de l'UNESCO et ALECSO reconnu par le PHI.

129

Rapport de gestion du projet de recherchesur les lacs collinaires dans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen

STD 4 INCa DC Contrat ERBIC 18 CT 960091

SOMMAIRE

ANIMATION SCIENTIFIQUE ET COORDINATION 131

Organisation de la collaboration 131Réunions de coordination 131Ateliers et séminaires 132Site Web 132Lettre du projet 132

FORMATION. ECRANGES 133

Formation à la recherche par la recherche 133Formation des chercheurs, inl[énieurs et al[ents techniques du prOl[ramme.•••.•••.•.••.•.• 134

ANIMAnON SCIENTIFIQUE ET COORDINAnON

Organisation de la collaboration

Différentes méthodes de communication ont été utilisées pour animer et coordonner ceprogramme de recherche:

o une réunion de coordination par an entre toutes les composantes du programmeHYDROMED,

o l'organisation d'ateliers largement ouverts à toutes les équipes du programmeeuropéen,

o l'organisation de séminaires de restitutions des résultats et de discussions,

o la création d'un site Web« Petits barrages »,

o la diffusion d'une lettre de réseau par messagerie électronique,

o la publication annuelle de toutes les données à travers l'annuaire du réseau pilote desurveillance des lacs collinaires,

o la publication d'un rapport semestriel d'avancement des travaux HYDROMED,

o la tenue d'un séminaire international en fin de projet.

Réunions de coordinationo Février 1997 : réunion de lancement du projet à Tunis. Une visite de terrain a pennis

de faire connaître l'expérience tunisienne aux autres partenaires.o Avril 1998: réunion de coordination à DAMAS. Les journées de travail ont été

suivies par une visite des sites pilotes en Syrie et des steppes arides jusqu'à Palmyre.

o Décembre 1999 : réunion de coordination à Rabat. Visite du bassin versant pilote deSaboun et des régions pré rifaines.

131

o Octobre 2000: dernière réunion de coordination à Montpellier et visite des bassinsversants de Roujan qui seront un site particulier de l'Unité de Recherche AMBRE(créée par l'IRD en janvier 2001).

Ateliers et séminaires

o Mars 1997 : l'INRGREF organisa ses journées scientifiques à Monastir sur la collecte,le stockage et la valorisation des eaux de ruissellement en agriculture pluviale. Cettemanifestation a été parrainée par l'IRESA, le SERST, l'UE, le CIHEAM, l'ORSTOMet la GTZ.

o Juin 1998: l'Université de Lund et la coordination HYDROMED (IRD) se sontassociées pour organiser un atelier sur le thème de la collecte des eaux deruissellement. Cette manifestation a duré une semaine. Elle a permis aux chercheurs deprojet HYDROMED de faire le point sur leurs premiers résultats et d'en discuter avecde nombreux spécialistes internationaux invités pour la circonstance (prof. Prinzd'Allemagne, Prof. Hoybye de Suède, Dr. Zhu de Chine... ).

o Mars 2000 : un Atelier sur les lacs collinaires a été organisé par la DCES et l'IRD. Il aété l'occasion de faire le point sur le réseau de surveillance des lacs collinaires, sur lesrésultats de la recherche qui peuvent être transférés vers le développement.

o Octobre 2000 : organisation conjointe d'un séminaire sur l'hydrologieméditerranéenne à Montpellier avec le programme FRIENDAMHY (UNESCO). Ceséminaire s'est tenu sous les auspices de l'IRD, de l'AISH, de la région Languedoc­Roussillon et du département de l'Hérault. Il a réuni une centaine de spécialistes del'hydrologie méditerranéenne. Le programme HYDROMED a proposé trentecommunications dont 12 ont été choisies par le comité scientifique pour unecommunication orale qui sera publiée dans les cahiers de l'UNESCO.

o Mai 2001 : organisation d'un séminaire international sur les petits barrages dans lemonde méditerranéen à Tunis du 28 au 31 mai. Ce séminaire a fait l'objet d'unedemande de financement à l'Union Européenne, programme INCO Med et à la DIC(Direction de l'Information et de la Communication) de l'IRD. Il a été sponsorisé parl'AISH (Association Internationale des Sciences Hydrologiques) et le ProgrammeAquaMed. Les fonds collectés ont permis de réunir 200 séminaristes. Treizenationalités étaient représentées: les pays du programme HYDROMED (France,Espagne, Suède, UK, Liban, Maroc, Syrie, Tunisie) et des pays engagés dans desprogrammes de construction de lacs collinaires : Algérie, Mexique, Portugal, Sénégalet Turquie. Tous les papiers et posters seront publiés dans un ouvrage collectif co­édité par les organisateurs (Jean Albergel pour l'IRD et Slah Nasri pour l'INRGREF).Une vingtaine de communications seront sélectionnées pour être publiées dans unnuméro spécial de la «Revue des sciences de l'eau» qui publie en français et enanglais.

Site Web

Un site WEB a été conçu. Il est abrité à BONDY, le Webmaster est Isabelle Giffar. L'adresseélectronique de ce site est : http://www.bondy.ird.fr/gp623.

Lettre du projet

La diffusion d'une lettre (HYDRONEWS) par la messagerie électronique, a été assurée par lacoordination. La parution de cette lettre fut adaptée aux événements marquants du projet. Dixnuméros ont été publiés. Elle est composée d'un éditorial et d'une série de nouvelles.

132

FORMATION, ECHANGES

Le programme a défini une politique de formation à trois niveaux :

• Formation à la recherche par la recherche en accueillant de nombreux étudiants pourdes mémoires de fin d'études: maîtrise, DEA, PFE des écoles d'ingénieurs, thèses, etde post doctorants. Le programme a participé aux échanges de stagiaires organisés parl'association internationale pour l'échange d'étudiants stagiaires (IAESTE).

• Formation des chercheurs, ingénieurs et agents techniques du programme. Il a étéorganisé des stages en fonction des compétences présentes. Des agents ont participé àdes formations organisées en Europe, programmées par des Instituts spécialisés ouorganisées à la carte. Il a été fait appel à des sociétés spécialisées pour organiser desformations en Tunisie. Des séjours scientifiques de haut niveau ont été réalisés par deschercheurs dans des laboratoires spécialisés.

• Formation d'agents techniques et transfert des résultats de la recherche vers les CRDA.Des stages ont été organisés par l'IRD à Tunis et par l'ESAK au Kef.

Formation à la recherche par la recherche.

Les thèses.Trois thèses ont été soutenues et dix sont en préparation. L'Université de Lund, l'IRD etl'lAVont mis un accent particulier sur la formation par des thèses, en apportant lesfinancements complémentaires nécessaires (bourses de thèse) et en assurant un encadrementscientifique.

Les thèses soutenues sont celles de :SELMI S . (1996) : Interventions de l'état en milieu rural et réactions des collectivités locales face a la

gestion d'une ressource rare: les lacs collinaires dans le semi-aride Tunisien. Thèse de doctorat enéconomie du Développement Agricole, Agr~alimentaire et Rura~ Ecole nationale SupérieureAgronomique de Montpellier (Bourse IRD).

PERSSON M. (1999) : Conceptualization of solute transport using time domain reflectometry, a combinedlaboratory and field study, O. Sc. Thesis, Rep. No. 1025, Dep. of Water Resour. Eng., Lund Unïv.,Lund, pp. 1-60 + 8 append. (Allocation Un. De LUND).

RAHAINGOMANANA N. (1998) : Caractérisation géochimique des lacs collinaires de la Tunisie semi­aride et régulation géochimique du phosphore. Thèse de doctorat en Hydrologie, Université Montpellierl, 311 p. (Bourse IRO).

MANSOURI T. (2001): Apport de la modélisation hydrologique spatialisée à la connaissance desécoulements et des transports solides. Université de Tunis II (Bourse IRO).

Les thèses en préparation sont celles de:NASRI S. : Impact des aménagements de CES sur le cycle de l'eau dans les petits bassins versants de la

zone semi-aride de Tunisie. Inscrit à l'Université de Lund et à l'Université de Rennes pour unesoutenance conjointe.

ÔHRSTRÔM P. (2001): Solute transport in semi-arid soils, O. Sc. Thesis, Dep. of Water Resour. Eng.,Lund Unïv., Lund (in prep.).

UMEGAKI Y. (2002): Transport of metals in heterogeneous soils, O. Sc. Thesis, Dep. of Water Resour.Eng., Lund Univ., Lund (in prep.).

YASSER 1. (2002): The use of GIS as a tool to manage soils and water resources in arid watersheds, D. Sc.Thesis, Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, (in prep.).

GAY O. : Etude des transferts des eaux de surface et des eaux souterraines par la géochimie isotopique etdes éléments traces. Cette thèse devrait être soutenue en 2003 à PARIS XI (Bourse MRl).

133

HAMED Y. (2003): Use ofmarginal waters for irrigation in arid areas, D. Sc. Thesis, Dep. ofWater Resour.Eng., Lund Univ., Lund, (in prep.).

MEKKI 1. : Variation spatiale des réserves en eau des sols et de la demande des cultures dans un petit bassinversant montagneux du Cap-Bon. Cette thèse devrait être soutenue en 2004 à MONTPELLIER II(Bourse !RD).

ABIDE KARAYE J. : Thèse sur les programmes HYDROMED et MERGUSIE sur les besoins en eau desplantations à grand écartement avec cultures irriguées intercalaires. Inscrite à l'ENSAM, (bourse IRD)(Soutenance 2005).

CffiKAOUl M. : Thèse sur l'usage des nouvelles images satellitales à hautes résolution dans l'étude del'érosion des petits bassins versants. Inscrit à l'Université de Sherbrook (Canada), cet étudiant de l'lAVdevrait soutenir en 2005.

Les DEA, PFE, MémoiresLe programme a accueilli des étudiants dans le cadre de stages de DEA ou de fin d'études.Nous avons essayé de garder un équilibre dans les accueils entre étudiants venant del'enseignement supérieur tunisien et de l'enseignement supérieur européen. La coordination aorganisé des rencontres avec l'International Association for the Exchange of Students forTechnical Experience (IAESTE) et a reçu des étudiants stagiaires présentés par cetteassociation, ce qui a permis à des étudiants tunisiens d'avoir des stages en Europe. Lesrapports de stages sont consignés dans la bibliographie du programme et classés par année. Letableau suivant présente le décompte des stagiaires DEA et PFE.

Répartition des mémoires de Projets de Fin d'études et DEA.

1996 1997 1998 1999 2000 2001 Total

Mémoires d'étudiants (*) 1 12 9 6 7 4 39(1/0) (9/3) (5/4) (4/2) (3/4) (2/2) (24/15)

(Enseignement supérieur PTM / Enseignement supérieur européen)

Formation des chercheurs, ingénieurs et agents techniques du programme.

o 1996: Formation collective MNT, chaîne de traitement Demiurge (Organisée par1'IRD et l'IRESA à Tunis) (Financement IRD)

o 1997: Formation collective Topographie Laser et SIG Toutatis (Cabinet TIS)organisée à Tunis (Financement IRD)

o 1997: Organisation en Tunisie de stages en Hydrométrie, collectes et traitement desdonnées pour des agents partenaires du programme (Syrie, 2 stagiaires, Maroc, 1stagiaire) (Financement IRD)

o 1998: Formation collective ARCVIEW (Soc. ALISEE) organisée à Tunis(Financement IRD).

o 1998: Séminaire et formation sur la gestion du ruissellement, organisé à Lund pourl'ensemble du programme (Financement par l'Université de Lund).

o 1999: Organisation d'un séjour scientifique de haut niveau en France pour A.Droubi de l'ACSAD (Financement IRD). M. Droubi, chercheur de l'ACSAD, aséjourné en France du 28 mars au 18 avril 1999 où il a pu rencontrer les chercheursde différents établissements de recherche français ayant des activités surl'aménagement des petits bassins versants ( IRD Paris et Montpellier, l'universitéLouis Pasteur à Strasbourg).

o Des séjours scientifiques ont été organisés en France et en Suède dans le cadre de lathèse de Slah Nasri, en France dans le cadre des thèses de Salah Selmi et deMansouri Taoufik. (Financement HYDROMED 1 IRD / Lund).

134

RAPPORTS INDIVIDUELS SCIENTIFIQITES

DES PARTENAIRES

Projet de recherche« Les lacs collinaires dans le pourtour semi-aride

de la Méditerranée»

STD4 INCO De Contrat ERBIC 18 CT 960091

Pages

l'IH de Wallingford, United Kingdom(Dr. Ragab Ragab) 137

l'lAV, Rabat, Maroc(Prof. Abdelaziz Merzouk et Mohamed Mejjatti Alami) 145

l'IRNASE, Séville, Espagne

(Prof. Félix Moréno) 157

l'Université de Lund, Suède

(Prof. Ronny Berndtsson) 167

l'ACSAD, Damas, Syrie(Dr. Abdallah Droubi) 197

l'INRGREF, Tunis, Tunisie

(Mme Mougou) 213

135

Centre forEcology & HydrologyNATURAL ENVIRONMENT RESEARCH COUNCIL

HYDROMED project

Final Report

THE HYDROMED MODEL AND ITS APPLICATION TO SEMI-ARID

MEDITERRANEAN CATCHMENTS WITH HILL RESERVOIRS

1- THE RAINFALL-RUNOFF MODEL USING A GENETIC

ALGORITHM FOR OPTIMISATION

2- RESERVOIR STORAGE CAPACITY AND PROBABILITY OF

FAILURE MODEL

Dr. R. RAGAB

Centre for Ecology and Hydrology, Wallingford, OXlO 8BB, UK

E-mail: Rag@ceh.ac.uk

July 25,2001

137

1- THE RAINFALL-RUNOFF MODEL USING A GENETICALGORITHM FOR OPTIMISATION

The HYDROMED model has been developed for sefiÙ-arid regions in general and forMediterranean conditions in particular. The model has two sub-models, the Rainfall-Runoffand The Reservoir Storage Capacity and Probability of Failure. The HYDROMED model ismenu driven, easy and friendly to use. The model uses the Genetic Algorithm for optimisationand has default values that can he selected in the absence of measured parameter values.There are different options to calculate the flows, options for the time steps ranging from lessthan one hour to one month and there is the facility to import text data files and import datadirectly from data loggers and to output results into data files and graphs.

The Hydrologieal Proeesses

The model is generic in terms of application as it runs at different time steps and allowsdifferent mechanisms to generate runoff. The model time step ranges from less than an hourto one month. The hydrological processes responsible for runoff generation could he one ormore of the following: infiltration excess, impervious surface runoff, saturation excess andbase flow. The base flow is computed either from the recorded stream flow data followingrainfall events or as free drainage below the soil profile using a two soillayers-model. Figure1 shows the main hydrological processes. The Mathematical equations describing the abovementioned hydrological processes are given in details in HYDROMED (1999 & 2000)reports.

Rainfall

--..._----

Infiltration excess runo

Saturation excess

Fig. 1. The Components ofthe Rainfall-runoffpart of HYDROMED model.

138

Description ofthe processes and their mathematical formulation can he found in the previousreports ofthe HYDROMED project (1999 and 2000).

HYDROMED Application

Three catchments with hill reservoirs were selected. They are EI-Gouazine and Kamech inTunisia and Es Sindiany in Syria. The rainfà.ll, the spillway flow and volume ofwater in thereservoirs were used as input to the model. Events that generated spillway flow were preferredfor calibration. The results confirmed that the HYDROMED model is capable ofreproducingthe runoffvolume at ail the three sites. In calibrating single events, the model performancewas high as measured by the Nash-Sutcliffe criterion for goodness offit. In sorne events thisvalue was as high as 98%. In simulation mode, the highest Nash-Sutcliffe criterion value wasclose to 70% in the El-Gouazine and Kamech catchments and close to 50% in the Es Sindianycatchment. Given the limited information available, especially on the unrecorded releases inthe three catchments, the hydrological impact ofsite geology (e.g. Kamech), the unrecordedoperator intervention during the spillway flow (e.g Es Sindiany) and other unaccounted:factors (e.g sihatio~ evaporatio~ etc.), these resuhs are by and large very encouraging.However, they could he further improved as and when more information on the unrecordedparameters becomes available. Additionally, the results ofthis work highlighted the need forlong term records with a large number ofsignificant events that are able to generate spillwayflow to obtain more consistent and reliable parameter values. It also highlights the need formore accurately recorded releases for irrigation and other uses. As these results areencouraging, more tests on those three and other sites are planned. The detailed results anddiscussions are given in the HYDROMED reports (1999 &2000). For illustratio~oneexample ofapplication on El Guazine catchment is given hereunder.

El Gouazine Reservoir, Tunisia.Cootirwous tinte series orall ewnls

using calibratioo parameters ofe~ 3.(The simulatioo events use calculated nmofffran vohme cI1an8es)

16 -,--........,.......,__----..--_._-r--y----------............_.__..--.-----,-- 0

5

4

12

o+-~--L..----'=~--____,,....-----L..~-=--___r----L-_r_----::"'-----1 25

03110/199403110/199404110/199413/09/1995131091199514109/1995221091199522109/199523/09/199500:00 16:00 08:00 00:00 16.00 08:00 00:00 16:00 08:00

Date

1_Upstream raiDfall _ Reservoir Rainfall - Rllluif - Modcllcd Runoff1

Fig. 2. Simulated and observed runoffflow using Event 3 calibration parameters

139

Table 1. EI-Gouazine Reservoir. Calibration and simulation results.

Event Date Calibration, C Zmin, Zmax, k (time lag), Nash-number Simulation, S mmh·1 mmh- I h Sutcliffe

Criterion3 22-23/9/95 C 4.31 7.90 3.35 0.98

1 3-4/10/94 S 4.31 7.90 3.35 0.74

2 13-14/9/95 S 4.31 7.90 3.35 0.55

AIl (1,2,3) 3/1 0/94-14/9/95 S 4.31 7.90 3.35 0.67

2- RESERVOIR STORAGE CAPACITY AND PROBABILITY OF FAILUREMODEL

This part of the HYDRûMED model addresses the issue of ''what reservoir storage capacityis required to maintain a yield with a given probability of fallure? ". It is an important issue interms of construction and cost. HYDRûMED offers a solution based on the modified Gouldprobability rnatrix method. This method has the advantage of sampling a11 years data withoutreference to the sequence and is therefore particularly suitable for catchments with patchydata. In the HYDRûMED model, the probability of fallure is calculated on a monthly basis.The mode! has been applied to the EI-Gouazine catchment in Tunisia using a long rainfa11record from Kairouan together with the estimated Hortonian runoff, dass A pan evaporationdata and estimated abstraction data. More detalls about the mathernatical equations and theprocedures ofcalculations are given in the HYDRûMED (1999&2000) reports.

In the example of application on EI-Guazine catchment in Tunisia, (Figure 3), Theprobability of fallure differed from winter to summer. Genera11y, the probability of fallureapproaches zero when the reservoir capacity is 500, 000 m3

• The 25% probability of fallure(75% success) is achieved with a reservoir capacity of 58,000 m3 in June and 95,000 m3 inJanuary. The probability of fallure for a 240,000 m3 capacity reservoir (doser to storagecapacity of EI-Gouazine 233, 000 m3

), is approximately 5% in November, December andJanuary, 3 % in March, and 1.1 % in May and June. Consequently there is no high risk of EI­Gouazine being unable to meet its requirements at a capacity of233,000 m3

. Subsequently thebenefit, in terms of probability of fallure, by increasing the reservoir volume of EI-Gouazineto greater than the 250,000 m3 is not high. This is important for the design engineers and thefunding organizations. However, the analysis is based on the existing water abstractionpolicy, absence of slltation rate data and on the assumption that the present climate willprevail during the lifetime of the reservoir. Should these conditions change, a new analysisshould be carried out.

140

E*' :!le'" ~ ~ararneters Model 8.eservoi' Y1eld Analysis Qutpl.t ~dow !i~

~- ~l~1~..~q I··~·I~I 1~~ &ll.o:~l

Probability ofFailure, January Probability of Failure, March

-50 100 150 ;roo :l:i0 300 ~O 100 ISO 500

ReselVOir Volume (1000'S m3)

50 100 ISO 200 250 300 3S0 400 450 500

RJosetVOir Volume (loo0's m3)

Probability of Failure, September

..::.l.QJ~ r=--------------==Probability of Failure, June

10

~ 1'fil 8u.. 7

'8 '~:{il 3

~ ~oL-+--+---+--<~+====t==F'__+-f____"o 50 100 ISO 200 2S0 300 350 400 450 500

RJoservoir Vo!llrne (loo0's m3)

50 WO 150 ;roo Z50 300 350 400 450 500

Reservoir Volume (10oo's m3)

Ready

Fig. 3. Reservoir probability olfai/ure at El-Gouazine, Tunisiafor different times ofthe year.

References

HYDROMED, 1999. Cinquième Rapport d'avancement Hydromed. ERBIC 18 CT 960091.

Report for the EU, IRD Report, Tunisia.

HYDROMED, 2000. Sixième Rapport d'avancement Hydromed. ERBIC 18 CT 960091.

Report for the EU, IRD Report, Tunisia.

141

Information for the Annex

Training:

1- Mr. Dimitri MOIDINIS, 1989-1999. One year Sandwich Course Student from OxfordUniversity, Computer Science Department. UK.

2- Miss Yahyaoui Houda, 2001. Short training and help in conducting her MSc. Thesis.Ecole Superieure des Ingenieurs de l' Equipment Rural, Med Jez El Bab. Tunis, Tunisia

3- Miss Bruna Grizzetti, JRC, EU, Ispra, Italy. July-October, 2001.

4- Demonstartion to several visitors to CEH, Wallingford , 1999-2001.

1. Papersfor refereedjournals (Ready to be submitted)

1. R. RAGAB, B. AUSTIN and D. MOIDINIS. 2001. The HYDROMED MODEL andits application to semi-arid Mediterranean catchments with hill reservoirs. 1- Therainfall-runoffmodel using a genetic algorithm for optimisation

2. R. RAGAB, D. MOIDINIS, J. ALBERGEL, J. KHOURI, A. DROUBI and S. NASRI.2001. The HYDROMED MODEL and its application to semi-arid Mediterraneancatchments with hill reservoirs. 2-Rainfall-runoff model application to threeMediterranean hill reservoirs

3. The HYDROMED MODEL and its application to semi-arid Mediterraneancatchments with hi11 reservoirs. 3-Reservoir storage capacity and probability of failuremodel.

4&5. Thesis

Yahyaoui Houda, 2001. Calibration, validation and sensitivity analysis of the HYDROMEDmodel applied on the Janet reservoir in the semi-arid Tunisia. MSc. Thesis. Ecole Supérieuredes Ingénieurs de l' Equipment Rural, Med Jez El Bab. Tunis, Tunisia.

6-Software

HYDROMED model for PC 1Windows95198 operation system. CD-including a sample ofdata to run the mode!. The model has been distributed freely. It is freely available on request.E-mail: Rag@ceh.ac.uk for a free copy.

7- Publications in proceedings ofInternational Conferences:

RAGAB, R., AUSTIN, RN., ALBERGEL, J. 1997. Hydrology ofsemi-arid Mediterraneancatchments with hill reservoirs: an overview and sorne preliminary results from a Tunisiancatchment. Proceedings of"Water in the Mediterranean" Conference, Istanbul, Turkey,Nov. 25 -28, 1997. Ppl-12.

142

8- Papers given in International Conferences and not published:

1. RAGAB, R., SENE, K., AUSTIN, B. 1997. A decision support system for hill reservoirsmthe semi-arid zone of the Mediterranean periphery. European Geophysical Society,

AnnalesGeophysicae Part II Supplement II to Volume 15. (Abstract ofa paper presented at theEGS annual conference), Vienna, Austria. Pp C338.

2. RAGAB, R. 2000. HYDROMED mode! and its application on semi-arid Mediterraneancatchment with hill reservoirs. Paper presented at an International Seminar on Hydrology ofthe Mediterranean Regions, Montpellier, France, 11-13 Octoher, 2000. Proceedings(Abstracts), UNESCO, pp67.

3. RAGAB, R. 2001. HYDROMED model and its application on semi-arid Mediterraneancatchment with hill reservoirs. Paper presented at the International Conference on hillreservoirs in the Mediterranean region, May 28-31, 2001. Tnuis, Tunisia. Proceedings(Abstracts).

4. RAGAB, R. 2001. HYDROMED model and its application on semi-arid Mediterraneancatchment with hill reservoirs. Paper presented at INCO-MED Water Conference, Amman,Jordan, June 11-13,2001. Proceedings (Abstracts). Asbstract & Power Point Presentationcan he found at: http://www.MedAqua.org

143

nstitut Agronomique et Vétérinaire Hassan II fir-J·~Département des Sciences do Sol ."";l: ~•.

()i Laboratoire de Physique et de Conservation des S.~ .~'~~ -

Erosion des Sols et Sédimentation dans les RetenuesPrésentation de la méthodologie et des résultats aux deux échelles:

retenue de Saboun et retenue d'Ibn Battouta

I. Problématique et programmes de recherche

Le phénomène d'érosion hydrique des sols affecte d'une façon très sérieuse la partieNord du Maroc, particulièrement le Rif et les zones montagneuses et collinaires des Atlas, quireprésente le château d'eau du pays. De ce fait, ce fléau n'affecte pas uniquement lesressources en terres l

, mais perturbe gravement le fonctionnement hydrologique des bassinsversants et porte préjudice, entre autres, à la durée de vie des barrages construits au cours des30 dernières années (96 unités). Le phénomène d'envasement des barrages est l'un desprincipaux problèmes que connaissent les concepteurs et exploitants au Maroc. La réductionde la capacité de retenue des barrages est estimée aujourd'hui à plus de 75 Millions de m3 etqui pourrait s'élever à 150 en 2030 (DGH 1991). L'état d'envasement des petits barrages etlacs collinaires n'a pas encore été correctement évalué, bien que' les premières constatationstémoignent d'un taux d'envasement beaucoup plus élevé et plus alarmant que pour les grandsbarrages.

Les études de régularisation représentent la pièce maîtresse dans l'élaboration del'avant projet détaillé d'un barrage et la prévision de l'envasement y constitue une donnéeprincipale. C'est pour ce grand besoin de l'ingénierie nationale que le Maroc a entreprisdepuis 1975 un programme soutenu d'observations et de recherches pour améliorer sesconnaissances, méthodes et outils de prévision des taux d'érosion et d'envasement. Cet effortde recherche est partagé entre deux institutions nationales: le Ministère de l'Agriculture etplus spécialement son département des eaux et forêts qui a été la locomotive pour lesprogrammes de recherche sur la quantification de l'érosion au niveau des bassins versants etla Direction de l'Hydraulique du Ministère des Travaux Publics qui fait la même chose pourl'envasement des barrages. L'insuffisance des stations de mesure et la complexité desécosystèmes en amont n'ont permis des progrès appréciables que pour les grands barrages etleur bassins versants2

• Le manque de connaissances et de référentiels sur le fonctionnementdes petits bassins versants et plus particulièrement ceux fortement anthropisés contraignaientle dimensionnement et la bonne gestion des lacs et petits barrages collinaires3

• C'est, en fin,vers ce besoin qu'a été orienté le projet de recherche HYDROMED-Maroc.

A travers HYDRüMED, l'IAV Hassan II a pu d'abord s'équiper au niveau duLaboratoire de physique et conservation des eaux et du sols (LPCES) et mettre en place unestation hydroclimatologique pilote au Barrage Saboun (1,1 Millions de m3

, Tanger)4, soit la

1 On estime la perte annuelle à plus de 20 000 ha de terre arable (MADREF, Programme d'Action National de lutte contre laDésertification, Juin 2001, Rabat).2 Lahlou A., 1994. Envasement des barrages au Maroc. Maison d'édition Wallada, Casablanca, Maroc.3 Projet RAB/801011 , Guide d'étude et de réalisation des retenues collinaires, Vol.1 : C. Litti&Associati, Roma, 1984.4 Procés Verbal d'Installation de la Station Hydroclimatologique sur le Barrage Saboun (Tangérois), IAV Hassan IlIHYDROMED, Rabat, Décembre 1997, 22 pages.

HYDRûMED-Maroc Juillet 2001

première de ce genre au Maroc. Cette station a offert aux chercheurs un champ expérimentalassez bien équipé pour l'étude du fonctionnement hydrologique et des processus d'érosion etd'envasement et aux étudiants gradués un super laboratoire in situ pour l'étude del'hydrosystème (Bassin versant, retenue et petit périmètre irrigué en aval). Ainsi, les actionsde recherche qui ont été conduites et les approches méthodologiques adoptés ont étés variésmais contribuaient toutes, d'une façon coordonnée, à une meilleure connaissance descomportements hydrodynamiques et érosifs des versants des petits bassins du Rif occidental.Pour plus d'anal:lse et de validation, les travaux avaient débordé le bassin expérimentalSaboun (7,2 Km ) pour utiliser le bassin versant Tleta (182 Km2

), qui lui est adjacent maisplus large et plus diversifié en termes de conditions physiographiques et de dynamiqueactuelle. Ces activités, leurs méthodologies et leurs résultats, ont été progressivementdétaillées dans les rapports scientifiques d'Hydromed et plus amplement dans les mémoiresde fin d'études, thèses et publications scientifiques (voir liste générale). La présente noterappelle la méthodologie et les résultats.

ll. Approches Méthodologiques développées et résultats

Pour faire face aux besoins en connaissance des processus hydrodynamiques et leursmodifications en relation avec la dynamique de l'utilisation des terres, le projet a d'abordorganisé la collecte des données de terrain nécessaires et a, par la suite, concentré ses effortssur la modélisation spatialisée afin de produire les outils adaptés pour l'analyse et laprévision. Ains~ les méthodes ont été variées et visaient au même temps le développement del'expertise nationale dans ce domaine. On citera ci-dessous les approches méthodologiquesles plus importantes qui ont marqué le travail d'Hydromed :

Suivi du bilan hydrologique au niveau du barrage Saboun. La mise en place auniveau de la retenue collinaire d'une station hydroclimatologique dotée d'une centralemoderne d'acquisition des données (voir PV d'installation, 1997) a été pour l'InstitutAgronomique et pour le Pays une expérience nouvelle. La station est aujourd'hui dotée de lacapacité de télétransmission des données par GSM et va bientôt permettre le suivi en tempsréel des paramètres de l'eau du sol (humidité, potentiel, etc.). Les élèves ingénieurs de l'lAVet des étudiants des facultés visitent le site dans le cadre de leur cours d'hydrologie appliquée.

Prospection et analyse de la variabilité spatiale des paramètres de surface du sol auniveau du bassin versant et du petit périmètre irrigué (PPI). Le projet a diversifié sesméthodes et outils de mesure et de caractérisation des paramètres hydrodynamiques des sols.L'utilisation des infiltromètres à disques avec la collaboration des chercheurs de l'IRNASE(Séville, Espagne) et la comparaison de leur performance avec celle des autres pérméamètres( à annaux, mini-simulateur de pluie, etc.) a aidé les chercheurs à mieux quantifier et analyserle fonctionnement hydrologique de la surface des sols des versants marneux. Les outils etméthodes adoptés s'adaptaient bien à la répétition des mesures et ont permis unecaractérisation plus poussée de la variabilité spatiale des paramètres du sol.

Système d'information géographique (SIG) et cartographie numérique:L'utilisation des outils modernes de géornatique ( SIG, Télédétection spatiale, GPS, etc.)pour l'analyse, la modélisation spatialisée des paramètres du bassin versant a constitué un axeimportant de la recherche méthodologique pour Hydromed. L'intégration des données detélédétection spatiale a permis en particulier la caractérisation et la cartographie del'occupation du sol et des états de surface. Ces deux volets de paramètres qui ont un impactdirect sur le bilan hydrologique ont beaucoup gagné en tenne d'adaptation des outilsmodernes de géomatique au Maroc. L'intégration de l'ensemble des données sur les terres del'hydrosystème (Amont-Aval de la retenue) dans un SIG a produit un Système Informatisé et

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HYDROMED-Maroc Juillet 2001

Spatialisé d'Information Géographique (SISI) à jour sur les ressources en sols et en terres dela zone d'étude. Ce SI a été utilisé pour la cartographie numérique des sols et l'évaluation del'aptitude des terres et des besoins en aménagement pour un développement intégré etdurable. Le prototype développé pour le petit bassin versant Saboun a été appliqué à celui dugrand bassin de Telata (180 Km2

). Cette activité a permis à l'équipe HYDROMED des'associer avec d'autres Laboratoires spécialisés pour avancer la recherche méthodologiqueSdans le domaine du suivi de la dynamique du milieu en relation avec les actions anthropiques.

Mesure et prévision de l'envasement des barrages collinaires : Hydromed a permisà l'équipe marocaine d'introduire et de simplifier la pratique de la mesure de l'envasement dela retenue par la méthode bathymétrique. Là auss~ il s'agit d'une première en ce qui concerneles petites retenues collinaires. Une campagne de levés bathymétriques de la retenue collinaireSaboun a été réalisée avec l'appui teclmique de l'équipe IRD-Tunis (Nov. 1999). L'équipe del'lAV a été formée sur cette méthode et dispose aujourd'hui des outils nécessaires pour sonautonomie (bateau pneumatique, GPS, matériel topographique, etc.). Les données del'envasement ont été utilisées pour la validation des modèles de prévision des taux dedélivrance des sédiments ( Mémoire de :fin d'études de El Hamoudi Azzédine). Elles sontaussi utilisées actuellement pour la validation des différents modèles empiriques d'érosion dessols testés pour les petits bassins versants au Maroc. Il s'agit d'un premier travail dans legenre au Maroc, où le dimensionnement de ces petits ouvrages de retenue collinaire étaitprincipalement basé sur des résultats de mesure de grands barrages (ME_AH_DAH, 1984)6.

Modélisation de l'érosion du sol et de la production en sédiments: Hydomed a puaccompagner le programme national de recherche sur la modélisation de l'érosion au niveaudes bassins versants qui est parrainé par la FAO-PNUD (MOR/93/01O) et qui visel'importation et l'adaptation aux conditions marocaines de modèles empiriques d'érosion. Leprojet a pu étendre son approche au delà du modèle américain (Equation universelle réviséedes pertes en so~ RUSLE) pour introduire des modèles développés en Espagne (lMPELERO,de l'IRNASE, www.irnase.csi.es) et en Tunisie (SAGATELE, ENIT, Tunis). L'utilisationdes teclmiques de géomatique (SIG et Télédétection) et la base de données d'observation apermis au projet de développer la méthode d'évaluation des modèles basée sur leur facilitéd'utilisation et la précision dans l'identification des sites potentiels d'érosion hydrique. Lesdonnées d'envasement ont été utilisées dans la validation du modèle et aux tests de sensibilité.Le modèle ImpelEro développé en Andalousie a donné les résultats les plus satisfaisants encomparaison avec les données de l'érosion observée sur le terrain ( carte d'érosion) et lestaux de production en sédiments observés aux niveau des barrages d'Ibn Batouta pour lebassin versant de Telata, et de Saboun pour le petit bassin expérimental du même nom. Ils'adapte plus aux petits bassins versants, alors que RUSLE a montré une performanceacceptable pour les bassins moyens (Telata et El Hachef).

5 Le projet Hydromed s'est engagé cette année avec la collaboration du Centre des Applications et Recherche enTélédétection (CARTEL) de l'Université de Sherbrooke (Qué, Canada) dans le développement de nouvelles méthodesd'analyse et d'interprétation des données spectrales des états de surface pour l'évaluation des processus de dégradation desterres. M. Chikhaoui Mohammed, ex-étudiant mémorisant d'HYDROMEO, traite ce volet dans le cadre de préparation d'unethèse de Doctorat sous l'encadrement conjoint lAV Hassan II (Pr MERZOUK) et CARTEL (Pr. BONN). Ce programmevise l'utilisation de l'approche de la déconvolution spectrale (SMA, Spectral Mixture Ana/ysis). Celle-ci nécessite une basede données de signatures prototypes de chaque objet (ici état de surface) contenus dans l'image. C'est ce travail qui a étéréalisé dans une première compagne de mesures radiométriques des sols de Saboun à l'automne 2000. Ce programme,~né par l'OTAN, permettra des échanges entre l'équipe d'Hydromed et celle du CARTEL.

Les barrages collinaires, 1984. Direction des Aménagements Hydrauliques (OH) du Ministère de l'Equipement, Rabat.Projet RAB/80/011, Tome L L. Boufous.

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Le modèle RUSLE intégré dans un SIG a pennis de simuler l'impact destransformations des terres sur l'hydrologie du bassin versant et sur l'envasement dubarrage. L'approche développée dans les bassins de Saboun et relata a été appliquée dansd'autres bassins versants dans le cadre de contrats de formation continue qu'offre l'lAV auxIngénieurs Forestiers du Ministère de l'Agriculture.

ID. Résultats

Les résultats scientifiques et méthodologiques du projet ont fait l'objet de publicationssous différentes formes (thèses de doctorats, mémoires de fin d'études, rapports techniques etpublications scientifiques dans les revues et Actes de congrès internationaux). On peut lesrésumer comme suit:

0/ une meilleure connaissances des paramètres hydrodynamiques des sols du Rifoccidental et plus spécialement les sols des versants marneux ;

0/ modernisation du dispositif hydro-climatique automatique pour le suivi dubilan en eau et en sédiments au niveau d'une retenue collinaire ;

0/ mise en place d'un SIG pour les bassins versants des barrages Saboun et Tletapermettant la restitution et la mise à jour des cartes numériques des ressourcesen sols, des aptitudes des terres et de différents risques de dégradation dumilieu (érosion des sols, pollution, déforestation 1 défrichement du matorral,etc.) ;

0/ adaptation aux conditions rifaines de trois modèles spatialisés pour le calculdes pertes en sols par érosion hydrique (ImpelEro, MUSLE, RUSLE) et leurintégration dans un SIG-Bassin versant;

0/ premières données et suivi de l'envasement des retenues collinaires au Maroc;

0/ développement des applications de la télédétection spatiale dans lacaractérisation des états de surface des sols et de suivi de l'évolution spatio­temporelle de l'occupation des terres;

0/ développement d'une procédure de valorisation des données de terrain et desrésultats de simulation par des modèles hydrologiques et d'érosion pour lechoix des types d'aménagement anti-érosif et des zones prioritaires.

Presque toutes les activités de recherche entreprises au Maroc l'avaient été aussi dansun ou plusieurs sites de nos partenaires méditerranéens. Cet aspect d'une recherche concertéeet partagée, propre au projet HYDRüMED, a permis aux chercheurs d'échanger leursexpériences et de confirmer les méthodes et résultats obtenus dans des petits bassins versantssimilaires. Les actes de colloques et rencontres organisés par le projet offrent aujourd'hui deséléments essentiels pour un référentiel régional d'hydrologie des petits bassins versants et degestion conservatoire des eaux et du sol.

En plus de l'amélioration des connaissances et du développement des méthodes, leprojet a permis la formation d'ingénieurs spécialisés qui ont conduit leurs travaux de find'études dans la Station Saboun et qui sont aujourd'hui, soit des chercheurs dans ce domaine7

(Rachid Moussadeq à l'INRA de Rabat, Chikhaoui Mohamed à l'Université de Sherbrooke,Abdoul Karim Dieye au Centre du Suivi écologique de Dakar, etc.) ou des ingénieurstravaillant au sein des bureaux d'études ou Services de l'administration marocaine

7 Ces chercheurs et ingénieurs formés dans le cadre d'Hydromed ont maintenu le contact avec l'lAV et ils ont surtout gardésa ligne de recherche lui assurant ainsi une continuité.

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(Benyounes Abdellaoui et Rachida Houssa au Centre de Recherche en Halieutique de Nadorqui s'occupent de la bathymétrie du littoral et du SIG, El Hamoudi Azzedine qui s'occupe luide la cartographie de la dégradation du couvert végétal des bassins versants dans un Bureaud'étude privé à Rabat, etc.).

Par le dispositif de recherche en érosion des sols que le projet a pu mettre en place(Laboratoire à Rabat et site expérimental bien équipé à Tanger) et les résultats scientifiquesrécohés au terme des cinq dernières années, l'IAV Hassan II offre aujourd'hui un centred'excellence pour la formation et l'expertise dans l'étude de l'érosion des sols etl'aménagement des bassins versants.

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HYDROMED-Maroc Juillet 2001

Rôle des petits barrages pour le développement de l'élevage

1. Introduction

Le secteur de l'élevage joue un rôle socio-économique important, car ce secteurreprésentait en 1996/97, 2,5 % du PIB Total, 25,8 % de la production agricole brute et 8milliards de dirhams de la valeur ajoutée (MADRPM, 2000). C'est un élevage principalementextensif, dont le développement reste étroitement lié à l'aménagement et l'amélioration desterrains de parcours qui constituent la principale ressource de son alimentation. La gestion deces écosystèmes pastoraux connaît plusieurs contraintes. En effet, la rareté de l'eau associée àla mauvaise répartition des points d'eau dans l'espace pastoral constituent des facteurs dedéséquilibre du milieu écologique. Le programme d'aménagement et de création des pointsd'eau revêt donc une importance capitale pour une utilisation uniforme de l'espace pastoral,permettant ainsi une meilleure gestion des parcours, en évitant toutes formes de dégradation.La stratégie des parcours (MADAPM 1994) a mis en exergue la nécessité de développer lesecteur de l'hydraulique pastorale afin de mieux valoriser l'utilisation des parcours.

L'analyse des raisons d'être de plus de 100 petits barrages et lacs collinaires construitsau Maroc, fait ressortir l'abreuvement du cheptel, comme objectif prioritaire pour plus de 70% d'entre eux. En effet, dans les zones semi-arides et arides, l'élevage est une activité de toutepremière importance. Il constitue la principale source de revenu des ruraux. Par conséquent, lasécurisation en toutes saisons de l'abreuvement du bétail est un axe central de la stratégie deséleveurs. A titre d'exemple, la région de l'Oriental, qui couvre une superficie de 82 820 Km2(11,6 % du territoire national), ne possède qu'un parc limité de 27 barrages et lacs collinaires,dédiés principalement à l'abreuvement du cheptel. La tradition de l'hydraulique pastoralemarocaine a été marquée par la confection et l'aménagement de petites retenues d'eau ( mareset lacs) pour l'abreuvement saisonnier du cheptel. Ces traditions ont facilité l'adoption des lacscollinaires construits depuis 1986 dans les grandes zones d'élevage (Oriental, Moyen Atlas,Pré Rif, Haouz, ...). Cette nouvelle ressource en eaux superficielles, mise à la disposition deséleveurs, a joué un rôle d'appoint dans la politique du développement de l'élevage au Maroc.Cependant, pour ce type d'aménagement des questions se sont posées rapidement quant à leurdurabilité et quant aux modalités de gestion des eaux ainsi stockées.

Dans l'optique de cette problématique générale et pour une meilleure gestion et desuivi des ressources en eau disponible dans ces retenues très sensibles aux variations de bilanhydrique et de l'envasement, un effort de recherche a été mobilisé par l'institut de recherchepour le développement (lRD) et ses partenaires marocains, représentés par lAV Hassan II,pour caractériser le fonctionnement hydrologique des petits bassins versants et de leursretenues collinaires et une étude sur l'utilisation de l'eau par les agriculteurs-éleveurs. Le Rifoccidental bien qu'il soit assez bien arrosé (700-900 mm/an) connaît des problèmes dedispomoilité en eau pour sa population rurale, qui reste encore dispersée dans des douars àaccès difficile et sur des versants aux lithologie et morphologie très peu favorables à lamobilisation des eaux souterraines. Le projet HYDROMED, qui avait retenu le barrageSaboun comme site expérimental du Rif occidental, visait, en plus de ses objectifsscientifiques, la sensibilisation et la promotion de ces petits ouvrages de mobilisation des eauxde surface pour l'approvisionnement en eau de la campagne marocaine.

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HYDRûMED-Maroc

II. Approche méthodologique et résultats

Juillet 2001

La partie de l'étude traitant les paramètres de disponibilité en eau (bilan) a été faite àpartir des données collectées au niveau de la station hydro-clirnatologique de la retenueSaboun ( voir publications sur le fonctionnement hydrologique de la retenue). Les aspectssociaux à travers l'utilisation de l'eau et la définition des besoins pour l'abreuvement~

l~agriculture et les ménages ont été appréhendés par la méthode «enquête douars». Lesenquêtes menées par les étudiants de l'lAV Hassan II~ les assistants de recherche, stagiaires etchercheurs d'HYDROMED dans les trois douars limitrophes de la retenue du barrage Sabounet de son périmètre irrigué en aval (plaine de M'harhar), ont permis d'apprécier l'impact socio­économique des barrages collinaires dans le Rifoccidental.

Le projet "schéma de l'oued Mharhar" a pour but l'aménagement de la plaine de l'ouedM'harhar situé à environ 15 km de la ville de Tanger à l'aval du barrage Ibn Battouta, qui futréalisé pour l'approvisionnement en eau potable de cette ville. Une partie des eaux de cebarrage auraient du être utilisées pour irriguer 2000 ha de la vallée de Mharhar, maisl'accroissement de la demande en eau de Tanger et la sécheresse des dernières années ontabouti à l'abandon du projet. La plaine de Mharhar présente en effet un des potentielsagricoles les plus favorables de la région de Tanger et sa proximité de la ville lui permet unecommercialisation immédiate des produits agricoles. L'idée de départ a été reprise dans lecadre de ce projet pour pousser à la mise en valeur agricole d'un territoire qui présente lesconditions nécessaires à son développement. Le barrage Saboun est installé sur les terresappartenant au douar Daimouss. Auparavant, c'était un oued qui provoquait des inondationspour l'ensemble des douars qu'il traverse. L'installation du barrage, en 1991, visaitessentiellement~ outre la protection des douars contre les crues, l'abreuvement du cheptel etl'irrigation de la plaine de Mharhar~ ainsi que l'alimentation de la nappe phréatique.

Les enquêtes ont touché trois douars: Daimouss (200 foyers) en amont du barrage,Guaret Mharza et Guaret Mchaala (120 foyers) en aval. Pour le douar Daimouss~ l'eau dubarrage n'est généralement utilisée que lorsque les puits localisés au douar sont secs~ c'est àdire principalement en été. Les agriculteurs-éleveurs sont autorisés à prélever l'eau dubarrage, uniquement dans des bidons en plastique (le bidon a une contenance de 30 1), et nondans des citernes. D'après la population, l'installation du barrage n'a pas eu d'impact sur lesystème de cultures. Par contre~ certains particuliers profitant de la proximité de leursparcelles, effectuent des pompages directs pendant la nuit. Un de ces exploitants possède unéquipement d'irrigation par aspersion installé sur moins d'un hectare. Pour l'ensemble deshabitants de ce douar~ l'eau du barrage est utilisée pour l'abreuvement du bétail et pour lestravaux domestiques. La population utilise alors l'eau des puits comme eau potable oul'achète à raison de 125 dirhams la tonne. Pour les deux douars en aval du barrage Saboun,une utilisation indirecte de l'eau se fait par alimentation des nappes souterraines. Cependant~

les avis de la population restent partagés en terme d'apport réel de ce barrage. Il a sans doutepermis d'éviter les inondations et les crues~ ainsi que leurs conséquences directes (pertes ensol et en cultures). La disponibilité de l'eau pendant toute l'année a permis de couvrir lesbesoins en eau pour l'abreuvement du cheptel.

Les grandes exploitations sont localisées au bord du lac et profitent ainsi beaucoupplus des eaux du lac pour l'abreuvement de leur cheptel et pour alimenter leurs propres puits.Les besoins en eau pour les usages domestiques des 320 foyers des trois douars précités sont

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HYDROMED-Maroc Juillet 2001

d'environ 12 800 m3, et ce pendant la période sèche (mai-octobre), alors que les besoins des

troupeaux s'élèvent à environ 13 870 m .

D'après nos observations, on peut dire que les riverains ont bénéficié de ce barrage,surtout en terme de production animale (abreuvement du cheptel). Avant la construction decet ouvrage, les agriculteurs-éleveurs étaient contraints de vendre une partie de l'effectifanimal pendant la période estivale, et surtout lors des années de sécheresse. Par opposition, onnote que la taille des troupeaux n'a pas augmenté en raison d'un manque de disponibilitésfourragères (parcours, fourrage vert ...).

Une des questions qui reste posée est la suivante: la réserve de la retenue suffirait-ellepour les besoins en eau des animaux et ceux des cultures? La population reste inquiète,surtout les habitants du douar Daimous, pour lesquels le barrage a été construit sur leursterres, alors qu'ils n'ont pas bénéficié d'un progranune d'irrigation, contrairement à ceux del'aval. Dans ce cadre, ce projet a crée une tension entre les foyers de l'amont et ceux de l'aval.Une approche participative, soutenue par une base de données fiables sur le fonctionnementhydrologique de la retenue, doit être développée par les décideurs et les techniciens qui sesont mobilisés pour trouver des solutions acceptables et durables au développement agricolelocal. Hydromed y contribue par sa base de données sur le barrage.

III. Gestion et durabilité de la retenue

Tant pour l'élevage que l'agriculture, l'eau est un facteur de production primordial. AuMaroc, cette ressource n'est pas abondante et les différents utilisateurs sont vite enconcurrence. Cela implique le plus souvent la recherche de l'optimisation des consommationset la réduction des gaspillages. Une gestion rationnelle des ressources en eau, qui permette lasatisfaction des besoins, doit être la devise de tout responsable de ce secteur.

Dans le cas du barrage Saboun, son installation en 1991, visait essentiellementd'assurer l'abreuvement du cheptel et l'irrigation de la plaine de Mharhar, en plus del'alimentation de la nappe phréatique. L'électrification tardive de la station de pompage Guin1999) et le retard cumulé dans la réalisation de l'aménagemeat du petit périmètre irriguéGuillet 2000), ont développé beaucoup plus de frustrations chez la population riveraine.D'autant plus que ce sont les grandes exploitations, localisées au bord du lac, qui ontprincipalement profité de l'aménagement pour l'alimentation de leurs puits et l'abreuvementde leur cheptel. L'organisation des ayants-droit en association des usagers de l'eau agricole(AUEA) n'a vu réellement le jour qu'en juillet-août 2000, soit 9 ans après la mise en servicedu barrage. Les habitants des différents douars situés à proximité du lac ont cependant utilisél'eau du barrage pour leurs besoins domestiques. Ces derniers étaient en effet contraints, lorsdes années de sécheresse avant la construction du barrage, d'acheter l'eau à raison de 125dirhams la tonne. Cet exemple illustre bien les retombées sociales et économiques d'une telleinfrastructure. Cependant, si la gestion n'est pas maîtrisée, les conflits entre les différentsutilisateurs apparaissent et les tensions qui en résultent, peuvent aboutir à une utilisationanarchique, non efficiente, pouvant ainsi compromettre le devenir de la retenue (quantité etqualité de l'eau).

Les départements ministériels chargés du projet n'ont pas fait appel à l'approcheparticipative dès son lancement. Cette approche permet de sensibiliser et de responsabiliserles futurs utilisateurs de l'eau du barrage. Ainsi, le retard pris pour constituer l'AUEA a eu unimpact réel sur la valorisation de l'eau du barrage après sa mise en eau.

Pour le périmètre bour de M'harhar, le système de production dominant est l'élevage.Par contre, au niveau des exploitations horticoles, l'enquête montre que le système dominant

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HYDROMED-Maroc Juillet 2001

chez cette catégorie d'agriculteurs est le maraîchage, le plus souvent de manière exclusive.Plus d'une vingtaine de cultures maraîchères sont pratiquées. Les plus importantes sont :

les cultures légumières à organe souterrain (pomme de terre, betterave navet,carotte et radis) avec 39,4 % des superficies,

les foliacées (laitue, persil et coriandre, chou vert, céleri et épinard, chou­fleur et poirée) avec 33,9 % des superficies,

les cultures légumières à fruits (courgette, tomate, aubergine et piment) avec22,5 %

et les légumineuses en vert (haricot, fève et petit-pois) avec 4,2% dessuperficies maraîchères.

Cependant, on peut remarquer que les rendements sont caractérisés par une grandevariabilité et sont jugés faibles par rapport aux normes nationales. La mauvaise conduite descultures est considérée comme le premier facteur explicatif. Cette analyse confirme le manqueou le faible encadrement des agriculteurs de cette région.

La question qui reste posée est celle relative à la confrontation entre la disponibilité eneau du barrage Saboun et les différents besoins de la population riveraine, en particulier pourles cultures irriguées. En effet, la maîtrise de cette donnée technique est importante etdemeure primordiale pour toute planification du développement de ce secteur dans cetterégion. L'extension de ces cultures irriguées dépend étroitement du dispomble en eau dubarrage et de la gestion rigoureuse de cette ressource qui devient de plus en plus rare.

IV. Conclusion

La politique des lacs et barrages collinaires, entamée au Maroc lors des années 1980, adonné un élan au développement social et économique des populations à l'échelle locale. Ellea permis la stabilité des populations et ainsi réduit l'exode rural, surtout lors des annéessèches, qui sont devenues assez récurrentes.

Le manque de coordination entre les différents partenaires et l'implication insuffisantedes bénéficiaires n'ont pas conduit à la responsabilisation et à la professionnalisationprogressive des usagers des réseaux de fourniture d'eau, bien qu'ils soient groupés enassociations. En conséquence, la dynamique instaurée initialement s'est vite heurtée à unblocage, dû essentiellement à une gestion peu conservatoire des ressources en eau et à lafaiblesse des ressources financières dégagées pour l'entretien des infrastructures.

Avec la poussée démographique que COnnat"t le pays et ses conséquences surl'augmentation des besoins en eau, les décideurs sont appelés à mieux réfléchir sur lesprogrammes d'hydraulique agricole et pastorale à adopter pour les années futures. Nouspensons qu'il est impératif de développer de nouveaux programmes et de travailler beaucoupplus avec un esprit de partenariat et symbiose, et ce afin de réussir de nouveaux projets, quisont essentiels pour le développement socio-économique local. Le périmètre agricole deM'harhar présente un potentiel de production et les agricuheurs paraissent motivés pour mieuxvaloriser la ressource en eau. Les responsables techniques des différents services agricolesdoivent réagir pour accompagner les agriculteurs et les aider. Dans ce but, la DirectionProvinciale de l'Agriculture de Tanger a déjà réalisé une étude pour analyser les contraintes etproposer des thèmes de développement, de transfert de technologie et de recherche adaptativeGuillet 1999). Il reste à démarrer ce programme dans les plus brefs délais pour que lesagriculteurs puissent en bénéficier.

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HYDROMED-i\lfaroc Juillet 200 L

Figure 1: Vue du réservoir du barragecollinaire Saboun et J'utilisation directede son eau par Jes douars limitrophes(Juin 1999).

Figure 2: Enquêteurs d'HYDRüMED(Juin 1999).

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Figure 3: Parcelle de luzerne utilisée pourl'affouragement des bovins laitiers(Périmètre M'harhar, juillet 2000).

HYDROMED-Maroc Juillet 2001

Figure 4: Parcelle de sorgho fourrager utiliséepour ('alimentation des ovins et bovins laitiers(Périmètre M'harhar, juillet 2000).

Figure 5: Parcelle de laitue irriguée par aspersion

(Périmètre M'harhar, juillet 2000).

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Individual partner report of

IRNAS

Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia de Sevilla, Espaiia

MicroLEIS

The protection of land resources is ofprime importance in many regions of the world.The effects of agricultural and climate changes on the degradation of land resources arecharacterized not only by long-term perspectives, but also by large geographic areasimpacted. The protection of these resources, mainly soil and water, depends on the correctprediction of such effects. Presently, there is no reliable framework in the Mediterraneanregion for the protection of soil and water resources from erosion processes andcontamination by agrochemical compounds. In spatial and temporal terms, the modelling oferosion processes and water and solute movement in the soil is relatively weIl advanced atlocal scale, but extrapolation to a regional scale is still a major priority.

During the last few years, increasing application of information technology to landevaluation procedures bas led to the development of land evaluation information systems. TheMicroLEIS system developed by De la Rosa et al. (1992) is a good example of such systems.MicroLEIS represents an interactive and user-friendly system for optimal allocation of landuse and management systems under Mediterranean agroforestry conditions.

The fundamental purpose of land evaluation is to predict the positive or negativeconsequences of change. Hydrological changes in Mediterranean regions, produced byextensification / intensification character of agricultural systems and by periods of drought,will have important effects on the hebaviour of land degradation processes. Simulationmodels and land evaluation expert systems can he useful prediction techniques if we canimprove the databases, particularly those referring to soil hydraulic properties, and theintegration ofdifferent soil databases.

The basic framework of MicroLEIS

The MicroLEIS framework is a microcomputer-based integrated package for ruralresources data transfer and agro-ecologicalland evaluation. Table 1 gives the framework andshows the orderly arrangement of rural resources data through spatial databases andcomputerized land evaluation models (land production and degradation oriented assessments).

We present two example of models included within the framework of MicroLEIS.These two models deal with the evaluation of land degradation (erosion and specific soilcontamination) under different agricultural practices. The evaluation models are based onthree kinds of information: monthly meteorological data, soil survey data, and agriculturalmanagement information.

One of these models, namely Raizal, was developed as a semi-quantitative evaluationapproach for assessing the risk of soil erosion under different climatic conditions and landuses. The model was partly constructed in accordance with the criteria of the of the FAO­framework for Land Evaluation (1976). Land qualities (LQ) and their associated landcharacteristics (LC), were considered in a limitation sense as weIl as the managementqualities (MQ) and their associated management characteristics (MC). The biophysicalvariables or land-related characteristics were used to calculate the attainable or potential

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erosion risk, and the agricultural practices or management-related characteristics to calculatethe management erosion risk.

Table 1. Current framework of the microcomputer-based land data transfer andevaluation information system: MicroLEIS™ integrated package

Inventorylevaluation modules

A. Rural resources inventory (Inf&Kno).

Basic information data transfers

SDBm: Multilingual Soil Database

CDB: Climate Database

MDB: Managementltechnology Database

B. Agro-quality land evaluation (Pro&Eco).

Landproduction oriented models

Terraza: Agro-climatic classification

Cervatana: Ecological capability zoning

Marisma: Fertility capability classification

Almagra: agricultural soil suitability

Albero: Crop yield prediction

Sierra: Forestry land suitability

C. Agro-vulnerability field evaluation (Ero&Com).

Land degradation oriented models

Raizal: Soil erosion

Arenal: General soil contamination

Pantanal: Specifie soil contamination

Zapal: Soil salinisation

Pedregal: Desertification index (Total vulnerability)

~lQSlde lands

1CroppI~ .ptsn 1

11

Crop-londs

r-L$=-------,------------------,!

Spn"ll

1 R,"n~ 1

1

Fig. 1. Decision trees

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Table 2 shows the list of land and management characteristics selected as inputvariables to the Raizal mode!. The characteristic values, classes for the qualitative variablesand ranges for the quantitative variables, were grouped into generalisation levels to continuethe evaluation procedure. For each vulnerability type, the land evaluation procedure followedis based on decision trees rather than on matching tables. The decision trees, (as for exarnple,shown in Figure 1) are hierarchical multiway keys in which 'leaves' are choice classes/rangessuch as degrees of severity, and interior 'nodes' of the tree are decision criteria such as thecharacteristic generalisation leve!.

Table 2. Input variable list of the Raizal modelLand/management characteristics, class or unit

Site-related land characteristicsLC Landform, classesLC Slope gradient, %LC Groundwater table depth, m

Soi/-re/ated land characteristicsLC Drainage, classesLC Particule size distribution, classesLC Superficial stoniness, %LC Organic matter, %LC Sodium saturation, %

Climate-related land characteristicsLC Mean monthly precipitation, mmLC Max monthly precipitation, mmLC Mean monthly temperature, oCLC Latitude, °

Crop-related management characteristicsMC Land use type, classesMC Leafduration, classesMC Growing season length, daysMC Leafsituation, classesMC Specifie leafarea (SLAmax), m2 kg- l

MC Plant height, mMC Maximum rooting depth, mMC Structure ofcrop, classes

Cultivation-related management characteristicsMC Sowing date, classesMC Tillage practices, classesMC Tillage depth, classesMC Tillage rnethod, classesMC Row spacing, mMC Artificial drainage, classesMC Soil conservation techniques (water), classesMC Soil conservation techniques (wind), classesMC Residues treatment, classesMC Crop rotation, classes

The other exarnple is the Pantanal model that focuses on diffuse 'soilagrocontarnination' from agricultural substances namely: (1) phosphorus (P), (2) nitrogen (N),(3) heavy metals (H), and (4) pesticides (X). This model was constructed in a similar way tothat ofthe Raizal mode!.

159

Table 3 shows the list of land and management characteristics selected as inputvariables to the Pantanal mode!. The models were initially formulated and calibrated usingdata from Andalusia region (8.7 M ha), southern Spain, and from 42 representative siteswithin the European Union. To store and analyse efficiently and systematically large amountsof rural resources data the following databases were used: i) SDBm (soil-related information),ü)CDB (climate-related information), and ili) MDB (management-related information).

Table 3. Input variable list of the Pantanal model

Land/management characteristics, class or unit

Site-related land characteristicsLC Landfonn, classesLC Slope gradient, %LC Groundwater table depth, m

Soil-related land characteristicsLC Drainage, classesLC Particle size distribution, classesLC Organic matter, %LC pH(H20)LC Cation exchange capacity, meq/lOOg

Climate-related characteristicsLC Mean monthly precipitation, mmLC Mean monthly temperature, oCLe Latitude, 0

Crop-related management characteristicsMC Land use type, classesMC Crop rotation, classesMC Land use on slopes, classes

Fertilizer-related management characteristicsMC Use ofP-fertilizer, classesMC Use ofN-fertilizer, classesMC Use ofanimal manure, classesMC Use of industrial/urban waste, classesMC Time of fertilization, classes

Pesticides-related management characteristicsMC Use ofpesticides, classesMC Persistence ofpesticides, classesMC Toxicity (LD-50) ofpesticides, classesMC Application methods, classes

Other cultivation-related management characteristicsMC Artificial drainage, classesMC Artificial groundwater level, classesMC Tillage method, classesMC Residues treatment, classesMC Soil conservation techniques, classesMC Tillage practices, classes

160

Soil Physics : The experiments in Saboun (Morocco)

During the months ofMarch 1999 and ofMay 2000 the group oflRNAS (CSIC) from Sevillewas participating together with the group of the lAV from Rabat in joint experiments in theexperimental site at Saboun (Morocco). The experiment in 1999 consisted in thecharacterization of the hyclraulic properties of the soils surrounding the hill reservoir Saboun.ln the experiment carried out in May 2000 we selected several representative sites in thetransects of the previous experiments in 1999. In these sites we measured the infiltrationbefore and after rainfal1 simulation to obtain infonnation about the changes of the soilhyclraulic properties. The persons involved in this experiment were: Dr. A. Merzouk, Dr.M.M. Alami and Mr. A. Benyounes from the lAV (Rabat), and Dr. F. Moreno, Dr. J.E.Fernandez and Mr. J.F. Gir6n from the IRNAS (Seville). During this reporting period we wereworking in the development ofdatabase ofsoil hydraulic properties.

The measurements were carried out in selected transects (four) in the area according with thetype of soil, slope and use and management of the soil. .

ln Table 1 is shown an example of the results of soil hyclraulic conductivity obtained during1999.

Table 1. Values ofhydraulic conductivity (K) at different pressure potentials (h).

K (mm S·l)

Ali points h=-5 mm h=-30 mm h= -80 mm h = -120 mm

Mean 0.043 0.0078 0.0019 0.00092

Std. dey. 0.028 0.0052 0.0014 0.00064

C.V. 65.9 66.8 73.5 70.4

Transect 1

Mean 0.0495 0.0092 0.0019 0.00089

Std. dey. 0.0263 0.00064 0.0008 0.00023

C.V. 53.2 6.96 40.7 25.6

Transect 2

Mean 0.0528 0.0133 0.00316 0.00154

Std. dey. 0.0456 0.0067 0.00241 0.00101

C.V. 86.3 50.9 76.3 65.5

Transect 3

Mean 0.0424 0.00597 0.00186 0.00073

Std. dey. 0.0254 0.00265 0.00092 0.00036

C.V. 59.8 44.4 49.6 49.6

Transect 4

Mean 0.0311 0.00617 0.00097 0.00069

Std. dey. 0.0273 0.007 0.00042 0.00051

C.V. 87.7 113.5 43.6 74.0

161

There is a relatively high variability as was expected taking into account the differences insoil type, slope and use. The mean hydraulic conductivity of the aIl sites of measurementshows a high coefficient of variation for all pressure potential applied (Table 1). Thiscoefficient of variation varies between 65.9 and 73.5. The lowest coefficient of variation wasobtained in the transect 1. Sîmilar trends were observed in the other hydraulic properties suchas sorptivity, gravity time and characteristic mean pore radius.

From the results obtained in this experiment we can expect a high variability in the processes(water infiltration and water runofi) related with the hydraulic properties of the soils of thewatershed. This is an important point to be taken into account for the application ofsimulation models, and to understand the processes such as water runoffand erosion.

ln 2000, the experiments were carried out to know the effect of rainfaIl on soil hydraulicproperties. Fig. 1 shows the change of hydraulic conductivity with the pressure potentialapplied for the sites P5 and P13 in two situations, before rainfall simulation and 24 hours afterrainfaIl simulation. In both sites there are not significant differences between the valuesbefore and after rainfall simulation. However, the hydraulic conductivity was in general alittle higher after the rainfall.

The results obtained in the other sites showed a similar behaviour to that in sites P5 and Pl3.This results clearly show that one rainfaIl event it is not enough to alter the hydraulicproperties ofthe soil surface.

Database ofsoil hydraulic properties

During the period of July-December 1999 we have developed a database of soil hydraulicproperties. This database includes the data obtained during the joint experiments carried outby the IRNAS of Sevilla and the lAV of Morocco during 1999. The results obtained in May2000 have been also included. So the database contains data of hydraulic properties for a soiltype and management within the watershed at spatial and temporallevel.

The basic framework of the database

The database is written in C language and use tables of dbaselV. The database includes thefoIlowing sheets:

Principal menu (content, search, soillayer generator, graphie presentation, ...)

Site description:

page 1 (location, co-ordinates, topography, land use, ... )

page 2 (parent material, erosion, drainage, water table deptll•....)

page 3 (photographs)

Horizons (description ofthe horizons)

Standard analytical data (depth of the horizon, chemical properties, texture, ....)

Soluble salts data

General physical data (bulk density, particle density. total porosity, ., ..)

Water retention (soil water content at different suctions)

Unsaturated hydraulic conductivity (hydraulic conductivity at several water contents)

ln all sheets are referenced the methods used in the detennination ofthe different parameters.

The data base is very useful when using the MicroLEIS expert system.

162

10-1

--'1/)

EE-~ 10-2

~~o:::J"CC

8.~ 10-3:;~"g.:c

-+- Site P5, before rainfall~ Site P5, aner rainfall-0- Site P13, before rainfall-6- Site P 13, aner rainfall

-120 -100 -a0 -a0 -40

Pressure potential, '1'0 (mm)

-20 o

Fig. 1. Change of the hydraulic conductivity (K) with the pressure potential (h) applied in thesites P5 and PB (in transeet 1 and in transect 3 respectively).

References

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Formation

The joint work carried out with the Group of the lAV of Rabat (Morocco) was part of severalThesis that are reported by the colleagues of the IAV.

Publications

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Others:

DE LA ROSA, D. (Coord.). MicroLEIS2000: Mediterranean Land Evaluation System.Http:meu.irnase.csic.es

165

Individual partner fmal report of

University ofLund, Suede

Soil physicsSolute transport

1. Introduction

The importance ofsoil heterogeneity was recognized early. Jenny (1941) determined five factorsto define the state of the soil system. These are bedrock, time, climate, topography, and vegetation. Co­variation between topography and many soil properties is due to a combination of microclimate,pedogenesis, and geological surficial processes. Slope steepness influences nmoff and infiltration. In low­lying areas, accumulation of fine sediments determines soil texture and thus infiltration properties (Becketand Webster, 1971; Birkeland, 1984). Texturai and structural differences also create variability in soilwater content, which in turn affects the hydraulic behavior ofthe soil.

Texturai and structural differences together with biological activities create macropores that causesignificant by-pass flow. Macropores may develop from, e.g., plant roots, soil fauna, cracks, and fissures(Beven and Germann, 1982). A macropore in this paper is defmed as a pore larger than 1 mm in diameter,following Luxmoore (1981). Knowledge about soil heterogeneity is especially important in semiarid andarid agricultural regions. In these areas, rapid preferential flow in macropores may cause significant lossesofnutrients and water to the crops (Kosmas et al., 1991).

Several methods have been used to investigate the effects of soil variability on preferential flow.Dye has frequently been applied as a tracer to stain preferential paths in heterogeneous soils (e.g., Flury etal., 1994). Preferential flow has been observed as vertical plumes and funneled flow (Kung, 1990), flow infissures and worm channels (Lin and McInnes, 1995), and along ped faces and in distinct cracks (Yasuda,1996). Statistical analyses ofobserved dye patterns have been used to infer solute transport behavior in acertain soil (Anderson et al., 1996; Baveye et al., 1998; Ogawa et al., 1999). Dye data have also been usedto develop and test new model concepts that can more accurately depict spatial physical processesoccurring in the soil (e.g., Schwartz et aL, 1999; Persson et al., 2001 ).

In the present paper, dye experiments are performed to investigate patterns of preferential flowrelated to three different scales; catchment physiographic areas (e.g. Hack and Goodlett, 1960), plot-scale,and within-plot scale. Statistical analyses are used to infer relationships between flow properties andphysiographic soil types. Dye coverages within each plot were investigated using cross-correlation andpower spectrum analyses.

2. MateriaJs and metbods

2.1. Area description

The experiments were conducted in the catchment of M'Richet el Anze, located 110 kmsouthwest of Tunis, Tunisia. The catchment has a surface area of 158 ha, of which 92% is used foragriculture. The main crops cultivated are wheat, fodder, and legumes. Soils at the test sites were eithertilled or lay fallow at the time ofexperiments (October).

The catchment is situated in a semiarid zone characterized by a typical Mediterranean climateconsisting of hot, dry summers and mild, rainy winters. The average annual rainfall is 455 mm, and theannual average ternperature is 16.6 oC. Due to the climate, water in the riverbed exists seasonally.

167

The catchment altitude varies from 590 to 730 m above mean sea level (Fig. 1). In the west, thewatershed is delimited by the Djebel Bargou, which is a part of the North East Tunisian Atlas Mountains.Cretaceous and Eocene calcareous bedrocks are separated by clay, mari, and calcareous mari ofCretaceous, Eocene, and Oligocene age. Quaternary sediments, such as colluvium and alluvium, aredeposited as horizontallayers on top of the bedrocks. The sediments are indurated with calcium carbonateforming an impermeable layer (Snoussi, 1992).

The catchment is dominated by three types of clay soils, according to classification by the SoilSurvey Staff (1996). One site for infiltration experiments was selected for each type of soil, representingeach physiographic region in the catchment. The three physiographic regions defined were hollow, slope,and nose (Hack and Goodlett, 1960; Beven and Wood, 1983), denoted SI, S2, and S3 (Fig. 1). The soil atSI is c1assified as Vertic Xerorthents and is located in the hollow of the catchment. At S2, located on thecatchment slope, the soil is a Typic or Lithic Xerochrepts.1n the nose ofthe catchment, at site S3, a VerticXerochrepts is found. In order to investigate small-scale infiltration variability of the investigated soil, Le.plot-scale variations, two experimental plots were selected within each site. The plots are referred to asPI-P6, where Pl and P2 belong to SI, P3 and P4 to S2 and P5 and P6 to S3.

2.2. Field experiments

The experiments were carried out in October 1996 at the three sites described above. At each sitetwo plots were established 7-8 m apart and a 1 by 1 m iron frame was placed at each plot. A dischargeweir in one of the frame walls was used to observe surface runoff. Existing vegetation was cut withoutdisturbing the soil structure and the soil surface was homogenized with a mattock to a depth of about 2cm. A 20-year rainstorm, containing water mixed with dye, was simulated by a rainfall simulator abovethe plot area and part of the surrounding area (totally about 9 m2

; Fig. 2). The rainfall simulator is furtherdescribed by Bernard (1987). The temporal rainfall pattern was chosen from typical rainfall statistics(Sakiss et al., 1991). The duration of the rainfall was 70 min with a total depth of about 73 mm, and amaximum intensity of 110 mm/h. The total infiltration was about 40-70 mm, depending on plot.

The dye used was the food-grade pigment Vitasyn-Blau AE 85 (Swedish Hoechst Ltd.). It ischemically similar to Brilliant Blue FCF, which has been used in several field experiments due to its goodvisibility, low toxicity, and weak adsorption on soils (e.g., Flury and Flühler, 1994; Aeby et al., 1997).Experiments conducted by Flury and Flühler (1995) showed that mobility of Brilliant Blue FCF is almostas large as for water, while a more recent investigation showed that the adsorption of the dye differsbetween soil types (Ketelsen and Meyer-Windel, 1999). Soils with a high clay and low organic carboncontent tend to adsorb more dye than others. The differences between the soils in the catchment ofM'Richet el Anze are quite small, but still might affect the comparison ofdye coverages.

A dye concentration of 4 kg/ml was used in the experiment. This is within the recommendedrange for good stain visibility (3-5 kg/ml; Flury and Flilhler, 1994). After infiltration, the plots werecovered with plastic to avoid evaporation. About 24 hours after the simulated rainfall, a trench was dugand 41 2.5-cm thick vertical sections were excavated at each plot. Photos were taken of the dye stainedsections with a 35-mm camera and Kodachrome 64 film prior to excavation of each slice. A plastic sheetwas used to shade the camera and the soil surface to avoid different light conditions.

Horizons of the soil profiles were determined at the time of the experiment. The color, structure,and presence of organic matter and calcareous material of each layer were noted as was the deepest dyeinfIltration. Soil sampies of about 100 cml were collected at each site between the plots to investigate soilproperties. These were texture, gravimetric water content, bulk density, particle density, porosity,structural stability, and content of organic matter. The samples were collected with an auger at depths of0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60, 60-80, and 80-100 cm (Palmquist and Tullberg, 1997).

168

2.3. Dye pattern analyses

Photos were analyzed manually and by digital image analysis. Visual inspection of photos wasmade on screen and compared to transformed black and white images by the Adobe Photoshop™

(version 4.0, Adobe Systems, Inc.) software. The images were then analyzed using MatlabS (version6.0, The Mathworks, Inc.) software. Sorne photos at P2 and P4 were too dark and had to be discarded.The transformed black and white images had a pixel size corresponding to 1.4 mm2.

Black and white images of photographed sections locatOO approximately 0.2 m apart, i.e., sixpictures at each plot, were usOO to calculate dye coverage versus depth at 0-0.05, 0.05-0.15, .,. , 1.15­1.25 m. These data were usOO for catchment and plot-seale statistical analyses. Student's t-tests (95%significance level) were conducted to identify statistical differences in dye coverage. The nullhypothesis, Ho, assumed that m) was equal to m2, where m) and m2 were mean dye coverages at thedifferent plots. Also cross-correlation was used to characterize co-variation of dye patterns incatchment- and plot-scales.

To examine the co-variation within plots, each digitisOO image was divided into 40 verticalsections of 2.5 cm width. The horizontal dye coverage was calculated with a depth resolution of 0.5cm for each vertical section. Thus, at each plot, 41 by 40 vertical columns of dye coverage wereestablished. The cross-correlation between the dye coverage of the vertical sections was thencalculated for each plot in the horizontal plane in two dimensions: within each picture (defmOO as thex-direction ). Using this procedure, the resolution of the vertical sections was 2.5 cm in both the x- andy-directions.

Recently, statistical scal~invariance (or scaling) has been observOO for subsurface watertransport properties (e.g., Liu and Molz, 1997; Baveye et al., 1998; Boufadel et al., 2000). Powerspectra by fast Fourier transforms (FFT) were calculated for maximum dye penetration depth withinindividual dye photos in order to investigate scaling behaviour. The maximum dye penetration wasdetermined in each column of pixels (725 columns per picture). The photographed sections werelocated 0.2 m apart resulting in six pictures at the plots Pl, P3, and P5 (one plot at each site).

3. Results

3.1. Soil properties and water content

Soil texture at the sites range from clay to silty clay. A summary of texture and other soilproperties are given in Tables 1 and 2. The structure and presence of macropores are the main causesof solute transport variability in these soils.

The dominating soil structure at SI (Entisol) and S3 (lnceptisol) is blocky, indicating thatsolutes may travel both horizontally and vertically along the poo faces. The 10wer layers at SI have amassive structure with sorne pores, indicating lower transport ability than in the upper layers. In theupper layer of S2, the structure is prismatic, suggesting mainly vertical transport of the fluid. Deeperdown the solutes are impedOO by the massive structure with few pores. Platy structures were found atthe bottom of the profiles in the C-horizon at SI and S2. This structure can be inherited from parentmaterial (Birkeland, 1984) indicating that the bedrock can he found at shallow depth. S2 is locatOO atthe slope, where a more shallow soillayer is usually found as compared to hollow and nose.

Large macropores, developed from shrinkage of the soil upon drying, were repeatedly foundalong the transects. The reason for this is the high clay content, including swelling minerais that causethe soil to shrink upon drying, creating macropores, and swell when water is added. Small macroporeswere found at site SI in the upper layer. At S3 drought-inducOO cracks of 2-5 mm width were found inthe top layer. Macropores of 1-2 mm width were found in the surface layer at site S2. Such cracks maydevelop in crust surfaces in silty c1ays with a high content of organic matter. Other preferentialpathways were found along root channels and in worm burrows.

169

The largest amount of organic matter was found in the upper layer of S2 (Table 1), consisting ofroots and sheep dung. Fine roots were observed at SI to a depth ofOJ m, and at S2 and S3 to a depth of0.7 m. The measured content oforganic matter was degraded to humus.

Before the rainfall simulation, ail sites had low soil water content. Fig. 3 shows initial soil watercontent, measured as gravimetric water content, soil water content just after rainfaIl, and at the time of theexcavation. The occurrence of macropores makes spatial variability of soU water content large.Accordingly, Fig. 3 may only be indicative of real soil water contents, especially for conditions afterrainfall simulation. The initial soU water content in the upper 10 cm layer at SI was 20 to 25%, at S2 27%,and at S3 20 to 25%. The upper 30 cm, where the soil is more structured as compared to deeper layers,display a pronounced increase in soil moisture after the rainfall simulation.

The totally infiltrated water volume at SI was 50-60 mm, and at S2, 40-50 mm. The largestinfiltration was found at S3 where 60-70 mm infiltrated, which is partly due to the blocky structure. Slopemay have been an important factor for infiltration volume. The plots at S2 had surface slopes of 3.8° and4°, which are larger than at the other sites and contributed to the lower infiltration volume. The surfaceslopes were at the plots at SI 1.7° and 2°, and at S3 2.20 and 3°.

3.2 Dye pattern analysis in eatehment- andplot-seales

The dye patterns visualize preferential flow in the soil profiles. Black and white images of flowpatterns typical for each site are presented in Fig. 4. Preferential flow is obvious in this figure. From visualinspection of the dye images, it was noted that for S2 there were relatively few (around five) preferentialflow paths (about 15 by 15 cm) within the plots. At S3, the preferential flow paths (around 10 within eachplot) were about 10 by 10 cm. SI had preferential flow paths equal in size to S3, but more than 15 withineach plot.

The dye coverage was almost 100% in the upper 5-10 cm, but then decreased rapidly with depth.Average and standard deviation of the dye coverage for each plot are shown in Fig. 5. As seen from thefigure, plots located at the same site display great similarity. In table 3, deepest dye penetrations and theaverage depths for 50% dye coverage are found. The deepest dye penetrations were found at SI and S3,whis is probably due to the blocky structure in these soils. The largest average depth for a dye coverage of50% was found at the hollow (S1)Despite the fact that the soil at S2 contained less amount of clay andhigher amount of organic matter, as compared to the soils at SI and S3, the dye did not reach as deep. Thisis a contradiction to the results obtained by Ketelsen and Meyer-Windel (1999), who reported higheradsorption in soils with high clay content and low content oforganic material. This suggests that here areother factors, such as slope, macropores and soil structure, more important than the adsorption ofthe dye.

Student's Hest (95% significance level) was performed on mean dye coyer at different depths forthe six plots. The overall results of the t-test show that average dye coyer was not statistically differentwhen comparing PI-P2, P3-P4, and P5-P6, respectively. On the other hand, when comparing similarproperties for SI-S2, SI-S3, and S2-S3, mean dye coverage proved to be significantly different. Thecross-correlation analysis shows that variation increases with scale. According to this, the differentphysiographic areas ofthe catchment display ditTerent preferential flow properties.

3.3 Variation ofdye distribution within plots

Results of the cross-correlation analysis ofdye penetration within the plots are presented in Fig. 6.Since the results were similar for each site, only results from one plot per site are presented (PI, P3, andP5). For aIl plots, the cross-correlation function in x- and y-directions are similar, showing that there is nodirectional dependence. However, it should be noted that the correlation in the y-direction was almostalways smaller than in the x-direction. This indicates that the variation within each picture is smaller thanbetween the pictures, as expected since the dye data is continuous in the x-direction, whereas in the y­direction data is only available at 2.5 cm incrernents. However, the difference in cross-correlation is rather

170

smaIl, indicating that the errors induced by the data analysis are small. No periodicity was found for anyof the plots. This indicates that the preferential flow paths are randomly distributed. In general, the cross­correlation was large for small distances and then decreased exponentially with lag distance to a fairlyconstant value (Fig. 6). The decorrelation distance, i.e. the lag distance at which a constant correlation isreached, is about 10 cm for aIl plots. This shows that the scale at which preferential flow is occurring isabout 10 cm.

Fig.6Y2

Fig. 7 shows sorne typical examples of power spectra from plots Pl, P3, and P5. The obviouspower-Iaw behaviour implies that the variability of maximum infiltration depth is in fact scaling over theentire range of length-scales investigated, from :xxx mm to 1 m. This result corroborates previousfmdings of scaling and fractal properties in preferential flow patterns (e.g., Baveye et al., 1998). Thepower-Iaw exponent P, estimated as the slope of a linear regression line fitted to the spectrum (Fig. 7),characterizes the scaling behaviour and is generally a measure of the smoothness (or correlation) in thedata (e.g., Davis et al., 1994). For our data, Pis typically close to 1, sometimes reaching 1.3 (Fig. 7). Thelowest values were found for the slope, with the lowest spatial variability. Interestingly, nearly identicalvalues of Pwere found by Boufadel et al. (2000) for the spatial variation ofpermeability in a sandstonesoil, for slightly larger length-scales. The agreement is somewhat intriguing considering the differences insoil types and data acquisition methods, but it may be speculated that it refleets regularities in the scalingbehaviour ofsoil water transport.

4. Conclusions

The results showed that different catchment physiographic areas, hollow (S1), slope (S2), andnose (S3), displayed significantly different responses to the infiltrating dye. Nose and hollow areasexhibited larger susceptibility to preferential flow. Here, infiltrated dye was transported to the greatestdepths. Nose areas showed more even horizontal dye distribution in the upper 30-em as compared tohollow areas, probably since the nose consisted of blocky structure with several preferential pathways,whereas the blocky structures at the hollow were less developed and interrupted by a layer with massivestructure and few preferential pathways. Slope indicated a dye distribution similar to hollow areas, butwith less deep cracks and fissures. The lack of deep cracks was possibly due to silty clay texture withmassive structure and few preferential pathways. The slope was also higher at the slope than at the othersites. The high slope and the silty clay might expiain why the infiltration was less at the slope than at theother sites. Despite this, water content at slope increased significantly in the surface layer, possibly sincethe initial water content in the surface layer was relatively high as compared 10 hollow and nose and due tothe high content oforganic matter. Hollow indicated a rapid transport ofwaterto large depths. Preferentialpathways were stained with dye in soils with visible structures (lnceptisols) as weIl as in soils with faintstructures (Entisols), a property also noted by Bowman and Rice (1986). In the upper layers where the soilwas initially dry, the number and magnitude ofcracks were larger than in the more moist deeper layers.

The t-test and cross-eorrelation showed that spatial variability increased with seale. Thiscorrelation was high within a plot. When comparing two plots at the same physiographic area, the t-testand the correlation had greater variance. When comparing two different physiographic areas, thevariability was even higher. The power law behaviour suggests that the spectral component is highest atthe hollow and lowest at the slope. The value ranges between 0.98 (slope) and 1.3 (nose), which meansthat seale invariance can be applied on the dye data from the sites.

Particularly encouraging was the unambiguous scaling behaviour of horizontal variations inmaximum infiltration depths, found by spectral analysis. Several papers have reported scaling propertiesof the static soil matrix, e.g., aggregate size distribution, but still only a few investigations have targetedthe actual flow properties. If the scaling behaviour can be contirmed by further data analyses, this wouldopen up new ways to model preferential flow. One possibility is to model infiltration in field soil as a

171

random cascade process, along the lines of, e.g., Boufadel et al. (2000). A cascade process withdeveloping singularities is intuitively attractive as a conceptual model for the dynamics of preferentialflow. Cascade-based modelling is being performed for the present data and will be reported elsewhere.

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173

Figure 1. The intensity of the simulated rain storm.

120-..

~100

'-'80

è 60"Cil 4ûs::Q)

20.....5

0

- --

1 1o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

rime (min)

Figure 2. Flowpatterns at sites (a) Sl, (b) S2, and (c) S3.

(a) (b) (c)

Figure 3. Deepest dye penetration at the plots.

1.6

1.2

Ê..... 0.8"0

0.4

o

-~-

r--

,.-

~ - - '-- r--

'- - 1- - r- - ~

174

P1 P2 P3 P4 P5

Figure 4. Dye coverage versus depth; average values and standard deviation for each plot.

(a) Pl (h) P2000 »0) 4D.œ mm eoœ 10H11 O.CD 20..00 4OJ» 80..00 lOGO 1œœ

"CIl -+------'-_ _'_____---'------'_~_L____'__ _'_______'___+_

..j ..··r

[t20œ 1

,0D.CIllO.lIl"'CIl

(d)P4am 2O.DQ

..00 ,

'CIlCll"CIlOIlCll"CIl

(c)P30.00 »0)

1 _ --l '-----:-------------"'CIli' ,----

{

OIlCll 1000

'''CIl '''CIl

ICllOO1000"CIl

(f) P6ocm »0)

000 -+------'---'-----'-----'---~..L---'--'---..L-__,_,i_

"CIl

'''CIl

'CIlCll"CIl"CIl"CIl

(e)P5oœ 20 CD

"CIl

OCll -+--~_'___~____'__~..L___'__-'------'---+-

"CIl

'''CIl

8--x-s

--- X

- - - x+s

175

Table 1. Soil properties observed during field work.

Depth Property SI(cm)

0-10

10-30

30-70

70-100

HorizonMoistureColorOrganic matter

Structure

HorizonMoistureColorOrganicmatter

Structure

HorizonMoistureColorOrganic matterStructure

HorizonMoistureColorOrganic matterStructure

Apdrydarkbrownsorne organic matter, fineroots

not very cIear subangularblocky structure with angularb10cky substructureACmoistydarkbrownfew organic matter, sorne fmeroots .fine angular blocky structure

IIACmoistylightbrownno organic mattermassive structure

ncmoisty ta wetyel10w brownno organic matterplaty, thick to very thickstructure with horizontal taoblique orientation

S2

ApdryIightbrownsorne organic matter,numerous sheep dung, plentyoffmerootsprismatic structure withpolyedric substructure,

Emoistylight yellow brownOJ-ganic matter, sorne sheepdungmassive strucbJre with fineangular blocky substrucbJreB3moistyyellow brownfew rootsmassive strucbJre withmedium angular blocky peds

Cxxxvery flnTI coarse platy blocksweakly cemented

S3

Apdrydarkbrowndiffuse organic matter, plentyofrme roots

very coarse subangular blockystructure, cmcks 2-5 mmwidthEmoistydarkbrowndiffuse organic matter, sornefmerootsfine anguIar blocky structure,sorne platy peds, sorne gravelBmoistydarkbrownsorne fine rootsangular blocky structure withlittle slickensides, sorne wedgeshaped structural aggregatesBmoistydarkbrownfew fme motsangular blocky structure withlittle slickensides, sorne weU­developed wedge shapedstructural aggregates

176

x No comments were noted

Table 2. Soil properties measured from soil samples.

Depth (cm) Property SI 82 830-10 Texture clay silty clay clay

Clay content (%) 60.0 47.7 59.6Organic content (%) 2.60 3.55 2.70Porosity 0.56 0.52 0.46

10-30 Texture siltyciay silty clay clayClay content (%) 46.5 49.8 62.8Organic content (%) 2.28 1.91 2.12Porosity 0.49 0.43 0.48

30-70 Texture silty clay clay clayClay content (%) 45.4 53.6 60.9Organic content (%) 1.01 1.17 1.41Porosity 0.50 0.45 0.43

70-100 Texture silty clay clay clayClay content ("AI) x 53.6 48.7Organic content (%) x 0.9 2.17Porosity 0.50 x 0.41

x No measurement avai1able

Table 3. Resuhs from Student's t-test.

Depth(cm) PI/P2 P3/P4 P5/P6 SI/S2 SI1S3 S2/S30 0 0.29 0 1.53 0 1.53

0-10 1.18 1.57 1.10 6.07 2.54 2.8810-20 0.34 0.06 0.72 4.96 1.84 2.6420-30 0.53 0.99 LOI 9.95 4.82 3.4630-40 0.76 2.54 2.11 18.92 6.70 4.5040-50 4.21 1.75 3.17 13.39 3.68 3.6450-60 2.73 2.07 2.78 4.73 0.25 3.0660-70 2.26 1.00 2.72 2.41 0.65 2.5170-80 0.04 0 2.78 1.68 0.86 2.1980-90 1.58 0 2.16 1.48 0.26 1.87

90-100 1.00 0 1.19 1.00 1.10 1.17lOO-li 0 0 0 1.56 0 1.47 1.47110-120 0 0 1.46 0 1.39 1.39120-130 0 0 1.00 0 1.00 1.00

correlationS2/S30.954

171

TDR experiments

Solute Transport and Water Content Measurements in Arid Soils using Time DomainRetlectometry

AbstractClayey and saline soils have been shown to be problematic for TDR measurements. However, if one isaware of the problems encountered, they can in most cases be solved. This study presents sorne of theseproblems and discusses solutions to them. The water content (8) measurement in clayey soils is lessaccurate and precise than in sandy soils, soil specifie calibration might be necessary. In very saline soils,coated probes or a remote shorting diode system should be used in order to make 8 measurement. Anotheroption is to use shorter probes. For solute transport experiments in heavy clay soils 1 recommend that theindirect calibration method is used. Both the cr. and 8 measurements are temperature dependent. Thetemperature dependency ofcr. can easily be accounted for. The temperature dependency on 8 is, however,hard to take into account. Depending on soil texture and soil salïnity, the 8 measurement can increase ordecrease with temperature. Using non-invasive TDR measurements, rapid non destructive measurementsof near surface 8 and cr. can be made. Thus, it can provide a useful tool in erosion and evaporation studies.

IntroductionDuring recent years, the time domain reflectometry (TDR) technique has been proven to make reliable

water content (8) and bulk electrical conductivity (cr.) measurements (Topp et al., 1980; Dalton et al.,1984). The fact that TDR measure both 8 and cr. in the same soil volume over a very short time makes themethod appealing for solute transport measurements. Furthermore, TDR has the ability of beingautomated for nearly continuos measurements.

The o. can been related to soil solution electrical conductivity (crw) or solute concentration. Due to thecomplicated 0.-ow-8 relationship, most studies have been made under steady state conditions withconstant water content (Kachanoski et al., 1992; Vanclooster et al., 1993). However, methods have alsobeen developed for solute transport measurement under transient conditions with varying water content(Risler et al., 1996; Persson, 1997a, b; Hart and Lowery, 1998).

Clayey, saline, and dry soils have been shown to be problematic in the sense of measurement accuracyusing TDR (e.g., Topp et al., 1980). These soil types are often found in arid and semi-arid regions. Thepurpose of the present study is to investigate these problems and present solutions to sorne of them. Anon-invasive approach for water content and electrical conductivity measurements using TDR is alsopresented.

Theory

Water content measurementsIn 1980, Topp and co-worlœrs introduced TDR for the measurement of soil moisture (Topp et al.,

1980). They based their method on the work of Fellner-Feldegg (1969) who used TDR for measuring thedielectric constant. Topp et al. (1980) introduced the apparent dielectric constant Kil> witch they related tovolumetrie water content 8 using an empirical third-order polynomial equation. In addition to theempirical relationship by Topp et al. (1980), various types of dielectric mixing model has been used. Inthese models, the wet soil is described as a multiple phase system. Typically three phases are used, solid,gaseous, and free water. The dielectric numbers of the different phases are known and if the volumefraction of each phase also is known, the water content can be calculated. A detailed description of thesemodels can be found in Jacobsen and Schjenning (1995).

178

Electrical Conductivity MeasurementsDalton et al. (1984) were the frrst to show how the attenuation of the TDR trace can be used to

calculate the soil bulk electrical conductivity. Following the thin sample approach by Giese and Tiemann(1975), the electrical conductivity (J cao be described by (Giese and Tiemann, 1975; Topp et al., 1988;Nadler et al., 1991)

(1)

where ZL is the impedance load of the transmission line (in Q) measured after a long time, Ir is atemperature correction coefficient, Kp is the cell constant ofthe TDR probe, a calibration constant that canbe determined by immersing the probe in solutions with known conductivity. Heimovaara et al. (1995)showed that the temperature dependency of the (Ja is identical to the temperature dependence of the soilextract. The temperature correction coefficient ofa standard 0.01 M KCI solution can be described by

Ir= 11[1 +0.019(T - 25)] (2)

where T is the temperature (OC) at which the electrical conductivity measurement was made (Franson,1985).

Calibration Approachesfor Solute Concentration MeasurementsTwo main calibration approaches have been developed for the relationship between the electrica1

conductivity and solute concentration, direct and indirect calibration. Using the indirect calibrationapproach, a separate calibration is not needed, the calibration is made simultaneously with the solutetransport experiment. The soil is leached with water with a constant flux. When steady state conditionshave been established, the solute free water is replaced by a salt solution with constant (Jw. After sornetime, ail water in the soil has been replaced with the salt solution and the reference impedance can hedetermined (Kachanoski et al., 1992; Mallants et al., 1996). Since there is a linear relationship between theimpedance and solute concentration at constant 9, the impedance measured with the TDR can easily berelated to solute concentration. This method has been used in severallaboratory studies and in sorne fieldstudies (Kachanoski et al., 1992; Ward et al., 1994).

Steady-state conditions are not likely to persist for prolonged periods in nature. IfTDR should replacetraditionally measuring techniques, methods must also be developed for transient conditions with variablewater content. If the indirect calibration method is to be used under these conditions, several leachingexperiments with different water fluxes have 10 be made in order to relate the TDR measurements tosolute concentration over a range of water contents. If instead the (Ja-(Jw-9 relationship is determined,solute concentration measurements cao be made under transient conditions with variable water content(Heimovaara et al., 1995; Risler et al., 1996; Persson, 1997a, b). This approach has been called directcalibration due to that a separate calibration experiment have to be conducted.

In the (Ja-<Jw"'"9 models, the electrical conductivity of the soil depends mainly on three variables, (1) theeffective volumetrie water content 9 - 90, where 90 is a correction factor accounting for water close to thesolid particles which can be considered immobile, (il) the electrical conductivity of the soil solution, and(iil) a geometry factor, accounting for the complex geometry of the soil matrix (Mualem and Friedman,1991). The (J. is also affected by the surface conductivity of the soil matrix (Js. For unsaturated soils thesimplified conductivity model ofRhoades et al. (1976) is often used and is given as

(J. = (Jw9n9) + (Js (3)

where n9) is the transmission coefficient accounting for the tortuosity of the current flow. Rhoades et al.(1976) proposed a linear relationship between n9) and 9, i.e. n9) = a9 + b, where a and b are soilspecifie parameters. Rhoades et al. (1989) re-interpreted n9) as simply the fraction of the total soil water

179

that is mobile. Other cra-crw-9 relationships have also been developed (Mualem and Friedman, 1991;Heimovaara et al., 1995; Vogeler et al., 1996; Persson, 1997b; Kim et al., 1998). Risler et al. (1996) andPersson (1997a) showed how the TOR probes can be calibrated in situ using the direct calibration.

Mater;als and Methods

TDRsystemAll TOR measurements in this study were made with a Tektronix 1502C metallic TOR cable tester

(Beaverton, OR). The cable tester was built into a system designed by Campbell Scientific Ltd., Shepshed,UK. The system consisted of a CRI0 data-logger with a TOR PROM controlling the cable tester via acommunication interface. An eight to one coaxial multiplexer was also included in the system. Two typesof three-rod probes were used, which were 0.2 m long and had a wire spacing of 0.05 m, (SoilmoistureEquipment Corp., Santa Barbara, CA). One of these was the standard type with stainless steel rods, theother was a coated three-rod probe. This probe has a hard dielectric polymer around the central rod whichprovides optimum energy retention for maximum TOR reflections, allowing moisture contentmeasurement in saline soils. However, electrical conductivity measurements are not possible with thisprobe. AIl temperature measurements were made with type K thermocouples (pentronic AB,Gunnebobruk, Sweden) connected to the data-logger. Reference electrical conductivity measurementswere made with a digital conductivity meter (Shott-Gertite, Germany).

The TOR probes were calibrated as described by Heimovaara (1993) for water content measurements.Furthermore, the probes were immersed in water with different electrical conductivities to establish therelationship between the impedance load ZL of the transmission line and the bulk electrical conductivityaccording to Heimovaara et al. (1995).

Solute Transport Exper;mentA quasi steady state solute transport experiment was conducted in a column (0.23 m in diam and 0.30

m high) of undisturbed soil collected in the M'Richet el Anze catchment in Tunisia. The soil propertieshave been presented in Palmquist and Tullberg (1997). The soil column was placed over a sand column of0.7 m height in order to establish unsaturated conditions at the bottom ofthe soil column. The column wasthen equipped with five TOR probes at depths of 0.05, 0.10, 0.15, 0.18, and 0.34 cm. Thus, four TORprobes were put in the soil and one in the sand. The outflow was collected and the electrical conductivitywas measured once a day.

A constant flux was achieved by adding 0.012 m oftap water (crw = 0.041 dSm- l) a day in a single

dose. The dose was applied over a several minutes to avoid ponded conditions at the soil surface. Afterone week, steady-state flow conditions were obtained and a step pulse ofKBr solution (crw = 3.33 dSm- l

)

was added to the column. The KBr solution was added daily in the same way as the tap water until the crw

of the outflow reached the input level. Time series of relative concentrations were fitted to the convectivedispersive equation model (COE) using the CXTFIT program.

Results and DiscussionThis section shows the TOR performance in arid soils, based on experimental data presented in

previous work (persson, 1997a, b; Persson and Berndtsson, 1998a, b, c, d) as well as unpublished data.

Water Content MeasurementsMany researchers have reported problems with the water content measurement in clayey soils (e.g.,

Topp et al., 1980). The major reason for this is that bound water have different dielectric properties thanfree water. Since bound water has a Ka close to the soil particles, it is difficult to measure with TOR. Hookand Livingston (1996) suggested a model that gives the free water content in clayey soils. The boundwater content can then be determined as the difference between the gravimetric and TOR measured watercontent. They also presented a model in which the total water content can be calibrated using a soil

180

specific calibration. The water content has also been shown to be over estimated when the (Jw is largerthan about 8 dSm-1 (Dalton, 1992).

The accuracy of the water content measurement is also lower in c1ayey and saline soils. This wasshown already by Topp et al. (1980). This cao also be seen in Fig. 6 in Persson (1997a) and in Table 2 inPersson and Bemdtsson (1 998b). If the electrical conductivity is too high, the reflection of the end of theTOR probe disappears and no water content measurement can be made. This can be overcome, however,by using coated probes. The drawback is that electrical conductivity measurements cannot he made withthis probe. Another option is to use shorter probes, since these are less influenced by electricalconductivity. Sorne TOR systems use remote shorting diodes to fmd the end reflection of the TOR probe(Hook et al., 1992). These probes are, thus, less sensitive to high electrical conductivity.

Solute transport measurementsSeveral studies have shown that TOR measurements of solute transport can be made during both

steady-state and transient conditions. These studies have mostly been made in soil with relative low claycontent. Risler et al. (1996) used the direct calibration method following an in situ calibration in differentsoils including a clay loam. However, in solute transport experiments in heavy clay soils 1recommend thatthe indirect calibration method is used. This is based on (i) the water content is not changing as much or asrapid as in Iight textured soils, especial1y during solute transport experiments, (ii) the (Ja-(Jw-8 relationshipis more complicated for c1ayey soils (se e.g., Nadler, 1982; Nadler et al., 1984), and (iii) the combinationof clayey soils and high electrical conductivity in the tracer pulse often leads to that water contentmeasurements not are possible due to the signal attenuation.

Solute Transport Experimentln Figure l, the relative solute concentration profile over time during the experiment is presented. It

can be seen that the solute pulse reach sorne depths quicker than other. Especially in the sand layer thevelocity v was much higher that for the other locations. This is also reflected in the fitted COE parameterspresented in Table 1. This cao be explained by that the solutes were transported in preferential flow pathsthat was not detected by the TOR probes, indicating that the solute transport was heterogeneous at a scalesmal1er than the TOR measurement volume. In the sand layer, the solute pulse was mixed horizontallywhich explains why the TOR probe in the sand detected the solute pulse. The dispersion D is increasinglinearly with depth indicating that the solute transport follows the stochastic--convective concept (see e.g.,Jury and Roth, 1990; Persson and Bemdtsson, 1998d). This was expected since the solute transport inc1ayey soils often follow this concept.

Depth[cm]510141834

v[cmlday]

2.131.462.332.0412.33

5.066.5211.369.50930

Table 1 The fitted COE parameters in the undisturbed soil column

It should he notOO that as TOR is not ion selective, it is not c1ear what actual1y is being measurOO.Chemical reactions, ion exchange, and adsorption might change the electrical conductivity. Risler et al.(1996), however, did not find large differences in solute concentrations based on electrical conductivity orion chromatograph measurements in the outflow from a column with clay loam. However, it isrecommended that the solute concentration of the tracer also is measured with an independent method inwater collected from e.g., solution samplers.

181

-10.0

-20.0 0.90

080

0.70-30.0

E 0.60~

.s 0500..eu -40.0 0.40Cl

030

020-50.0

0.10

000

-60.0

0.00 10.00 20.00 30.00

TiITle [days]Figure 1 Solute concentration profile during the solute transport experiment.

Temperature dependency ofTDR measurementsBoth the cra and El measurements are temperature dependent. The temperature dependency of cra

measured in soil is similar to that of the soil solution (Heimovaara et al., 1995; Persson and Bemdtsson,1998b) and it can be accounted for by using Eq. (2). The temperature dependency on El is however hard totake into account. Depending on soif texture and soil salinity, the e measurement can increase or decreasewith temperature (Persson and Berndtsson, 1998b). In sandy soifs a temperature correction factor of ­0.028 eoc l should be used (pepin et al., 1995; Halbertsma et al., 1995; Persson and Bemdtsson, 1998b).In soils with high clay or organic matter content the temperature effects on e are not consistent and needto be examined in detail for a particular soil in order to achieve accurate measurements. ft should be notedthat the temperature effects on e are small compared to other calibration errors. However, when therelative changes in soil moisture are measured with a single probe, the temperature effects might inIposean apperant change in soil moisture, e.g., between day and night.

Non-invasive TDR measurementsOne problem in arid c1inIates is that the soil surface becomes very hard when it dries out. This makes

insertion of a measurement instrument almost impossible without great soil disturbances. One way toovercome this problem is to use non-invasive measurement techniques. ln Persson and Bemdtsson(l998c) it was shown how a ordinary three-rod TDR probe could be used together with a PYC block fornon-invasive measurements of e and cra. The method gave good results in the laboratory, but a fieldevaluation has not yet been done.

ConclusionsClayey and saline soils have been shown to be problematic for TDR measurements. Thus, few studies

have been made in these soil types. However, if one is aware of the problems encountered, they can inmost cases be solved. This study presents sorne ofthese problem and discusses solutions to them.

The El measurement in clayey soils is less accurate and precise than in sandy soils. The variability canbe overcome by taking several El measurements and calculate the average. The accuracy can be improvedby using specific Ka-El models such as the one presented by Hook and Livingston (1996). Water content

182

measurement in saline soils can be impossible due to signal attenuation. The solution to this problem is touse coated probes or a remote shorting diode system. Another option is to use shorter probes. A guide fordetermine maximum probe length with respect to cracan be found in Dalton (1992).

Several studies have shown that TDR measurements of solute transport can be made during bothsteady-state and transient conditions. These studies have mostly been made in soil with relative low claycontent. However, my results from an undisturbed soil column with a heavy clay soil from Tunisia (TypicXerorthent) suggest that solute transport cao he estimated by TDR even in soils containing as much as 60% clay. For solute transport experiments in heavy clay soils 1 recommend that the indirect calibrationmethod is used. This is based on (i) the water content is not changing as much or as rapid as in Iighttextured soils, (ii) the cra-crw-a relationship is more complicated for clayey soils (se e.g., Nadler, 1982;Nadler et al., 1984), and (iii) the combination of clayey soils and high electrical conductivity in the tracerpulse lead to that water content measurements not are possible due to the signal attenuation.

Both the craand a measurements are temperature dependent. The temperature dependency of cracan beaccounted for by using Bq. (2). The temperature dependency on ais, however, hard to take into account.Depending on soil texture and soil salinity, the a measurement can increase or decrease with. In sandysoils a temperature correction factor of -0.028 aoc} should he used. In soils with high clay or organicmatter content the temperature effects on a are not consistent and need to be examined in detail for aparticular soil in order to achieve accurate measurements.

Using non-invasive TDR measurements, rapid non destructive measurements of near surface a and cracan be made. Thus, it can provide a useful tool in erosion and evaporation studies.

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Bibliography

Macropore and preferential Dow in arid and semiarid areas

Introduction

In semi-arid countries suffering from water shortage existing water resources must be used sparingly andmust be protected against contamination. In these countries agricultural areas are frequently irrigated andfertilizers and pesticides are used widely. During dry periods, shrinkage can cause soils to crack forminglarge voids. Rainfall or irrigation may then cause rapid transport ofsolutes in the soil profile through thesefissures, known as macropores. This may result in significant losses of water and nutrients for the crops(Kosmas et al., 1991 ).

Characteristics ofmacropores

Macropores are known to be important in the movement ofwater through the soil profile. They are readilyvisible and may extend without obstruction for several meters (Beven and Germano, 1982). Transport ofsolutes and pollutants through the macropores is subject only to gravitaI forces and may be very rapid,whereas movement through the soil matrix is due to both capillary and gravitaI forces (Germano, 1985).This rapid vertical flow along macropores is referred to as preferential or bypass flow. Two types ofmacropores can be distinguished: 1) voids that are hydrologically effective in allowing flow to bechanneled through the soil and 2) those that are ineffective. The flow and storage of water in anyparticular void is related to its size and the often-irregular geometry. Macropores can be formed by soilfauna, plant roots, and natural soil pipes created by erosive action of subsurface flows. They can alsodevelop from cracks and fissures caused by shrinkage of clay soils, chemical weathering, thaw cycles orcultivation techniques. ln a summary of several authors' definitions of macropores, these voids have adiameter range 000 to 5000 J.1m and a capillary potential of -lOto -0.1 kPa (Beven and Germann, 1982).Suggestions have been presented by Luxmoore (1981) that macropores should be defined as voids with apore diarneter of>I,OOO Dm, and a pressure of>-0.3 kPa. He further suggests that micropores should bedefined as voids with a pore diameter of <10 Dm and a pressure of <-30 kPa. Other voids should bereferred to as mesopores.

According to Beven and Germann (1982), three stages can be recognized in the process of rainwaterinfiltration into a soil with macropores. In the first stage, aIl the water arriving at the surface is absorbedby micropores connected to the surface. In the next stage, the intensity of precipitation overcomesinfiltration and surface runoff on a small scale takes place. Water is absorbed into the surface openings ofthe macropores and micropores simultaneously. Flow down the walls of the voids will start as soon asthere is significant flow into the macropores, thereafter lateral infiltration into the matrix begins. Thelateral flow decreases the flux through the macropores temporarily. Overland flow on a large scalecommences when the precipitation intensity is greater than the sum of the infiltration into the microporesand matrix and the flow into the macropores. .

Swelling soUs

Clayey soils containing large amounts of swelling mineraIs, such as montmorillonite, swell and shrinkupon wetting and drying, respectively. So far reliable equations to describe the swellinglshrinking processhave not been developed (Kutilek and Nielsen, 1994). Messing and Jarvis (1990) assume that verticalshrinkage may be neglected and that the total interaggregate (macro-) porosity,(e,), comprises twocomponents, see equation (1). The stable component (es) corresponds to the structural shrinkage phase,and is defined in equation (2), where rp is the total porosity and Os is the water content at a pressure headof -10 kPa. Os is the swelling limit, that is the boundary water content between structural andnormallresidual shrinkage. The dynamic component (ed) results from normal and/or residual shrinkage in

186

the aggregates and is defined in equation 3, wherepis the mean slope of the shrinkage characteristic overthe water content range of interest an$10 is the initial soit water content.

The total porosity is calculated by equation (4).

tp=l- 'PdqJa

where 'Pd is the dry bulk density and 'Pa is the density ofsolids.

(1)

(2)

(3)

(4)

Messing and Jarvis suggest that the relationship between the field-saturated hydraulic conductivity (Kjs)and the total interaggregate porosity (e,) can be described by equation (5).

Kjs = Be,"

where B and n are empirical constants.

(5)

A study of crack reformation after wetting by irrigation was conducted in Greece (Kosmas et al., 1991).The investigation showed that cracks formed a network pattern of polygons upon shrinkage, whichdirected bypass flow, and that the size of the polygons increased with clay content. When wetted, sornecracks filled completely with both soi! material falling from the crack walls and material transported byirrigation water. Furthermore, these did not reform at the same location when the soi! dried. Others, whichwere filled with soit material but left shallow U-shaped traces on the soit surface, reformed at the sameplace as before irrigation.

Preferential flow in semiarid climates

The semiarid and arid lands coyer approximately one-third of the Earth's land surface. The climate isdefined as one in which potential evapotranspiration greatly exceeds precipitation. It is important toconsider transport through macropores in semi-arid clay soils with a high content of swelling mineraissince the dry climate leads to large deep cracks in the soi!.

Van de Pol et al. (1977) investigated solute movement in a clay soil and a silty clay soi! in New Mexico.The study showed that it was not possible to estimate the flux in the soi! by multiplying the flux of waterby the solute concentration in the soil solution. The reason seemed to be that the average pore-watervelocity, v, and the apparent diffusion coefficient, D, were log-normally distributed. In Arizona,experiments on a clay loam indicated that significant preferential flow can occur even in a soi! thatexhibits Iittle structure. The flow through the soil was more than 60% greater than predieted in the absenceof preferential flow (Bowman and Rice, 1986). Application ofdye during flood irrigation on two fields inCalifomia, one alfalfa and one wheat, allowed the cracking depth and the Jack of crack stability to bemeasured. The alfalfa field had macropore flow along living roots, while the wheat field had no such flow(Mitchell et al., 1991). In Greece, preferential flow was investigated at different initial soil moisturecontents during the dry season (Kosmas et al., 1991). The experiment showed that the water movementthrough the macropores increased linearly with decreasing moisture content. In Tunisia, tracerexperiments indicated bypass flow through macropores directly to the groundwater (Yasuda, 1996).

187

(6) Darcy's Law

(7) Richard's eq.

Dye experiments

Dye has been used widely to stain preferential paths in heterogeneous soils (e.g. Bouma and Dekker,1978; Ghodrati and Jury, 1990). Several authors have used digital image analysis of dye tests toinvestigate, for instance, soil pore size distribution (Bouabid et al., 1992) and dye concentrationcalculations (Aeby et al., 1997). Experiments conducted on two dry clay soils from south-eastern Texasshowed that stained areas were associated with slickenside fissures, interpedal fissures and root channels(Lin and Mcinnes, 1995). In Tunisia, solute transport in macropores was investigated with dye at theCherfech research station (Yasuda et al., 1996). It was shown that the dye solute rnoved along ped facesand only very slowly diffused into the soil matrix. In the upper fine-textured soil, the dye moved alongdistinct cracks, whereas the patterns became more dispersed in the intermediate coarse-textured layer.

Solute transport processes in unsaturated Dow

To describe solute and water movement in unsaturated soil, flow in saturated conditions should first beconsidered. To this end a few basic terms and equations are given below.

Saturated flow in a homogenous media is usually described by Darcy's law, equation (6) (Freeze andCheny, 1979).

dhv=-K-dl

The hydraulic conductivity, .K. of soil can vary spatially. Homogeneity means that the hydraulicconductivity can be different in x-, y- and z-direction at one point in the soil but the magnitudes in thedifferent directions are the same at any other point in the soil. The opposite, the magnitudes differ withlocation, is known as heterogeneity. That is, for homogeneity K (x, y, z) = c, where c is a constant overspace, and for heterogeneity K (x, y, z) ::;:. c. Ifthe soil is isotropic, the hydraulic conductivity is equal in x­, y- and z-directions at any one point in the soil, the opposite is anisotropy.1n either case, the soil may behomogeneous or heterogeneous. For isotropy Kx = Ky = Kz and for anisotropy Kx ::;:. Ky::;:' Kz. (Freeze andCheny, 1979).

Flow can be classified in two ways. Steady-statejlow occurs when the magnitude and direction ofthe flowvelocity are constant with time at any point in a flow field. The opposite is transient jlow, also calledunsteady jlow, which occurs when the magnitude or direction of the flow velocity changes with time atany point in a flow field (Freeze and Cheny, 1979).

The soil above the water table is referred to as the unsaturated or vadose zone. The water table can bedefined as the surface on which the fluid pressure p in the pores of a porous medium is exactlyatmospheric. Above the water table, capillary forces can lead to the formation of a zone of saturated soil,called the capillary fringe. Flow in the vadose zone is termed unsaturated or partially saturated flow. Porespace in the vadose zone is partially filled with water and the hydraulic conductivity (K) and the moisturecontent (0) are both functions of the matric suction head (0). Transient flow through an unsaturatedporous medium can be described by equation (7), the Richard's equation (Freeze and Cheny, 1979).

~[K(~):]+ ~[K(~)~]+ ~[K(~{: +1)]=C(~)Z

where C is the concentration of the solute. Richard's equation and the convection-diffusion equation areoften used in models for solute transport in the unsaturated zone (Kutflek and Nielsen, 1994). The later isexpressed by equation (8).

188

(8) Convection-diffusion eg.ôC Ô

2C ÔC

-=D ---v­a 2

ôt ÔZ ÔZ

where C is as above, Da the diffusion coefficient and v the average pore water velocity. Equation (8)describes solute transport caused by molecular diffusion and the velocity of the fluid and is asimplification valid for steady state conditions in a homogeneous soil with constant water content.(Kutilek and Nielsen, 1994).

Processes affecting contaminant movement

Processes that affect transport of contaminants in the unsaturated zone are advection, diffusion anddispersion, residual saturation, and preferential tlow. The amount of contarninants reaching thegroundwater may be affected by volatilization and biological, chemical and photochemical degradation.Retardation is affected by immobilization, sorption and ion exchange (Maidment, 1987). These processesare shown in figure 2.

net infiltralion volatilization

immobiJization

degradation ~

V walertable--~ ~ kaching

retanlation-sorption

advection, dispersion,retardation anddegradation

vadose ZOIl~

lgroundwater zone

~

(9) Brooks-Coreyeq.

Figure 5 Contaminant transport processes (after Maidment, 1987).

Since different chemicals react to different processes in the soil, it is difficult to simulate the transport of ageneral contaminant with models. Hence, several models simulate only the transport of water through thevadose zone.

Modeling methods for investigating solute transport

Models are common tools used to simulate solute transport du ring saturated and unsaturated conditions.Models can be classified into three main groups; physical, analogue and mathematical models (Kutilekand Nielsen, 1994). Monitoring flow through a porous medium can be considered to be a physical mode!.Analogue models are based on transport phenomena similar to the flow of water in the SOlI. The mostcommons used are mathematicaJ models, which can be further divided into detenninistic and stochasticmodels (Kutilek and Nielsen, 1994). Examples of detenninistic models are conceptual, analyticaJ andnumerical models. Common equations in models considering matrix and macropore flow are Richardsequation, and convection-dispersion equation (Kutilek and Nielsen, 1994). Another equation used inmodels, is the Brooks-Corey equation (eq. 9).

s, ~(~r189

In equation (9) Se is the effective saturation, '" the soi! suction head. "'b and À are constants obtained bydraining a soil in stages, Se and 0 are measured at each stage.

Conceptual-mathematical models based on the assumption that soil can be divided into two distinct poresystems is called a dual-porosity mode\. Each system is simulated as a homogenous medium having itsown water and solute transport properties (Dykhuizen, 1987), that is, each domain is charaeterized by itsporosity, water pressure (or water content) and solute concentration (Jarvis, 1998). Both water and solutetransport are described by two coupled equations linked by a term for the exchange of fluid or solutesbetween the two pore regions. The Richards' equation for transient water flow as weil as the convection­dispersion equation for solute transport is assumed to be applicable to both pore systems (Gerke and vanGenuchten, 1993). The problem with transient conditions is how to best defme the fractional mobile watercontent in relation to the time-varying total water content (Jarvis, 1998). The use of the dual-porositymodel, MACRO, has been validated against results from a soil infiltration test which showed that theconduetivity in the macropores was 3.6 times greater than in the soil matrix (Nachabe-Mahmood, 1995).The model uses the Richards' equation and the convection-dispersion equation to simulate soil waterflowand solute tmnsport in micropores (matrix). A numerical equivalent to the analytical kinematic wavemodel described by Gennarm (1985) calculates water and solute flow in the macropores (Jarvis, 1994).

A conceptual model caUed the DLA (diffusion-limited aggregation) model introduced byT. A. Witten andL. M. Sander in 1981 was modified by M. Flury and H. Flühler (1995) to describe leaching ofconservative fluids in soils. The concept of the DLA model is to simulate the geometric pattern and inparticular the spatial distribution of water and conservative solutes in a porous medium. The model wasused to simulate fingering, a phenomena occurring when one solute is displaced by another solute with adifferent viscosity, causing an unstable fluid interface.

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191

Lund workshop

During one week in June-July, 1998, a specialized seminar within Hydromed was organized: Rain waterharvesting and management of small reservoirs in arid and semiarid areas, Lund University, 29 June - 2July, 1998. The number ofparticipants ofthe seminar was about 30 scientists from Sweden, Gennany andassociated Hydromed collaborator countries. The finalized proceedings is presented in Berndtsson, R.,(1999), Proceedings of International Seminar on Rain water harvesting and management of smallreservoirs in arid and semiarid areas, an expert meeting within the EU-INCO collaboration HYDROMED(program for research on hill reservoirs in the semiarid zone of the Mediterranean periphery), Rep. 3222,Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, 1-316, (see below).

Table ofcontents for proceedings ofseminar on rainwater harvesting.

Contents

Appendix 1

Page

1. Observation techniques; GIS/remote sensing; climatic, soïl, agronomie,and socioeconomic data storage and processing for smaU watersheds; (chairman:Dr. Jean Albergel, ORSTOM). 9

Hydrology ofSindyaneh Wadi Basin in Syria, Dr. Abdallah Droubi, ACSAD,Dr. Salah Kara Damour, MIDS, Dr. Jean Albergel, ORSTOM, and Yasser Ibrahim,ACSAD. Il

SmaH dams' water balance: experimental conditions, data processing and modeling,Dr. Jean Albergel, ORSTOM, Mr. Siah Nasri, INRGREF, and Dr. Mohamed Boufaroua,MAT. 45

Integrating soil profile and soil hydraulic properties data bases 10 be used in simulationmodels and land evaluation expert systems, Prof. Felix Moreno, Dr. D. de la Rosa, andDr. J. E. Fernandez, IRNAS. 59

Lebanese hydrology and needs for water storage, Dr. Bassam Jaber and Dr. Fuad Saad,~R. 71

Remote sensing applications for the management ofsmail catchments in arid and semi-arid areas, Dr. Chuqun Chen, CAS. 85

2. Water quality and quantity; hydrological and transport modeling; (chairman:Dr. Jean Khouri, ACSAD). 93

Water chemistry characteristics in small reservoirs ofsemiarid Tunisia,Dr. Nathalie Rahaingomanana, ORSTOM. 95

Water chemistry ofa small reservoir catchment in central Tunisia, Dr. Jean-PierreMontoroi, Dr. O. Grunberger, ORSTOM, and Mr. Slah Nasri, INRGREF. 107

Solute transport and soil water content measurements in arid soils using timedomain reflectometry, Dr. Magnus Persson, LU. 123

Decision support system in hydrological modeling, a case study in China, Dr. Linus Zhang, LU. 135

3. Rainwater harvesting; infiltration techniques and modeling; infiltration anderosion (chairman: Dr. Nejib Rejeb, INRGREF). 149

Water harvesting techniques in the Mediterranean, Prof. Dr. Dieter Prinz, KU. 151

The use ofTDR for wetness measurements in soil erosion and conservation practices insmall watersheds, Mr. Siah Nasri, INRGREF, and Dr. Patrick Zante, ORSTOM. 165

Land use transformation impact on reservoir siltation in Morocco: the need for betterassessment tools, Dr. Abdelaziz Merzouk, lAV. 191

192

195Modeling small dams' siltation with MUSLE, Dr. Jean Albergel and Mr. YannickPepin, ûRSTûM

Small-scale cistem system for rainwater collection and storage in north-western China,

Dr. Linus Zhang, LU and Prof. Kun Zhu, LRI, and Dr. Ronny Berndtsson, LU. 205

Disinfection and fresh-keeping ofrainwater in small scale cistems, Prof. Kun Zhu andDr. Chen Hui, LRI, Dr. Linus Zhang and Dr. Ronny Bemdtsson, LU. 215

Strategy ofsoil and water conservation in Tunisia, Dr. Habib Farhat and Dr.Mohamed Boufaroua, MAT. 231

4. Reservoir planning, operation and management; Rainfall-inOow relationships;Dam design and operation; Surfac~roundwaterinteractions (chairman:Dr. Abdelaziz Merzouk, lAV). 255

Groundwater recharge and modeling in an experimental catchment, Mr. Slah Nasri,INRGREF. 257

Detenninistic versus stochastic hydrological modeling; uncertainties and decisions,Mr. Jan Hoybye, LU. 275

Neural network methodologyto simulate discharge, Dr. Cintia Uvo, LU. 295

193

Annexed volume

1. Articles scientific

Hamed, Y., R. Berndtsson, M. Persson, S. Nasri, J. Alberge~ P. Zante, M. EI-Niazy, M. Balah, and A. EI-Shishtawy,Spatial variation ofsoil water content and electrical conductivity intluenced by surface leveling, Hydrol. Sci.J., Subm.

Nasri, S., 1. Albergel, and R. Berndtsson, Water balance changes due to introduction of a traditional water harvestingsystem, J. Hydrol., Subm.

Persson, M., and R. Berndtsson, (1998), Texture and electrical conductivity effects on temperature dependency intime domain reflectometry, Sail Sei. Soc. Am. J, 62,887-898.

Persson, M., and R. Berndtsson, (1998), Noninvasive water content and electrical conductivity laboratorymeasurements using tirne domain reflectometry, Sail Sei. Soc. Am. J, 62, 1471-1476.

Persson, M., H. Yasuda. R. Berndtsson, P. Ohrstrom, S. Nasr~ P. Zante, and J. Albergel (2000), Modeling field scaledistribution ofdye stain bye a diffusion Iimited aggregation (DLA) model, J. Hydrol., (accepted).

Persson, M., R. Berndtsson, S. Nasri, J. Alberge~ P. Zante, and Y. Umegaki (2000), Solute transport and watercontent measurements in clay soils using time domain reflectometry, Hydrol. Sci. J, 45,833-847.

Ohrstrom, P., M. Persson, M., R. Berndtsson, S. Nasr~ P. Zante, and 1. Albergel (2000), Field scale variability ofpreferential flow as indicated by dye stain, J. Hydrol, (subm.).

2. Articles popular

3. Scientific contributions

Berndtsson, R. , P. Ohrstrom, J. Albergel, P. Zante, S. Nasri, M. Persson, H. Yasuda. Y. Hamed, and J. Olsson(2001), Diffusion Iimited aggregation for solute transport modeling, Proc. Sémin. Internation. "Les petitsbarrages dans le monde méditerranéen, Tunis, 28-31 May, 2001.

Persson, M., J. Olsson, J. Albergel, P. Zante, S. Nasri, H. Yasuda. R.Berndtsson, and P. Ohrstrôm, Fractal theorytosimulate unsaturated transport properties, Proc. Sémin. Internation. Montpellier, Montpellier, 2000.

Nasri, S., 1. Albergel, and R. Berndtsson (2001), La collecte des eaux de ruissellement dans la Tunisie Centrale; lacscollinaires, banquettes de rétention et tabias, Proc. Sémin. Internation. "Les petits barrages dans lemonde méditerranéen, Tunis, 28-31 May, 2001.

Zhu, K., L. Zhang, and R. Bemdtsson, (1998), Disinfection and fresh-keeping of rainwater in small scale cisterns,Proc. ofthe Intern. Symp. on Rainwater harvesting and management ofsma// reservoirs in arid andsemiaridareas, Lund, 29 June - 2 July, 1998, pp. 215-229.

Zhang, L., K. Zhu, and R. Bemdtsson, (1998), Rainwater cistem system in arid and semiarid areas, China. Proc. ofthe Intern. Symp. on Rainwater harvesting and management ofsma// reservoirs in arid and semiarid areas,Lund, 29 June-2 July, 1998, pp. 205-214.

Ohrstrôm, P., J. Olsson, J. Alberge~ P. Zante, P. Nasri, M. Persson, and R. Berndtsson (2001), Non-linear scalingcharacteristics ofsolute transport in a small catehment, Proc. Sémin. Internation. "Les petits barrages dans lemonde méditerranéen, Tunis, 28-31 May, 2001.

194

4. Theses

Persson, M., (1999), Conseptualization of solute transport using time domain reflectometry, a combined laboratoryand field study, D. Sc. Thesis, Rep. No. 1025, Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, pp. 1-60 + 8append.

Nasri, S., (2001), Soil management of arid watersheds for sustainable crop growth, D. Sc. Thesis, Dep. of WaterResour. Eng., Lund Univ., Lund, (in prep.).

ÔhrsWm, P., (2001), Solute transport in semi-arid soils, D. Sc. Thesis, Dep. of Water Resour. Eng., Lund Univ.,Lund, (in prep.).

Umegaki, Y., (2002), Transport of metals in heterogeneous soils, D. Sc. Thesis, Dep. of Water Resour. Eng., LundUniv., Lund, (in prep.).

Yasser, 1., (2002), The use ofGIS as a tool to manage soils and water resources in arid watersheds, D. Sc. Thesis,Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, (in prep.).

Hamed, Y., (2003), Use of marginal waters for irrigation in arid areas, D. Sc. Thesis, Dep. ofWater Resour. Eng.,Lund Univ., Lund, (in prep.).

5. Student's dissertations

Palmquist, o., and O. TulIberg, (1997), An experimental study of pollutant transport and erosion susceptibility inTunisia, a study with rainfall simulation and dye in the M'Richet el Anze catchment, M. Sc. Thesis, Dep. ofWater Resour. Eng., Lund Univ., Lund, pp. 1-56.

6. Softwares

7. Seminar proceedings

Berndtsson, R., (1999), Proceedings of International Seminar on Rain water harvesting and management of smallreservoirs in arid and semiarid areas, an expert meeting within the EU-INCO collaboration HYDROMED (Programfor research on hill reservoirs in the semiarid zone of the Mediterranean periphery), Rep. 3222, Dep. ofWaterResour. Eng., Lund Univ., Lund, 1-316,

8. Abstracts

Persson, M., R. Berndtsson, J. Albergel, S. Nasri, A. Bahri, P. Zante, (1998), A non-invasive approach formeasurements ofnear-surface water content, Annal. Geophys., 16, Suppl. 11, C483.

Somogyi, P., R. Berndtsson, J. Albergel, S. Nasri, A. Bahri, P. Zante, (1998), Preferential flow as indicated bybriUiant blue, Annal. Geophys., 16, Suppl. 11, C480.

Ôhrstr6m, P., Y. Hamed, M. Persson, and R. Berndtsson,(2000), Characterizing solute transport in the unsaturatedzone by simultaneous use ofdye and TDR,Annal. Geophys., Suppl. (subm.).

9. Posters

10. Multimedia

Il. Other reports

195

Rapport final individuel de

L'ACSAD

Place des Petits Barrages dans les pays de l'ACSAD

1. Place des petits barrages en Syrie

1.1 Géographie physique

La superficie de la Syrie est de l'ordre de 185.000 km2 dont 110.000 km2 de déserts.Elle occupe la côte orientale de la Méditerranée. La Syrie a connu dernièrement une rapidecroissance démographique faisant passer la population de 3,5 millions en 1963 à plus de 17millions en 1999.

On peut y distinguer trois grandes régions naturelles:l'étroite plaine côtière, située à l'ouest,les montagnes, constituées par la chaîne côtière qui prolonge la chame du Liban ettout le versant oriental du massifde l'Hermon et de l'Anti-Liban,le plateau syrien qui occupe la presque totalité du pays.

Le climat de la Syrie est de type méditerranéen, caractérisé par un hiver froid etpluvieux, un été chaud et sec. La saison pluvieuse commence donc en septembre et se terminel'année suivante en avril.

La pluviométrie varie de moins de 100 mm à l'Est, dans la zone de la steppe, à plus de1000 mm à l'Ouest, près de la côte méditerranéenne (fig. 1). La Syrie peut donc être diviséeen cinq zones climatiques distinctes en fonction de la distribution de la pluviométrie (fig.2).

une zone humide où la pluviométrie dépasse 800 mm par an,

une zone sub-humide où la pluviométrie est comprise entre 600 et 800 mm par an,

une zone semi-aride où la pluviométrie est comprise entre 350 et 600 mm par an,

une zone aride où la pluviométrie est comprise entre 100 et 350 mm par an,

une zone très aride où la pluviométrie est inférieure à 100 mm par an.

1.2 Hydrographie

Le système hydrographique est bien développé en Syrie. Les principaux cours d'eau ysont l'Euphrate, l'Oronte, le Yarmouk. Il existe également un réseau bien développé de wadiset autres petites rivières (Barada , Awaj, Koveik...) (fig. 3). La Syrie est subdivisée en 7bassins versants. La surface cultivable y est estimée à 6 091 000 ha (1) et la surface irriguée à1 482000 ha pour l'année 2000, contre 1 267000 ha en 1995 (2).

197

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Climatic Zonesof Syria

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1.3 Evolution de la construction des petits barrages

D'après la définition des petits barrages adoptée par la Commission Internationale desGrands Barrages, un petit barrage a une hauteur inférieure à 15 m et une capacité de moins de1 million de m3

• Se basant sur cette définition, la Syrie possède actuellement 43 petitsbarrages, sur un total de 163 ouvrages, distribués géographiquement comme l'indique lafigure 3.

La construction des petits barrages a démarré en 1960, lorsque la région de Sweida(région du sud de la Syrie), caractérisée par l'existence d'un plateau basaltique dépourvu deterrains aquifères exploitables (nappe phréatique située à plus de 500 mètres de profondeur),avait souffert d'un manque d'eau potable (3). Dans cette région, la pluviométrie étant del'ordre de 250 à 350mm, cette situation avait motivé la construction de petits barrages pourpalier au manque d'eaux superficielles et souterraines, l'autre alternative consistant à amenerl'eau d'une autre région étant très coûteuse. Le premier petit barrage (barrage de Rsas) futconstruit dans cette région en 1964 avec une capacité de stockage de 30 000 m3 derrière unedigue haute de 8 mètres et longue de 65 mètres. En 1965, d'autres barrages et retenuescollinaires ont été construits dans la région avec des capacités variant de 13 000 à 37 600 m3

•

Il a été très clairement observé que la construction de ces barrages avait nettement diminué leproblème lié à l'eau potable dans la région.

La cadence de construction des barrages s'est alors accéléré, avec une moyenne dequatre par an. La figure 3 montre que les barrages sont inégalement distribués. La plupartd'entre eux-sont situés dans les bassins du Yarmouk, de l'Assi (Oronte) eLdu Badia (zone dessteppes). Ceci s'explique, pour les deux premiers bassins, par le fait que leur topographiemontagneuse ne permet pas de construire des barrages plus importants. Dans le cas du bassinde Badia, les précipitations y sont insuffisantes pour alimenter de grands barrages. Le tableausuivant indique la répartition des petits barrages en Syrie dans l'ordre décroissant de leurscapacités de stockage et en fonction de leur répartition géographique (3).

Capacité Barada Yann Assi Euphrate Tigrisen & ouk Côte & & Badia Total

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S<100 3 1 4

250> S 2 3 2 7

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>500

1000> S 1 2 1 7 11>750

Total 1 10 10 2 1 1 18 43

En plus des petits barrages, des digues ont été construites dans certains wadis afind'inonder les terrains situés en amont ou de dévier l'eau vers des zones cultivées.

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1.4 Buts des barrages

Lorsque le programme de construction des petits barrages a été lancé, l'alimentation eneau potable des régions desservies à l'époque par des citernes constituait le seul objectifdéclaré, mais certains de ces ouvrages, prévus initialement pour l'alimentation en eau potable,servent aujourd'hui à l'irrigation. La surface irriguée grâce aux petits barrages varie entre 25et 100 ha par ouvrage. La pisciculture s'est également bien développée dans la quasi-totalitédes retenues, avec une production de l'ordre de 0,1 Kg / m3

.

1.5 Travaux de surveillance hydrologique

Malgré le programme ambitieux adopté pour le suivi et l'entretien des petits barrages, letravail réalisé reste modeste. Le suivi concerne essentiellement le niveau d'eau dans les lacs,sans aucune vérification ni entretien des échelles. Les mesures sont effectuées par desobservateurs et enregistrées à la main. Le seul travail de maintenance concerne la stabilité dela structure du barrage. Aucune interprétation ou analyse des mesures effectuées n'est menéeafin d'évaluer les apports liquides et solides entrant dans ces lacs. Le premier travail de cetype a été effectué en Syrie dans le cadre du projet HYDROMED sur les deux sites pilotes deSyndiané et de Tel Kalakh.

1.6 Les impacts socio-économiques

Avec l'irrégularité, la mauvaise répartition et la faiblesse relative des précipitations,auxquelles s'ajoutent une saison humide courte et une saison chaude longue (caractéristiquesfondamentales du climat sud méditerranéen), la Syrie souffre d'un déficit hydrique quasi­permanent. La demande en eau augmente très fortement en été, entraînant une forte pressionsur les ressources disponibles et en particulier sur les ressources en eaux souterraines. Celles­ci ne sont malheureusement pas toujours disponibles, d'où l'intérêt des petits barrages,alternative intéressante présentant parfois plus d'avantages que les grands barrages. Ilspermettent en effet une meilleure distribution des ressources en eau là où les grands barragesretiennent une grande quantité d'eau sur un seul site, au détriment des zones amont qui nepeuvent en bénéficier.

Parmi les autres avantages, on peut citer:un meilleur approvisionnement en eau potable des habitants de la steppe et de larégion montagneuse, ce qui contribue à l'amélioration des conditions d'hygiène,l'augmentation des revenus des paysans par l'amélioration de la production agricoledue à l'irrigation,l'aménagement de nouvelles routes au cours de la construction des barrages,facilitant ensuite le déplacement des paysans et la vente des produits agricoles,

l'amélioration de l'environnement général de l'activité agricole.

1.7 Planification future des petits barrages

Plus de trente ans après le lancement du programme de construction des petitsbarrages en Syrie, on peut dire que ce programme a été d'une grande utilité pour ledéveloppement rural et il s'est avéré rentable pour les raisons suivantes.

i) Les petits barrages ne demandent pas de grands investissements. Le coût actuel parm3 de terre ou de roche n'excède pas 5 dollars (3) et ils ne nécessitent donc pasl'octroi de prêts extérieurs.

202

ii) Ils sont faciles à exécuter, plusieurs barrages peuvent être étudiés et exécutéschaque année.iii) Ils ne nécessitent pas de longues études préalables comme les grands barrages.

iiii) Ils n'ont pas, a priori, d'impacts négatifs sur l'environnement

Le Ministère de l'irrigation a donc décidé de poursuivre ce programme de constructionde petits barrages dans les différents bassins versants du territoire syrien en sélectionnant :

- 13 sites dans le bassin de l'oued Badia avec des capacités de stockage comprisesentre 0,2 et 1,5 Mm3

;

- 3 sites dans les bassins des oueds Barada et Awage avec des capacités de stockagecomprises entre 0,28 à 0,75 Mm3

;

- 5 sites dans le bassin de Yarmouk avec des capacités de stockage comprises entre 0.4à 1 Mm3 •,- 5 sites dans le bassin de l'Oronte ( Assi) avec des capacités de stockage inférieures à1 Mm3

•

1.8 Problèmes liés à la construction des petits barrages

Les problèmes rencontrés lors de la construction ou de l'exploitation des petitsbarrages sont d'ordres géologique et hydrologique, en relation avec l'étanchéité de la retenue,avec son remplissage ou avec la qualité des eaux qui y sont stockées.

Concernant la géologie du site, le karst et le basalte constituent des matériauxgéologiques qui peuvent poser problème pour l'étanchéité de la retenue. Le gypse provoqueune dégradation de la qualité des eaux. En outre, un alluvionnement important des retenuesdans la zone des steppes a été observé (3). Il correspond à d'importants transports solidesvéhiculés par les rivières de cette région (parfois 20 à 30 kg/m3

). On a même enregistré desvaleurs de l'ordre de 200 kg/m3 pour certains oueds, tandis que le taux moyen des sédimentstransportés a été estimé à 10 kg/m3

• Un tel transport solide a réduit de moitié la durée de viedes barrages de la zone des steppes par rapport aux autres régions du pays : 20 à 25 ans aulieu de 50 ans (2). Un raccourcissement de la durée de vie des barrages a été également notésur la zone côtière.

Un autre problème fréquemment rencontré concerne la variabilité des précipitations,sur les bassins localisés dans les steppes et près de la côte. La proximité des villes et villagespose également un autre problème de dégradation des eaux à cause des rejets de détritus,d'eaux usées, de matières fécales ou de substances polluantes dans les wadis ou les coursd'eau causant ainsi la contamination des lacs.

2. Place des petits barrages au Liban

Le Liban est situé sur la côte orientale de la Méditerranée, sa superficie atteint10452 km2

•

2.1 Géographie Physique

Morphologiquement, le Liban est constitué par 2 chaînes de montagnes: le MontLiban et l'Anti-Liban. Ces deux chaînes sont séparées par la plaine de la Bekaa.

Le climat méditerranéen y prédomine avec une pluviométrie annuelle qui varie de 200mm dans le plateau de la Bekaa à 1500mm au sommet du mont Liban. Le volume annuelprécipité y est estimé à 8 600 Mm3 dont 4 500 Mm) sont perdus par évaporation.

203

Le pays possède 15 cours d'eau pérennes. La quantité d'eaux superficiellesactuellement maîtrisées est de l'ordre de 800 Mm3

•

2.2 Evolution de la construction des barrages et lacs collinaires

Le Liban a commencé à s'intéresser à la construction des barrages dans les années 50.Le premier barrage, celui d'Al Quaraoun, a été construit sur le Litani au sud de la Bekaa avecune capacité de stockage de 220 Mm3

• D'autres barrages ont ensuite été construits surplusieurs rivières afin de satisfaire les besoins d'alimentation en eau potable ou en eaud'irrigation.

Le Liban a construit peu de lacs collinaires. Leurs capacités de stockage ne dépassentpas 500 000 m3 chacun. Parmi ces ouvrages, citons les lacs de Jouret El Ballout (450000 m3

)

destiné à l'alimentation en eau potable, de Kawachra (260 000 m3) destiné principalement à

l'irrigation et celui de Dahr El-Darajeh d'une capacité de 600 000 m3 destiné aux besoinsdomestiques et agricoles. Le plan vert, lancé en 1963 dans le but de soutenir le développementagricole dans les régions démunies, a favorisé la construction de petits réservoirs (650jusqu'en 1972) dont les capacités unitaires ne dépassent pas 50 000 m3

• Le but de cesréservoirs est d'assurer l'alimentation en eau des périmètres irrigués pendant l'été. Le volumetotal d'eau stockée dans ces réservoirs est estimé à 3,421 Mm3

•

Le secteur privé s'est aussi intéressé aux retenues collinaires en construisant desréservoirs dont la capacité ne dépasse pas 25 000 m3

•

En 1975, une étude quasi exhaustive a été menée pour déterminer les sites aptes àl'exécution de barrages et lacs collinaires. On a ainsi dénombré environ 156 sites favorablesdont 38 furent retenus. Les études d'implantation de petits barrages se sont aussi succédées aucours des années 80 et 90 jusqu'à maintenant mais la plupart de ces études ont été faites sansmesures hydrologiques et en l'absence de renseignements sur les transports solidessusceptibles de combler les retenues.

2.3 Exploitation et maintenance des petits barrages et lacs collinaires

La plupart des lacs et retenues collinaires construits au Liban étaient destinés àl'irrigation. Peu de lacs servent aujourd'hui pour l'alimentation en eau potable.

Les travaux de surveillance et de maintenance des barrages (mesures des envasementset des niveaux d'eau dans les lacs) sont presque inexistants. Toutes les mesures existantes ontété collectées dans les années 50 et 60. Cependant, des efforts sont actuellement déployéspour l'installation d'un réseau d'observations climatiques et hydrométéorologiques.

3. Place des Petits Barrages dans les autres Pays de l'ACSAD

Outre des pays de la Peninsule Arabique, les pays de l'ACSAD occupent les côtes sudet orientale du bassin méditerranéen. La maîtrise des eaux de surface dans ces pays a toujoursété indissociable du développement économique et social. Les petits barrages et les travauxd'aménagement hydraulique y existent depuis l'époque romaine. Pour développer l'irrigation,les grandes rivières ont fait l'objet de nombreux projets d'aménagement. Récemment, sous lapression d'une forte demande en eau afin de répondre aux besoins du développement, unepolitique de mobilisation optimale des ressources en eau a été adoptée par les différents paysarabes.

204

En Jordanie, la construction des petits barrages s'est accélérée ces dernières années. Quatrebarrages ont été déjà réalisés avec des capacités de stockage comprises entre 2 et 5 Mm3

• Sixautres barrages sont à l'étude. Pour récolter les eaux de ruissellement, 10 barrages ont étéconstruits avec une capacité totale de stockage égale à 8,4 Mm3 et 15 autres ouvrages ont étéproposés dans la région désertique totalisant une capacité de stockage égale à 22 Mm3

• Dansles autres régions du Pays, 38 réservoirs totalisent une capacité de stockage de 9,1 Mm3 et 20autres ouvrages sont proposés (4).

Dans les Emirats Arabes Unis. 35 barrages ont des capacités de stockage comprises entre0,2 et 18 Mm3

, mais la plupart ont une capacité de stockage inférieure à 6Mm3• L'objectif

principal de ces barrages est la recharge des nappes (2).

Dans le sultanat d'Oman. la construction des barrages a été lancée depuis une vingtained'années. Il existe actuellement 17 barrages pour la recharge des nappes avec des capacités destockage comprises entre 50 000 m3 et 10 Mm3 (9 barrages ont des capacités de stockageinférieures à 1 Mm3

). En outre, 6 barrages, d'une capacité de stockage comprise entre 250 000m3 à 1,6 Mm3

, ont pour objectif la protection contre les crues (5).

En Arabie Saoudite. 54 barrages ont été construits sur des oueds avec comme objectifprincipal la recharge des nappes phréatiques, l'irrigation et la protection contre les crues. Lacapacité de stockage de ces barrages varie entre 0,1 et 3 Mm3 (5 barrages seulement dépassentla capacité de stockage de 7 Mm3

) (5).

En Tunisie. le projet des lacs collinaires est considéré comme un bon exemple demobilisation des eaux de surface. Au début de la décennie 1990-1999, la Tunisie s'est lancéedans un ambitieux programme de construction de 1000 lacs collinaires. Ces lacs sont lespièces maîtresses de la stratégie nationale en matière de conservation des eaux et des sols. Lesobjectifs de cette stratégie sont de réduire les pertes en terre agricole, de réduire l'envasementdes grands barrages (de l'ordre actuellement de 25 Mm3

), d'augmenter la recharge des nappeset de mobiliser la plus grande partie possible des 500 Mm3 d'eaux superficielles perdues dansla mer ou dans les Sebkhas (6).

Au Maroc. l'utilisation de la technique des lacs collinaires date depuis fort longtemps. Ils'agit plutôt de petites retenues traditionnelles dites Rdirs, aménagées par les associationsd'éleveurs. Un plan d'équipement de tout le territoire en lacs collinaires (un ouvrage tous les10 km) a été mis en œuvre après la seconde guerre mondiale. En 1953, le chiffre de 200aménagements ainsi réalisés a été avancé. Il fallut ensuite attendre les années 90 pour qu'unnouveau projet de construction de 500 petits barrages soit lancé dont 85 étaient construits en1995. La période de sécheresse, traversée par le Pays au début des années 80 a été en effet lepoint de départ de la politique de construction de petits barrages et de lacs collinaires. Lespetits barrages sont destinés à l'un, ou plusieurs, des buts suivants:

-1 l'irrigation et l'abreuvement du cheptel,la protection contre les crues,la recharge artificielle des nappes,l'alimentation en eau potable des centres ruraux,la lutte contre la pollution,la plaisance.

205

Un peu plus de 50 petits barrages ont été mis en exploitation depuis 1985. Une étuded'évaluation du programme des petits barrages a porté sur 23 barrages répartis dans 13provinces. Les conclusions de cette étude ont montré qu'en plus des effets directs au niveauagricole, de l'élevage et de l'alimentation en eau potable, le coût social représente environ45% à 50% du coût financier du projet. Ceci signifie que seulement la moitié du prix desouvrages est une charge pour l'économie nationale car l'autre moitié constitue un transfert derichesse entre agents économiques (6).

En Algérie, les petits aménagements hydrauliques ont vu le jour après l'indépendance,lorsque le gouvernement envisagea un grand programme d'édification de lacs collinaires.Mais les études technico-économiques lancées à ce sujet ont fait ressortir les difficultésinhérentes au contexte algérien : une forte irrégularité des pluies, des pentes accentuées et lapossibilité d'envasement rapide des retenues, ce qui rendait les barrages collinaires trèscoûteux pour un effet aléatoire sur le développement rural. La réalisation de la premièreretenue collinaire, suivie par plusieurs autres, date seulement de 1976. Les résultats de cetteopération ont été décevants: envasement rapide, eau peu utilisée par les riverains, coût del'ouvrage relativement élevé. Malgré ces conclusions, l'Etat a relancé en 1985 un nouveauprogramme de construction de petits barrges comprenant 700 retenues et 300 barragescollinaires.

Références bibliographiques

(1) - Water from dams in Syria, rCOLD, publication (1993),55 pp.

(2) - Proceedings ofexpert group meeting on the implication ofAgenda 21, ESCWA, 1995.

(3) - Small dams and hill reservoirs in Syria, Hydromed, ACSAD publication.

(4) - Hydrology ofwadi System in Jordan, RadwanAl-Weshah, (2000), The Arab Network onWadi hydrology.

(5) - 5th GulfWater Conference, 24-28 March 2001, Doha, Qatar.

(6) - HYDROMED, Second rapport d'avancement, 1997.

206

Rapport final individuel de

L'ACSAD

Petits barrages et législation de l'eau

dans les pays du projet HYDROMED

Dans la zone semi-aride méditerranéenne, l'eau comme les terres agricoles est uneressource rare. Les problèmes de la gestion efficace du patrimoine sol et de la mobilisationdes ressources en eau ont donc intéressé depuis fort longtemps les sociétés humaines qui ontvécu dans ces régions. Des petits ouvrages hydrauliques ont été développés dans les différentspays de la région depuis l'époque romaine.

En plus des objectifs d'ordre hydrologique (régulation des crues, piégeage dessédiments et recharge des nappes), la construction d'un lac collinaire a également pour but laprotection d'un milieu en perpétuelle dégradation et l'amélioration des conditions de vie despopulations locales déshéritées. L'aménagement de lacs collinaires, en l'absence d'autresahernatives techniques de mobilisation de l'eau, pourrait être un des meilleurs moyensd'engager un processus de développement local durable.

Au delà des objectifs annoncés, la question principale, de loin la plus importante,concerne l'exploitation de ces aménagements.

Un projet de lacs collinaires est avant tout un projet d'utilité publique dont laconception et la réalisation sont, au moins initialement, du ressort de l'Etat. La formed'exploitation et la destination d'un tel aménagement doivent être prévues avant touteréalisation. Malheureusement, les travaux d'aménagement ont toujours été perçus avecindifférence par les paysans bénéficiaires, car l'aspect participatif des populations locales,dans la phase de conception, le choix des sites, la réalisation, voire même la gestion n'ajamais été considéré comme une priorité dans les projets de construction des petits barrages.En concertation avec les populations concernées, la hiérarchisation des objectifs prioritaires(protection des zones aval contre les inondations, recharge des nappes phréatiques,agriculture, élevage) et la bonne détermination du site sont les garants d'une bonne faisabilitédu projet d'aménagement et de son appropriation par les populations locales.

Une étroite collaboration entre puissance publique et collectivités locales concernéesest donc nécessaire tout au long de la vie de ces ouvrages. Cette concertation peut être tout àfait vitale face aux aléas de remplissage des retenues qui risquent de remettre en cause le bienfondé de certains choix de mise en valeur.

207

Aspects légaux et institutionnels de la gestion des lacs collinaires

Nous allons passer en revue les règles de gestion des réservoirs d'eau de surface dansles différents pays du projet HYDRüMED.

Syrie

L'Etat, représenté par le ministère de l'irrigation, est seul responsable de la constructiondes barrages (petits et grands). La planification des projets, les études de base, la conception,la réalisation et la gestion des ouvrages hydrauliques ainsi que celles des réseaux d'adductiond'eau d'irrigation se font au sein de ce ministère. Les travaux d'entretien, de surveillance etd'observation entrent aussi dans la responsabilité de ce ministère. La décision de construire unbarrage est du seul ressort du ministère de l'irrigation, mais celui-ci peut aussi décider del'implantation d'un petit barrage à la demande des autorités ou des associations locales pourassurer une source d'eau permanente ou répondre à des besoins précis. Cependant lespopulations locales n'ont aucun rôle dans le choix du site ou dans le dimensionnement del'ouvrage.

L'irrigation constitue, en général, le principal usage de l'eau des retenues. Ladistribution d'eau d'irrigation se fait par l'intermédiaire d'un réseau d'adduction sous lasurveillance des agents du ministère de l'irrigation. Les périmètres irrigués à partir de cesbarrages sont recensés et les paysans doivent verser une redevance à l'Etat afin de pouvoirutiliser cette eau. Cette redevance est calculée sur la base d'un service rendu pour mettre à ladisposition des paysans une certaine quantité d'eau. L'Etat récupère ainsi les coûts desinvestissements, à l'exception du coût de la construction du barrage qui reste à la charge del'Etat. Les redevances correspondent à des crédits étalés sur 30 ans. Les frais de maintenancesont payés par les utilisateurs sous la forme de taxes. Taxes et redevances sont réviséesrégulièrement. En 1996, les redevances étaient d'environ 50 dollars 1 hectare lan et les taxesde 80 dollars 1 ha 1 an. La dernière révision s'est produite en 1999, date à laquelle lesredevances sont passées à 75 dollars/ha/an et les taxes à 90 dollars/ha/an.

Les sommes payées par les agriculteurs vont dans les caisses de l'Etat et n'entrent pasdans le budget du ministère de l'irrigation ou d'un organisme local. Par conséquent, lespaysans ne croient pas que l'argent versé sert à l'amélioration des réseaux de fourniture d'eauet à leur entretien. Le problème, avec cette législation, est que la redevance est fixée parrapport à l'hectare irrigué et ne dépend pas de la quantité d'eau consommée. Ceci n'incite pasles paysans à économiser l'eau. D'autre part, les associations paysannes locales ne jouentaucun rôle dans la gestion de la ressource en eau des petits barrages.

D'autre part, le secteur privé a le droit d'investir librement, sans aucune objection dela part de l'Etat, dans le domaine de la construction des petites retenues collinaires ou desciternes qui servent à collecter les eaux de ruissellement. Au contraire, l'Etat encouragel'initiative privée dans ce domaine, ce qui permet à la fois de réduire l'exploitation des eauxsouterraines, exploitation qui nécessite une autorisation spéciale, et d'optimiser l'utilisationdes eaux de ruissellement. Le propriétaire d'un réservoir a le droit de vendre l'eau auxintéressés sans aucune intervention de l'Etat dans la fixation du prix du mètre cube d'eau.Cette politique a été adoptée dans la stratégie générale de développement du secteur agricoleen Syrie.

En conclusion, on peut dire que l'approche participative est loin d'être appliquée en Syriedans le domaine des petits barrages. Le principe de la motivation et de la responsabilisationdes bénéficiaires, par l'intermédiaire d'une définition et d'une mise en oeuvre commune

208

d'actions contn1>uant directement ou indirectement à l'amélioration de la production agricole,n'a pas encore été adopté par le Ministère de l'Irrigation. Or, seule la prise en compte desquestions d'ordre économique peut garantir un développement agricole durable despérimètres irrigués à partir des petits aménagements hydrauliques.

Liban

L'exploitation des ressources en eau est sous la responsabilité du ministère de l'eau etde l'énergie. C'est lui qui planifie les projets et effectue les études de faisabilité des projetsd'aménagement hydraulique directement ou indirectement par l'intermédiaire de bureauxd'études. Les travaux sont ensuite exécutés par le secteur privé après passation de marchés.

Le Plan Vert, lancé en 1963, est un bel exemple de coopération entre l'Etat et lespopulations locales. Un des objectifs de ce projet était la construction de retenues collinairesdéfinies après étude et évaluation des besoins exprimés par les populations rurales. Le PlanVert avançait 80 à 85 % du coftt total de l'ouvrage, sous la fonne de crédits à intérêt 1% étaléssur dix ans, et les paysans bénéficiaires prenaient en charge 15 à 20% du coût de construction.Les usagers avaient ensuite toute la liberté d'utilisation de ces ressources en eau, sans payerdes redevances. Malheureusement, les événements, que le Liban a connu au cours des années70 et 80, ont bloqué le bon déroulement de ce programme. Les ouvrages n'ont subi aucunentretien pendant cette longue période ce qui a eu pour effet de diminuer leur durée de vie etfavorisé les pertes en eau par infiltration. Ces événements ont eu également des impactsnégatifs sur le développement de la législation de l'eau au Liban, législation qui est restéeinappliquée et qui n' a pas évolué depuis plus de 30 ans.

Tunisie

La stratégie de développement des ressources en eau mise en oeuvre depuis 1990 fixecomme uhime objectit: à l'horizon 2000, la mobilisation de la totalité des ressources en eauxsuperficielles du pays. Les grands barrages et les barrages collinaires vont pennettre, d'aprèscette stratégie, la mobilisation de 849 Mm3

, ce qui portera le volume total mobilisé par ce typed'ouvrage à 2130 Mm3

, soit un accroissement de la capacité de stockage en eauxsuperficielles de 66%.

La réalisation des projets de conservation de l'eau et des sols a, jusqu'à une daterécente, fait l'objet d'une intervention presque exclusive de l'Etat qui a mobilisé ses moyenspropres pour atteindre les objectifs fixés. Actuellement, l'Etat encourage et confieprogressivement les travaux de construction aux entreprises privées par l'établissement d'uncahier des charges. Quand il s'agit de grands travaux à caractère d'utilité collective, tels quelacs collinaires, le service concerné, après avoir effectué les études nécessaires et préparé lecahier des charges du projet, lance un appel d'offies pour son exécution. Cet appel d'offres estouvert aux entreprises privées.

En ce qui concerne la gestion collective de cette nouvelle ressource en eau, l'étatencourage la décentralisation en essayant d'impliquer progressivement les collectivités etorganisations locales dans sa stratégie de développement des zones rurales. Cette politiquevise à accroître la participation des bénéficiaires en réactivant la création des Associationsd"Intérêts Collectifs (AIC). Le nombre de ces associations pour l'irrigation (il y en a aussipour l'alimentation en eau potable) est actuellement de 500, mais leur développement autourdes lacs collinaires est encore fat1>le bien que l'Etat ne cesse d'apporter son soutien à cesstructures.

209

Il n'existe aucun texte réglementaire approprié déterminant avec précision les fonctionsdes AIC des lacs collinaires, mais les objectifs peuvent se résumer ainsi:

exploitation et gestion de l'ouvrage,entretien des ouvrages et sauvegarde des plantations de protection des digues,prise en charge de l'entretien des équipements hydrauliques.

Chaque AIC dispose d'un budget qui comprend des recettes constituées par les cotisationsdes usagers adhérents et par le produit de la vente d'eau, les dépenses étant dues aux. frais defonctionnement et d'entretien des matériels.

Cette expérience de gestion collective des lacs collinaires est récente et les associationscrées sont encore très dépendants d'une assistance matérielle et technique de l'Etat. Mais c'estune approche très encouragée par l'Etat et qui va prendre de plus en plus de place dans lapolitique de l'eau en Tunisie.

Maroc

Les petits barrages et leurs aménagements connexes sont réalisés à partir de lacoordination de trois ministères.

- Le ministère des Travaux Publics assure la conception des barrages, l'encadrementtechnique pendant leur construction, ainsi que la fourniture du matériel (gros engin,camions, compresseurs, bétonnières...).

- Le ministère de l'Agriculture et de la Réforme Agraire intervient à l'amont desretenues pour la construction des ouvrages de conservation des eaux et des sols et enaval ou à proximité des lacs pour la mise en valeur des terres irriguées.

- Le ministère de l'Intérieur et de l'Information fournit la main d'œuvre. 11 financel'achat de carburant et de petits équipements. Il supervise également la phased'exploitation.

Les programmes de réalisation des petits barrages sont arrêtés sur la base de :

~ la rentabilité des projets, évaluée par une étude d'impact appréciée par le taux derentabilité interne du projet,

- la situation économique et sociale des zones intéressées,

- l'adhésion des populations riveraines.

L'effort de réalisation d'ouvrages de petite hydraulique est accompagné par denombreuses recherches sur la caractérisation des sites, sur la nature des ouvrages et desenquêtes d'évaluation d'impact.

L'organisme responsable de la phase d'exploitation est le ministère de l'intérieur.L'organisation des utilisateurs autour du lac est souvent collective. Il existe une tarification del'eau pour couvrir les frais d'exploitation.

210

Formations reçues, séjour scientifique

Plusieurs actions de formation ont été réalisées pour des chercheurs de l'ACSAD etdu ministère syrien de l'irrigation. M. Droub~ chercheur de l'ACSAD, a bénéficié d'un séjourscientifique de haut niveau en France (du 28 mars au 18 avril 1999). Il a pu ainsi rencontrerles chercheurs de différents établissements de recherche français ayant des activités surl'aménagement des petits bassins versants (IRD Paris et Montpellier, Université Louis Pasteurà Strasbourg).

Deux chercheurs du ministère syrien de l'Irrigation ( Mlle. AlKhayat Suheir et M.AlSouki ) et un chercheur de l'ACSAD ( M. Yasser Ibrahim) ont participé à un stage organiséen Tunisie sur les mesures expérimentales de suivi hydrologique d'un petit barrage, sur lagestion des données, le traitement et l'exploitation des mesures d'envasement par levéstopographies et bathymétrie des retenues (du 8 au 29 mars 1998).

Trois chercheurs de l'ACSAD, un chercheur du ministère syrien de l'irrigation et deuxchercheurs libanais ont participé au Séminaire International sur La gestion du ruissellementqui s'est déroulé à Lund en Suède du 29 juin au 2 juillet 1998.

Titres et résumés des publications

Communications dans un séminaire ou congrès avec publication des actes

International Seminar Rain water harvesting and management of small reservoirs in arid andsemi arid areas. Lund University, Sweden, 29 June - 2 July 1998.

Q Hydrology ofSindyaneh Wadi basin in Syria, Droub~A, Kara Damour, Ibrahim Y.

Q Lebanese hydrology and needs for water storage, Jaber B. and Saad F.

Communications orales dans un séminaire ou congrès (résumés publiés)

International Seminar "Hydrology of the Mediterranean Regions. Water Resources integratedManagement", Montpellier, France 8 -Il September 2000.

Q Sustainable Management of Wadi Systems in the Arid and semi arid zones ofthe Arab region. Khouri J., ACSAD (communication orale)

Q Ressource en eau de la Syrie et du Liban, place des petits barrages dans lesschémas de développement. Droubi A, ACSAD (poster).

Rapports

Small dams and hi11 Reservoirs in Syria, S. Kara Damour and A F. Miski, publicationHYDROMED, ACSAD.

211

Rapport final individuel de

L'INRGREF

AGROCLIMATOLOGIE ET PRODUCTION AGRICOLE

1- INTRODUCTION

La Tunisie est Wl pays aride à semi-aride sur les % de son territoire. Cette aridité est lerésultat d'une pluviométrie faible et variable et d'une évaporation très forte. Aussi, unestratégie de développement et de gestion des ressources en eau a été mise en place au cours dela dernière décennie. Grâce à cette stratégie, la Tunisie a pu mobiliser 80% de ses ressourceshydriques (eaux de surface et eaux souterraines).

Les lacs collinaires sont un des moyens de mobilisation des eaux de surface et l'utilisation del'eau de ces lacs à des fins agricoles est actuellement un des objectifs les plus importants de lastratégie de développement du Ministère de l'Agriculture tunisien. L'usage de l'eau des lacscollinaires à des fins agricoles, avec une efficience maximale, présente des difficultésd'analyse et de gestion. En effet, les zones d'étude se caractérisent par une très grandevariabilité spatiale et temporelle des précipitations, une grande variabilité des caractéristiquesphysiques et chimiques des sols et Wl large éventail de systèmes de culture, de techniquesd'irrigation et de stratégies utilisées par les agriculteurs. 50% des agriculteurs n'ont pasintroduit l'irrigation, 28% commencent à introduire le facteur eau dans leur fonction deproduction et seulement 22% peuvent être considérés «des pionniers» en pratiquant la petiteirrigation ( Albergel et Rejeb 1997).

Pour répondre à l'objectif de valorisation et de gestion optimale de l'eau des lacs collinairesen Tunisie, nous avons déterminé, pour le cas du lac Kamech (frange humide du climat semi­aride tunisien), les besoins en eau des cultures, les périodes et les intensités des déficitshydriques. La stratégie suivie s'est basée sur deux approches:

une approche régionale par la caractérisation climatique de la région d'étude,

une approche locale pour laquelle nous nous sommes fixé comme objectif de suivrel'état hydrique des cultures sur un bassin versant situé au Cap Bon.

La caractérisation climatique régionale s'est basée sur l'analyse fréquentielle destempératures, des précipitations, de la demande climatique (ETO) et des bilans hydriquesagroclimatiques de deux cultures importantes pour la région, à savoir: la tomate de saison etle blé.

Etant donné que la production des plantes cultivées décroît rapidement si leur état hydriques'écarte d'une valeur seuil (KateIji. N et al. 1988) et afin de pouvoir valoriser et optimiser lagestion de l'eau des lacs par les agriculteurs, nous avons déterminé à l'échelle localel'évapotranspiration de référence, l'évapotranspiration réelle de la tomate et du blé conduitsselon la stratégie adoptée par un agriculteur du site étudié ainsi que le rapport ETRIETO quipermet d'apprécier dans quelle mesure les besoins en eau des cultures sont satisfaits (Boucheret Robelin 1969 in KateIji.N et al. 1988). Nous avons également étudié à l'échelle d'uneparcelle de piment irriguée, gérée par un agriculteur, l'itinéraire technique de production, lesapports d'eau réels et leur répartition spatiale (étude du réseau d'irrigation), le fonctionnementhydrique du sol et l'évapotranspiration réelle de la culture ainsi que la production.

213

...

Le site choisi est le lac Kamech, qui est un des sites pilotes du progranune HYDRüMEDsitué au nord du Cap Bon, dans la zone hrnnide du semi aride inférieur à pluviométriecomprise entre 400 et 500 mm. La capacité du lac est d'environ 140 000 m3 et son bassinversant a une surface de 245 ha, dont 55% sont occupés par des terres agricoles et 35% pardes pâturages. Les terres agricoles sont essentiellement à vocation céréalière.

11- APPROCHE REGIONALE, CARACTERISATION AGROCLIMATIQUE

Pour la caractérisation agroclimatique, la station de référence pour le Lac Kamech est lastation agrométéorologique de Kélibia. Notre choix a été guidé par la proximité de la stationpar rapport au lac et par la disponibilité et la qualité des données. Elle a été basée sur l'analysefréquentielle des températures, des précipitations, de la demande climatique (ETO), desbesoins en eau et des bilans hydriques agroclimatiques de deux cultures importantes pour larégion étudiée : la tomate et le blé.

Pour l'étude de l'évolution de la température et de la pluviométrie, nous avons utilisé unfichier pluviométrique de l'Institut National de la Météorologie (1971-1998) et pour ladétermination du bilan hydrique agroclimatique, nous avons choisi la période 1987-1997.

Etant très proche de la mer, lafréquence du sirocco est faible àKélibia et le nombre annuel de joursde sirocco le plus élevé au cours de lapériode étudiée, qui commence en1975 pour se terminer en 1995, a étéde 7 jours (Mougou et Hénia 1998).

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Figure 1 : Evolution de la température à la station deKélibia entre 1971 et 1998.

ILl-Evolution de la température

Le climat de la région de Kélibia est de type méditerranéen relativement chaud et peuvariable en été, avec des hivers à caractère très perturbé se caractérisant par leur douceur; latempérature moyenne hivernale est en effet de 12,5°C (Figure 1). Toutefois, malgré ladouceur des hivers dans cette région, la moyenne des minima est de 8,8°C et des minimaabsolus pouvant atteindre 0,3°C ont été enregistrés; des températures minimales faiblespeuvent persister jusqu'au mois de mars. Bien que le phénomène de gelée soit rare (Henia etMougou 1997), des cas peu fréquents de températures négatives sont observés dans la région.

La moyenne des températures desmois d'été est de 24°C avec desmaxima absolus qui dépassent 35°Cde juin à septembre et peuventatteindre 40°C au mois d'août; ce quiconstitue un facteur favorable àl'évapotranspiration.

II.2-Evolution de la pluviométrie

La figure 2, qui présente la pluviométrie annuelle, montre, comme l'ont déjà montré tousles travaux relatifs à la pluie en Tunisie, la grande variabilité annuelle des précipitations. Eneffet, pour la période 1975-1995 la pluviométrie annuelle a varié de 880 mm en 1996 à 317mm en 1981, pour une normale pluviométrique de 475 mm.

214

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A l'échelle mensuelle, la pluviométrieest également caractérisée par unegrande variabilité. Au cours de lapériode étudiée, la pluviométriemensuelle a varié pour le mois defévrier par exemple de 0,2 mmenregistrés en 1995 à 244 mmenregistrés en 1996, cette dernièrevaleur représentant presque le 1/4 dela pluviométrie totale annuellemoyenne. Pour le mois d'octobre etpour la même période, la pluviométriea varié de 15 mm en octobre 1987 à

Figure 2 : Evolution de la pluviométrie annuelle 269 mm en octobre 1995 pour uneà Kélibia de 1971 à 1998. moyenne inter annuelle de 88,2mm.

L'évolution du nombre de jours de pluie montre que la variabilité de la pluviométrie semanifeste aussi pour le nombre de jours de pluie, toutefois cette variabilité est beaucoup plusaccentuée au cours des mois d'hiver. En effet, le nombre de jours de pluie évolue pour le moisde février par exemple de 3 en 1990 à 21jours en 1973.

ll.3-Détermination du bilan hydrique agroclimatique

L'évaluation des périodes et des intensités des déficits hydriques des cultures dans la zoned'étude a été faite à partir d'un modèle simple de simulation du bilan hydrique. L'échellespatiale a été la station et l'échelle temporelle celle de la décade. Nous avons calculé lesbilans hydriques décadaires relatifs aux cultures du blé et de la tomate de saison. Ces bilansintègrent les pluies décadaires, la réserve utile du sol (RU) et l'évapotranspiration de laculture (ETc= ETO *Kc).

L'évapotranspiration de référence (ETO) correspond à l'évapotranspiration d'une surface deréférence qui serait une surface hypothétique avec une culture hypothétique de référence,ayant un albédo de 0,23, une hauteur de 0,12 m et une résistance de surface de 70 s m- l

(FAO

IRRIGATION AND DRAINAGE PAPER 56, 1998).

Les coefficients culturaux (Kc) que nous avons utilisé sont les coefficients culturaux moyensnon corrigés de la tomate de plein champ déterminés par la FAD pour des régions ayant desconditions climatiques proches des conditions tunisiennes.

Pour le calcul du bilan, nous avons considéré que les pluies sont destinées à satisfaire lesbesoins en eau des cultures et que lorsque ces besoins sont satisfaits l'excédent est stocké dansle sol jusqu'à saturation; une fois que la capacité de rétention atteint sa valeur maximale,l'excédent en eau est perdu par ruissellement et par percolation.

La formule utilisée pour le calcul du bilan décadaire simplifié est la suivante :

Stock Initial décade (0) = Stock Final décade (D-I)

Stock Final décade (0) = (Stock Final décade (D-I) + Pluie décade (0) )- ETc décade (0)

Si le stock final de la décade (D-l) est négatif, il est considéré comme nul pour la décade (D).

Toute valeur du stock qui dépasse la capacité de rétention est considérée comme perdue pourla culture et pour le sol au niveau de la tranche racinaire.

215

n.3.1- Etude du bilan hydrique agroclimatique : cas de la tomate de saison

Le bilan hydrique a été déterminé pour la période de culture de la tomate, c'est à dire entre lesmois de mars et juillet. L'étude de la variation spatiale des caractéristiques hydriques(capacité de rétention, point de flétrissement pennanent, réserve utile) des terres agricolesautour du lac Kamech a mis en évidence une grande variabilité de ces caractéristiques (Mekki1999); nous avons donc travaillé avec un sol à capacité de rétention moyenne de 80 mm.

Pour le cas de la tomate de saison, l'étude du bilan (Pluie- ETc) a montré que, pour la périodeétudiée, le risque de déficit commence à se, faire sentir à partir du mois d'avril (Figure 3). Ilest particulièrement fréquent à partir de la deuxième décade de mai, période à partir delaquelle la fréquence des décades déficitaires est comprise entre 90 et 100% (la même décadeest déficitaire 9 à Il années sur Il).

L'étude des séquences sèches, c'est àdire des décades déficitairessuccessives au cours desquelles lesbesoins de la tomate ne sont passatisfaits, a montré que les épisodessecs sont, pour la période étudiée,compris entre 8 et Il décades (80 à110 jours successifs de déficithydrique) pour une même campagneculturale. En conclusion, nouspouvons dire que pour la région deKélibia, le recours à une irrigationbien gérée de la tomate avec unedistribution équitable de l'eau entreagriculteurs est indispensable pour aumoins garantir une productionminimale pour tous.

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Figure 3 : Bilan hydrique agroclimatique de latomate entre 1987 et 1997.

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n.3.2- Etude du bilan hydrique agroclimatique : cas du blé

Le bilan hydrique a été calculé pour la station de Kélibia pour la période de culture du blé,c'est à dire de novembre jusqu'à la fin mai.

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Figure 4 : Bilan hydrique agroclimatique du blé(Kélibia : 1987 à 1997).

La figure 4 présente l'évolution de lapluviométrie, de l'évapotranspirationde la culture du blé et du bilan (Pluie­ETc). Elle montre qu'en moyenne,dans la région de Kélibia, les besoinsen eau en début de culture sontsatisfaits soit par les apportspluviométriques, soit par le stockd'eau dans le sol. Le risque de déficithydrique est particulièrement fréquentà partir du mois de mars, la fréquencedes décades déficitaires dépassesouvent 40% et peut même atteindre70% (la même décade est déficitaire 7années sur 11).

216

L'étude a montré que le nombre de décades déficitaires pour une même campagne est comprisentre 2 et 8 décades. Toutefois, les épisodes secs (décades déficitaires successives) peuventatteindre 8 au cours de la même campagne, soit 80 jours successifs au cours desquels lesbesoins en eau du blé ne sont pas satisfaits.

Une irrigation de complément bien gérée à partir de l'eau des lacs collinaires est nécessairepour la culture du blé dans le Cap Bon au cours des périodes non pluvieuses.

DI- APPROCHE LOCALE DE L'ETUDE AGROCLIMATIQUE

A l'échelle du bassin versant, deux thématiques principales ont été développées; l'étude del'évapotranspiration d'une culture pluviale: le blé et de deux cultures irriguées: la tomate et lepiment et l'étude de l'évapotranspiration de référence à l'échelle du bassin versant. Pour cela,nous avons installé sur des parcelles suivies selon la stratégie utilisée par des agriculteurs enamont du lac collinaire Kamech et sur son bassin versant, des stations micrométéorologiquesmesurant de façon continue les composantes du bilan radiatif (rayonnement global,rayonnement net), le vent (vitesse et direction), les flux de conduction dans le sol (fluxmètreet les températures à différentes profondeurs du sol), les températures de l'air et la pression devapeur d'eau au niveau de la culture et à 2m (pour la détermination du flux de chaleurlatente). Les données ainsi recueillies nous ont pennis de calculer, sur un pas de temps de 30minutes, toutes les composantes du bilan énergétique et de déterminer la demande climatiqueet l'évapotranspiration réelle du blé, de la tomate et du piment en conditions paysannes.

Les parcelles des agriculteurs ont été suivies au cours de deux campagnes successives, 1999 et2000, pour le blé et la tomate, et au cours d'une seule campagne, celle de l'année 2000 pour lepiment.

m.l- Etude de l'évapotranspiration de référence (ETO) à l'échelle locale

Les résultats obtenus montrent d'une part des valeurs particulièrement élevées del'évapotranspiration de référence ETO. Ils nous ont aussi pennis de mettre en évidence lepoids des caractéristiques locales pour la détermination de la demande climatiques et parconséquent la difficulté d'extrapoler à d'autres sites de la même région les valeurs de ceparamètre climatique.

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ETo Approche régionale --ET 0 Approche locale

Figure 5 : Evapotranspirations de référencecumulées à Kélibia et à Kamech.

Il a été démontré aussi que lesapproches locale et régionaleconduisent à une différence dansl'estimation de l'évapotranspiration deréférence, qui est ici plus élevée àl'échelle locale (figure 5). Cettedifférence a été aussi enregistrée pourles besoins en eau du blé et de latomate. Par ailleurs, l'analyse descomposantes radiatives et convectivesde l'ETO révèle le poids déterminantdes facteurs convectifs dans lapremière moitié du cycle des culturespluviales et des facteurs radiatifs aucours des phases de fructification et dematuration (Figure 6 et 7).

217

6

l) 5'l)...oQ. 4as;>

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--Composante radiative --- Composante convect "

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--'Comp~nte%diative- Corn osante convective

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Figure 6 : Composantes radiative et Figure 7 : Composantes radiative etconvective de ETO (février à mars). convective de ETO Ouin àjuillet).

La demande climatique liée à la convection est souvent supérieure à 4 mm/j et représenteparfois plus de 80% de l'ETO ; elle est principalement liée pour ce site au vent extrêmementviolent qui présente souvent des moyennes journalières hivernales proches de 10 rn/s.

Ces premiers résultats sont particulièrement intéressants, car ils soulignent l'importance del'évaporation pendant la période hivernale, due à une vitesse de vent fréquemment très élevée.

Les résultats obtenus mettent aussi en évidence les difficultés d'extrapolation des valeurs deETo pour d'autres sites, proches de la station climatique de référence, mais aux conditionsadvectives différentes, ou lorsque l'on pose l'hypothèse courante d'une moyenne de ventégale à 2 rn/s. Les erreurs introduites sont alors très élevées au cours de la période hivernale eten début de printemps, donc pendant la croissance des cultures pluviales.

m.2- Etude de l'évapotranspiration des cultures pluviales et irriguées en conditionspaysannes

Pour le blé, les semis ont été effectués lors de la deuxième quinzaine de décembre et la récoltea été faite à la fin du mois de mai. Les valeurs de la consommation en eau quotidienne du blé,durant la période de mesures, sont faibles et le rapport LE/ETO dépasse rarement les 50%.

Pour la tomate irriguée à partir du lac Kamech, les plants ont été installés en avril et ont étérécoltés au cours de la première quinzaine d'août. Les tomates ont été irriguées au goutte àgoutte et les irrigations se faisaient surtout la nuit avec un apport de l'ordre de 9 à 10 mm/j.

Les mesures de la consommation en eau du blé ont montré que les évapotranspirationsmaximales ne sont presque jamais atteintes dans les parcelles des agriculteurs. Ceci estégalement observé pour le cas de la tomate, malgré des apports d'eau élevés.

Les mesures de la consommation en eau ont montré que, malgré la contribution des réserveshydriques du sol à l'évapotranspiration du blé pendant sa première phase de croissance etmalgré l'irrigation continue de la tomate, la différence entre approche régionale et approchelocale a aussi été enregistrée pour les évapotranspirations du blé (Figure 8) et de la tomate(Figure 9). En effet, l'approche agroclimatique régionale a aboutit à des valeurs plus élevéesque l'approche locale et ceci pour les deux cultures.

Pour les deux cultures, la différence enregistrée au cours de la période de mesure confirmeque la stratégie suivie par les agriculteurs expose les cultures à des conditions limitatives vis àvis de la consommation en eau.A l'échelle quotidienne, les mesures de la consommation en eau du blé effectuées sur lesparcelles agriculteurs ont montré que, les évapotranspirations maximales ne sont pas toujoursatteintes. Les consommation en eau quotidiennes du blé, durant la période de mesure, sont

218

faibles et le rapport ETc/ETO dépasse rarement 0.5 malgré la contribution du sol dansl'alimentation hydrique suite aux précipitations en début de campagne.

300 ;

CIl'<Il... 2000c..(Il

> 150'<Il:::J(IlCIl 100'c

~ 50

~ ~ ~ ~ ~ ê g ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~--ETM calculée cumulée

Figure 8 : Evolution de l'évapotranspirationpour une culture de blé à Kamech.

450

400

350

~ 300! 250

~ 200

'" 150ê 100

50

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~ ~ ~ ~ ~ S ~ ~ ~ ~ ~--ETMcalcùée ClIT1ùée -----ETR~clIT1ùée

Figure 9 : Evolution de l'évapotranspirationpour une culture de tomate à Kamech.

Ceci a été aussi observé pour la tomate, en effet malgré des apports en eau de l'ordre de 9mm par jour pendant toute la saison de culture, le rapport ETc/ETO dépasse rarement 0,8.

Les lacs collinaires pourraient donc, dans des zones où les déficits hydriques ne sont pas tropélevés, être utilisés d'une part pour des irrigations de complément des cultures pluviales, afind'obtenir une augmentation sensible des rendements, et d'autre part pour l'irrigation descultures d'été.

Il a été aussi démontré que la conduite de l'irrigation adoptée par l'agriculteur pour le pimentne permet pas de valoriser l'eau de façon optimale; en effet, le sol a été maintenu enpermanence à des niveaux de stocks en eau très élevés favorisant ainsi les pertes par drainage.Pour les cultures irriguées comme la tomate et le piment, les irrigations doivent donc êtrecorrectement gérées afin d'éviter le gaspillage et aboutir à une efficience maximale de l'eau.

IV- CONCLUSION

L'analyse des résultats de l'étude agroclimatique a pennis de montrer que les deux approcheslocale et régionale conduisent à une différence dans l'estimation de la demande climatique etdes besoins en eau des cultures.

L'approche agroclimatique régionale donne des valeurs de besoin en eau qui ne sont querarement satisfaits en conditions paysannes, ce qui confinne que nous nous trouvons enconditions paysannes limites vis à vis de la consommation en eau.

L'approche locale a permis de mettre en évidence le poids des caractéristiques locales pour ladétermination de la demande climatique. Les mesures de la consommation en eau réelle dublé, du piment et de la tomate ont mis en évidence la non satisfaction des besoins pour cestrois cultures et la nécessité d'une irrigation complémentaire pour le blé et d'une meilleuregestion de l'irrigation pour la tomate et le piment pour une augmentation des rendements.

Les lacs collinaires pourraient donc, dans des zones où les déficits ne sont pas élevés, êtreutilisés, d'une part pour des irrigations de complément des cultures pluviales afin d'obtenirune augmentation sensible des rendements et d'autre part pour l'irrigation des cultures d'été.

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REFERENCES BmLIOGRAPIDQUES

A1bergel J. et Rejeb N. (1997). Les lacs collinaires en Tunisie. Enjeux, contraintes etperspectives. CR. Acad. Agric. Fr., 1997, pp. 77-88.

F.A.O. 1998. Crop evaporation. Irrigation and drainage paper. 56.300 p.

Henia L. et Mougou R. (1995). Contribution à l'étude des contraintes climatiques enTunisie. Cas de la gelée. Publications de l'Association Internationale de Climatologie.Volume 8.

Katerji N., Bernard I. et Ferreira I. (1988). Etude de quelques critères indicateurs del'état hydrique d'une culture de tomate en région semi-aride. Agronomie. 8 (5), 425­433.

Mekki I. (1999). Etude intégrée du bassin versant d'un lac collinaire et de l'exploitation del'eau collectée pour l'irrigation. Mémoire de :fin d'étude du cycle de spécialisation del'Institut National Agronomique de Tunis. 57 p.

Mougou R. et Henia L. (1998). Contribution à l'étude des phénomènes à risques enTunisie. Cas du sirocco. Publications de l'Association Internationale de Climatologie.Volume 9.

220

LA VALORISATION AGRICOLE DE L'EAU DES LACS COLLINAIRES.CAS DU LAC COLLINAIRE EL KAMECH

MOUGOU RI, VACHERJ.1 , CELLIERP.3 etMANSOUR M. I

RESUME

Ce travail qui s'inscrit dans le cadre D'HYDROMED (PROJET DE RECHERCHE SUR LES

LACS COILINAIRES DANS LES REGIONS SEMI ARIDES DU POURTOUR MEDITERRANEEN), traite dela composante agroclirnatique du programme.La Tunisie est un pays aride à semi aride sur les % de son territoire. Cette aridité est le résultatd'une pluviométrie faIble et variable et d'une évaporation très forte.Ainsi une stratégie de développement et de gestion des ressources en eau a été mise en placeau cours de la dernière décennie et grâce à cette stratégie la Tunisie a pu mobiliser 80% de sesressources hydriques (eaux de surface et eaux souterraines). Les lacs collinaires sont un desmoyens de mobilisation des eaux de surface. L'utilisation de l'eau de ces lacs à des finsagricoles est actuellement un des objectifs les plus importants.Pour répondre à cet objectif de valorisation et de gestion optimale de l'eau des lacs, nousavons détenniné, pour le cas du lac El Kamech (semi aride tunisien), les besoins en eau descultures et les périodes et les intensités des déficits hydriques.La stratégie suivie s'est basée sur deux approches:- une approche régionale par la caractérisation climatique de la région d'étude.Cette caractérisation climatique s'est basée sur l'analyse fréquentielle des températures, desprécipitations, de la demande climatique (ETP) et des bilans hydriques agroclimatiques dedeux cultures importantes pour cette région: la tomate de saison et le blé.- une approche expérimentale locale qui a consisté à déterminer l'évapotranspiration réelle deces mêmes cultures conduites selon la stratégie adoptée par un agriculteur du site étudié.Pour ce, une station micrométéorologique a été installée successivement sur blé en sec et surtomate de saison irriguée au cours de deux campagnes (1999 et 2000).Cette station mesurait en continue les composantes du bilan radiatif (rayonnement global,rayonnement net), le vent (vitesse et direction), les flux de conduction dans le sol (fluxmètreet température à différentes profondeurs), les températures de plantes et les températures del'air et de la pression de vapeur d'eau au niveau de niveau de la culture et à 2m pour ladétermination de l'évapotranspiration par la méthode du rapport de Bowen.L'analyse des résultats a permis de montrer que les deux approches conduisent à unedifférence dans l'estimation des besoins en eau du blé et de la tomate. En effet, l'approcheagroclimatique régionale surestime fortement les besoins en eau pour les deux cultures ce quiconfirme qu'on se trouve en conditions limitantes vis à vis de la consommation en eau.L'approche locale nous a permis aussi de mettre en évidence le poids des caractéristiqueslocales pour la détermination de la demande climatiques et des besoins en eau des cultures etla difficulté d'extrapoler d'une région à une autre.Les mesures de la consommation en eau du blé et de la tomate ont mis en évidencel'importance des déficits hydriques pour ces deux cuhures et la nécessité d'une irrigationcomplémentaire pour le blé et d'une meilleure gestion de l'irrigation pour la tomate pour uneaugmentation sensible des rendements.

1 Institut National de Recherche en Génie Rural, Eaux et Forêts (INRGREF. Twtis).1 Institut de Recherche pour le Développement (IRO. Tunis).3 Institut National de Recherche Agronomique. Grignon. (INRA. France).

221

EFFICIENCE DE L'IRRIGATION GOUTTE A GOUTTE DU PIMENT.CAS PARTICULIER D'UNE PARCELLE "AGRICULTEUR"

IRRIGUEE A PARTIR DU BARRAGE COLLINAIRE DE KAMECH(CAP BON, TUNISIE) .

MEKKI 1. l, LUC J._P.1 et MOUGOU R.2

RESUME

En Tunisie, la construction des lacs et barrages collinaires (600 réalisés à ce jour sur 1000

projetés) était initialement conçue pour lutter contre l'envasement des grands ouvrages.

Ces nouvelles ressources en eau locales ont, entre autres, permis aux agriculteurs de

développer une agriculture irriguée.

Le présent travail a eu pour but d'étudier, sur une parcelle de piment irriguée, gérée par un

agriculteur, la consommation réelle en eau et la production qui en résulte.

La parcelle suivie est situé dans le bassin versant du barrage collinaire de Kamech situé au

semi aride tunisien et faisant partie des sites pilotes du programme HYDROMED.

Nous avons suivi au cours du cycle cultural: l'itinéraire technique de production, les apports

d'eau réels et leur répartition spatiale (étude hydraulique théorique et expérimentale du réseau

d'irrigation), le fonctionnement hydrique du sol et l'évapotranspiration réelle de la culture.

Il est apparu que la conduite de l'irrigation, adoptée par l'agriculteur, ne permet pas la

valorisation de l'eau de façon optimale; en effet le sol a été maintenu en pennanence à des

niveaux de stocks en eau très élevés favorisant les pertes par drainage.

1 Institut de Recherche pour le Développement (IRD. Tunis)2 Institut National de Recherche en Génie Rural, Eaux et Forêts (lNRGREF. Tunis).

222

TRAVAUX DIVERS

MOUGOU R. (2000). Agro-clirnatologie des lacs collinaires de Tunisie. In Atelier «Suivides lacs collinaires dans le semi-aride tunisien». 19 diapositives. Nabeul, les 28 & 29 mars2000.

VACHER J., MOUGOU R. & DEROmCH C. (1998) RESERV_HYD Calcul de bilanhydrique d'une culture à l'échelle journalière et décadaire, méthode de Penman modifiéepar Monteith et adaptée au semi-aride. Programmé en Vbasic

VACHER J. (1998) : Un modèle agro-météorologique simple de détermination du bilanhydrique d'une culture. Document interne IRD Tunisie. 12 p.

PUBLICATIONS EN COURS DE PREPARATION.

MOUGOU R., VACHER J., CELLIER P. et MANSOUR M. (2001). La valorisationagricole de l'eau des lacs collinaires. Cas du lac collinaire Kamech.

MEKKI 1., LUC J.-P. et MOUGOU R. (2001). Efficience de l'irrigation goutte à goutte du

piment. Cas particulier d'une parcelle "agriculteur" irriguée à partir du barrage collinaire de

Kamech (Cap Bon, Tunisie).

223

Contract number : ERBIC 18 CT 960091 Year: 1996Data sheet

for final report(to be completed by the co-ordinator for the whole project)

1.Dissemination activities Published Submined

Number ofcommunications in conferences 50 Il 17

Number ofcommunications in other media (internet, video, ... ) 23 Il

Number ofpublications in refereed journals 11 Il 8

Number ofarticleslbooks IlNumber ofother publications 44 Il

2. Training

Number ofPhDs 13

Number ofMScs 39

Number ofvisiting scientists 1

Number ofexchanges ofscientists (stay longer than 3 months) 1

3. Achieved results

Number ofpatent applications

Number ofpatents granted

Number ofcompanies created

Number ofnew prototypes/products developed

Number ofnew testslmethods developed

Number ofnew normslstandards developed

Number ofnew softwaresicodes developed 6

Number f product processes

Number ofnew services

Number of licences issued

4. Industrial aspects

Industrial yes D no ŒJFinancial contnbution by industry yes D no ŒJIndustrial partner- Large yes D no ŒJ

SME1 yes D no ŒJ5. Comments: Other achievements (use separate page ifnecessary)

1 Less than 500 employees.

225

STD4 INCa oc Contrat ERBIC 18 CT 960091

Rapport final, projet de recherche sur les lacs collinaires dans les zonessemi-arides du pourtour méditerranéen

RésuméUn lac col1inaire est une retenue créée par un petit barrage en terre. Les lacs col1inaires

contiennent quelques dizaines de milliers à 1 million de mJ d'eau recueillis sur des bassinsversants d'une superficie de quelques hectares à quelques km:!.

Leur construction vise les objectifs suivants: abreuvement du bétail et micro­irrigation. usages domestiques. protection des infrastructures aval, recharge des nappesphréatiques. amélioration de l"environnernent (création d·oasis. reforestation. tourisme. airesrécréatives... ). Plusieurs autres usages sont également possibles comme la pêche ou lapisciculture.

Les quatre pays (Liban, Maroc. Syrie et Tunisie). dans lesquels le projet de rechercheHYDROMED a réalisé ses expérimentations. sont engagés dans une politique de constructionde petits barrages. L.objectif du projet HYDROMED a été d'étudier cet aménagement et sonimpact à la fois sur l"environnement proche des retenues et sur les sociétés ruralesbénéficiaires de cette nouvelle ressource en eau. Outre les opérations de coordinations et deformation. quatre opérations de recherches ont été menées:

• Synthèse des travaux existants et choix des sites pour les expérimentations.• Eau - Sol- Environnement.• Agronomie -Impacts sociaux et économiques,• Pérennité du lac collinaire et son intégration dans le développement durable des régions

marginales.

Mots clés: Méditerranée, eau, petits barrages, lacs coUioaires, aménagements hydro-agricoles.

Final report, project of research on hill reservoirs in the semi arid zoneofMediterranean periphery

AbstractA hill reservoir is a srnall lake resulting from a small dam. Hill reservoirs contain

sorne ten thousands to few millions of mJ of water collected on watersheds covering areasfrom few hectares to some km2

•

Their construction will achieve multiple objectives: drinking for the cattle and micro­irrigation, domestic uses. protection of infrastructures downstream. refilling of water tables,improvement of the environrnent (creation of oasis. reforestation, tourisrn. recreationalareas... ). Several other developments are possible such as fishing or fish farming.

HYDROMED research project was developed in four countries (Lebanon, Morocco.Syria and Tunisia) where a strong policy on srnall dams building is ongoing. ft aimed todetine an optimal use planning upstream and downstrcam the artificial lake and to assess theimpact oftheses hydraulic works on the local environment and on the lakeside rural societies.Four work packages. a training program and co-ordination activities were carried out:

• Existent works synthesis in each country and choice of pilot sites for relevantexperimentation.

• Water - soil- environrnent,• Agronomy - agricultural economy - social management of the water,• Sustainability of the hill reservoir and its integration in the durable development of

marginal regions.

Key Words: Mediterranean, water, smaU dams, hiU reservoirs, rural hydraulic works.

1W.~ IMPMSSlOfl & COMMUNICA11ON VISUELLE~14, he du CQire • 1001 TUNIS~ T,U. 'LU6.~I. 71.M7.!"· Fœ: 71.151.547