Impacts des travaux mécanisés en forêt sur la capacité de régulation de l’érosion des sols

Si les écosystèmes forestiers sont plébiscités pour leur rôle dans la régulation de l’érosion, on oublie qu’ils en sont eux aussi victimes, même si le phénomène reste souvent discret et épisodique.

Par définition, l’érosion du sol est le phénomène de déplacement de la matière constitutive du sol, qui est détachée de son milieu, transportée puis déposée sur un nouveau milieu. Ce processus dépend de nombreux paramètres naturels, qu’ils soient climatiques, géomorphologiques, pédologiques ou liés à la densité de la couverture végétale en place ou à sa nature, le système racinaire étant différent selon les essences. L’érosion dépend également des activités anthropiques : le tassement et la création d’ornières par passage d’engins ou trainage de grumes affectent la structure des sols et le couvert végétal, limitant la capacité d’absorption de l’eau par les sols forestiers. La conséquence de ces pratiques est que, même avec une pente faible, l’infiltration de l’eau est limitée, créant des ruissellements puis des ravines, situation typique de l’érosion hydrique. 

La question posée dans cette étude du VR2 d’AFFORBALL est précisément celle de l’impact de la mécanisation sur l’intensité de l’érosion en forêt. Pour cela le CNPF a collaboré avec l’unité mixte de recherche BEF (Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers) dans le cadre du stage de Simon Noury. L’objectif était de construire un dispositif léger et mobile de mesure de l’érosion en forêt et d’analyser les premiers échantillons récoltés au cours d’une saison. 

Une étude complémentaire à un dispositif permanent

En 2015, un site expérimental a été mis en place par l’unité BEF pour quantifier et qualifier l’érosion du sol en forêt. Ce site, instrumenté sur une superficie de 300 m2, se situe dans la Forêt Domaniale du Val de Senones (88).

Un système de trois groupes de dispositifs y sont installés. Pour chaque système, trois dispositifs sont installés les uns à côté des autres afin de mesurer le débit du ruissellement, prélever automatiquement de l’eau et les matières en suspension et mesurer la température de l’eau, son pH et sa turbidité.

L’objectif de notre étude était de développer et fiabiliser un dispositif léger pour l’étude de l’impact de la mécanisation basé sur les connaissances acquises sur ce site expérimental. Le dispositif souhaité « low-cost » se devait d’être facile à construire, rapide à mettre en place afin de récolter de la matière en quantité suffisante pour des analyses ultérieures en laboratoire. Pour des raisons de facilité d’accès, nous avons installé le dispositif dans la forêt de Cirey-sur-Vezouze (54). Les détails liés à la construction et l’installation du dispositif sont disponibles dans le rapport de stage de Simon Noury.

Les dispositifs étaient installés sur 3 zones comportant des traces d’exploitation. Une première zone avec trace de roue d’un skidder et deux zones avec traces de traine de grumes (incision dans le sol). Pour chacune des trois zones, deux dispositifs furent installés : un dispositif témoin, éloigné de la perturbation, et un dispositif perturbé, à proximité de la perturbation. 

La récolte des échantillons s’est ensuite déroulée tous les 2 mois, afin de laisser suffisamment de temps pour que les précipitations puissent entraîner un ruissellement de surface. Avant chaque campagne, les données météo de la station la plus proche étaient étudiées, et certaines campagnes de récoltes furent ainsi annulées ou repoussées pour cause de manque de précipitations. Une fois les échantillons récoltés, ils étaient préparés et analysés en laboratoire. A cette fin, les résidus étaient filtrés, séchés et pesés. Enfin, la matière sèche était broyée puis analysée afin de déterminer la proportion de matière organique et de matière minérale.

Comparaison des couples perturbés/témoins sur le dispositif léger

La comparaison de couples de dispositifs témoin/perturbé sur trois campagnes de collectes étalés dans l’année (aout, octobre, novembre) montre une masse de matière supérieure dans les échantillons des dispositifs perturbés comparativement au dispositif témoin afférent.

Afin d’illustrer les résultats, nous prenons l’exemple du couple constitué du dispositif n°3 « témoin » et du dispositif n°4 « perturbé ». Le dispositif n°3 est placé proche du dispositif n°4 avec les mêmes conditions topographiques mais sans aucune perturbation liée à l’exploitation mécanisée dont on étudie les conséquences. Comparativement à la zone du dispositif n°3, la zone couverte par le dispositif n°4 a un potentiel érosif fort. Ce dispositif se trouve sur une traîne de grume produite lors de l’exploitation des bois ; le débardeur a tiré la grume (avec un câble et par le biais d’un treuil sur la machine) du bas de la pente vers le haut sur la piste. La trace laissée par cette activité a entaillé le sol sur 34 cm de large et 10 cm de profondeur et ce sur 15 m, le dispositif n°4 a été disposé sur cette entaille pour mesurer l’éventuel départ de matière qu’elle pourrait générer. Les résultats montrent qu’en moyenne, sur les trois relevés effectués, la masse de matière était trois fois supérieure dans le dispositif n°4 que dans le dispositif n°3. Pour expliquer ce résultat, nous faisons l’hypothèse que l’entaille dans le sol a pu entraîner un effet de rigole lors d’évènements pluvieux importants.

Illustration du compactage mécanique des sols lors de débardage forestier en climat tempéré atlantique (Limousin) (photo: Clément Mathieu CC-BY)

Cette étude n’est qu’un premier pas dans la construction « en routine » de tels dispositifs mobiles, permettant de vérifier à plus grand échelle l’hypothèse selon laquelle les travaux sylvicoles ont des impacts sur l’érosion des sols forestiers. La comparaison d’autres couples de dispositifs situés sur des parties moins pentues montre en outre que ces impacts sont d’autant plus forts que la pente est importante. Dans le contexte de moyenne montagne du PNRBV, ce résultat est particulièrement important. En outre, la comparaison des relevés effectués à des dates et pour des pluviométries différentes montre que l’impact des travaux forestiers est d’autant plus fort que la pluviométrie est importante. Cela pose la question des conséquences des changements climatiques dans le régime (fréquence et intensité) des précipitations et, donc, leurs impacts accrus en termes d’érosion.

Ce travail sera poursuivi par l’unité BEF qui a prévu d’installer d’autres sites similaires à celui de Cirey-sur-Vezouze pour approfondir l’étude de l’érosion en forêt mais avec des modalités différentes tels qu’un peuplement différent, un type de sol différent, des pressions environnementales ou anthropiques différentes.

Pour en savoir plus: rapport de stage de Simon Noury