L`eau des hautes terres du volcan. Hydrologie et érosion d`un petit

Université Pierre et Marie Curie, MinesParisTech
& AgroParisTech
Master 2 Sciences de l’Univers, Environnement, Ecologie
Parcours Hydrologie-Hydrogéologie
L’eau des hautes terres du volcan.
Hydrologie et érosion d’un petit bassin agricole sur les pentes du
volcan Merapi (Java, Indonésie).
Brice Auvet
Directeurs de recherche : Jean-Christophe Poussin
Bruno Lidon
UMR G-eau
361, rue J.F. Breton
34196 MONTPELLIER
Soutenue le 19 septembre 2013
Abstract
This paper studies water in the small agricultural watershed of Gumuk (5,4 ha, between 1471 m an 1081
m), located on the sides of the Merapi volcano, Java, Indonesia. Gumuk’s water has come to be seen as an
essential feature for the water supply of downstream cities, industrials and commercial farmers, as well as a
major driver of erosion and landslides for the farmers in the watershed. Moving from the study of the first
set of concerns by the means of water-budget analysis to the second, thanks to the STREAM (Sealing and
Transfer by Runoff and Erosion with Agricultural Management) model, we finally explore means of knowledge
transfer to the local populations and develop a participatory approach based on a game board adapted from
STREAM’s simulations. Our study therefore shed lights on practices of knowledge production, transfer and
uses among scientists and villagers in upland agricultural regions of Indonesia. It demonstrates the success of
inclusive approaches producing shared representations based on scientists as well as farmers’ knowledge.
In the first part we describe the watershed thanks to our field observations. We present the analysis of
evapotranspiration and infiltration based on the treatment of data acquired from a Wireless Vantage Pro2
Plus Weather Station and the runoff measures made at the watershed’s out-flow point. With a total rainfall
of 1721 mm in 2012, our analysis highlights the importance of infiltration over evapotranspiration and runoff,
respectively accounting for 54%, 37% and 9% of the water-budget. If Gumuk’s water contributes to recharging
down-stream’s groundwater, the influence of agricultural practices appears limited and the integrated management of water resources adopted in this study is further discussed.
In the second part, based on interviews with members of 19 households out of the 21 farming in Gumuk,
we refocus our study on runoff and erosion by the means of a modelling approach. The boundaries of 149
agricultural parcels and the altitude of over 2000 points acquired by laser theodolite, differential-GPS landmarks
and compass, were fed into a a GIS and a Digital Terrain Model. STREAM was further parameterized by
infiltration and soaking capacity decision tables, grounded on expert-based categories of land-cover, slopes and
roughness. Spatial scenarios were designed to test the influence of the parameters. Risk maps were produced on
the basis of vulnerability and hazard analysis. The results demonstrate the ability of STREAM to simulate total
runoff as well as water flows along soil ridges and waterways. The watershed is highly non-linear with a rainfall
intensity threshold of 30 mm.h−1 under which all the rainfall is infiltrated. Above this threshold, the model
highlights the high risks of erosion between the ridges and the risk of landslides on parcels with the steepest
slopes, in agreement with our field observations.
In the third part, we describe the different stakeholders producing knowledge in Gumuk, and analyse their
interactions during several meetings, field visits and scientific presentations. We report the results of our participatory approach based on a game board, simplified from STREAM and gaming sessions with farmers.
Although all the scientists are aiming to improve the knowledge about erosion and to trigger action among
actors, the traditional didactic and hierarchical presentation of scientific results appears ineffective in Gumuk.
On the contrary, the game board approach fosters promising discussions that could improve the quality of life
of Gumuk’s inhabitants.
i
Table des matières
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I. La recharge en question : hydrologie générale du bassin de Gumuk
I..1 Une problématique issue de l’aval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..2 Présentation du site de Gumuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..2.1 Topographie et géométrie du bassin . . . . . . . . . . . . . . . .
I..2.2 Géologie et sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..2.3 Un bassin agricole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..3 Matériel et méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..3.1 Instrumentation du bassin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..3.2 Traitement des données climatiques . . . . . . . . . . . . . . . .
I..3.3 Evaluation du bilan hydrologique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..3.4 Localisation des écoulements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..4.1 Bilan hydrologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..4.2 Circulation de l’eau : dynamique hydrologique du bassin . . . . .
I..5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..5.1 Incertitudes du bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I..5.2 Variations interannuelle du bilan hydrologique . . . . . . . . . .
I..5.3 Impact des activités anthropiques de Gumuk sur la recharge . . .
I..5.4 Gumuk dans la gestion intégrée des ressources en eau du bassin .
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II. Modélisation du ruissellement et problématique d’érosion
II..1 L’eau des habitants de Gumuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..2 Matériel et méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..2.1 Usage du modèle STREAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..2.2 Traitement des données de pluies-débits . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..2.3 Entretiens avec les agriculteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..2.4 Création de cartes de risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..3.1 Simulation des volumes à l’exutoire : importance de la spatialisation . . .
II..3.2 Réponse du bassin : pluie d’imbibition – vitesse d’infiltration . . . . . . .
II..3.3 Non linéarité de la réponse du bassin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..3.4 Un ruissellement fortement influencé par les aménagements anthropiques
II..3.5 Validation de la spatialisation de la production du ruissellement . . . . .
II..3.6 Risques d’érosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..4.1 Incertitudes sur le ruissellement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..4.2 Spécificité de notre approche du risque d’érosion . . . . . . . . . . . . . .
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III. La transmission du savoir scientifique aux acteurs : approches top-down et
ticipative
III..1 Problématique et objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..2 Matériel et méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..2.1 Les savoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..2.2 Analyse sociologique de la transmission des savoirs . . . . . . . . . . . . .
III..3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..3.1 Les parties prenantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..3.2 Une approche Top-Down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..3.3 L’approche par le dialogue au moyen du plateau de jeu . . . . . . . . . .
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approche par.
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III..3.4 Le retour de mon travail auprès des chercheurs indonésiens
III..4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III..4.1 Dépassement de la plateforme de jeu : du jeu au dialogue et
III..4.2 Concilier les approches : valoriser les connaisances . . . . .
III..4.3 Changement d’échelle et décontextualisation . . . . . . . .
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexe - jeu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexe - portraits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Table des figures
1
Profil d’altitude selon une coupe est-sud-est depuis le sommet du Merapi. . . . . . . . . . . . . .
I..1
I..2
I..3
I..4
I..5
I..6
I..7
Carte topographique et photographie du bassin. . . . . . . . . . . . .
Photographies de l’embouchure et des champs du bassin. . . . . . . .
Photos aériennes du bassin versant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stations météorologique et hydrologique. . . . . . . . . . . . . . . . .
Précipitations et bilan hydrologique mensuel. . . . . . . . . . . . . .
Bilan hydrologique annuel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schéma d’une coupe transversale des écoulements hydrogéologiques.
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Schématisation de la fonction de production d’eau de STREAM. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Carte des points topographiques superposée à la carte du parcellaire. . . . . . . . . . . . . . . .
Carte des capacités d’infiltration et des chemins d’eau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Volumes mesurés et simulés pour 23 événements pluvieux avec un bassin uniforme. . . . . . . .
Volumes mesurés et simulés avec STREAM pour 23 événements pluvieux. . . . . . . . . . . . .
Intensité et durée des événements pluvieux en fonction du volume d’eau ruisselé. . . . . . . . .
Volumes simulés à l’exutoire en fonction de la pluie pour différentes configurations spatiales et
dérivée de ce volume par mm de pluie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..8 Hyétogramme et hydrogramme pour trois événements pluvieux. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..9 Carte des volumes ruisselés dans les ravines et chemins d’eau principaux (scénario A). . . . . .
II..10Volume simulé à l’exutoire pour les 10 scénarios aléatoires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..11Cartes de susceptibilité et de risque d’érosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II..12Photographie des phénomènes d’érosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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III..1 Capacités d’action des agriculteurs.
III..2 Déroulement de la phase 2 du jeu.
III..3 Plateau de jeu. . . . . . . . . . . .
III..4 Portraits d’agriculteurs de Gumuk.
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Liste des tableaux
II..1 Table de décision déterminant la capacité d’infiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
II..2 Table de décision déterminant l’imbibition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
II..3 Synthèse des scénarios spatiaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Remerciements
Ce stage a été une expérience extraordinaire où j’ai pu vivre sur le volcan au milieu de ses habitants. Ces
moments furent riches autant intellectuellement que culturellement et j’en garderai un souvenir vibrant. Ce
stage n’aurait pas été possible sans les innombrables personnes m’ayant aidées, qu’elles soient toutes remerciées.
Je remercie mes directeurs de stage, Jean-christophe Poussin pour ses conseils, son aide précieuse et la
qualité de sa relecture et Bruno Lidon pour son accueil et sa présence. Je remercie Budi Kartiwa sans qui le
terrain n’aurait pu être réalisé. Je remercie le CIRAD et l’IAHRI pour leur structure indonésienne et G-eau
pour m’avoir accueilli à Montpellier. Je remercie Danone-Aqua pour le financement du projet m’ayant soutenu.
Je remercie le M2HH pour sa formation et l’ENS pour les conditions matérielles et intellectuelles exceptionnelles
de ces cinq années de scolarité.
Je remercie Putra dont l’aide et l’assistance de chaque instant sur le terrain m’ont permis de réaliser ce
travail. Je remercie Pak Bruto et sa femme qui m’ont accueilli sous leur toit. Je remercie, le coeur serré, les
habitants de Gumuk pour leur gentillesse et leur accueil.
Enfin, je remercie celle qui m’apporte tant.
v
Introduction
L’île de Java est située dans la ceinture volcanique de l’archipel indonésien. Au centre de celle-ci, l’actif
volcan Merapi domine une grande plaine rizicole entre les villes de Yogyakarta (au sud) et de Solo (à l’est). Le
climat tropical se décompose en une saison humide, environ 8 mois où les pluies sont abondantes et fréquentes,
suivie d’une saison sèche de 3 mois. Les pentes est-sud-est du volcan sont densément peuplées (surface agricoles
entre 0,5 à 1 hectare par noyau familial de 4 à 5 personnes) et l’agriculture y prédomine.
Le Merapi est certes un volcan actif, mais l’activité se concentre essentiellement sur les faces nord-ouest
(éruption, nuées ardentes, lahar 1 ...) et dépose quelques cendres lors de fort événements sur ses autres flancs.
Cette configuration est le résultat de l’effondrement et de l’explosion de l’ancien Merapi (Old Merapi) qui a
provoqué la destruction d’édifice entre le V III ième et le IX ième siècle [Camus et al. (2000), Newhall et al.
(2000)]. Auparavant, l’ancien Merapi avait déversé des coulées de laves dans des vallées creusées par l’érosion
entre 40 000 ans et 16 000 ans [Camus et al. (2000)] sur les flancs est et sud. Ces coulées formant un substrat
plus dur, l’érosion (notamment les lahars) a creusé des vallées larges et profondes entre ces coulées inversant le
relief originel. On peut observer ce phénomène entre 1200 mètres et 1800 mètres d’altitude soit entre la fin de
la zone A à la zone B de la coupe topographique depuis le sommet du volcan en direction est-sud-est (figure 1
page 1). Les pentes sont fortes aussi bien dans le sens de la coupe que transversalement. La zone A, très difficile
d’accès car très escarpée, est à l’état de nature et la forêt la recouvre. La zone B est cultivée sur les dômes de
laves dans des conditions de reliefs et de climat qui conditionnent une agriculture extrême (photo de gauche
figure 1).
Figure 1 – Profil d’altitude selon une direction Est-Sud-Est depuis le sommet du Merapi. Les données altimétriques ont été obtenues à partir des résultats de la mission SRTM3. La zone A correspond à la partie très
escarpé du volcan où l’homme ne vie pas. La photo de gauche montre le bassin versant de Gumuk situé sur un
dôme de lave avec en fond le Old Merapi qui cache le sommet du Gunmung Merapi (zone B). La zone C est un
espace d’agroforesterie en terrasse. La photo de droite représente la région rizicole dans la vallée aux abords de
Solo (zone D).
Au terme de la zone B, les coulées de lave se terminent et le relief transversal s’amenuise. La zone C qui
a vu se déposer les lahars et autres débris d’érosion, voit sa pente diminuer progressivement sous forme de
petites terrasses agro-forestières. Puis la pente devient faible dans la plaine rizicole (D). La riziculture est
particulièrement intensive sur de petites parcelles supportant parfois de trois cycles de culture par an.
Ce milieu, où la pluie abonde (parfois trop) en saison humide et vient à manquer en saison sèche, ne possède
pas sur ses hauteurs de cours d’eau pérenne, l’essentiel de l’écoulement étant souterrain. Hormis quelques sources
correspondant à des nappes perchées sur les hauteurs, la résurgence des eaux se fait au niveau de deux ceintures
1. Les lahars sont des phénomènes érosifs qui suivent les éruptions lors des premières pluies. Pour plus de détails sur ces
phénomènes érosifs majeurs : [Lavigne and Thouret (2003),Gomez et al. (2008)].
1
de sources situées pour la première à environ 500 mètres d’altitude (où les débits sont assez faibles) et pour la
seconde à environ 250 mètres d’altitude (où les débits sont très importants : de l’ordre du m3 .s−1 ).
Dans chaque zone du bassin, l’eau est un élément essentiel du vécu des habitants et cette eau a des facettes
multiples. La saison humide est synonyme d’abondance de la ressource mais aussi de risques (inondations,
glissement de terrain, érosion). Durant la saison sèche, l’eau ressource est centrale pour les activités anthropique.
Ainsi, les tensions sur la ressource en eau ont crues durant les 25 dernières années et sont persistantes au niveau
de la seconde ceinture de sources. Ces tensions proviennent de la convergence de plusieurs évolutions des usages :
adoption de cultures plus consommatrices d’eau (troisième saison de riz), augmentation de la consommation
d’eau à usages domestiques et industriels et production d’eau en bouteille. Les tensions ont culminés en 2004
où une baisse du débit des sources a été constaté. Mais dans le même temps, une saison sèche tardant à venir
peut-être synonyme de maladies dans les champs.
L’eau ressource s’écoule hydro-géologiquement du haut du volcan vers les sources. Les représentations de cet
objet social ne se limitent pas à ses différents usages et prennent en compte cette continuité hydrologique au
niveau de la genèse et du cheminement de l’eau des sources. Les mythes javanais confèrent à l’eau un caractère
sacré en la personnifiant et font clairement état de sa continuité qu’il ne faut pas rompre (laisser s’écouler l’eau,
ne pas l’emprisonner, ne pas trop en prendre).
L’eau est donc un objet social extrêmement complexe auquel est attaché des tensions et des problèmes qui
ont engendré une variété de représentations sur des espaces vécus et socialisés. Ces représentations tiennent
compte des relations spatiales entre différents territoires. La gestion des problèmes de l’eau d’un territoire doit
donc prendre en compte cette multiplicité des représentations qui feront naître différentes problématiques selon
le vécu qui leur est attaché.
En 2005, un projet piloté par le Cirad fut alors créé pour mettre en place une gestion intégrée de la ressource
en eau [Bourgeois et al. (2006)]. Le Cirad 2 en partenariat scientifique avec l’IAHRI 3 et les BPTP 4 au niveau
local devait apporter son expertise scientifique sur la dynamique du bassin et mettre en place une approche
participative pour inciter les acteurs à adopter une gestion intégrée basée sur la GIRE. Ce projet est financé en
partie par Danone qui est un acteur majeur dans le partage des eaux de sources.
Gumuk est un petit village de la zone B (figure 1 page 1). Il a été choisi comme site d’étude de la recharge.
Sur une coulée de lave, son petit bassin versant agricole se dessine. Cette espace physique est propice à l’étude
hydrologique et recoupe l’espace vécu par ses usagers. Initialement le projet pose le problème de la gestion
de la ressource en eau à l’aval et intègre “Gumuk” à cette gestion en tant que zone de recharge de l’aquifère
approvisionnant les sources. Par la suite le projet a pris en compte les représentations locales de l’eau et a
souhaité aider à la résolution des problèmes locaux.
Dans un premier temps, nous avons réalisé l’analyse du milieu physique par une étude hydrologique des
écoulements et de leur spatialisation. Nous avons alors poursuivi notre recherche pour améliorer la compréhension
des phénomènes mis en évidence par les usagers du bassin. Dans un second temps, nous nous posons la question
de la réinsertion de ce savoir scientifique en société avec une portée performative : aider à la mise en place d’une
gestion de ces problèmes. Le scientifique est conçu comme un intermédiaire entre les représentations et comme
une clé pour l’action. Cette démarche pose l’ensemble des questions polémiques sur la transmission du savoir et
la place du chercheur dans l’action. C’est in fine le sens de la recherche qui est en jeu dans sa capacité à faire
mieux vivre ou ce qui est communément appelé développement.
J’ai travaillé dans ce cadre ou j’ai eu à ma disposition de l’instrumentation et des données ainsi qu’une
structure qui m’a accueilli et financé. J’ai profité d’une totale liberté académique dans la conception des problématiques et leurs formalisations.
Le premier point (partie I. page 3) est l’étude de la recharge que nous devons analyser dans le cadre des
tensions sur la ressource en eau à l’aval. Ce point porte sur la place de Gumuk dans la gestion intégrée de
la ressource en eau des sources. Dans un second temps (partie II. page 13), nous recentrons l’étude sur les
problèmes liés à l’eau tel que vécu par les habitants de Gumuk et nous identifions les risques d’érosion dont nous
faisons une formalisation et une représentation scientifique (modélisation et cartes de risques). Dans un dernier
temps (partie III. page 30), nous questionnons la réinsertion du savoir accumulé vers la société et proposons une
approche participative par l’intermédiaire d’un outil de dialogue basé sur nos résultats scientifiques. Ce retour
a pour but d’aider à la résolution de ce qui est identifié comme problème.
2. Centre de coopération international en recherche agronomique pour le développement
3. Indonesian Agroclimate and Hydrology Research Institute ; institut indonésien de recherche rattaché au ministère de l’agriculture (semblable à une division hydrologie et agro-climatologie de l’INRA).
4. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian ; Institut de technologies agricoles, organe gouvernemental placé au niveau de chaque
province chargé d’améliorer au niveau local l’agriculture par l’innovation.
2
Chapitre I.
La recharge en question : hydrologie
générale du bassin de Gumuk
I..1
Une problématique issue de l’aval
Gumuk est situé dans la zone de recharge de l’aquifère alimentant la seconde ceinture de sources. Les
tensions à l’aval sur cette ressource en eau sont très fortes. Celles-ci se manifestent durant la saison sèche et sont
le produit de changements d’usages et de la création de nouvelles activités. La canne à sucre en saison sèche,
introduite par les hollandais et maintenue par l’administration [Maurer (1986)], représentait un manque à gagner
en comparaison d’une saison supplémentaire de riz. Avec les réformes agraires, les paysans furent encouragés
à augmenter leur production de riz et ainsi les terres alimentées en saison sèche par les sources se couvrirent
d’un troisième cycle rizicole annuel [Maurer (1990)]. Or, le riz est plus gourmand en eau que la canne. L’eau
des sources a aussi été convoitée pour des usages non agricoles : la ville de Solo est alimentée en partie par une
usine situé sur une importante source de la ceinture et l’usine Danone-Aqua possède un forage légèrement à
l’amont de cette même source pour le conditionnement d’eau.
En 2003, dans une situation déjà tendue, les paysans constatèrent une baisse du débit des sources posant de
graves problèmes pour la production agricole. Des ONG (organisation non gouvernementale) locales accusèrent
publiquement Danone-Aqua ainsi que la compagnie publique alimentant Solo de “voler” l’eau. En réponse,
Danone-Aqua décida de mettre en place un projet de R&D (Recherche et Développement) afin d’apaiser les
tensions. Elle tissa des liens avec le Cirad qui conduisait un programme de R&D sur la gestion de l’eau sur
l’ancien volcan face au Merapi de l’autre coté de la vallée. L’idée du projet était d’appliquer une “gestion intégrée”
du bassin dans la droite ligne droite des recommandations de l’ONU et de se reposer pour sa mise en place
sur l’expertise scientifique d’une coopération franco-indonésienne (Cirad et IAHRI [Bourgeois et al. (2006)]).
Au niveau local, le lien avec les populations devait alors reposer en partie sur des activités de transmission du
savoir par les BPTP et la mise en place “d’innovations” par une ONG. Le cadre générale de recherche-action
était définie par le Programme de Gestion Intégrée des Ressources en Eau (PROGIRE) porté par le Cirad et
financé par Danone-Aqua.
Un des aspects primordial de la gestion intégrée consiste à délimiter l’espace propre à gérer. Il fut définit
dès le début que la gestion devait se penser sur l’ensemble du bassin hydrogéologique. La GIRE comporte
classiquement un volet “recherche fondamentale” visant à une compréhension hydrologique du système qui a
été inclue dans le projet. La recharge de l’aquifère fut une préoccupation du premier instant. Il était assez clair
dans la culture javanaise que l’eau des sources provenait du volcan, et pour les techniciens et industriels de
l’eau qu’il fallait éclairer l’offre en eau (ressource). L’idée germa chez ces derniers d’une possible “dégradation”
de la recharge due aux pratiques agricoles à l’amont 1 . L’éventualité d’une augmentation de la recharge grâce
à une modification des pratiques agricoles fut alors envisagée comme moyen d’apaisement. Supportée par les
scientifiques et les techniciens, cette hypothèse conduisit à l’instrumentation du bassin hydrogéologique et à une
analyse scientifique approfondie. Gumuk représentait une zone particulièrement intéressante : positionnement
à la limite des zones non cultivées dans la zone de recharge, accès facilité par la présence de la route, activités
agricoles typiques de la zone et topographie ayant généré un petit bassin sur la coulée de lave (espace idéal de
l’hydrologue).
Il était donc clair dès le début que l’eau de Gumuk était intégrée dans la problématique issue des tensions à
l’aval. Il s’agissait de mieux comprendre la recharge et d’approfondir les connaissances scientifiques sur l’hydrosystème. Ces connaissances seraient le support pour faire émerger une “vision partagée” de l’eau dans l’ensemble
du bassin. Puis, en se basant sur ces connaissances, une gestion intégrée de l’eau serait mise en place comprenant la “restauration” de la zone amont. Cette partie est le fruit de l’instrumentation du bassin de Gumuk et
des observations de terrain. Elle présente une étude de la recharge au niveau du bassin de Gumuk fondé sur
1. Dans un cadre générale de dégradation des ressources en eau en Indonésie [Pawitan and Haryani (2011)].
3
une analyse de son fonctionnement hydrologique global. A partir de celle-ci, elle questionne la pertinence du
programme de gestion PROGIRE intégrant Gumuk au niveau de ses pratiques agricoles.
I..2
Présentation du site de Gumuk
Le site de Gumuk est situé à la limite entre des zones naturelles (A) et en haut des zones cultivées (B) (figure
1 page 1). La limite du parc naturel du Merapi (instauré en 2004) est marquée par la lisière de la forêt. La
topographie dessine un petit bassin versant sur le relief escarpé sous l’ancien Merapi (alt. 2600 m) 2 (figure I..1
page 4), en faisant un lieu privilégié d’étude hydrologique. Son exutoire est situé à la latitude 7˚ 32’ 33.21203”
S et longitude 110˚ 29’ 2.0486” E.
I..2.1
Topographie et géométrie du bassin
Le bassin versant a une surface projeté de 4,5 hectares et une surface réelle de 5,4 hectares 3 . Il s’étend
d’Ouest en Est avec une longueur d’environ 400 mètres et une largeur d’environ 150 mètres. Son point le plus
haut est situé à 1471 mètres et l’exutoire à 1358 mètres soit un dénivelé de 113 mètres. Le périmètre du bassin
est de 1081 mètres.
La pente varie de moins de 15 degrés (30% de la surface projetée) à plus de 40 degrés (20% de la surface
projeté). Les 50% restant sont assez homogènement répartis entre ces deux classes de telle sorte que la pente
moyenne du bassin est de 23 degrés 4 . La pente est assez faible sur les bords du bassin et augmente en se
rapprochant des ravines.
Figure I..1 – Carte topographique et photographie du bassin. La carte topographique a été établie d’après le
MNA (méthodes II..2.1 page 17) et la photo a été prise depuis le coin nord-est du bassin en direction de l’Ouest.
Le bassin versant est défini comme l’ensemble des points à la surface pouvant contribuer à l’écoulement
à l’exutoire en réponse à une pluie. Sa délimitation est donc en elle-même un objet d’étude. Le ruissellement
de surface est seul à contribuer aux débits mesuré à l’exutoire, par conséquent il n’y a pas de composantes
hydrogéologique. La délimitation du bassin par la plus grande pente est inefficace dans le cas de Gumuk à cause
des activités anthropiques agricoles : billonnage et rigoles qui modifient l’écoulement. La délimitation du bassin
versant a été établie lors de la réalisation du MNA en se basant sur les observations de terrain. Ceci a engendré
un contour irrégulier (essentiellement au sud) et l’absence du coin Nord-Ouest qui est drainé vers le Nord par
des chemins d’eau (figure I..1 page 4 au niveau de la rose des vents).
Le réseau hydrographique principal est composé de trois affluents partant des zones plates et descendant
rapidement la pente via des ravines. Une fois réunis, ils composent la ravine principale dont le point le plus
haut est à 1385 mètres.
I..2.2
Géologie et sols
L’histoire géologique qui a conduit à la formation de ce bassin est assez mouvementée et récente. Entre 16
000 et 40 000 ans avant aujourd’hui, l’ancien volcan Merapi a grandi par éruptions successives. Les fortes pluies
créèrent dans les dépôts volcaniques de profondes vallées qui, comblées lors d’éruptions de lave, formèrent de
longues coulées de roche andésite. Dans le cas de Gumuk la coulée principale formant la rive gauche (au nord)
du bassin a été rejointe par un méandre formant la rive droite (au sud) et donnant ainsi la forme primitive du
bassin. La photo de gauche de la figure I..2 page 5 montre la jonction de ces coulées au dessous de l’exutoire
actuel.
2. L’actuel Merapi (alt. 2900 m) est caché par celui-ci
3. La surface projeté est calculé par rapport aux coordonnées en UTM. La surface réelle est entendue comme la surface mesurée
avec un mètre ruban qui prend donc en compte la topographie du terrain. Les fortes pentes expliquent l’augmentation de la surface.
4. Moyenne pondéré par les surfaces projetées.
4
Puis l’érosion a conduit à une inversion générale des reliefs, en creusant de grandes vallées autour des coulées
de lave, exhumant ainsi le bassin. Celui-ci a alors successivement été rempli par les dépôts et les cendres du
volcan, puis érodé. Ces deux processus ont engendré une grande variété de l’épaisseur des couches volcaniques.
L’effondrement et l’éruption du volcan dans un événement de type St. Hélène a produit une couche géologique
provenant de cendres du volcan, qui encore chaudes et humides ont brulé la végétation. On retrouve dans cette
couche des résidus de bambous, de feuilles et de petites banches. Cette couche est suivie d’une couche plus
dure correspondant à la suite de l’éruption du volcan, facilement identifiable au niveau de divers affleurements.
Ces couches affleurent légèrement en dessous des bordures de rive droite et gauche où elles ont été fortement
érodées. En fond de bassin, ces couches sont sous la surface et affleurent le long de la moitié haute des affluents
de la ravine principale 5 . Puis elle disparaît en fond de vallée. Leur suivi permet de dessiner un paléo-bassin très
semblable en forme à l’actuel.
Figure I..2 – Photographies de l’embouchure et des champs du bassin. La photographie de l’embouchure
(gauche) a été réalisée sur la coulée de lave voisine à la même altitude et selon la direction Nord-Nord-Ouest.
La photographie de droite a été prise au sommet de la ravine la plus au Sud (carte I..1 page 4) en direction
Nord-est.
L’activité principale du nouveau Merapi est tournée vers le Nord-Ouest, mais le bassin de Gumuk reçoit
régulièrement des dépôts qui sont différenciellement érodés. Les cendres sont déposées plutôt au centre du bassin
et sont soumises à une très forte érosion dans le fond de vallée surtout à l’approche de la ravine principale qui
se situe juste au dessus de la coulée de lave. L’épaisseur de dépôts plus ou moins compactés et solidifiés forme
des couches géologiques assez horizontales dont l’épaisseur atteint jusqu’à environ 10 à 20 mètres au niveau des
pentes médianes du bassin. Puis cette épaisseur diminue sur les bordures.
En terme hydrogéologique, la lave forme un substrat totalement imperméable. Au contraire, les différents
dépôts volcaniques, jeunes géologiquement, ont subi une compaction assez faible. Leur structure granulaire est
composée de matériaux fin, ce qui fait des couches géologiques très poreuses et assez perméables.
L’horizon du sol est assez difficile à définir sur ce terrain meuble. Le sol, de type andique (Andosols dans la
dénomination internationale), est riche en minéraux cristallins étant donné sa jeunesse 6 . L’essentiel de l’horizon
racinaire se concentre sur les 30 premiers centimètres mais peut s’étendre jusqu’à environ 1 mètre pour les
cultures de tabac et encore plus profondément pour les arbres. La surface est extrêmement meuble dans les
champs cultivés. La fraction organique des 30 premiers centimètres est très faible entre 0,5 et 1 % de la masse.
La porosité est très importante, avec une porosité totale entre 55 et 60% et une porosité dynamique d’environ
15%. Le stockage représente donc environ 30% à 40% du volume total et peut être repris presque totalement
par le tissu racinaire. La perméabilité du sol est évaluée à environ 10−6 m.s−1 soit 3 mm.h−1 7 .
I..2.3
Un bassin agricole
L’activité agricole a contribué à modeler la topographie du bassin. Les champs sont posés sur des terrasses
pentues séparées par des bordures végétalisées de 1 à 3 mètres. Certains champs ont alors des pentes de plus
de 45 degrés (figure I..2 page 5 droite). L’agriculture est pratiquée sur billons modifiant fortement la direction
d’écoulement de l’eau dans la parcelle. Les sillons (inter-billons) drainent le champ vers ses bords. Des chemins
d’eau creusés sous les bordures de bout de champs récupèrent une partie du ruissellement et le conduisent vers
les chemins d’eau dans le sens de la pente qui rejoignent les ravines de fond de vallon. La figure I..3 page 6
montre une photographie aérienne du bassin illustrant le billonnage et les chemins d’eau.
Dans les champs, le calendrier agricole suit les saisons. Durant la première moitié de la saison humide (octobre
jusqu’à janvier), les champs sont éparsement semés avec du maïs au milieu de mauvaises herbes, la couverture
végétale est donc importante. A partir de mi-janvier, l’activité agricole s’intensifie et les cultures maraichères
(choux, haricot, piment, ail, oignon) sont plantées souvent de manières associées. Le sol est alors retourné,
aplani puis les billons y sont dessinés. Le sol est alors totalement nu. Le maïs est encore épisodiquement planté
jusqu’à la fin mars et est toujours associé à une autre culture. Mars sonne l’arrivée du repiquage du tabac.
5. Cette couche étant plus dure, elle résiste mieux à l’érosion ce qui explique sa présence.
6. Pour plus de détails sur les propriétés des andosols [Wada (1985)]
7. Les analyses et les prélèvements ont été réalisés par les BPTP à Yogyakarta. Nous n’avons pu obtenir de compléments sur
leur méthodologie et sur l’erreur des mesures. Ces données sont donc à prendre avec précaution.
5
Figure I..3 – Assemblage de photos aériennes du bassin (prise le 20/03/2013). Le trait rouge représente la
frontière du bassin et les traits bleus les ravines principales. La figure est fortement déformée à cause de la
multiplicité des prises de vues et de la topographie. Nous pouvons distinguer clairement les billons et des limites
de parcelles où sont creusés les chemins d’eau.
Cette culture est pratiquée par l’ensemble des agriculteurs car rémunératrice. Le tabac est associé à d’autres
cultures notamment d’haricot grimpant. Il pousse et développe son enracinement qui lui permettra de puiser la
réserve hydrique du sol pendant la saison sèche. Cette tendance calendaire se décline en une variété de pratiques
agricoles plus ou moins intenses suivant les capacités des agriculteurs.
Les mauvaises herbes ralentissent la croissance des plantes et il faut épisodiquement désherber (environ une
fois par mois). Le désherbage se pratique généralement à la houe en creusant le sillon et en replaçant la terre
sur le billon. Les mauvaises herbes constituent l’élément principal de couvert végétal durant la saison humide.
A ces cultures, s’ajoute une culture pérenne de rosiers essentiellement localisée dans les champs plats en
bordure nord et sud du bassin. Les rosiers ont l’avantage de produire toute l’année et générèrent un revenu
pour une force de travail limitée. Du manioc est éparsement planté, souvent au bord des champs pour une
consommation vivrière. Le calendrier et les activités agricoles s’adaptent mais le tabac de fin de saison reste le
point d’orgue car il génère d’importants revenus.
Ces activités agricoles du champ s’intègrent dans une mosaïque d’activités selon la capacité de travail du
noyau familial en ayant la charge. Ainsi, les terres les plus au sud-est du bassin ne sont plus retournées depuis
un an, car le vieil homme n’en a plus la force. Mais certaines petites parcelles qui doivent subvenir à de grandes
familles font l’objet de toutes les attentions. Le reste du bassin versant (non-cultivé) est le support d’activités
variées. La forêt est exploitée pour la production de bois (pour l’eau, la cuisine et la production de charbon
destinée à la vente) et pour la production de fourrage qui alimente toute l’année les bêtes à l’étable. De fait,
l’ensemble des bordures des champs ou les zones enherbés contribuent à la production de fourrage. Quelques
bananiers poussent ça et là en limite de champs.
I..3
I..3.1
Matériel et méthode
Instrumentation du bassin
L’instrumentation du bassin a commencé en novembre 2011 avec la mise en place d’une station hydrologique
à l’exutoire et d’une station météorologique automatique. L’IAHRI et le CIRAD ont commandité les ouvrages et
la réalisation a été déléguée aux BPTP. Le recueil des données est organisé par les BPTP qui les recueillent puis
les transmettent à l’IAHRI et au CIRAD au rythme approximativement mensuel. Ils ont également la charge
de surveillance et de vérification du matériel.
La station météorologique, modèle Wireless Vantage Pro2 Plus Weather Station (Davis), mesure la
pluie, la température, l’humidité, le vent (direction et force) et la radiation solaire (figure I..4 page 7 de gauche).
Elle est située en haut du bassin sur une zone plate et balayée par le vent. Cette station comporte un pluviomètre
à auget basculeur d’une capacité de 0.2 mm ce qui permet d’évaluer l’intensité de la pluie en mm.min−1 . Ce
type d’instrumentation est relativement fiable mais pose problème pour les deux extrêmes de précipitations
6
Figure I..4
–
Photographie
de
la
station
météorologique
automatique (à gauche)
mesurant : le vent, l’insolation, l’humidité et
la pluie. La station météorologique est situé
au sud-ouest du bassin
(figure II..2 page 18 :
point GPS le plus proche
du coin gauche de la
légende).
Photographie
de la station de mesure
automatique du débit (à
droite) par mesure du
niveau d’eau.
(Tapiador et al. (2012)). Les pics d’intensité sont très fréquents et nous avons enregistré des pics allant jusqu’à
2.8 mm.min−1 soit un basculement tout les 4.3 secondes en moyenne. Il est donc possible que l’auget ne
parvienne pas à mesurer tout le flux et conduise donc à une sous-estimation des fortes intensités lesquelles
sont déterminantes pour le ruissellement. De même l’entonnoir et l’auget ont du mal à détecter les très faibles
précipitations. Gumuk est quotidiennement sous les nuages et de très fine gouttes de pluies se déposent sur
le sol. Le pluviomètre n’est pas équipé pour détecter cette pluie, qui a tendance à s’évaporer dans l’auget ou
l’entonnoir, mais qui peut influencer le ruissellement de l’événement pluvieux suivant. Dans le cas de Gumuk
et d’après les spécificités techniques, nous pouvons estimer que notre intervalle de confiance à 95% correspond
à une erreur moyenne inférieure à 5% pour une mesure au rythme horaire 8 .
La localisation de la station hydrologique (figure I..4 page 7 droite) définit l’exutoire de notre bassin d’étude.
Cette station se situe où la ravine a mis la lave à nu, juste avant la falaise. Un canal d’environ 8 mètres a été creusé
en amont de la station afin de recueillir les sédiments et de ralentir le flux d’eau faisant passer l’écoulement de
ravinaire à laminaire. L’embouchure a été bétonnée autour d’un cadre métallique afin de maitriser la géométrie.
Un tuyau en plastique équipé d’une sonde, permet la mesure du niveau d’eau. L’évaluation du débit repose sur
l’utilisation d’une courbe de tarage. La mesure est réalisée chaque minute. En l’absence d’informations sur la
construction de la courbe de tarage l’incertitude des mesures n’a pas pu être évaluée.
I..3.2
Traitement des données climatiques
Précipitations Dans le cas où toutes les données journalières sont connues au pas de temps de la minute, la
pluie journalière est simplement le cumul des pluies de chaque minute. Du premier septembre 2011 au 31 mars
2013, il manque 60 jours de données de pluies. Ces données manquantes sont généralement par période de 12 à
18 jours. Cherchant à avoir un bilan d’eau annuel, la stratégie a été de remplacer les données manquantes par
la moyenne journalière au rythme mensuel 9 . Les pluies mensuelles et annuelles ont été calculées par cumul des
précipitations journalières.
Evapotranspiration potentielle et maximale Les variables climatiques (température, humidité, insolation, vent) sont mesurées à différents pas de temps puis moyennées au pas de temps horaire. Les données
climatiques manquantes correspondent elles aussi à des périodes de plusieurs jours. Comme pour les pluies, les
données manquantes ont été remplacées par la moyenne journalière mensuelle. A partir de ces données, l’évapotranspiration potentielle (ETP) a été calculé avec la formule de Penman-Monteith [Penman (1948), Monteith
et al. (1965)] au pas de temps mensuel. L’ETP journalière moyenne est la division de l’ETP mensuelle par le
nombre de jour du mois. L’évapotranspiration maximale journalière (ETM) a été prise égale à l’ETP.
L’évapotranspiration réelle (ETR) a été calculée en utilisant un modèle à un réservoir (modèle de la FAO,
[Allen et al. (1998)]). Le volume de ce réservoir correspond à la réserve utile qui a été estimé à 20% du volume
total de sol soit 0, 200 m3 pour une surface de 1 m2 et un tissu racinaire de 1 m, ce qui correspond à un réservoir
de 200 mm 10 . La réserve utile est initialement pleine. Au pas de temps journalier en mm, la pluie moins le
ruissellement (lame d’eau écoulée dans la journée) alimente la réserve utile. Le débordement de celle-ci donne
l’infiltration journalière.
8. S’il a été mesuré 10 mm en une heure, nous avons 95% de chance que la pluie réel soit entre 9.5 mm et 10.5 mm.
9. Somme des précipitations journalière mesurées divisée par le nombre de jour de mesure.
10. La Total Available Water (TAW) a été déterminée à partir d’analyses du sol faîtes par les BPTP.
7
L’évapotranspiration puise dans la réserve utile. La réserve facilement utilisable (RFU) correspond à 70 mm
pour laquelle la plante n’a pas de difficulté à puiser. L’ETR est alors égale à l’ETM. Lorsque le volume du
réservoir est en dessous de 130 mm, l’ETR est égale à une partie de l’ETM suivant le niveau de remplissage
[Allen et al. (1998)], afin de rendre compte de la plus grande difficulté des plantes à puiser dans la réserve utile.
I..3.3
Evaluation du bilan hydrologique
Le bilan hydrologique a été calculé au pas de temps mensuel et annuel sur l’année 2012. Les pluies (P) et
les ETR mensuelles et annuelles sont la somme des pluies et des ETR journalières. La lame d’eau (L) écoulée
correspond au cumul du débit à l’exutoire divisé par la surface (projetée) du bassin sur le mois ou l’année.
L’infiltration profonde correspond au cumul mensuel ou annuel des infiltrations journalières.
I..3.4
Localisation des écoulements
La localisation des écoulements de surface a été observée sur le terrain lors d’événements pluvieux intenses.
Ces observations ont permis de détecter la provenance des écoulements de surface et les facteurs influençant la
génération. Cette étape est décrite de façon plus approfondie en partie II. page 13.
La localisation des écoulements hydrogéologiques a été basée sur les observations géologiques et topographiques. L’identification des zones de résurgences, les indices de végétation et l’humidité des affleurements lors
de la période “d’étiage”, notamment avec l’arrivée de la saison sèche, permettent de comprendre en partie les
écoulements souterrains.
I..4
I..4.1
Résultats
Bilan hydrologique
Les précipitations annuelles à Gumuk en 2012 s’élevaient à 1712 mm. La figure I..5 page 8 présente les
précipitations mensuelles au cours de l’année 2012 (barres bleues). La saison des pluies 2011-2012 s’est terminée
mi-juin et la saison des pluies 2012-2013 a commencé à la mi-octobre. Durant la saison des pluies, il pleut
quasiment tous les jours au moins 1 à 2 mm. Le cumul de la hauteur des pluies intenses, (plus de 15 mm par
jour), dont le nombre varie entre 5 et 10 par mois en saison des pluies, correspond à plus des deux tiers des
précipitations annuelles. Les 10 plus grosses journées pluvieuses de l’année totalisent 663 mm de pluie soit 38%
des précipitations annuelles. La saison sèche correspond à une absence quasi-totale de pluie.
Figure I..5 – Précipitations et bilan hydrologique mensuel en mm. Les barres correspondent à l’échelle de
gauche et représentent : les précipitations mensuelles (bleu), l’ETR (vert), le ruissellement (rouge) et l’infiltration
profonde (jaune). L’échelle en mm des lignes est à droite : la ligne bleue correspond à la réserve utile et la ligne
verte à l’ETM mensuelle.
La température, l’humidité et le vent sont assez constant en saison humide. La dynamique annuelle de la
couverture nuageuse conduit à une variation de l’insolation qui est le facteur dominant de la variabilité de l’ETM
(figure I..5 page 8). Entre décembre et avril, la couverture nuageuse est très importante : le soleil n’est visible
qu’au levé (entre 6h et 10h) puis les nuages descendent du sommet du volcan et limitent fortement l’insolation.
A partir de mai, les nuages descendent plus tardivement de la montagne et Gumuk jouit de journée totalement
ensoleillé de plus en plus souvent. Durant la saison sèche, Gumuk est bien ensoleillé et quelques nuages viennent
8
de temps en temps obscurcir le ciel. Avec le début de la saison humide, les nuages redescendent de plus en plus
tôt de la montagne.
Du fait de la saison humide, l’abondance et la fréquence des précipitations permettent que l’ETR soit
maximale. La réserve importante du sol permet de maintenir l’évapotranspiration durant toute la saison sèche.
Le premier mois de saison sèche correspond lui-aussi à une ETR maximale. L’ETR est donc assez importante
toute l’année et varie entre 18 mm en septembre et 85 mm en mai.
Le ruissellement est assez faible et ne se produit qu’en cas de très fortes pluies. La très grande capacité
d’infiltration du sol engendre l’infiltration quasi-totale de toutes les pluies. Ainsi le ruissellement suite aux très
forts événements pluvieux (plus de 40 mm en une heure) ne représente que quelques millimètres de lame d’eau
écoulée. L’évapotranspiration étant satisfaite, les fortes pluies conduisent à une infiltration profonde importante.
Au pas de temps annuel (figure I..6 page 9), l’évapotranspiration est assez importante et représente 37%
de la pluie en 2012, soit 637 mm. Le ruissellement ne représente que 9% soit 146 mm. L’infiltration profonde
représente donc la part la plus importante des précipitations (54%) soit 928 mm.
Figure I..6 – Bilan hydrologique de l’année 2012. L’ETR est en vert, le ruissellement en rouge et l’infiltration
profonde en jaune. Le total annuel des précipitations est de 1712 mm.
I..4.2
Circulation de l’eau : dynamique hydrologique du bassin
Les écoulements de surface sont événementiels et correspondent aux fortes pluies. En l’absence de fortes
pluies, rien ne coule à l’exutoire. A l’inverse, lors d’une forte pluie un volume de plusieurs centaines de m3
peut s’y écouler en une à deux heures (pour plus de détails sur les écoulements de surface, partie II. page 13 et
notamment aux résultats II..3 page 21).
Ces eaux de surface descendent en cascade la falaise de lave puis s’écoulent dans la vallée. Elles s’y infiltrent
en aval très rapidement (moins de 2 km) dans une couche géologique assez meuble. Ainsi l’ensemble des eaux
ruisselant contribuent à la recharge d’aquifères alimentant les sources en aval.
Concernant l’hydrogéologie du bassin, nous avons localisé deux résurgences d’eau. La première flaque, où
l’eau s’écoule doucement, est située sur la lave à 2 ou 3 mètres sous l’exutoire sur la rive droite (point C sur le
schéma du bassin de la figure II..1 page 15). Cet endroit se caractérise par la présence de mousse de laquelle
suinte de l’eau. La seconde est un puits où l’eau s’écoule doucement et dont le niveau reste assez constant toute
l’année (point D) qui se situe juste au niveau de la lave sous le bassin. Celui-ci dénote une certaine concentration
du flux accompagné d’un changement de lithologie. Dans le fond de la ravine du bassin, on retrouve toujours
de l’humidité. A l’inverse, la roche sèche sur les hauteurs au bout de 3 ou 4 jours sans pluie.
L’écoulement hydrogéologique se ferait donc selon deux composantes en accord avec la géologie. La première
composante est un transport que l’on peut qualifier de transversal (figure II..1 page 15) correspondant aux deux
bordures latérales. On constate que l’eau à tendance à s’accumuler en bas conformément aux observations de
suintements sur les bords de la ravine. Ce processus ci permet d’expliquer pourquoi les parcelles situées au
sommet du bassin sont récoltées en tabac plus tôt, puisque le manque d’eau apparaît plus rapidement 11 .
La seconde composante d’écoulement est longitudinale, en direction de l’exutoire du bassin. L’eau circule
dans les couches de dépôts volcaniques meubles au dessus de la lave et des dépôts plus dures qui la surmontent.
Les dépôts étant plus grossiers, le drainage est plus rapide. L’épaisseur de dépôts diminue, concentrant le flux,
jusqu’à rendre la nappe sub-affleurante au sommet de la falaise de lave. On peut alors constater la présence
d’une résurgence et il suffit de creuser une cinquantaine de centimètre dans les dépôts pour trouver la lave et
voir l’eau suinter et s’écouler doucement. L’eau circule alors sur les bords de la ravine et sous la couche de
sédiments pour aboutir sous l’exutoire des eaux de surface 12 et sort du bassin hydrologique. L’eau s’écoule alors
à la surface de la lave et dans les fissures de surface jusqu’à la base de la falaise puis se réinfiltre immédiatement,
11. Ceci s’explique aussi en partie par une évapotranspiration plus forte du à plus de vent et plus d’insolation
12. L’exutoire des eaux de surfaces ne mesure aucun flux provenant d’écoulements hydrogéologiques.
9
Figure I..7 – Schéma d’une coupe transversale des écoulements hydrogéologiques. La coupe est repérée par les
points A et B du schéma du bassin. Les points C et D correspondent aux deux résurgences observées. Le temps
0 correspond à une nouvelle pluie. Le temps 1 représente l’infiltration de cette pluie dans la couche de dépôts
volcaniques. Le temps 2 présente l’accumulation de l’écoulement en fond de bassin et le temps 3 montre la fuite
de l’écoulement dans le sens longitudinal.
favorisant alors la présence de bambous. Les flux d’eau sont alors importants et la rencontre avec une couche
géologique plus imperméable provoque la formation d’une nappe perchée, dont le puits en bas du bassin est un
indicateur piézométrique.
Une fois l’eau arrivée dans la vallée, elle s’écoule assez lentement dans des dépôts compactés et finit par
rejoindre une couche beaucoup plus perméable qui la transporte vers les sources en contrebas.
I..5
Discussion
L’instrumentation du bassin et les analyses réalisées permettent de conclure que l’évapotranspiration est
importante et totalise 37% du bilan au niveau de Gumuk pour 2012. En revanche, le ruissellement est faible
et la lame écoulée s’infiltre quelques kilomètres plus bas dans la vallée. Ainsi 63% du bilan d’eau pour l’année
2012 contribue à la recharge d’un ou plusieurs aquifères. Dans notre optique de comprendre la place de Gumuk
dans la recharge de l’aquifère qui alimentent les sources, nous pouvons faire l’hypothèse que toutes ces eaux
contribuent à une seule recharge. Cependant, il faut tout d’abord analyser les incertitudes du bilan hydrologique
et vérifier qu’elles ne remettent pas en cause sa structure. Puis, il faut replacer le bilan hydrologique dans une
dynamique temporelle et spatiale de la recharge pour comprendre son impact sur la ressource à l’aval. Et enfin,
nous interrogeons l’usage GIRE à la vue de nos résultats.
I..5.1
Incertitudes du bilan
La première incertitude porte sur les données. L’absence de données climatiques et hydrologiques durant
des périodes de plusieurs jours peut conduire à une sous-estimation ou une surestimation des composantes
du bilan. L’importance des forts événements pluvieux est centrale pour le fonctionnement du bassin, or ces
données manquantes peuvent conduire à omettre certain de ces événements ou à leur donner trop d’importance.
Il serait souhaitable de réaliser des relevés plus réguliers pour vérifier d’éventuels disfonctionnement et réaliser
des mesures complémentaires pour vérifier la calibration des appareils de mesures.
Le calcul de l’évapotranspiration maximale repose sur l’équation de Peynman-Monteith, or Gumuk a un
climat très particulier. L’insolation y est très changeante au cours de la journée et l’impact sur l’évapotranspiration est complexe. Le calcul en moyenne journalière ou mensuelle ne tient pas compte de cette complexité.
La taille de la réserve utile est également questionnable. Les données des BPTP ainsi que la méthode de calcul
de la réserve utile ne sont pas calibrés pour ce type de sols andiques avec une forte perméabilité et une forte
porosité. Il est probable que nous avons surestimé la capacité de ce réservoir.
Des mesures supplémentaires de l’évapotranspiration au niveau des cultures et des champs seraient appréciables. Cependant, les observations de terrain semblent clairement indiquer que l’évapotranspiration des
cultures est toujours satisfaite en saison des pluies, bien satisfaite en première partie de saison sèche et encore
un peu satisfaite à la fin de la saison sèche. Or, les pluies sont suffisamment importantes au début de la saison
humide pour rapidement remplir la réserve utile et les pluies sont nulles en saison sèche. Notre modélisation de
la réserve utile rend compte de cette dynamique. Il est donc fort probable que l’erreur principale est due au
calcul de l’ETM et aux mesures climatiques. Les tendances du bilan hydrologique sont suffisamment marquées
pour que cette erreur ne remette pas en cause la forme du bilan hydrologique.
10
I..5.2
Variations interannuelle du bilan hydrologique
L’essentiel de la variation interannuelle du bilan se concentre sur les variables climatiques. Il y a peu d’évolutions du couvert végétal d’une année à l’autre. Le facteur essentiel de variation est la pluviométrie, notamment
le nombre d’événements très pluvieux. En effet, il suffit de 4 ou 5 événements de plus de 50 mm supplémentaire
pour augmenter considérablement la pluie annuelle. Ces événements n’ont peu ou pas d’influence sur les autres
variables climatiques. Par conséquent, ces événements contribuent à augmenter la recharge en deux endroits par
l’infiltration au niveau de Gumuk et par l’infiltration du ruissellement quelques kilomètres en aval.
Une autre cause de variabilité est liée à des phénomènes climatiques de grande ampleur. L’oscillation ENSO
peut conduire à un phénomène El Niño avec un raccourcissement de la saison des pluies, ou un phénomène La
Niña entraînant plus de précipitations en saison humide. De même, un anticyclone (semblable au phénomène
ENSO) dans l’océan Indien peut engendrer un allongement de la saison humide. Cette variabilité interannuelle
du climat se décline sous deux aspects
– une augmentation les précipitations et du couvert nuageux avec diminution de l’ETP et finalement augmentation la recharge
– ou inversement et diminution la recharge.
Cependant, l’orographie du bassin limite l’effet d’une baisse des précipitations, il pleut toujours un peu
en saison humide, ce qui permet de satisfaire l’évapotranspiration et d’assurer toujours une recharge. Par
conséquent, la variabilité climatique se fait essentiellement ressentir sur le ruissellement et l’infiltration profonde.
I..5.3
Impact des activités anthropiques de Gumuk sur la recharge
Pour comprendre l’impact des activités anthropiques de Gumuk sur la recharge, il faut replacer le bilan
hydrologique dans le temps et l’espace. Les temps de transferts hydrogéologiques de Gumuk aux sources sont de
l’ordre de 100 à 1000 ans soit deux ordres de grandeurs supérieures à la variabilité interannuelle. Par conséquent
la dynamique temporelle de la recharge permet de tamponner cette variabilité climatique.
L’essentiel de l’anthropisation au niveau de Gumuk pour le bilan d’eau consiste en une modification du couvert végétal. Les variations interannuelles de couvert végétal sont infimes et modifient peu l’évapotranspiration.
De plus, ces variations sont d’un ordre de grandeur inférieur à celle de la variabilité climatique. Elles sont donc
relativement invisibles au niveau de la recharge.
A une échelle de temps plus longue, depuis la forêt, il y a plus de cent ans, le couvert végétal a considérablement diminué avec la progression du front pionnier. La déforestation conduit à une diminution du couvert
végétal et donc de l’évapotranspiration [Ellison et al. (2012)]. Par conséquent, la déforestation aurait pour
conséquence de laisser plus d’eau pour le ruissellement et l’infiltration qui contribuent tous deux à la recharge.
La mise en culture des terres a aussi pour conséquences d’augmenter le ruissellement (voir partie II. section
II..3.1 page 21). Ainsi, l’eau qui s’infiltrait sous la forêt du bassin, s’infiltre désormais plus bas dans la vallée.
Le temps de transfert de cette eau étant plus court, la déforestation peut ainsi conduire à une augmentation du
débit des sources. Mais cette infiltration en aval représente une perte d’infiltration au niveau du bassin et nous
pouvons faire l’hypothèse que le débit de la source diminue lentement pour revenir à l’équilibre. Les activités
anthropiques auraient donc plutôt tendance à augmenter la ressource à une échelle de temps de l’ordre du siècle
et selon nos hypothèses à diminuer légèrement à une échelle de temps encore plus longue.
Pour mieux cerner ce problème du transport différentiel de l’eau souterraine, il est nécessaire de faire des
études hydrogéologiques supplémentaires. La thèse d’Adrien Selles promet de donner des réponses (direction :
Sophie Violette et Olivier Beon, échéance à 2014).
Il est cependant clair que l’anthropisation au niveau de Gumuk a des impacts très limités sur la ressource
en eau en comparaison des usages de la ressource au niveau de la seconde ceinture de sources. D’une part, car
l’influence de l’anthropisation au niveau de Gumuk représente des volumes faibles au sein de la recharge. D’autre
part, car les échelles de temps mises en jeu par cette anthropisation de Gumuk ont grandes en comparaison de
la rapidité des évolutions des usages.
I..5.4
Gumuk dans la gestion intégrée des ressources en eau du bassin
La gestion intégrée des ressources en eau (GIRE) est un concept hégémonique 13 qui s’est déployé au niveau
mondial [Trottier (2012)]. La GIRE repose sur approche scientifique et technique de l’eau en tant que ressource.
Elle pose une “échelle naturelle” de gestion : le bassin versant. Le programme de gestion de l’eau des sources a
été présenté comme une gestion intégrée. Gumuk est en ceci intéressant qu’il pose le problème de l’espace de
gestion.
Nous pouvons avancer sur la base de nos résultats qu’il n’y a pas de dégradation ayant un impact fort sur
la ressource en eau des sources et donc que Gumuk n’a pas besoin d’être intégré dans l’espace de gestion. La
transmission de cette connaissance aux “collectifs” est un aspect essentiel de la GIRE. Or, dans le cadre du
programme PROGIRE, cette information représente un enjeu de pouvoir.
13. Julie Trottier définit hégémonique comme un concept dont la remise en question revient à se discréditer auprès des experts
et des techniciens.
11
La dégradation de la recharge et une possible augmentation du débit des sources par des actions à l’amont,
ont été mises en avant dès les premières réunions entre les parties prenantes. Sur la base de ces “informations”,
l’espace de gestion était considérablement élargi. Ces informations étaient portées par le Cirad et les techniciens
de Danone-Aqua.
La question essentielle est de comprendre quel a été l’usage de ces informations. Le premier point porte
sur l’espace de gestion. Au départ, les tensions se sont cristallisées autour de l’usine Danone-Aqua et de la
compagnie publique d’eau potable. L’élargissement de l’espace de gestion vers Gumuk permet de complexifier
la gestion. Les techniciens et scientifiques ont alors une place de choix dans la gestion pour transmettre cette
complexité. Danone-Aqua possède une expertise technico-scientifique qui lui confère un poids supplémentaire
dans la négociation. De plus, la complexification de la gestion permet de “noyer” les problèmes vécus, DanoneAqua espérant ainsi dissoudre les critiques à son encontre.
Le second point porte sur la “dégradation de la zone amont”. En laissant entrevoir la possibilité d’une
restauration de la zone amont qui pourrait augmenter le débit des sources, la gestion du partage devient moins
problématique : il y a suffisamment d’eau pour tout le monde. Le problème est alors à la charge des scientifiques
et des techniciens qui doivent augmenter le débit des sources.
Nous comprenons alors que la transmission de notre connaissance n’est pas aisée. Celle-ci déstabilise les
industriels car elle recentre la gestion sur les usages.
12
Chapitre II.
Modélisation du ruissellement et
problématique d’érosion
II..1
L’eau des habitants de Gumuk
Ici, l’étude de l’eau se limite à son caractère local : Comment est-elle perçue et vécue par les habitants
d’un territoire ? A partir de la représentation de cette eau et des problèmes lui attenant dans la culture et les
activités, nous reconstruisons une nouvelle problématique de recherche.
Par l’observation de la culture et des activités, ainsi que par des entretiens réalisés au cour de notre présence
sur le terrain (section II..2.3 page 20), nous avons pu accéder aux représentations liées à l’eau qui sont potentiellement problématiques et que les habitants mettent en avant. Les entretiens sociologiques ont fait émerger
deux grandes thématiques posées par l’eau à Gumuk : le manque d’eau durant la saison sèche et l’érosion en
saison humide. Le manque d’eau s’exprime comme le “pas d’eau”. Celui-ci se fait surtout ressentir au domicile
pour les besoins domestiques, alimentaires et pour l’alimentation des bêtes dont l’élevage en est ainsi limité.
Cette problématique s’analyse en partie par des facteurs technico-économiques de stockage et de transport et
s’il est clair qu’un développement est possible et souhaitable, celui-ci repose sur des compétences qui n’étaient
pas les miennes. Le manque d’eau se fait aussi ressentir, dans une moindre mesure, au champ et peut limiter
la production de tabac qui empiète sur la saison sèche. Cependant, le calendrier agricole est déjà bien adapté
à cette problématique et un travail agronomique analysant les cycles de culture en lien avec le climat pourrait
être pertinent mais là aussi en dehors de mes compétences.
La seconde thématique est celle de l’érosion qui est exprimée comme l’extrême opposé soit le “trop d’eau”.
L’érosion est un terme vague qui regroupe plusieurs phénomènes différenciés par les populations. Il est important de noter que seuls les paysans ayant des terres avec des problèmes d’érosion soulèvent cette thématique. Le
problème le plus grave est certainement le glissement de terrain qui détruit une partie de la parcelle et des aménagements. Ceux-ci engendrent des pertes directes qui peuvent être importantes financièrement 1 . Le problème
secondaire consiste dans le creusement des voies d’eau. Pour les chemins d’eau anthropiques, ce creusement peut
engendrer à terme une rupture qui pourra créer des petites ravines dans les champs ou un glissement de terrain.
Dans le fond de vallée, le creusement accentue le relief et peut engendrer des glissements de terrain en bout de
champs grignotant ainsi les terres cultivables. Enfin, le dernier problème est celui de l’érosion en surface qui
entraîne la perte de la couche superficielle de sol, la plus riche, la plus propice à l’agriculture.
L’objet de cette partie est de formaliser scientifiquement l’érosion à partir des représentations des habitants.
Il faut pouvoir analyser l’influence des activités agricoles et des aménagements sur l’érosion. Il s’agit de traduire
les représentations, de passer à une vision scientifique de l’objet telle que construite par un étudiant de fin de
cycle universitaire occidental en tachant de respecter les cadres sociaux-culturels de la représentation initiale.
Dans un premier temps, l’étude a porté sur la compréhension de l’hydrologie de surface. La complexité
spatiale du milieu (avec ces directions d’écoulement selon les billons et les chemins d’eau), mais aussi la grande
variabilité spatiale de la production du ruissellement au sein du bassin, nous a conduits à réaliser une modélisation des écoulements pour évaluer l’aléa. Le modèle STREAM a été choisi pour sa plasticité permettant de le
mettre en oeuvre à partir du dire-expert et donc de peu de données. Il était de plus assez adapté architecturalement aux spécificités du terrain notamment par sa prise en compte de l’anthropisation du milieu.
Dans un second temps, nous avons étudié une partie des phénomènes d’érosion mis en avant par les usagers du
bassin. La formalisation de l’érosion est opérée dans le cadre aléa-vulnérabilité-risque tel que définit par Turner
et al. (2003). L’aléa est le ruissellement qui, localisé dans une zone vulnérable, induit un risque d’érosion. La
vulnérabilité est ici entendue au sens de susceptibilité 2 : par exemple un sol pentu est plus susceptible à l’érosion
1. Par exemple, Pak Syapudhin possède la moitié de ses terres sur une zone très escarpée qui a connue un glissement de terrain
détruisant le tiers de ses revenus du tabac.
2. Car nous ne prenons pas en compte la vulnérabilité en terme sociale.
13
qu’un sol plat. Cette formalisation est appliquée pour les trois aspects de l’érosion qui ont été décrits par les
habitants 3 : les glissements de terrain, le creusement des voies d’eau (érosion linéaire) et l’érosion entre les
billons (dans les sillons).
II..2
II..2.1
Matériel et méthode
Usage du modèle STREAM
STREAM (Sealing and Transfer by Runoff and Erosion with Agricultural Management) est un modèle hydrologique de surface créé au début des années 2000 par l’unité de recherche de sciences du sol de l’INRA
d’Orléans et l’UMR SAD-APT auquel participe l’INRA et AgroParisTech. Le modèle est porté par des organismes agronomiques s’intéressant à l’eau en termes d’impacts agricoles. Il est développé scientifiquement par
Yves le Bissonais, Olivier Cerdan, Frédéric Darboux, Véronique Souchère et Dominique King. Le développement
informatique est lui soutenu par Alain Couturier. Le modèle STREAM est gratuit et sous-licence. Il est intégré
c
c
au logiciel ArcGISsous
Windows.
Le modèle a été crée pour simuler spatialement l’hydrologie de surface et l’érosion d’un petit bassin agricoles.
C’est un modèle heuristique dont l’architecture reprend des lois physiques pour la production du ruissellement
et son transport, mais dont la paramétrisation repose sur le dire-expert (expert based model).
Les principes, les lois et le modèle sont décrits dans quatre publications fondatrices : Souchère et al. (1998)
traite du sens du travail du sol, Cerdan et al. (2002b) correspond à l’acte de naissance du modèle en termes
hydrologiques, Cerdan et al. (2002a) correspond à l’ajout d’un premier module d’érosion 4 et Souchère et al.
(2003) développe le module d’érosion par des ravines éphémères. Les modules d’érosion n’ont pas été utilisés
dans notre travail par absence de données pour la calibration. Le modèle STREAM a donc été utilisé seulement
dans sa composante hydrologique.
Le modèle initial visait à synthétiser les observations faîtes au début des années 90 dans le pays de Caux
(Normandie, France). Cet environnement diffère fortement du petit bassin de Gumuk : climat tempéré - climat
tropical, faible pente uniforme - forte variabilité des pentes souvent importantes, composition du sol, couverture
végétale et taille. Le modèle STREAM a jusqu’ici été utilisé pour des bassins versants de l’ordre de 10 à 1000
ha (0,1 à 10 km2 ) ; nous l’avons appliqué à un bassin de 4,5 ha avec un parcellaire très morcelé.
Néanmoins, l’architecture de Stream permet son usage sur d’autres terrains et est conciliable avec Gumuk.
Nous avons adapté la paramétrisation au bassin de Gumuk, que nous avons calé à partir de 14 événements tirés
au hasard parmi les 23 éligibles (Section II..2.4 page 21)
Architecture de STREAM
Dans STREAM, la zone d’étude est maillée et l’ensemble du modèle opère par calcul raster. Le modèle rend
compte spatialement des écoulements en réponse à une averse en associant deux modules :
– un module de production qui calcule en chaque maille un bilan d’eau et détermine le volume qui peut
ruisseler
– un module de transport qui détermine la direction de l’écoulement pour chaque maille
Le modèle est événementiel et permet de déterminer en chaque maille le volume total d’eau ayant transité
sur cette maille. Il ne comporte aucune dimension temporelle, c’est un “one shot”.
Module de production Le module de production calcule en chaque maille le volume d’eau ruisselant pour
un événement pluvieux caractérisée par 3 composantes : la précipitation totale, la durée de la pluie et un indice
des pluies antérieures sur 24 heures (voir section II..2.4 page 21). L’architecture du module de production est
une simplification du modèle d’infiltration de Horton.
La fonction de production est un système à un réservoir de débordement mis en cascade avec une infiltration
constante (figure II..1 page 15). Le réservoir correspond à l’imbibition du sol. Son niveau de remplissage initial
est déterminé par la pluie antécédente 5 . Lorsque celui-ci est plein, c’est-à-dire que le sol est imbibé, il déborde.
Le flux généré est ensuite infiltré à débit constant et ce qui reste correspond au ruissellement.
Les variables du module de production sont donc le volume du réservoir d’imbibition (par unité de surface
exprimé en mm) et le débit d’infiltration (par unité de surface exprimé en mm.h−1 ) dont les 2 déterminations
sont basées à dire-expert au moyen de deux tables de décisions. L’imbibition est déterminée par une table de
décision à partir des catégories de capacité d’infiltration. Ce modèle rend compte l’interception réalisée par les
plantes assez indirectement en augmentant la capacité du réservoir d’imbibition.
3. L’érosion diffuse par effet “splash” n’a pas été mise en avant par les habitants de Gumuk et dans le cadre de leurs pratiques
est relativement incontrôlable.
4. Erosion en nappe ou interril erosion
5. Le modèle original utilisait la pluie sur 48 heures mais les conditions tropicales et la forte perméabilité du sol explique
l’utilisation d’un autre indice sur une durée plus courte.
14
Figure II..1 – Schématisation de la fonction de production d’eau. Le volume Vimb correspond au volume
d’imbibition et la capacité d’infiltration Cinf est constante.
Module de transport La fonction de transport permet de faire s’écouler le ruissellement généré dans un
pixel vers un de ses huit voisins. Le modèle numérique d’altitude permet de déterminer pour chaque pixel la
direction d’écoulement selon la plus grande pente, ce qui correspond à une direction “naturelle” d’écoulement. Le
choix de la direction est influencé par deux niveaux d’anthropisation selon l’étude de Souchère et al. (1998). Le
premier niveau correspond au travail du sol dans les champs provoquant une direction préférentielle représentée
par un azimut qui va prescrire une nouvelle direction d’écoulement pour les pixels du champ si la pente le
permet. Le second niveau d’anthropisation consiste à ajouter des chemins d’eau sous forme de ligne, qui vont
prescrire une direction d’écoulement si la pente le permet pour les pixels sur le chemin d’eau.
Ces deux corrections directionnelles sous forme de droite ou de morceaux de droite pose le problème de la
correction de la dérive par rapport aux 8 possibilités pour chaque pixels, celle-ci est corrigée par le modèle afin
d’obtenir des directions maillées proche de la réalité (Manuel de STREAM).
Une fois la direction du flux établie, la totalité du ruissellement est envoyée dans cette direction. Si le pixel
recevant le ruissellement est encore susceptible d’infiltrer alors le volume ruisselant sur la maille est retranché
de ce volume nouvellement infiltré (ou imbibé).
La taille des mailles est capitale pour la localisation des chemins d’eau. Si la maille est trop grande, alors
la concentration des flux n’est pas assez importante (ne peut-être comparée avec un volume plus localisé) et la
direction est imprécise. Si la maille est trop petite, le temps de simulations est ralenti et la spatialisation des
chemins d’eau est plus compliquée. Architecturalement, la taille de la maille est déterminée par le MNA.
Paramétrisation du module de production
Les variables du module de production (capacité d’infiltration et volume du réservoir d’imbibition) sont
définies pour chaque maille en fonction des propriétés de la parcelle où se situe la maille, par la combinaison
de trois paramètres qui sont originellement pour le pays de Caux : la couverture végétale, l’encroûtement
et la rugosité du sol. Dans le cas de Gumuk, nous avons catégorisé deux nouveaux indices de couverture
végétales et de rugosité et substitué un indice de pente à l’indice d’encroutement. En effet, la surface ne
se modifie pas en fonction des précipitations 6 et la pente est déterminante pour la production du ruissellement
[Nassif and Wilson (1975), Fox et al. (1997), Ribolzi et al. (2011)].
Catégorie des paramètres
L’indice de pente La pente a un effet du premier ordre sur le ruissellement. Les observations de terrain lors
des pluies fortes suggèrent que les fortes pentes ont tendance à plus ruisseler que les faibles pentes par unité de
surface projetée. Ceci correspond au temps de stagnation plus long de l’eau sur les faibles pentes qui permet une
meilleure infiltration (un champ plat forme plus de flaques et infiltre plus). Ceci domine l’effet d’augmentation
de la surface réelle avec la pente (à surface projetée constante), ce qui augmente alors l’infiltration 7 (pour plus
de détails sur la relation infiltration pente [Nassif and Wilson (1975), Fox et al. (1997), Ribolzi et al. (2011)]).
6. Sol andique fortement cristallisé avec absence totale d’argile [analyse de sol des BPTP] dont les propriétés de varie pas
en fonction des précipitations [Wada (1985)]. Par opposition avec un sol riche en argile et la possible formation d’une croute de
battance.
7. Ceci permet d’expliquer les résultats d’évolution du ruissellement avec la pente obtenue avec des simulateurs de pluie qui
produisent des pluies très fortes d’intensité constante et produisent un ruissellement si important que la rugosité du sol n’intervient
pas quelque soit la pente. Dans le cas réel, l’événement pluvieux a une intensité qui varie. Lors du pic d’intensité, dans le cas plat,
des flaques vont se former créant des petits réservoirs qui si l’intensité baise seront absorbé. Dans le cas d’une forte pente, les flaques
s’écoulent beaucoup plus facilement et l’eau a déjà ruisselé quand l’intensité baisse.
15
L’écoulement est modifié par les billons et la pente “naturelle” (plus forte pente) n’est pas représentative de
la pente moyenne perçue par la pluie et le ruissellement. Un billonnage quasi-orthogonal à la pente contribuera
à créer des zones quasi plates où l’eau s’infiltrera mieux. En utilisant un calcul simple de trigonométrie en trois
dimensions, on peut déduire la pente dans l’axe du billon (pbillon en degré) en connaissant la plus grande pente
(pmax en degré) et l’angle entre la plus grande pente et le billonnage (θ) selon la formule :
pbillon = arccos(cos(pmax ) cos(θ))
(II..1)
L’indice de pente correspond à la moyenne entre la pente du billon et la plus forte pente à l’échelle de la
parcelle. L’indice de pente a ensuite été catégorisé en 5 classes :
– cat. -1 : moins de 10 degrés
– cat. 0 : de 10 à 15 degrés
– cat. 1 : de 15 à 20 degrés
– cat. 12 : de 20 à 25 degrés
– cat. 2 : plus de 25 degrés
Le couvert végétal Le couvert végétal produit un effet de second ordre après la pente sur le ruissellement.
Plus le couvert végétal est dense plus l’infiltration est favorisée. Le site de Gumuk est caractérisé par de grandes
différences de couvert végétal entre de la forêt et des sols quasi-nus. De plus, le couvert végétal évolue en fonction
des saisons et des pratiques agricoles. Les catégories distinguées à partir des observations de terrain sont :
– cat. -1 : plantes en champs avec peu ou pas de mauvaises herbes
– cat. 1 : plantes en champs nombreuses ou avec des mauvaises herbes
– cat. 2 : plantes en champs avec beaucoup de mauvaises herbes ou zone enherbée
– cat. 3 : forêt
La rugosité La rugosité dans le sens du travail du sol joue un rôle sur l’infiltration en ralentissant l’écoulement. La rugosité est classée en 5 catégories :
– cat. -1 : rugosité nulle
– cat. 0 : rugosité faible non anthropique – moins de 5 cm
– cat. 1 : faible à moyenne rugosité anthropique ( résultant du travail du sol) – de 5 à 10 cm
– cat. 2 : forte rugosité anthropique – plus de 10 cm
– cat. 3 : forte rugosité anthropique et présence de cuvettes permettant la formation de flaques
Exceptions Trois espaces dans le parcellaire font exceptions : les abris, les bordures dans le sens de la
pente (fortement végétalisées), les bordures parallèles aux lignes d’altitude. Nous avons isolé 3 combinaisons sur
les 100 possibles (5 × 4 × 5) pour les représenter.
Construction des tables de décision L’étude initiale des données de pluies-volumes à l’exutoire ont permis
d’évaluer à environ 30 mm.h−1 la capacité d’infiltration moyenne du bassin. Les capacités d’infiltration discrètes
ont donc été centrées autour de cette valeur avec un pas de 5 mm.h−1 soit {0 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 35 ; 40 ; 45 ; 50}.
A partir des observations de terrain, nous avons construit la table de décision des capacités d’infiltration à
partir des trois paramètres précédents. Celle-ci est présentée dans le tableau II..1 page 17. La création de la
table de décision repose sur l’observation d’un effet important de la pente sur la capacité d’infiltration puis sur
un effet plus faible du couvert végétal et enfin de la rugosité. La table de décision des capacités d’infiltration
n’a pas nécessité de calage.
Le volume et le remplissage du réservoir d’imbibition ont été calculés en fonction de l’indice des pluies antécédentes (IPA) ( section II..2.2 page 20) en traitant les données pluies-volume à l’exutoire en considérant le bassin
uniforme. Le traitement a consisté à créer 4 catégories d’IPA reliées à une capacité du réservoir d’imbibition et
à quatre catégories d’état initial. Puis, nous avons spatialisé ce résultat sur la base des observations de terrain.
Dans un premier temps, la fonction de production a été considérée uniforme sur le bassin ce qui permet de
c volume total ruisselé 8 . La capacité d’infiltration moyenne du bassin a été fixée
simuler aisément sous Excelle
−1
à 30 mm.h (moyenne du bassin d’après les données pluis-débit). A partir des 4 catégories de pluie antécédente,
le solveur Excel a permis de déterminer le taux de remplissage du réservoir en minimisant l’erreur quadratique
entre le volume ainsi simulé et le volume mesuré pour les 14 événements identifiés (II..2.4 page 21). Nous avons
ainsi déterminé un volume moyen par unité de surface de 10 mm d’imbibition en l’absence de pluie antérieure
et la correspondance entre les catégories de remplissage du réservoir d’imbibition {0; 6; 10; 12} en millimètre et
les catégories d’IPA {0 à 2 ; 2 à 6 ; 6 à 9 ; plus de 9} en millimètres.
La spatialisation est basée sur les observations de terrain (perlage des gouttes d’eau à la surface 9 ) qui semble
soutenir une faible variation de l’imbibition au niveau spatial. Une capacité d’infiltration plus forte semble tout
de même correspondre à un volume d’imbibition à sec plus important. Nous avons considéré que l’état initial
du réservoir en fonction de l’IPA était uniforme sur le bassin. Après un léger calage (variation inférieure à 2
mm) consistant à limiter la variation spatiale de l’imbibition et à augmenter le remplissage de l’état initial avec
l’IPA, nous avons obtenu la table de décision (tableau II..2 page 17).
8. Selon le même principe que la fonction de production de STREAM.
9. Le sol est considéré comme imbibé lorsque l’on peut voir perler des gouttes d’eau à la surface puis s’infiltrer.
16
Rugosité
<10
10<x<15
Indice de pente
15<x<20
20<x<25
25<
Couvert végétal
Nulle
Faible
Moyenne
Forte
Très forte
35
35
40
40
40
40
40
45
40
40
45
45
40
40
45
50
40
40
45
25
30
35
35
30
35
35
40
35
35
40
40
35
35
40
45
35
35
45
15
20
25
30
20
25
30
35
25
30
35
35
25
30
35
40
30
30
40
5
10
15
25
10
15
20
25
15
20
25
30
15
20
30
35
20
25
35
5
5
10
15
5
10
15
20
5
10
20
25
10
10
25
30
15
20
30
sol nu
moyen
fort
forêt
sol nu
moyen
fort
forêt
sol nu
moyen
fort
forêt
sol nu
moyen
fort
forêt
sol nu
moyen
fort
50
0
Exception
Abri
10
Exception
Bordure
verticale
30
Exception
Bordure
horizontale
35
forêt
Table II..1 – Table de décision déterminant la capacité d’infiltration en mm.h−1 . Les catégories de pente sont
représenté en haut, sur la gauche la rugosité et sur la droite le couvert végétal. Les exceptions sont visibles en
bas du tableau.
Capacité d’infiltration
mm.h−1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Imbibition mm
Indice des pluies antécédentes
0 à 2 2 à 6 6 à 9 plus de 9
0
0
0
0
7
1
0
0
8
2
0
0
8
2
0
0
9
3
0
0
9
3
0
0
10
4
0
0
11
5
1
0
11
5
1
0
12
6
2
0
13
7
3
1
Table II..2 – Table de décision déterminant l’imbibition en mm en fonction de l’indice antérieure des pluies
en mm après calage.
Cartographie du parcellaire, de l’élévation et des chemins d’eau.
Parcellaire Une parcelle est une portion d’espace uniforme quand aux paramètres de productions et de
transport du ruissellement (azimut du travail du sol). Ainsi ce qui est un champ pour l’agriculteur peut regrouper
plusieurs parcelles 10 . Un premier traçage du parcellaire à partir des mesures topographiques au théodolite
(paragraphe suivant) a été corrigé par les observations de terrain afin d’obtenir une couverture du bassin en 149
parcelles 11 (figure II..2 page 18).
La rugosité, le couvert végétal, l’azimut des billons et l’azimut de la plus grande pente ont été renseignés
pour chaque parcelle : les deux premiers selon leur catégorie et les secondes à la boussole avec une précision
de 5 degrés. Le couvert végétal évolue dans le temps en fonction des plantations et des désherbages. S’il a été
possible de cartographier sur le terrain l’état du couvert végétal correspondant au dernier quart de la saison
10. A Gumuk, un champs n’est jamais composé de plus de quatre parcelles.
11. Travail réalisé sous Qgis
17
sèche, nous avons eu recours aux agriculteurs pour évaluer le couvert végétal sur l’année précédente lors des
entretiens (section II..2.3 page 20).
A partir des données cartographiées du parcellaire et des tables de décision, la figure II..3 page 19 présente
la capacité d’infiltration pour chaque pixel (uniforme à l’échelle de la parcelle). L’imbibition se déduit de la
capacité d’infiltration et de la pluie antécédente et possède donc une disposition semblable.
Modèle Numérique d’Altitude : MNA La réalisation du MNA a été basée sur des mesures ponctuelles
de terrain réalisées au moyen d’un théodolite laser 12 . Les points fixes correspondent aux points d’ancrage du
théodolite et aux points de calibration dont les coordonnées cartésiennes ont été obtenus avec un GPS différentiel
et post-traitement 13 permettant d’obtenir une précision altimétrique et en latitude-longitude inférieure au mm.
Dans le cadre de relevés topographiques pour une utilisation de Stream, le principe fut de prendre des points
sur les bordures des parcelles pour les délimiter. Nous avons ainsi concentré les points de mesures au niveau des
forts changements de la topographie (sauts entre deux terrasses pentues par exemple) alors que l’intérieur des
parcelles (considéré uniforme) possède moins de points (figure II..2 page 18).
La ravine principale étant impossible à viser, nous sommes partis de l’exutoire (géo-localisé par visée au
théodolite) et nous avons remonté la ravine en prenant des mesures d’azimut à la boussole ainsi que de hauteur
et de longueur au mètre ruban permettant d’obtenir des points. L’interpolation du MNA a eu tendance à créer
des puits, nous avons donc calé spatialement l’emplacement de la ravine.
En tout, nous avons réalisé environ 14 points GPS, une quarantaine de points dans la ravine et presque 2000
points au théodolite.
Figure II..2 – Carte des points topographiques (réalisés par les différentes méthodes) superposée à la carte du
parcellaire.
Pour localiser précisément les chemins d’eau et les éléments de la topographie (terrasses et limites de parcelles), la maille du MNA a été fixée à 25 cm de coté. En manipulant les paramètres d’interpolation de la
fonction Topo to Raster de Spatial Analyst/Interpolation de ArcGis, nous avons pu limiter l’effet point
dû au “sur-échantillonnage” spatial des bordures. Cependant celui-ci n’a pu être estompé complètement. Le
MNA produit a une grande précision qui est cohérente avec la finesse de nos données et adaptée à l’utilisation
de STREAM.
Rigoles Les rigoles étant situées aux limites des parcelles, le parcellaire ainsi que des observations de terrains
ont permis rapidement de carter les chemins d’eau. 87 rigoles ont ainsi été cartographiées. Un grand nombre
de rigoles sont quasi-plates car elles suivent presque la ligne de contour. Ainsi, leur localisation est délicate
car l’absence de pente dans le sens de l’écoulement entraîne pour STREAM une correction de l’artefact et ce
que l’on peu appeler une rupture de rigole au niveau du pixel incriminé du chemin d’eau. Ceci est d’autant
plus sensible du fait de l’effet point encore persistant dans l’interpolation et du choix restreint de 8 directions
d’écoulements combiné à la correction de la dérive.
Pour palier ce problème, le premier temps du calage spatial a consisté à ajuster finement les rigoles à la
topographie en utilisant les iso-lignes à 10 cm afin de conserver une pente à l’écoulement. À épuisement de cette
stratégie, le MNA a été corrigé 14 . Cette stratégie a été appliquée seulement à 7 reprises. Notons tout de même
12. Système de mesure automatique à partir d’un point fixe en visant une mire, Leica (Flex-line TS06 PLUS).
13. De marque Leica, avec une acquisition de 30 minutes et un post-traitement des données sur la phase
14. Dans un premier temps, positionnement de part et d’autres du chemin d’eau de points topographique à une distance d’environ
1 mètre du chemin d’eau et 1 mètre les uns des autres correspondant à la topographie initiale (afin de ne modifier le MNA qu’au
18
Figure II..3 – Carte des capacités d’infiltration et des chemins d’eau anthropiques. Les capacités on été
calculées à partir des informations cartographiées et de la table de décision. Elles correspondent au couvert
végétal de deuxième partie de saison humide (Scénario A).
que les ruptures de rigoles correspondent à une réalité et que les zones où STREAM a eu du mal à faire circuler
l’eau sont celles où on observe des ruptures . La figure II..3 page 19 présente la localisation des chemins d’eau.
Description des scénarios spatiaux.
Des scénarios combinant différents parcellaires, couverts végétaux, chemins d’eau et travail du sol ont été
construits pour tester l’influence des différents paramètres et de leur spatialisation sur le ruissellement. Parmi
eux, le scénario (A) – scénario de base – correspond à la situation observée sur le terrain (seconde partie de la
saison humide de début février à fin juin). Le second scénario (B) est identique au scénario (A) sauf pour le
couvert végétal correspondant au début de la saison humide (de octobre à fin janvier).
Puis, nous avons trois scénarios reprenant le parcellaire (A) qui explore différents niveaux d’anthropisation
sur le transport. Les scénarios (A-1), (A-2), (A-3) correspondent respectivement à l’absence de billonnage avec
des rigoles, à l’absence de rigoles avec du billonnage et enfin à l’absence de billonnage et de rigoles.
Pour tester la structure spatiale de la production d’eau dans les champs, nous avons généré 10 parcellaires
aléatoires obtenues en permutant aléatoirement les trois paramètres de production (indice de pente, couvert végétal, rugosité) à partir du parcellaire (A) ce qui revient à permutater aléatoirement de la capacité d’infiltration.
Ces scénarios sont notés (ALEA-1...ALEA-10).
La simulation d’un bassin uniforme permet également de mesurer l’influence de la spatialisation, en comc La capacité d’infiltration
parant les volumes mesurés et simulés. Cette simulation a été réalisée sous Excel.
et le volume initial du réservoir d’imbibition peuvent alors être optimisés afin de réduire l’erreur quadratique
entre les volumes simulés et mesurés. Nous avons construit deux scénarios : UNI-1 qui correspond à une optimisation selon l’infiltration avec absence de réservoir d’imbibition et UNI-2 qui correspond à une optimisation
sur l’infiltration et la capacité à vide du réservoir d’imbibition 15 .
II..2.2
Traitement des données de pluies-débits
Le traitement de la pluie et du débit a été opéré au rythme événementiel pour renseigner STREAM. Le
principe a été de localiser un événement de ruissellement et de le relier à un événement pluvieux. La première
identification a donc été de répertorier le nombre de jour ou un ruissellement est survenu soit 56 jours sur une
année et demi de données de débit 16 .
niveau du chemin d’eau). Puis “creusement” du canal entre ces deux rangées de point en ajustant une pente minimale pour ne pas
modifier l’altitude de l’exutoire du canal.
15. Le remplissage du réservoir en fonction des pluies antécédentes étant identique à celui décrit dans le tableau II..2 page 17
pour une catégorie d’infiltration égale à la moyenne du bassin, soit 30 mm.h−1
16. Avec cependant 61 jours de données manquantes.
19
Scénario
A
B
A-1
A-2
A-3
ALEA (1-10)
UNI-1
UNI-1
Production
Parcellaire
Couvert végétal : fev. à juin
Couvert végétal : oct. à jan.
identique à (A)
identique à (A)
identique à (A)
Permutation aléatoire de (A)
Non spatial, Infi cste ; sans Imbi
Non spatial, Infi cste ; avec Imbi
Transport
Billonnage Rigole
Oui
Oui
Oui
Oui
Non
Oui
Oui
Non
Non
Non
Oui
Oui
-
Table II..3 – Synthèse des scénarios spatiaux. Pour les scénarios non-aléatoires, les informations d’indice de
pente et de rugosité sont celles cartographiées initialement.
Traitement des événements pluvieux
Pour ces 56 jours, nous avons scruté la pluie mesurée au pas de temps de la minute. Un certain nombre
de données incorrectes ou inexistantes ont réduit le nombre de jours traitables 17 à 29. La coupure, définissant
l’apparition et l’extinction d’un événement pluvieux, a été défini comme 3 minutes avec une intensité supérieure
ou inférieure à 0.1 mm.min−1 (pour l’intensité pluvieuse calculée avec une moyenne glissante sur 5 minutes
sur les données du pluviomètre 18 ). Le début de la pluie étant franc dans la totalité des cas, cette coupure est
efficace. La fin de la pluie est plus “trainante” et quelques millimètres 19 peuvent encore précipiter après que la
forte pluie a cessé. Or ces millimètres s’infiltrent et ne créent pas de ruissellement. Notre coupure s’est révélée
efficace pour écarter ces pluies tardives et se concentrer sur le coeur de l’événement pluvieux.
Si deux événements pluvieux intenses se succèdent en créant un ruissellement convolué dans l’hydrogramme,
nous les avons écartés : le modèle STREAM n’est adapté que pour la simulation d’averse. En retenant la configuration un événement pluvieux - un ruissellement, 23 événements sont finalement éligibles pour la simulation.
La durée de la pluie correspond à la durée entre les deux coupures et la pluie totale correspond au cumul des
précipitations durant ce laps de temps. L’indice des pluies antécédentes (IPA) permet de prendre en compte les
pluies antécédentes en fonction de leur âge pour l’estimation du ruissellement [Descroix et al. (2002)] : pour un
millimètre de pluie, son effet sera beaucoup plus important sur le ruissellement s’il est tombé 5 minutes avant la
pluie que 20 heures avant. L’IPA a été calculé sur les 24 heures antécédentes au début de l’événement pluvieux
au pas de temps de la minute selon la formule :
IP A =
1440
X
pi ai
(II..2)
i=1
Avec pi la pluie i minutes avant l’événement pluvieux et a le facteur de régression tel que la dernière minute
de la journée précédente soit prise avec un coefficient 0.1 soit a = 0.9984023.
Traitement des débits à l’exutoire et relation pluie-débit
Les 23 événements pluvieux retenus ont produit un hydrogramme mesuré toutes les minutes à l’exutoire. Le
choix des événements pluvieux a permis de se limiter à des hydrogrammes “simples”, c’est-à-dire avec un seul
pic majeur. Le volume total ruisselé correspond à l’intégration au pas de temps de la minute de l’ensemble des
débits entre la première mesure non nulle et la dernière mesure non nulle.
Lorsque cela a été possible 20 (soit 9 événements), nous avons pu mettre en lien la pluie et le débit produit et
observer la dynamique temporelle du ruissellement. Les temps caractéristiques de l’hydrogramme sont présentés
dans le cours d’André Musy (EPFL) 21 .
II..2.3
Entretiens avec les agriculteurs
Les entretiens avec les agriculteurs avaient deux objectifs :
– receuillir des informations portant sur les pratiques agricoles pour le fonctionnement de STREAM
– connaître les problèmes liés à l’eau de ces agriculteurs
Les questions posées aux agriculteurs portaient sur l’évolution du couvert végétal en terme de calendrier
agricole et de rythme de désherbage et sur le billonnage. Nous avons utilisé des photos et nous sommes rendus
sur les champs cultivés par les agriculteurs pour ce faire.
17.
18.
19.
20.
21.
Absence de données, échantillonnage temporel incorrect, décalage temporel.
L’usage de la moyenne glissante permet de contourner l’effet de bascule de l’auget (capacité de 0,2 mm) mesurant la pluie.
Au maximum 3 mm dans l’heure suivant l’événement pluvieux.
Absence de décalage temporel, échantillonnage correct de la pluie et du débit.
Disponible, pour le chapitre 11 ici.
20
Nous avons aussi interrogé les agriculteurs sur leurs problèmes liés à l’eau et avons demandé s’il pouvait les
décrire. Nous avons aussi abordé les impacts de ces problèmes. Le déroulement de ces entretiens est décrit dans
la section III..2.1 page 30.
II..2.4
Création de cartes de risques
Quatres types de risques d’érosion ont été cartographiés : l’érosion entre les billons dans les champs, l’érosion
dans les chemins d’eau et ravine, les glissements de terrain qui correspondent en fait à deux phénomènes le
déclenchement en plein champ ou bien la rupture d’une bordure horizontale (parallèle au ligne de contour).
Chaque risque d’érosion résulte de la combinaison d’une susceptibilité (fragilité de la zone) et d’un aléa
(volume d’eau ruisselant).
Cartes de susceptibilités
Erosion dans les chemins d’eau Le risque de creusement pouvant engendrer un effondrement ou une
rupture de la rigole est essentiellement lié au volume d’eau et est très localisé. Pour les ravines, la susceptibilité
est forte en haut du bassin où la roche est composée de cendres et de dépôts peu solide, elle est plus faible
lorsque la ravine est au contact avec une couche de cendres plus dures correspondant à l’éruption de type St.
Hélène du Merapi, et est faible dans le fond du bassin où le substrat de lave plus dure bloque l’érosion. Le risque
est essentiellement lié à cette susceptibilité du fait d’un aléa moins déterminant. L’étude de la susceptibilité et
du risque dans les chemins d’eau se limite à cette description spatiale.
Erosion entre les billons La susceptibilité de l’érosion de l’inter-billon est essentiellement guidée par la pente
du billonnage (facteur déterminant pour la vitesse de l’eau) et le couvert végétal. Les 3 premières catégories de
couvert végétal de STREAM ont été reprises et ordonnées (1, 2, 3) du fort couvert au faible couvert. Puis la
pente de l’inter-billon a été distribuée selon 4 catégories (moins de 20˚, de 20 à 45˚, de 45 à 60˚ et plus de 60˚)
valant respectivement (1, 2, 3, 4). La susceptibilité correspond à la somme pondérée de la pente (2/3) et du
couvert végétal (1/3) et au reclassement en 4 catégories (faible, moyenne, forte, très forte).
Glissement de terrain dans le champ La susceptibilité au glissement de terrain dans le champ a été
calculée en combinant trois facteurs : la pente, le couvert végétal et la direction du billonnage. Les catégories du
couvert végétal sont identiques à celles du paragraphe précédent. La pente a été distribuée selon trois catégories
(moins de 30˚, de 30 à 36˚, plus de 36)˚valant respectivement (1, 3, 6). Plus le billon est orthogonal à la pente,
plus la susceptibilité est importante. L’angle a ainsi été placé en trois catégories : de 0 à 60˚ (0 - faible) ; de 60
à 75˚ (1 - moyen) ; de 75 à 90˚ (3 - fort). La susceptibilité est la somme de ces modalités reclassée en quatre
catégories.
Glissement de terrain initié par un effondrement de bordure La susceptibilité des bordures à l’effondrement est lié à leur pente et à leur végétalisation. La pente a été catégorisée sur les bordures comme
précédemment. Le couvert végétal a été distribué selon 3 catégories, faiblement végétalisé (3), moyennement
végétalisé (2) et fortement végétalisé (1). La susceptibilité est la somme pondérée de ces modalités après avoir
vérifié que le champ aval a une susceptibilité au glissement de terrain en champ non nulle. Un champ plat aura
beau subir une rupture de bordure, celle-ci n’engendrera pas de glissement de terrain.
Cartographie de l’aléa
En se basant sur la simulation STREAM d’un événement pluvieux important (deuxième en termes de
ruissellement), nous pouvons estimer l’aléa pour chaque type d’érosion. Dans le cas du glissement de terrain,
les volumes transitant sur chaque maille ont été placés en 4 catégories (moins de 10 L, de 10 L à 100 L, de
100 L à 1000 L et plus de 1000 L) valant respectivement (1.6 ;1.3 ;1 ;0). La catégorisation est semblable pour
l’érosion dans les inter-billons. La multiplication de la valeur de ces catégories avec celles de susceptibilités et
le reclassement en catégories donnent une évaluation du risque.
II..3
II..3.1
Résultats
Simulation des volumes à l’exutoire : importance de la spatialisation
La figure II..4 page 22 présente les volumes mesurés et simulés dans le cas d’un bassin uniforme. Le modèle
sans imbibition ( a : UNI-1 ) ne parvient pas à simuler les faibles volumes et surestime les forts volumes. L’ajout
d’un réservoir d’imbibition (b : UNI-1) améliore la simulation : les forts volumes restent surestimés et une partie
des faibles volumes deviennent surestimés. L’erreur moyenne 22 vaut 130 m3 dans le premier cas et 122 m3 dans
22. L’erreur moyenne est la racine carrée de la moyenne de l’erreur quadratique :
21
1
n
1
P
(xmes − xsim )2 2 .
le second. Le coefficient de Nash-Sutcliffe 23 vaut respectivement 0.86 dans le premier cas et 0.85 dans le second.
La faible évolution du coefficient de Nash correspond au fait que la meilleure simulation des forts volumes est
contrebalancée par la mauvaise simulation des faibles volumes.
Figure II..4 – Volumes mesurés et simulés pour 23 événements pluvieux avec un bassin uniforme. La figure a)
correspond au scénario UNI-1. La figure b) au scénario UNI-2.
La figure II..5 page 22 présente les volumes à l’exutoire simulés avec STREAM. On constate que le bassin
produit une large gamme de volumes écoulés 24 , qui correspondent à des débits allant jusqu’à 9 l.s−1 . Une
qualité du modèle est de reproduire toute cette gamme. La figure de gauche (a) est réalisée avec le scénario
A. On y constate que la spatialisation permet de réduire les très forts volumes et de mieux simuler les faibles
volumes.
Figure II..5 – Volumes mesurés et simulés avec STREAM pour 23 événements pluvieux. Les volumes sont en
mètre cube. Les croix représentent les événements ayant servi au calage et les ronds les autres événements. La
figure de gauche a été réalisée avec le scénario A. Pour la figure de droite, en fonction de la date de l’événement
pluvieux, les volumes ont été simulés avec différents scénarios de couvert végétal. Les points bleus (resp. verts)
ont été calculés avec le scénario A (resp. B) : 2ième (resp. 1iére ) partie de saison humide).
La comparaison entre la figure II..4 page 22 de droite et la figure II..5 page 22 de gauche montre l’effet de la
23. Le coefficient de Nash-Sutcliffe [Nash and Sutcliffe (1970)] est appliqué sur des volumes ce qui est problématique car nous
le calcul de la formule nécessite la moyenne des volumes écoulés. Or le sens de cette moyenne est problématique : celle-ci est
quasi-nulle si on prend l’ensemble de la chronique. Nous avons préféré adapter le coefficient de Nash en prenant la moyenne des
volumes mesurés pour les 23 événements.
24. Quelques dizaine de m3 à plusieurs milliers
22
spatialisation. En effet, bien que les capacités d’infiltration et les réservoirs d’imbibition spatialisés ne reposent
sur aucune mesure précise de terrain : le modèle spatialisé donne un meilleur résultat qu’un modèle optimisé
mais non spatialisé.
L’ajout d’un couvert végétal différencié selon la saison, améliore légèrement la simulation de quelques points
(figure II..5.b) point en vert), augmentant ainsi finement la justesse du modèle (pour l’ensemble des points).
L’erreur moyenne passe de 67 à 62 m3 et un coefficient de Nash-Sutcliffe passe de 0.93 à 0.94. Ceci s’explique
en grande partie par une meilleure simulation des volumes forts et médians.
Pour mieux évaluer l’effet du couvert végétal, on peut utiliser des résultats de simulation présentés dans la
figure II..7 page 24. On constate l’effet du changement de couvert végétal entre le scénario A de fin de saison des
pluies avec un couvert végétal plus faible que le scénario B de début de saison humide. Une même pluie de 20
mm (resp. 30 mm, 45 mm) engendre une différence de volume à l’exutoire d’environ 13 m3 (resp. 28 m3 , 51 m3 )
dans le cas d’un réservoir d’imbibition plein. L’impacte du couvert végétal sur le ruissellement est d’autant plus
fort que la pluie est forte.
Effet de la rugosité L’influence du paramètre de rugosité est assez délicate. D’une part, la rugosité joue
faiblement au niveau de la table de décision et d’autre part elle est assez uniforme spatialement. De plus, il
n’a pas été possible de retracer d’évolution temporelle de la rugosité selon la saison. Ainsi, l’influence de ce
paramètre ne peut pas être validée.
II..3.2
Réponse du bassin : pluie d’imbibition – vitesse d’infiltration
La figure II..6 page 23 présente les volumes ruisselés à l’exutoire en fonction de leur intensité pour les 23
événements pluvieux. On remarque d’une part la faiblesse du ruissellement pour des événements d’une intensité
inférieure à 30 mm.h−1 et d’autre part que la plus-part des événements pluvieux ruisselant ont une intensité
comprise entre 28 et 42 mm.h−1 . Au dessus de intensité de 30 mm.h−1 , la durée et l’intensité déterminent le
volume ruisselé. Ce seuil est confirmé par quelques événements pluvieux, qui bien que relativement important,
avaient tous une intensité inférieure à 30 mm.h−1 et n’ont pas provoqué de ruissellement.
Figure II..6 – Intensité et durée des événements pluvieux en fonction du volume d’eau ruisselé. L’intensité est
calculée à partir de la durée de l’événement et du volume total de pluie. La durée est représentée par la taille
des cercles.
La faiblesse du nombre de points et les variations de durée des événements pluvieux rendent difficile l’étude
de la relation pluie - volumes écoulés. Néanmoins, nous pouvons utiliser le modèle STREAM pour faire varier
la pluie en conservant une durée constante d’une heure suivant différents scénarios [UNI-2, A, B].
Les courbes de la figure II..7 page 24 en trait plein ont été calculées avec un réservoir d’imbibition plein et
les courbes en pointillé avec réservoir vide. La figure a) permet d’observer pour une même pluie de 25 mm une
différence de volume à l’exutoire d’environ 60 m3 sur les scénarios A et B et de 0 m3 sur le scénario UNI-2.
L’importance de l’imbibition sur le volume simulé à l’exutoire est d’autant plus grande que les pluies sont fortes :
pour une pluie de 40 mm (resp. 55 mm) la différence à l’exutoire est de 200 m3 (resp. 380 m3 ) pour les scénarios
A et B et de 390 m3 pour UNI-2. Les différences sont ensuite simulées constantes pour des pluies de plus de 55
mm. L’effet de l’imbibition est donc essentiellement de dilater les courbes sur la verticale.
La capacité d’infiltration est déterminante pour l’effet coupure, si l’intensité pluvieuse sans imbibition est
inférieure au minimum des capacités d’infiltration du bassin, alors aucun ruissellement ne coule. Une augmentation uniforme de la capacité d’infiltration entraîne un décalage du seuil qui équivaut à une translation des
courbes vers la droite.
23
Figure II..7 – Volume simulé à l’exutoire en fonction de la pluie en mm pour différentes configuration spatiale
à durée constante d’une heure (à gauche) et dérivé de ce volume par mm de pluie (à droite). Les courbes en
pointillé (resp. trait plein) correspondent à un réservoir d’imbibition vide (resp. plein).
II..3.3
Non linéarité de la réponse du bassin
Les simulations des scénarios A et B (figure II..7 page 24) montrent une dynamique non linéaire du bassin.
Ceci est particulièrement visible sur la figure II..7 b) qui illustre l’effet sur le volume ruisselé d’un millimètre de
pluie supplémentaire selon la hauteur de pluie totale. Le fonctionnement affin correspond à une courbe créneau
(scénario UNI-2) alors que la spatialisation permet une augmentation plus progressive de cette dérivée. Les
paliers sont la conséquence de la catégorisation des paramètres de production. On peut aisément imaginer que
cette dernière s’approche d’une sigmoïde.
Ce fonctionnement non-linéaire du bassin s’explique en grande partie la disposition du parcellaire en fonction
de la pente qui est le facteur déterminant de production. A durée égale d’événements pluvieux, les petits volumes
d’eau à l’exutoire sont dus au ruissellement des parties très pentues et dont l’étendue est assez faible. Si la hauteur
de pluie augmente, de nouvelles parcelles moins pentues s’ajoutent aux premières. Lorsque la pluie devient très
forte, l’ensemble du bassin ruisselle. Nous obtenons ainsi un fonctionnement non-linéaire du bassin simulé par
STREAM avec les scénarios A et B.
II..3.4
Un ruissellement fortement influencé par les aménagements anthropiques
L’étude des relations pluies débit permet de caractériser la réponse temporelle du bassin. La figure II..8
page 25 représente trois hydrogrammes superposé aux trois hyétogrammes correspondants. Les hydrogrammes
se décomposent en trois phases : une montée très rapide, puis une décrue exponentielle avec un ralentissement
net de la décrue 25 situé de gauche à partir 120ième (fig. II..8-a), 105ième (fig. II..8-b) et 65ième minutes (fig.
II..8-c).
Les temps de réponse du bassin et les temps caractéristiques sont : 60 minutes et 120 minutes (fig.
II..8-a) ; 30 minutes et 60 minutes (fig. II..8-b) ; 20 minutes et 40 minutes (fig. II..8-a). Ces trois événements
sont représentatifs des 9 permettant une interprétation temporelle. La réactivité du bassin est donc assez forte.
L’IPA influence fortement cette réactivité. La réponse du bassin à une pluie intense est de plus en plus rapide
selon que le sol est sec (fig. II..8-a, IPA=0) ou si une pluie légère s’est abattue 4 heures (fig. II..8-b, IPA=3.5)
ou 1 heure avant (fig. II..8-c, IPA=7.8). Ceci correspondrait à l’imbibition du sol, étape préliminaire avant l’état
stationnaire d’infiltration puis du refus à l’infiltration. De plus, on observe que la réponse à une pluie très intense
dès son démarrage est plus rapide du fait d’une imbibition également plus rapide.
La simulation du scénario (A) (figure II..9 page 25), montre que la ravine principale est essentiellement
alimentée par chemins d’eau : 60% du volume (soit environ 700 m3 ) proviennent des trois bras d’alimentation
(avant la partie jaune) et 30% du volume restant sur cette partie provient de chemin d’eau de plus de 5 m3 .
Dans la simulation du scénario (A), les champs billonnés donnent au ruissellement une direction préférentielle
d’écoulement. Celui-ci est ensuite canalisé dans des rigoles et rejoint alors la ravine principale (carte de la figure
II..9 page 25). La concentration des flux ainsi que la vitesse de la réponse hydrologique s’explique par un réseau
hydrographique (en grande partie anthropique) très bien développé qui draine les champs.
La simulation permet de mieux situer l’importance relative des chemins d’eau. Ainsi, les rigoles parallèles
aux lignes de contour ne transportent que peu d’eau. Ces rigoles se déversent dans les chemins d’eau dans le
sens de la pente qui sont les contributeurs principaux au flux de la ravine.
25. Celle-ci est particulièrement visible en échelle logarithmique.
24
Figure II..8 – Hyétogramme (en bleu) et hydrogramme (en noir) pour trois événements pluvieux. La pluie
est échantillonnée au pas de temps de la minute et calculée par une moyenne glissante sur 5 minutes. Le débit
est mesuré à la minute et exprimé en l.s−1 . La figure de gauche (resp. milieu ; droite) correspond à l’événement
pluvieux du 1er décembre 2012 : 18.4 mm, 19 minutes, IPA = 0 et volume total ruisselé : 11.4 m3 (resp. 2
décembre 2012 : 37.8 mm, 61 minutes, IPA = 3.5 et volume total ruisselé : 128.5 m3 ; 5 mars 2013 : 10.2 mm,
27 minutes, IPA = 7.8 et volume total ruisselé : 49.3 m3 ).
Figure II..9 – Carte des volumes ruisselés dans les ravines et chemins d’eau principaux pour un fonctionnement
de STREAM selon le scénario A. L’événement ruisselant correspond au plus fort mesuré soit une pluie de 64
mm pendant 70 minutes avec un IPA de 6.7 mm.
Nous pouvons comparer ce ruissellement dont le transport est fortement anthropisé avec trois scénarios A-1,
A-2 et A-3 . L’absence de billonnage diminue très sensiblement l’alimentation des chemins d’eau. De même la
suppression des rigoles en conservant le billonnage a pour effet de diminuer la concentration du flux mais on
constate que le billonnage entraîne naturellement la formation de chemins d’eau dans le sens de la pente au
bout des parcelles. En absence de chemins d’eau, le volume dans la ravine augmente progressivement par des
contributions diffuses et le réseau de drainage est peu développé. Ceci est amplifié en absence de billonnage.
On constate sur la simulation du scénario A-3 que la réinfiltration est quasi nulle sur le bassin. L’eau ruisselle
alors vers la parcelle aval et augmente les problèmes d’érosions. Nous comprenons alors tout l’intérêt du drainage
qui permet de localiser les flux d’eau à des endroits souhaités. L’effet conjugué du billonnage et des rigoles est
d’évacuer l’eau hors de la parcelle en évitant que celle-ci se retrouve sur la parcelle en contrebas. Le modèle
STREAM permet de rendre compte de l’ingéniosité des pratiques agricoles limitant le risque.
25
II..3.5
Validation de la spatialisation de la production du ruissellement
La figure II..10 page 26 présente les volumes simulés pour un parcellaire dont les capacités d’infiltration
des champs ont été permutées aléatoirement. On constate pour les 10 simulations aléatoires, une surestimation
importante des volumes à l’exutoire d’autant plus forte que l’événement pluvieux est important. Ce test montre
qu’une modification aléatoire de la répartition spatiale des capacités d’infiltration donne des résultats très
surestimés, bien au delà de l’erreur du modèle lorsqu’il est bien spatialisé.
Figure II..10 – Volume simulé à l’exutoire pour les 10 scénarios aléatoires en m3 . La ligne noire correspond au
volume mesuré et la ligne bleue au volume simulé avec le scénario A (cf. figure II..5 page 22 courbe de droite).
La figure de gauche correspond à un événement pluvieux de 37.8 mm durant 52 minutes avec un indice des
pluies antécédentes de 3.8 mm et celle de droite 64 mm en 70 minutes et un IPA de 6.7 mm.
Cette surestimation (figure II..10 page 26) est dûe au paramètre dominant pour la production de ruissellement : la pente. Cette surestimation est la conséquence de la disposition et de l’étendue spatiale des parcelles
selon leur pente. Ainsi, les champs les plus étendus sont les plus plats alors que les plus petits sont les plus pentus. Permuter les capacités d’infiltration des champs conduit alors à produire beaucoup d’eau dans des grands
champs et à produire peu d’eau dans des petits champs. Ce test de structure de la production d’eau permet
donc d’obtenir une certaine confiance pour la spatialisation dans la catégorisation des pentes et son usage dans
la table de décision que nous avons adopté.
II..3.6
Risques d’érosion
Les cartes de la figure II..11 page 27 présentent le risque et la susceptibilité pour l’érosion inter-billon ou par
glissements de terrain. La susceptibilité à l’érosion dans les billons est répartie sur la quasi-totalité bassin. Cette
susceptibilité se concentre néanmoins dans les zones pentues au coeur du bassin. Le ruissellement est important
dans ces zones pentues. Par conséquent, le risque est important au coeur du bassin. La direction de billonnage
réduit significativement le risque d’érosion tout comme un fort couvert végétal. Cette carte de risque correspond
aux observations dans les parcelles où l’érosion est plus forte en bout de champs du fait de l’accumulation du
ruissellement.
La susceptibilité aux glissements de terrain est localisée quasi-exclusivement dans les zones à fortes pentes
du centre du bassin. Les bordures susceptibles sont surtout celles avec un fort dénivelé, lesquelles sont localisées
au centre du bassin. La carte II..11 page 27 en bas à droite représente le risque de glissement de terrain. La
carte représente le risque d’initiation d’un glissement de terrain par les couleurs rougeoyantes ou pourpres. Une
fois le glissement de terrain initié celui-ci se poursuit dans le sens de la pente et peu s’arrêter dans des zones
mois pentues (symbolisées par la couleur verte). Cette carte de risque correspond aux observations de terrain
et aux dires des habitants sur la localisation des cicatrices (départ) et des fronts (arrêt) des glissements de
terrain. Elle représente aussi assez bien le risque en termes de fréquence d’événement, les zones rouges étant
plus fréquemment sujettes aux glissements de terrain.
26
Figure II..11 – Cartes de susceptibilité et de risque d’érosion. Les cartes S-a) et S-b) représentent la susceptibilité et les cartes R-a) et R-b) le risque. Les cartes a) correspondent à l’érosion des billons et les cartes b) aux
glissements de terrain
27
Les deux types de susceptibilités et de risques se superposent dans l’espace. Les zones très sensibles aux
glissements de terrain sont souvent également sensibles à l’érosion dans l’inter-billon.
Figure II..12 – Photographie des phénomènes d’érosion prise le 24/05/2013, le lendemain d’un fort événement
pluvieux. La zone 1 correspond à l’initiation d’un glissement de terrain par une rupture de bordure. Le glissement
de terrain s’est ensuite propagé dans le champs (2). Une forte érosion dans les sillons a eu lieu en bout de champs
(3). Les zones sont reportées sur les cartes de risques.
La figure II..12 présente les phénomènes d’érosion observés à la suite d’un très fort événement pluvieux le
23/05/13. Nous constatons un important glissement de terrain qui a détruit le tiers de la parcelle ainsi que le
chemin d’eau latéral. Suite ce glissement de terrain, nous avons pu observer des petits glissements de terrain en
bout de champs et un creusement de la ravine. Les zones marquées par un 3 ont été touché par une érosion dans
les sillons qui les a creusés et a partiellement détruit des billons. Ces événements sont bien situés dans l’une des
zones les plus risquées à la fois pour les glissements de terrain et pour les sillons (les numéros des zones sont
reportés sur les cartes de risque).
II..4
II..4.1
Discussion
Incertitudes sur le ruissellement
Effet du vent sur la localisation des précipitations
La première incertitude porte sur l’entrée climatique du modèle. Nous considérons la pluie comme uniforme
au sein du bassin. Elle est mesurée par un pluviomètre situé sur ses hauteurs. Or, le vent à un effet décisif sur
les précipitations d’autant plus que le relief est important. Par exemple, un vent direction sud-nord inclinerai
les précipitations, ainsi les précipitations par unité de surface projeté reçues par le versant nord serait bien
inférieures à celles du versant sud. Une pluie inclinée à 45 degré donne un facteur deux de précipitations d’une
rive à l’autre. De part la relative symétrie du bassin, ce différentiel de précipitations n’induit pas de grandes
différences au niveau de l’exutoire. Cependant, cette variabilité spatiale des précipitations peut conduire à une
localisation plus complexe du ruissellement.
Une spatialisation des mesures de précipitations serait souhaitable ainsi que la prise en compte de la direction
et la vitesse du vent dans la spatialisation de la pluie.
Incertitudes sur les volumes localisés et sur la table de décision
L’architecture de la fonction de production est valide pour un ruissellement suite à un épisode assez pluvieux
et intense qui permet de remplir rapidement le réservoir d’imbibition et sature rapidement le sol générant un refus
à l’infiltration. La plus part des événements pluvieux correspondent à cette forme néanmoins des événements
ayant provoqué un ruissellement important ne peuvent pas être simulé.
Le choix d’utiliser 8 possibilités pour faire circuler le flux permet d’augmenter la précision spatiale du modèle
mais pose un problème de géométrie (impossibilité du pavage du plan par des octogones). Les diagonales offrent
des raccourcis à l’écoulement ce qui deviendrait problématique si le modèle était temporalisé.
Il pourrait aussi être problématique que la direction d’écoulement ne dépende pas des volumes transportés.
En cas de fortes pluies, il serait possible que les rigoles ou les inter-billons débordent et qu’une partie du flux soit
28
selon la plus forte pente. Heureusement, ce problème ne se pose pas à Gumuk selon mes observations et selon
les entretiens avec les paysans. Elles peuvent par contre casser ce qui peut être modélisé par une modification
des rigoles.
Les observations de terrain corroborent la localisation des concentrations de flux. Néanmoins, les volumes
d’eau transitant dans les chemins d’eau et dans les inter-billons n’ont pas été mesurés. Il n’a donc pas été possible
de valider les volumes simulés. Des mesures de volumes ruisselant en plusieurs points du bassin permettraient
ces vérifications.
Les tables de décision reposent en partie sur des observations et quelques mesures de terrain assez grossières.
Pour mieux comprendre la dépendance aux paramètres au niveau de la catégorisation et de la table de décision,
il serait judicieux de réaliser des expérimentations à l’échelle de la parcelle permettant de tester l’influence, de
la pente, du billonnage, du couvert végétal et de la rugosité sur la production d’eau.
Temporalité de l’écoulement
La simulation du ruissellement n’a pas de composante temporelle. Ceci revient à concentrer temporellement
la réponse hydrologique. Au niveau de l’exutoire, la brièveté de l’hydrogramme permet de rendre signifiant le
volume mesuré. Par contre au niveau des chemins d’eau et des exutoires de champs, la vitesse du transport de
l’eau influence l’érosion. A nouveau, des mesures localisés mais portant sur le débit pourrait être envisagées.
II..4.2
Spécificité de notre approche du risque d’érosion
La création des cartes de susceptibilités et d’aléas renferme aussi un grand nombre de questions. Les catégories
permettant leur création sont réalisées à l’emporte pièce et des expériences supplémentaires seraient nécessaires
pour mesurer l’importance de tel ou tel paramètre dans la susceptibilité à telle érosion.
De plus, le croisement entre l’aléa et la vulnérabilité n’est pas aisé : la complexité du milieu, notamment
de facteurs très localisés de changement de lithologie, de pente ou de couvert végétal, peut induire un certain
hasard dans les phénomènes d’érosion observés. Par conséquent, les mesures doivent être multiples pour pouvoir
réaliser un traitement statistique.
Notre approche pose aussi le problème d’avoir utilisé un événement pluvieux pour évaluer le risque. Or,
les événements ruisselant ont une spatialisation très variée en fonction des pluies : les champs les plus pentus
ruissellent plus souvent, l’érosion y est plus fréquente. Il serait intéressant de développer une méthode pour
prendre en compte cette diversité d’aléa.
La vulnérabilité est présentée comme uniforme et n’ayant pas d’évolutions en fonction des événements passés.
Or, nous avons constaté beaucoup d’événements que l’on pourrait qualifier de cumulatifs ce qui contribue à
complexifier le système : un premier glissement de terrain engendre une rupture de chemin d’eau ; puis un plus
grand glissement de terrain ; une nouvelle pluie provoque alors un important flux de sédiment qui va fortement
creuser la ravine. Ces effets croisés et cumulatifs sont importants sur le terrain et notre approche ne permet pas
de les mettre en valeur.
Notre dernière limitation porte sur la composante sociale de la vulnérabilité. Nous considérons que les zones
sont uniformément vulnérables or un événement d’érosion fort n’a pas le même effet social si le champ vient
d’être ramassé ou si le champ est couvert de tabac. Cette question est essentielle car la lutte contre le risque
passe par une réflexion sur l’importance de la composante sociale de la vulnérabilité [Leone and Vinet (2006)].
Il faudrait faire une étude plus précise de la vulnérabilité pour mieux traiter le risque à Gumuk.
Malgré ces limites, l’utilisation du modèle STREAM et de la cartographie des risques se révèle encourageante pour l’étude du ruissellement et de l’érosion. Elle permet d’évaluer l’importance relative des différents
aménagements et de mettre en lumière la grande vulnérabilité du bassin et sa dimension collective. Se pose alors
la question de la transmission de ce savoir vers les usagers du bassin.
29
Chapitre III.
La transmission du savoir scientifique aux
acteurs : approches top-down et approche
participative
III..1
Problématique et objet
A partir du traitement scientifique des deux thématiques de l’eau de Gumuk : l’eau recharge pour l’aval et
l’eau vécue par les habitants de Gumuk, nous avons une meilleure compréhension des problèmes existants. Que
faire de ces savoirs scientifiques ? Comment notre compréhension du milieu peut-elle permettre une meilleure
gestion des problèmes vécus ? Comment organiser un retour vers les acteurs dans la lignée de la rechercheaction [Liu (1997)] ? Si nous avons étudié scientifiquement les problèmes vécus par les usagers, nous avons conçu
une représentation qu’il s’agit de traduire pour qu’elle ait du sens pour les acteurs. Il faut ensuite que cette
traduction permette un dialogue et une résolution des problèmes par l’action dans le réel.
Notre travail pose le problème assez classique et polémique de la réinsertion du savoir dans la société.
Cette réinsertion s’opère sur des cadres culturaux et sociaux (parfois différent de ceux des experts) qui ont une
importance capitale notamment en Indonésie [Puttnam et al. (2002)]. La position de l’expert et du scientifique
par rapport au reste de la communauté est centrale, tout comme la position du chercheur vis-à-vis de ses
propres connaissances et de celles des parties prenantes. Les approches scientifiques d’un étudiant européen ou
d’un chercheur indonésien sur la réinsertion du savoir sont différentes et le transfert de connaissances ne saurait
se faire sans ces seconds. Notre travail interroge donc le mode de réinsertion du savoir et les raisons de son échec
ou de sa réussite. Il interroge avant tout le rapport entre le scientifique, le savoir et le non-scientifique :
– Quelle est la relation entre le scientifique et son savoir qu’il cherche à transmettre et comment ce savoir
est-il généré ?
– Quelle est la position du scientifique dans la société et le rapport social qu’il entretient avec les nonscientifiques ?
– Quel est le mode de transmission du savoir et comment est-il vécu ?
– Quelle place le savoir scientifique peut-il prendre dans les représentations des non-scientifiques ?
Dans le cas de Gumuk deux approches de réinsertion du savoir en société ont été entreprises. La première
est conduite par les BPTP avec l’appuie scientifique de l’IAHRI dans une approche Top Down de transmission.
J’ai mené la seconde sur la base de ma compréhension du milieu et dans une approche participative. Nous
présentons ici les deux approches et leurs capacités à induire un développement pour les agriculteurs.
III..2
Matériel et méthode
III..2.1
Les savoirs
L’étude porte sur trois grandes communautés : les chercheurs du IAHRI/Cirad appartenant respectivement à
un organisme de recherche indonésien et français 1 ; les BPTP qui sont un corps technique local ; la communauté
des habitants de Gumuk travaillant sur le petit bassin versant.
Pour le premier temps d’étude, j’ai rencontré les trois communautés assez séparément. Etant rattaché au
Cirad et ayant travaillé à Bogor au centre de l’IAHRI, j’ai pu discuter assez longuement avec les membres
de ces deux institutions. Nous nous sommes aussi rendus ensemble sur le terrain, ce qui permit d’approfondir
l’étude par des entretiens assez informels. Les rencontres avec les techniciens des BPTP furent plus formelles à
l’occasion de 2 réunions “mensuelles” entre le Cirad/IAHRI et les BPTP à Yogyakarta. Nous avons pu discuter
longuement en petit comité.
1. Auquel, je suis rattaché mais avec une grande indépendance
30
Les rencontres avec les usagers du petit bassin se firent par des entretiens semi-directifs, avec la volonté de
les laisser parler au maximum. Ces entretiens, d’une heure environ, ont concerné la quasi-totalité des usagers du
bassin : 19 entretiens ont été menés à raison de un par propriété dans le bassin, sur les 21 répertoriées. Quelques
portraits réalisés lors des entretiens sont visibles dans l’annexe-portraits III..4.3 page 41.
Des BPTP/IAHRI
L’IAHRI est un organe de recherche scientifique et les BPTP sont l’appuie technique de cette recherche. Ils
ont défini ce qui semble pour eux les problèmes du bassin : l’érosion principalement dans les inter-billons et
dans les ravines, la fertilité des sols et les maladies des plantes. Ils ont ensemble conduit une étude scientifique
de ces problèmes et ont mené des expériences guidées par leur problématisation. Ils ont tiré de ce travail
une compréhension du milieu et des remèdes aux problèmes précédemment définis. Ils ont ensuite construit
un discours définissant les problèmes de Gumuk, vulgarisant leur compréhension du milieu et prescrivant les
solutions identifiées.
De notre approche
Nos savoirs sont le fruit de notre travaux scientifiques présentés dans les parties I. et II.. Nous avons identifié
trois phénomènes d’érosion sur la base de nos résultats et des entretiens avec les agriculteurs : les glissements
de terrain, l’érosion dans l’inter- billon et l’érosion dans les chemins d’eau. Les agriculteurs ont une grande
connaissance de leur milieu et de ces phénomènes mais ont une réflexion circonscrite à leur espace vécu et plus
particulièrement à leurs champs. La connaissance des phénomènes d’érosion n’est pas mise en partage.
Nous souhaitons transmettre une part de nos savoirs sur les phénomènes d’érosion aux agriculteurs et aussi
favoriser l’échange des savoirs des parties prenantes entre elles. Pour ce faire, nous avons construit un objet
intermédiaire rendant matériel notre connaissance du milieu. L’objet est une plateforme de jeu représentant
une partie du bassin versant pour les problématiques d’érosion. Ce jeu se base sur une simplification du modèle
STREAM et de la modélisation des risques. Notre objectif est une transmission du savoir par l’usage du jeu
mais surtout, par le dialogue sur les problèmes d’érosion entre les joueurs.
Plateforme et règles du jeu La plateforme de jeu repose sur une partie du bassin versant que nous avons
isolé afin de réduire la taille de la zone simulée tout en maintenant une zone où les différents problèmes d’érosion
sont présents (Annexe - jeu section III..4.3 : figure III..3 page 40). Le jeu a été créé pour 8 joueurs 2 ainsi que
quelques “observateurs” pouvant participer au débat. Chaque joueur se voit attribuer aléatoirement un ensemble
de 2 à 4 parcelles ; au total chaque agriculteur reçoit la même surface et donc potentiellement la même production
végétale.
Le jeu se déroule en un coup. Les joueurs choisissent une direction de billonnage pour chaque parcelle et
le couvert végétal (plantes et mauvaises herbes) pour l’ensemble (figure III..1 page 32), puis un événement
pluvieux va provoqué un ruissellement et une érosion laquelle engendre une perte de production. L’événement
pluvieux (toujours le même) correspond au second événement le plus important en terme de ruissellement de
notre chronique de débit.
L’eau est matérialisée par des boutons bleus. Lors de l’écoulement, les deux types d’érosion surviennent si
le volume écoulé dépasse un seuil dans une zone localisée. Le jeu a été testé auprès des voisins de mon hôte et
de mes deux directeurs de recherche avant la séance avec les agriculteurs..
III..2.2
Analyse sociologique de la transmission des savoirs
L’étude sociologique, outre une étude des parties prenantes et de leurs relations ex ante, a reposé sur trois
grands temps. L’étude de la première réunion entre les communautés technico-scientifiques et la communauté des
habitants de Gumuk où je fus observateur non participant. Puis, la réunion entre une partie des habitants et les
chercheurs occidentaux mené autour d’un plateau de jeu pour favoriser le dialogue et dont je fus l’organisateur :
participant autant qu’observant. Et enfin, deux réunions avec les chercheurs et techniciens indonésiens pour
présenter mon travail.
Clés d’analyse
La première clé d’analyse porte sur le discours et le langage tenu. La langue est une barrière importante
pour la compréhension. L’anglais ou le français peuvent être utilisés assez facilement avec les chercheurs de
l’IAHRI/Cirad mais la communication avec les BPTP fut plus délicate oscillant entre un anglais approximatif
et l’indonésien sans possibilité de traduction. La discussion avec les habitants de Gumuk fut elle aussi délicate, un
étudiant indonésien me permit d’obtenir des bribes de traduction : la langue commune de Gumuk est le javanais
alors que l’indonésien est connu principalement chez les jeunes avec des niveaux d’expression très variables. Cet
2. Ce nombre permet la discussion et limite les risques de monopolisation de la parole et de non-expression tout en permettant
une grande diversité d’acteurs.
31
Figure III..1 – Capacités d’action des agriculteurs. La figure de gauche montre le choix du couvert végétal avec
les cartes de plantes et de mauvaises herbes (coin coupé ; au nombre de 3 visible sur la figure de droite). La
flèche rouge symbolise la direction du billonnage et la flèche noire la plus grande pente.
étudiant parle indonésien mais un anglais limité. Ainsi, les traductions successives du javanais vers l’indonésien
par un habitant de Gumuk puis la traduction de l’indonésien à l’anglais et enfin l’interprétation de l’anglais
donne un matériel langagier assez délicat.
La forme du discours est aussi importante. La tradition javanaise pose que la longueur du discours est à la
mesure de l’importance de l’orateur. Le mode du discours utilise un vocabulaire et une expression particulière
que l’on retrouve dans le théâtre d’ombre. Le discours est l’apanage des intellectuels qui en ont le monopole. Les
“experts” (chercheurs et techniciens) et l’administration en jouissent et en font un enjeu de pouvoir [Bourdieu
(1982)].
Nous avons aussi tenu compte de l’expression et de la gestuelle du discours, car l’attitude de l’orateur fournit
des informations capitales sur sa relation à son discours et à l’auditoire. Lors des réunions, l’analyse de l’attitude
des auditeurs a été tout autant essentielle.
Le placement des individus dans l’espace ainsi que les pratiques vestimentaires permettent de comprendre
les relations sociales et l’état d’esprit des parties prenantes. Un grand nombre d’informations visuelles et comportementales sont des informations qui permettent de saisir des relations sociales intra et inter communautés.
La réunion des BPTP : la restitution du savoir
La première réunion chercheurs/usagers du bassin était inscrite dans le projet qui a été conçu en deux phases :
étudier certains problèmes du bassin et “restituer” (d’après leur terme) la connaissance aux populations. Cette
réunion s’est déroulée à la demande du Cirad/IAHRI auprès des BPTP qui ont ensemble fixé une date et une
heure.
Cette réunion a été organisée par les BPTP pour “restituer” leur savoir auprès des populations. Les BPTP
ont convoqué les usagers du bassin le matin même de la réunion en se rendant sur place. N’ayant pas assisté
à cette convocation, rendre compte de l’état d’esprit initial des habitants de Gumuk n’a pas été possible. La
réunion a commencé avec l’arrivée des chercheurs et des techniciens à Gumuk vers 10h, le samedi 6 juillet.
La réunion autour du jeu
La seconde réunion a été organisée par mes soins à la suite de la réunion des BPTP. Elle avait pour but de
mener une approche participative pour la résolution des problèmes en utilisant un plateau de jeu comme un outil
intermédiaire pour promouvoir le dialogue. Dans cette réunion, je suis à la fois partie prenante et observateur.
La réunion a été filmée pour la recherche académique.
Cadre de réalisation du jeu et déroulement de la session Nous avons pris rendez-vous avec les 8
joueurs à la fin de la réunion des BPTP pour le lendemain (juste avant le ramadan), en nous dirigeant très
informellement vers nos voisins pour demander 8 volontaires. Nous avons demandé d’avoir des personnes de
tous âges et de tous sexes mais les rendez-vous se prenant au bouche à oreille nous avons eu initialement des
hommes assez jeunes (entre 25 et 40 ans). A la suite de la réunion des BPTP, la motivation pour venir à la
réunion de jeu était très faible et tenait de la politesse. Il a été assez difficile de trouver 8 volontaires qui avaient
probablement peur de s’ennuyer. Nous avons insisté sur l’informalité de la réunion où il s’agissait avant tout
32
de discuter. Le rendez-vous a été pris pour le dimanche 7 août à 15h dans une maison de Gumuk pour profiter
du soleil de fin d’après-midi. Nous avons finalement réussi à avoir une femme joueuse ainsi que deux femmes et
deux personnes âgées observantes, tous sont des paysans du bassin. Les joueurs furent placés autour d’une table
dont la taille permettait juste d’asseoir les 8 personnes. Les observateurs se placèrent dans les coins. Aucun
organisateur n’était assis, restant symboliquement en dehors du jeu.
La réunion s’est déroulée autour de trois tours de jeu. Le premier afin d’expliquer le plateau et la règle du
jeu : le chauffeur (parlant javanais et indonésien), Putra (parlant indonésien et anglais) et moi-même (maître du
jeu, m’exprimant en anglais) étions assez prépondérants. Nous fîmes une présentation succincte du plateau de
jeu et de son fonctionnement pour faire rapidement un premier tour de jeu “ne comptant pas” afin de permettre
une prise en main rapide alors que les organisateurs tendirent à se rendre invisibles.
Les deux tours suivants se sont déroulés en trois phases :
– l’initiation du jeu, les parties prenantes discutent des choix agricoles et des aménagements qu’elles peuvent
réaliser. Les organisateurs ne déterminent que le début et la fin de cette étape
– la phase de jeu, avec simulation des écoulements de surface et de l’érosion. Le maître du jeu est alors assez
prépondérant dans le déroulement mais fait en sorte d’impliquer le plus possible les parties prenantes.
– la discussion commence dès la fin de l’étape précédente sans transition. Les organisateurs laissent les
parties prenantes discuter. Cette étape a été essentiellement limitée par les contraintes horaires.
Entre ces deux tours, une petite collation a permis de poursuivre la discussion autour d’un thé. En tout, la
réunion a duré 2h45 avec 31 minutes pour l’introduction et la première étape, 50 minutes pour la seconde et 45
minutes pour la dernière ainsi que 20 minutes pour la pause.
Communication vers les chercheurs indonésiens
Le calendrier, avec le début du Ramadan et le retour en France, ne m’a pas permis de continuer le rôle
d’organisateur et de faire de nouvelles sessions de jeu. Nous avons transmis notre expérience de jeu ainsi que
les supports de jeu lors d’une réunion aux BPTP et d’une réunion à l’IAHRI.
La réunion avec les BPTP s’est déroulée à leur centre à Yogyakarta. Elle s’est faite en présence du chercheur
en charge de Gumuk qui avait piloté la réunion de restitution et de mes deux directeurs de recherches ainsi que
Putra. Elle a duré la matinée (de 9 h à 14 h). Elle avait pour but initial de récupérer des données auprès des
BPTP, de présenter mon travail de modélisation et de transmettre le plateau de jeu.
La réunion à l’IAHRI s’est déroulée avant mon départ. Il s’agit d’une présentation scientifique de mon
travail qui a environ duré deux heures. Cette réunion avait pour but d’expliquer en détail le modèle STREAM
et ma stratégie d’adaptation du modèle pour favoriser la transmission du savoir. Le plateau de jeu est alors un
prolongement du modèle.
III..3
Résultats
III..3.1
Les parties prenantes
Les scientifiques étudiés ici véhiculent une multiplicité de traits sociaux et culturaux. Les scientifiques du
Cirad occidentaux sont, a priori, crédités d’une qualité scientifique de niveau internationale. Etudiant de fin
de cycle au parcours oscillant entre les sciences dures et les sciences humaines, je suis ainsi perçu comme un
jeune intellectuel intelligent et bien intégré au centre de recherche de l’IAHRI au sein du CIRAD. Bruno Lidon
également rattaché au Cirad a des relations nourries et anciennes sur différents projets avec l’IAHRI.
L’IAHRI est un institut de recherche indonésien à portée internationale qui étudie l’agroclimatologie et qui
est rattaché au ministère de l’agriculture 3 . Les chercheurs de l’IAHRI sont perçues comme très compétents
et tournés vers l’expertise et la résolution technico-scientifique de problèmes environnementaux au sein des
instances gouvernementales et au niveau local ou régional.
Ces deux institutions sont le support scientifique du projet Danone-Klaten pour lequel elles reçoivent un
financement de Danone-Aqua. Elles ont délégué l’aspect technique de l’étude et le lien avec les populations
locales aux BPTP. Ceux-ci ont instrumenté le bassin et ont instrumenté le bassin et sont en charge du suivi. Les
BPTP se voient donc exiger une grande rigueur scientifique sur un projet qui se surimpose à tout leur travail
existant au niveau local. Le point commun à tous ces scientifiques est une assez forte tension pour produire
un savoir de qualité qui sera apprécié par les chercheurs des autres organismes. Chaque chercheur et chaque
institution souhaite revendiquer une crédibilité scientifique fondée par l’internationalité du projet.
Les agriculteurs vivent dans un cadre tout autre. La pauvreté est forte, les biens de consommation des
villes sont souvent inabordables et les dépenses pécuniaires représentent des montants peu élevés avec peu
de ressources pour y faire face. Cependant, cette pauvreté des campagnes est assez relative. Gumuk est très
loin d’être une région agricole pauvre dans l’espace indonésien (en comparaison de Sumatra, Kalimatan ou de
Papouasie). Au sein même de la province de Java Central, elle est une zone de relatif confort pour les habitants
qui, par la diversité de leurs activités et de leurs productions agricoles, arrivent à tirer un revenu permettant
3. Ses membres serait comparables aux corps des IPEF en France.
33
de scolariser la quasi-totalité des enfants. Les habitants de Gumuk vivent bien dans une pauvreté dont on sort
difficilement 4 , à mille lieues de la fureur et de l’extrême pauvreté ou richesse des villes.
Gumuk est un ancien front pionnier agricole qui a progressé depuis l’arrivée des hollandais et l’installation de
grandes plantations agricoles dans la plaine. Celles-ci ont engendré les transmigrations qui continuent aujourd’hui
et le défrichement de nouvelles terres vers le sommet du volcan. Gumuk a ainsi été colonisé progressivement
depuis environ cent ans. Les parcelles, grandes à la suite de la déforestation, ont été subdivisées par les héritages
successifs. In fine, la plus-part des exploitants sont liés entre eux par filiation ou mariage. Ceci contribue à
accentuer un aspect très communautaire au village. Néanmoins, les activités et le travail sont le propre de
chaque “maison” représentant un noyau familial.
Les habitants de Gumuk ont fortement conscience de l’érosion, mais sa perception et sa représentation
varient énormément d’un individu à l’autre. La représentation est en général attachée à l’espace vécu. Ceux qui
subissent l’érosion de plein fouet, notamment les glissements de terrain, identifient l’érosion comme un problème.
Les pertes de récoltes peuvent représenter une baisse considérable des revenus. Ceux-ci sont en quête de solutions
et intègrent une gestion consciente de l’érosion dans leurs pratiques agricoles. Ils représentent plus de la moitié
des agriculteurs. Pour les autres, notamment les vieux agriculteurs du bassin, ils perçoivent en général l’érosion
comme un phénomène naturel. Ils l’ont toujours vécue et subie. Ils la conçoivent comme une part intégrante de
l’environnement et in fine en dehors de leur capacité d’action. Leurs pratiques agricoles témoignent d’une prise
en compte culturelle de l’érosion.
III..3.2
Une approche Top-Down
Pour comprendre la séance de “restitution” des BPTP, il faut analyser les structures sociales dans laquelle
elle s’insère. La civilisation javanaise est traditionnellement très hiérarchisée et les relations sociales entre classes
limitent fortement l’expression : lorsque celui “qui sait” parle, il doit être écouté avec un respect et une politesse
totale. Le “savant”, et en général l’intellectuel, jouit de cette révérence. Les BPTP et l’IAHRI/CIRAD sont
reconnus à Gumuk comme faisant partie de cette classe.
Pour les agriculteurs, le savoir des chercheurs-techniciens (notamment ceux du Cirad) est “inaccessible” car
c’est un savoir autre, étranger. Pour les chercheurs-techniciens, leur savoir est “inaccessible” aux agriculteurs
car trop compliqué. La restitution consiste pour les chercheurs et les techniciens à la vulgarisation de leurs
connaissances. Cette vulgarisation correspond à une traduction visant à rendre intelligible ce savoir. Les BPTP
sont l’organisme traducteur.
L’organisation de la réunion de restitution met en scène cette traduction. Tous les “propriétaires terriens”
ont été conviés. La réunion a été programmée une semaine à l’avance mais les agriculteurs ont été convoqués
juste quelques heures avant son commencement. Malgré ceci, la quasi-totalité des propriétés était représentée.
Les femmes, même propriétaires, ont été faiblement conviées, tout comme les jeunes représentant pourtant la
plus grande force de travail. La représentativité des agriculteurs présents est ainsi toute relative.
La restitution a commencé par un “tour de champs”. Les agriculteurs ont suivit les BPTP jusqu’à un promontoire (figure droite I..2 page 5) où fut exposé le fonctionnement agronomique et l’érosion dans le bassin sous
forme de tour de parole entre chercheurs et techniciens. La conceptualisation des problèmes est assez détachée
des représentations des agriculteurs. L’étude scientifique et technique met en exergue des “bonnes pratiques” à
mettre en oeuvre pour réduire les problèmes diagnostiqués.
La restitution s’est poursuivie dans le hall d’une maison du village. Le placement a reproduit le fonctionnement d’une salle de classe avec d’un coté les chercheurs/techniciens - professeurs et de l’autre les agriculteurs
- élèves et au centre le vidéoprojecteur symbolisant la modernité technologique. La différenciation est nette au
niveau de l’organisation et se ressent aussi dans les pratiques vestimentaires et le comportement. Les chercheurs
et techniciens indonésiens sont habillés à l’occidental avec des chemises unies ou rayées dénotant un certain soin.
Les chercheurs Cirad sont habillé comme à la coutume sur le terrain : chemise froissée d’aventurier et pantalon
usé. Les agriculteurs se sont endimanchés, ils portent les traditionnelles chemises en Batik, qui symbolisent un
moment important (mariage, théâtre d’ombre, réunion administrative...).
Le style du discours est didactique de la part des chercheurs qui cherchent à donner une version “simple”
de leur savoir. Les répétitions sont multiples et les descriptions restent très généralistes. Les chercheurs et
techniciens prescrivent des recettes qui permettent de résoudre les problèmes (par exemple : ne pas travailler
dans le sens de la pente, ce qui est ironique car déjà le cas à Gumuk). A la suite d’un discours sur les maladies
des plantes et leur traitement, les agriculteurs furent appelés à poser des questions. Une seule question (assez
précise et motivée) fut posée : un agriculteur et une agricultrice tendirent une feuille de tabac malade demandant
une solution à cette maladie. La réponse fut la répétition assez longue du discours dans toute sa généricité. Les
agriculteurs pantois récupérèrent leur feuille de tabac avec l’expression humble de l’incompréhension.
Les tours de parole se sont enchainés entre scientifiques et techniciens (parfois en Indonésien limitant de fait
la compréhension des agriculteurs javanais) se félicitant mutuellement de la qualité de leurs travaux. Le point
d’orgue fut apporté par un responsable administratif local (équivalent du maire) qui a fait un long discours
4. Les plus riches du village enverront peut-être leur enfant à l’université.
34
pour remercier et exhorter les agriculteurs à mettre en place leurs solutions. Il montre ainsi le soutient de
l’administration au corps techniques.
Les agriculteurs sont restés silencieux et d’une attention polie durant tous ces discours. Leur attente ne
fut ponctuée que par les diverses collations qui furent servies. Les plateaux étaient riches en viande et en
aliments de fêtes symbolisant l’importance de l’organisateur. Cependant, on peut dénoter, dans l’attitude, une
certaine forme de lassitude et d’incompréhension du discours, et dès que la réunion fut formellement fini,
chacun vaqua a ses occupations. Il est assez net que le discours présenté par les experts (indépendamment de
leur qualité scientifique) était très éloigné des représentations des agriculteurs lesquels sont restés dans une
position révérencieuse vis-à-vis d’un savoir supérieur et inabordable.
III..3.3
L’approche par le dialogue au moyen du plateau de jeu
A la suite de l’invitation informelle, la tenue des agriculteurs était plus décontractée que lors de la réunion
des BPTP : ils portaient les habits de ville qu’ils portent habituellement en dehors du travail des champs.
L’attitude était détendue, chacun discutant et fumant en attendant le rendez-vous de la réunion.
Nous avons tenu tout d’abord montré que le modèle était une simplification de la réalité, que les personnes
les plus compétentes et celles qui connaissent le mieux le terrain ce sont les agriculteurs. Nous revalorisons ainsi
les savoirs personnels et mettons en confiance les parties prenantes. Nous faisons tout notre possible pour que la
réunion soit la plus informelle possible. Le début de la réunion fut assez fermé ; il a fallu briser la glace et nous
avons expliqué brièvement le fonctionnement du jeu. Certains comprirent assez rapidement d’autres moins, et la
barrière de la langue compliqua l’échange. Nous n’avons pas tenté de rentrer dans des explications compliquées
et nous avons réalisé le premier tour de jeu. Une fois le tour achevé, l’ensemble des joueurs avait compris le
fonctionnement du jeu.
La prise en main fut totale dès le second tour de jeu aussi bien pour les choix que les joueurs doivent prendre
que pour la formation et les conséquences du ruissellement. La durée de la phase 2 du jeu fut assez rapide et
les trois temps visibles sur la figure III..2 de la page 35 se déroulèrent en 10 minutes pour le deuxième tour et
en 7 minutes pour le dernier.
Figure III..2 – Déroulement de la phase 2 du jeu en trois étapes : répartition du ruissellement, transport dans
les champs, transport dans les chemins d’eau. Symbolisation des problèmes d’érosion simulés engendrant une
perte de récolte par des autocollants rouges (voir Annexe - jeu III..4.3 page 40).
Le jeu étant rapidement compris, celui-ci a développé chez les joueurs l’envie d’explorer ses possibilités. Les
joueurs changent drastiquement de couvert végétal ou de sens du travail du sol de leur parcelle. Ils comptent
les boutons d’eau symbolisant le ruissellement et les comparent aux seuils. Ils regardent comment les autres
parcelles fonctionnent et comment elles influencent leur propre champ. Ils pointent du doigt les problèmes. Ils
discutent de ces problèmes et partagent leur vision. D’une attitude attentive, les joueures passèrent au fil du jeu
à une attitude active. A mesure que les agriculteurs explorent le jeu, ils y reconnaissent leurs problématiques
d’érosion et surtout leur localisation. Le jeu devient le support d’expression des problèmes vécus. Les tours de
jeu rendent alors visible à tous ces problèmes.
Les agriculteurs cherchent à mieux analyser leurs problèmes, ils interrogent leurs connaissances et se servent
du jeu comme d’un outil de réflexion. Le dialogue s’installe et dure, chacun débattant d’un aspect du jeu,
du pourquoi de la forte érosion à cet endroit ou de l’importance de la direction du billonnage pour éviter les
dommages sur un chemin d’eau. Des agriculteurs se lèvent et pointent du doigt. Ils font part de leurs réflexions
qui sont reprises et commentées. Les agriculteurs identifient un problème et discutent d’une solution à apporter
en se rasseyant. Allumant une cigarette, ils cherchent une solution à l’ensemble des problèmes simulés d’érosion.
Commence alors un nouveau dialogue qui se détache du jeu. Il mobilise l’expérience des agriculteurs. La
discussion devient plus longue et plus complexe et prend en compte des aspects sociaux nouveaux. Les problèmes
sont remis dans le réel et leur importance est évaluée. Si dans le jeu l’interdépendance des parties prenantes a
35
bien été perçue, le dialogue insiste sur la nécessité d’une coordination (“Koordinasi”) pouvant nécessiter de la
négociation et de l’organisation au sein des paysans du bassin. Le dialogue se fait alors moins vif et les corps se
relâchent comme éreintés. Chacun repense calmement au jeu et à ses problèmes. La pause permet de renouer
un dialogue cordial où il s’agit de se détendre : un dialogue essentiellement social à propos de la famille, de la
nourriture, du thè trop chaud ...
Lors de la discussion, l’attitude est très libre, aucune pression n’est exercée sur les agriculteurs et les organisateurs sont assez invisibles. Les agriculteurs mobilisent et voient l’étendue de leurs connaissances. Ils deviennent
les acteurs de la recherche de solutions. Le savoir du scientifique est transmis par le plateau de jeu et est assimilé
immédiatement et indolorement par les agriculteurs. Ils reconnaissent et font leur cette connaissance. Puis, ils
la mettent en partage.
III..3.4
Le retour de mon travail auprès des chercheurs indonésiens
La première réunion avec les BPTP à Yogyakarta a consisté en deux phases. Dans un premier temps, j’ai
présenté la modélisation. Nous parlons en terme scientifique du fonctionnement de la modélisation. Puis, j’ai
montré mon travail sur la vulnérabilité et sur les risques d’érosion en insistant sur le caractère scientifique de
l’approche en utilisant la cartographie. J’ai terminé par une présentation du plateau de jeu et une synthèse de la
séance de jeu. La réunion s’est ensuite poursuivie par la présentation des résultats des BPTP. Le dialogue s’est
déroulé autour d’une réunion d’expert parlant en termes techniques et scientifiques et en anglais engendrant des
difficultés de compréhension. Nous avons essentiellement critiqué les données et les résultats.
La réunion à l’IAHRI fut assez semblable mais sous forme d’une présentation de mon travail suivie d’une
discussion. Une dizaine de chercheur de l’IAHRI fut réunie dans la grande salle où, PowerPoint à l’appui, j’ai
présenté la modélisation et ses applications : cartes de risques et plateau de jeu.
Dans les deux cas mon travail fut salué pour sa qualité “scientifique”. Les questions tournèrent alors sur
l’intérêt de la modélisation pour élaborer une solution optimale au problème d’érosion. Le modèle couplé à la
vulnérabilité ont été perçus comme l’outil scientifique adéquat pour trouver cette solution car il permet la prise
en compte de l’activité anthropique. On me demanda alors quelle était la bonne configuration et ce qu’il fallait
mettre en place au niveau du bassin. Il me fut assez difficile de répondre que ce n’était pas mon objectif, sans
heurter les chercheurs dans leurs pratiques. Le premier point fut de mettre en évidence la complexité du milieu,
environnemental et social, que les résultats du modèle ne peuvent pas prendre en compte. Nous défendions alors
qu’il y a peu de sens à chercher une solution optimale dans le cas de Gumuk, à contre pied de la stratégie de
restitution d’un savoir simplifié. Ce point fondant la divergence des approches ne fut pas discuté plus et survint
à nouveau lorsqu’on me demanda si le jeu permettait de trouver une solution optimale. Une rupture semblait
persister entre nos approches.
Durant la phase d’explication du jeu, la valorisation du savoir des populations et le retrait du chercheur dans
la discussion ont été explicités mais il n’y eu pas de réel questionnement sur la transmission du savoir ni sur
la position du chercheur. La présentation s’est limitée à une présentation technique montrant que le dialogue a
été initié mais il n’y a pas eu de débat sur l’approche du scientifique.
III..4
Discussion
Dès lors, une partie de la connaissance du fonctionnement de l’érosion que le scientifique a construite, s’intègre
au vécu des habitants dans le dialogue. En transmettant ces informations aux agriculteurs, le chercheur crée
une relation de confiance et valorise l’expérience des agriculteurs. Le chercheur n’est plus perçu comme l’expert
qui sait par les agriculteurs, il devient celui qui aide à savoir. Le chercheur qui l’a construit 5 en conçoit la
simplicité et les limites. Il sait que son savoir est extrêmement partiel. Il sait que le jeu / la simulation n’est pas
un pure produit de science. Il a tenté de créer un objet à partir des représentations des parties prenantes mais
il a aussi mis une partie de ses représentations dans l’objet. Il est clair que l’objet construit n’est pas suffisant
pour mettre en place une action car il est trop simplifié.
Si le jeu a fonctionné pour créer un dialogue entre certains agriculteurs, nous sommes encore loin d’une
action concertée. Le jeu semble être un bon moyen pour initier le dialogue, mais il possède des limites et son
usage doit être encadré. La communauté scientifique a un rôle à jouer pour le maintien du dialogue et dans le
cadre d’expression. Elle doit aussi aider à dépasser le jeu et le dialogue pour agir.
III..4.1
Dépassement de la plateforme de jeu : du jeu au dialogue et à l’action
Créer des problèmes communs pour faire naître le dialogue Les volontés d’agir sont multiples et se
nourrissent mutuellement. Les BPTP/IAHRI/Cirad mettent en avant les problèmes (et les solutions) indépendamment des représentations des populations. Les problèmes identifiés ne sont pas reconnus par les agriculteurs
et par conséquent les solutions restent dans l’immatérialité du discours.
5. C’est à dire votre narrateur.
36
Le jeu contribue aussi à mettre en lumière comme un problème des phénomènes situés entre le naturel et
l’anthropique. Si une partie des agriculteurs formalisait l’érosion comme un problème et cherchait à agir, les
réunions ont contribué à “alarmer” l’ensemble de la communauté sur le problème.
Par ses possibilités d’actions, le jeu induit une recherche quasi-immédiate de solutions. Les interdépendances,
dans le jeu, entraînent une recherche de solutions en commun par le dialogue permettant le partage des savoirs :
ceux des agriculteurs et ceux de ma recherche qui se manifestent dans le jeu.
Du dialogue à l’action La question essentielle est de passer du dialogue à l’action dans la complexité du
réel. Le chercheur tient un rôle de facilitateur pour déplacer la discussion à propos du jeu vers celles des remèdes
à l’érosion. Il pourrait, par exemple, organiser un retour vers le terrain pour favoriser une concertation sur des
actions à mener. Ce travail n’a pas pu être mené à la suite de la première séance à cause du début du Ramadan
et du retour en France. Les champs étant des espaces appropriés, ils ne peuvent pas faire directement l’objet
d’une gestion concertée. Il faudrait que l’agriculteur propriétaire voit un intérêt à l’action et en soit l’initiateur
dans le cadre traditionnel d’innovation agronomique : “essai et échec”.
III..4.2
Concilier les approches : valoriser les connaisances
Le jeu a permis d’initier un dialogue qui semble fécond pour envisager l’action. Mes directeurs de stages
m’ont demandé de le “transmettre” aux chercheurs indonésien de l’IAHRI, afin de développer une démarche
participative. Les chercheurs et techniciens indonésiens sont cruciaux pour mener le projet à bien : l’IAHRI a
la capacité de mettre en place de nouvelles approches et les BPTP sont le chaînon essentiel du contact avec les
agriculteurs.
Le jeu doit être intelligible et cohérent avec les représentations des agriculteurs. Si le jeu est accepté, il
permet un décentrement du savoir du chercheur vers les acteurs. Il induit une forme de transgression pour le
chercheur, qui n’a plus le monopole du savoir, et aussi pour les agriculteurs dont le savoir est au coeur des
réflexions.
La difficulté essentielle d’une approche participative n’est pas l’apprentissage du jeu par les joueurs et les
facilitateurs mais de créer un dialogue et de faire que les connaissances soient mises en valeur et en commun.
Celles-ci sont alimentées par le dialogue autour des résultats de la simulation. Ce positionnement (par le jeu)
permet d’abolir des frontières symboliques entre le chercheur et l’agriculteur. L’agriculteur voit l’étendue de sa
connaissance et devient un acteur dans la recherche de solutions. Le plateau de jeu permet au chercheur de
transmettre un savoir que l’agriculteur n’assimile que parce qu’il y reconnait ses problèmes et leurs dynamiques.
La position du chercheur dans la transmission du savoir est très différente entre cette approche et la démarche
Top-Down développée classiquement en Indonésie. Cela ne remet nullement en cause ses qualités scientifiques,
mais ce positionnement peut être ressenti comme une déstabilisation de son savoir établi. La perte du monopole
du savoir peut aussi engendrer une perte de prestige. Dans notre cas, ce point est assez délicat car les BPTP sont
dans un projet international financé par une grande entreprise avec des chercheurs étrangers ; ils ressentent donc
une pression au niveau de la qualité scientifique de leurs travaux. Le risque est qu’ils rejettent cette approche
parce qu’elle discréditerait leur savoir et dégraderait leur position vis-à-vis des usagers.
Un autre écueil possible, est que le chercheur, en toute bonne intention d’aider, reprenne une position d’expert
pendant le jeu. Profitant des relations hiérarchiques fortes, il peut facilement remonopoliser la parole et bloquer
le dialogue mettant terme l’action.
Pour autant le chercheur est essentiel à cette approche participative pour initier et maintenir le dialogue.
Celui-ci porte initialement sur le jeu, mais c’est le dialogue dans le réel qui est important. Les agriculteurs ont
naturellement tendance à projeter leurs représentations dans leur discours sur le jeu. Le chercheur doit donc
laisser le dialogue s’établir au maximum mais être vigilant à deux dérives.
La simulation de l’érosion est simplifiée et ne prend pas en cause un grand nombre de facteurs notamment
sociaux. Le jeu peut devenir stérile, l’objet du jeu étant perçue comme éloigné de la complexité du réel. Le
dialogue s’éteindrait alors doucement par manque d’intérêt. Le chercheur a alors une place essentielle pour
éclairer les limites du modèles et faire entrer le réel dans la discussion. Il peut invoquer des problèmes non
simulés ou proposer des aménagements du plateau de jeu (nouveau découpage du parcellaire, introduction de
chemin d’eau, ouvrage antiérosif...) basés sur l’expérience des agriculteurs. Il a un rôle d’animateur et de conseil
mais doit faire attention de ne pas monopoliser le débat.
A l’extrême opposé, le jeu peut être compris comme une situation à optimiser. Les agriculteurs chercheraient
un optimum en ajustant le couvert végétal et les directions de billonnage pour maximiser la production en tenant
compte des pertes dues à l’érosion. Le dialogue ne serait plus qu’un débat autour du jeu et s’éloignerait du réel.
Il n’aurait alors plus beaucoup de sens au vue de la complexité de la situation. Le chercheur doit alors montrer
que le modèle ne donne qu’une version simplifiée et doit déplacer le dialogue vers le réel (ex. : coupure, tour de
champs ...).
Enfin, la répétition de séances de jeu ne garantit pas que le dialogue s’enrichisse. Au contraire, nous augmentons le risque de tomber dans un des deux travers précédents ou de faire d’un joueur ayant déjà joué un
expert qui cherchera à imposer son discours.
37
Par conséquent le chercheur par sa connaissance du terrain est nécessaire. Il peut et doit intervenir, mais ne
possède plus le monopole du savoir. Cette question rejoint alors la place du savant dans la société indonésienne.
Le prestige et le respect dont il jouit sont cultivés par cette position d’intellectuel. Est-il socialement acceptable
de changer de positionnement ? La question reste entière.
A la suite de la première séance, Bruno Lidon (CIRAD en Indonésie) a cherché à faire vivre et à concilier les
approches auprès de l’IAHRI et des BPTP notamment avec Putra qui m’a accompagné dans toute ma recherche.
De nouvelles sessions de jeu ont été organisées et se poursuivent en espérant améliorer la vie des habitants de
Gumuk.
III..4.3
Changement d’échelle et décontextualisation
Les démarches sont adaptées aux spécificités de Gumuk et de ses habitants et marquées par ce contexte.
Elles ont permis d’une part aux BPTP de produire un discours sur base technico-scientifiques et d’autre part de
construire un objet source de dialogue (plateau de jeu) qui est par essence attaché à cet espace. Cet attachement
est à la fois ce qui permet au jeu d’être efficace, mais aussi ce qui limite son utilisation hors de Gumuk. A l’inverse,
la généricité du discours des BPTP en fait un objet difficile à apprivoiser par les populations mais facilement
transportable.
Au sein de la zone B La force de l’approche Top-Down au moyen “d’expert” est sa généricité. Il suffit de
multiplier les réunions et de vulgariser le même message de bonnes pratiques. Pour l’approche participative, la
question de la transposition se pose : comment permettre à l’ensemble de la zone B 6 de profiter de la démarche ?
Deux directions sont possibles mais soulèvent bien des questions.
La première possibilité serait de transmettre réflexions des agriculteurs de Gumuk vers d’autres agriculteurs
ayant les mêmes problèmes dans un contexte proche. L’idée serait d’inviter des petits groupes d’agriculteurs sur
le bassin de Gumuk afin que les agriculteurs de Gumuk racontent leurs réflexions qu’ils ont eues et les actions
qu’ils ont décidées de mener. Pour que cette démarche ait du sens, il faut que l’environnement des agriculteurs
invités soit extrêmement proche de celui de Gumuk. Ceux-ci doivent comprendre la démarche et utiliser le récit
des agriculteurs de Gumuk comme point de départ de leurs propres réflexions et actions.
Cependant la transmission d’un savoir local est délicate. En effet, si les agriculteurs invités ne reconnaissent
pas leur problèmes vécus, leur dialogue risque de rester général et sans possibilité d’aboutir à une action. Il est
aussi possible que les agriculteurs de Gumuk prennent un rôle d’expert donnant des prescriptions sur les moyens
de réduire l’érosion. Cette position désengagerait les agriculteurs invités d’une réflexion propre et ne garantit
pas la mise en place d’expérimentations voulues, réalisées et comprises par ces derniers.
La seconde possibilité serait de refaire une partie de la démarche avec d’autres paysans. La question essentielle
est celle de la décontextualisation du jeu qui repose sur une carte du parcellaire et permet la localisation des
problèmes. Changer de contexte signifie changer d’espace vécu et donc de carte. Il est certes possible d’étudier
plus systématiquement l’érosion mais cela serait synonyme pour toucher l’ensemble de la zone B d’une grande
répétition d’études et donc la création dans ces nouveaux contextes d’un grand nombre de plateaux de jeu.
Matériellement, cette possibilité est très difficile à mettre en oeuvre.
Nous pourrions aussi envisager de décontextualiser suffisamment le plateau de jeu pour le rendre jouable
dans d’autres espaces. La question essentielle est de savoir quoi décontextualiser. Il faut faire une typologie des
problèmes et des situations tels qu’ils surviennent dans la zone. Dans l’idéal, les problèmes seraient extrêmement
semblables et le fonctionnement du jeu permettrait de les restituer. Le seul point noir est la localisation du
plateau de jeu. Deux solutions sont possibles :
– créer un plateau de jeu abstrait non géographiquement situé restituant les situations typiques et problématiques de la zone B. L’abstraction devient problématique pour voir le fonctionnement du plateau de
jeu et comprendre les mécanismes d’érosion [Barreteau et al. (2007)].
– conserver le plateau de jeu de Gumuk mais donner des informations supplémentaires permettant aux
agriculteurs de mettre en relation ce qu’ils perçoivent sur le terrain avec leur vécu. Pour ceci, il serait
souhaitable de les emmener voir le terrain correspondant au plateau de jeu avec la carte avant de jouer, de
prendre des photos et d’avoir une maquette 3D du terrain. Ces informations devraient être constamment
accessibles durant la session de jeu.
On peut ensuite espérer que cette plateforme pourra initier un dialogue fécond et permettre l’action. Les
difficultés subséquentes décrites dans le cas de Gumuk n’en sont que plus grandes.
Des cas semblables en Indonésie et dans le monde. En Indonésie, de nombreux problèmes d’érosion
sont présents dans des environnements très proches et très semblables notamment sur l’île de Java. Par exemple,
des problèmes d’érosion des terres andiques cultivées sont présentées dans van Dijk (2002) ou Rijsdijk et al.
(2007). L’érosion au niveau des cours d’eau [Sayama et al. (2012)] ou les glissements de terrain [Hadmoko (2009)]
sont aussi très présents. Ces études très sectorielles permettent de mieux comprendre ces phénomènes souvent
simultanés et assez semblables à ceux observés à Gumuk. La question de la gestion d’éventuels problèmes n’en
6. Figure 1 page 1. La zone B (dont Gumuk) possède une uniformité en terme social, agronomique et de problèmes d’érosion.
38
est pas pour autant résolue. De nouvelles recherches sont nécessaires pour mieux comprendre la spécificité de
ces milieux et envisager une approche participative plus systémique.
L’agriculture sur de très fortes pentes est présente au Vietnam [Vezina et al. (2006)], à Madagascar [Randrianarijaona (1983),Gade (1996)], au Nord-Cameroun [Abbot et al. (2001)], au Rwanda [Roose and Ndayizigiye
(1997)], en éthiopie [Nyssen et al. (2000)], en Thaïland [Forsyth (1994)], en Malaisie [Midmore et al. (1996)]...
On y retrouve de très fortes pluies durant la saison humide engendrant de forts problèmes d’érosions. Cependant
les différences agronomiques et sociologiques sont importantes. Il est très peu probable d’arriver à décontextualiser suffisamment le jeu pour le rendre jouable par tous et de conserver un minimum de réalisme permettant la
reconnaissance des problèmes vécus.
Par contre, la méthodologie, support de ce mémoire, pourrait être propice dans bien des cas. Le premier
point serait de définir un territoire ou la géographie physique mais aussi les pratiques agricoles, sociales et
culturelles ont une certaine unité. Sur ce territoire, il faut choisir un site d’étude pilote où les problèmes sont
bien représentés et dont la taille correspond à l’échelle des problèmes et des solutions. Puis, il faut une étude
anthropologique de l’eau comme fait social pour mettre en exergue les différentes représentations. Enfin, il faut
réaliser une étude scientifique du milieu pour rendre compte des problèmes vécus, et mettre en place une aide
au dialogue à partir de ce travail scientifique en dirigeant vers une action. La plateforme de jeu s’est révélé un
outil précieux pour le dialogue et la modélisation a permis une meilleure compréhension du milieu dans cette
étude mais d’autres outils peuvent être imaginés selon les contextes.
Conclusion
Au travers de cette étude, qui analyse dans un premier temps la recharge due au bassin versant de Gumuk,
dans un deuxième temps le ruissellement et les risques d’érosions et dans un troisième temps le partage de ces
connaissances avec les acteurs, c’est in fine l’importance des savoirs et de leurs transmissions pour la gestion des
problèmes liés à l’eau qui est au coeur de ce travail. Ces savoirs sont une part essentielle de la GIRE qui, dans ses
principes insiste sur la nécessité d’une part de “mesurer les composantes du cycle hydrologique et les caractéristiques de l’environnement [...] sur l’eau” et d’autre part d’“une démarche fondée sur une participation collective”
[International Conference on Water and the Environment (1992)]. Or, la production de ces connaissances et leur
transmission “au collectif” ne sont pas aisées.
Nos résultats sur la dynamique et le bilan hydrologiques du bassin de Gumuk démontrent qu’il n’est pas
actuellement nécessaire d’intégrer cette partie amont à l’espace de gestion des sources à l’aval. Le cadre de la
GIRE pose cette connaissance comme un préambule à la gestion. Or, cette connaissance recentre le débat de
la GIRE sur le partage entre usagers aval qui avait cristalisé les tensions et remet en cause la possibilité d’un
accroissement de la ressource. Elle constitue donc un enjeu de pouvoir.
Dans un second temps, nous avons mené une étude “pluridisciplinaire” des risques d’érosion à Gumuk, puis
modélisé l’hydrologie de surface pour cartographier ces risques. Nous aurions pu utiliser cette modélisation pour
tester des aménagements permettant de réduire ces risques d’érosion et proposer ces solutions, comme le font
les BPTP, aux acteurs du bassin de Gumuk. Cette approche, classique, se révèle souvent inefficace pour mettre
en oeuvre des actions utiles aux acteurs.
A l’opposé, adoptant le cadre de [Leone and Vinet (2006)], nous avons analysé le risque comme “ressource
négative” c’est-à-dire comme une perte de ressources . La gestion du risque peut alors être inclue dans celle des
ressources et les principes de la GIRE peuvent s’appliquer. Pour favoriser l’échange de tous les savoirs, nous
avons adopté une démarche participative permettant de faire dialoguer les agriculteurs. Notre approche semble
féconde pour induire une action qui sera s’adaptée à l’environnement (naturel et social) car initiée, décidée et
mise en oeuvre par les acteurs eux-mêmes.
Notre approche est cependant sectorielle et très limitée : certains types d’érosion sont étudiés en terme
d’occurrence et non d’impact et les simplifications faîtes ne rendent pas compte de tous les aspects du fonctionnement de ce bassin agricole notamment les compromis entre pratiques culturales et dynamiques hydrologiques
auquel sont soumis les agriculteurs.
Selon les principes de la GIRE, il est nécessaire d’étudier chacune des problématiques au sein du bassin et
de les replacer dans une “gestion intégrée”. La représentation de la situation à gérer devient alors plus complexe.
Dans une approche participative, cette représentation complexe sera difficile à transmettre et à partager avec les
parties prenantes. La “participation collective” dans la GIRE sera d’autant plus freinée. Alors, est-il pertinent
de mettre en place une gestion intégrée ? Sûrement. Mais comment être efficace à court terme ?
39
Annexe - jeu
Simulation hydrologique La simulation du ruissellement se déroule en trois phases : production d’eau dans
les champs en fonction du couvert végétale choisi par les agriculteurs ; transit de l’eau dans les champs selon la
direction du billonnage (choisi par les agriculteurs) ; écoulement dans les chemins d’eau de l’amont vers l’aval.
Figure III..3 – Plateau de jeu reposant sur une carte du parcellaire. Les chemins d’eau sont les lignes bleues
dirigées par des flèches. Les champs rouges foncés sont plus pentus et sont donc plus sensible à l’érosion. Les
chiffres rouges et verts sont les seuils d’initiation des glissements de terrain. Les nombres dans les carrés sont
les seuils de creusement des chemins d’eau et les nombres dans les bulles sont les seuils de rupture de chemin
d’eau (la nouvelle direction est donnée par la queue de la bulle.
Les agriculteurs contrôlent donc une partie de la production d’eau par le couvert végétal (figure III..1 page
32) qui est représentée par des cartes de cultures (avec un maximum de 3 plantes dans le même temps) et par
une carte d’état de mauvaises herbes parmi les trois existantes (faible, moyenne, forte). Ces choix de couverture
végétale engendrent une production représentée symboliquement par des boutons verts qui est distribué en
même temps que la production d’eau. Puis en se basant sur les résultats de STREAM pour la production d’eau
en fonction du couvert végétal pour chaque parcelle, nous pouvons déterminer un nombre de bouton bleu chacun
représentant un volume élémentaire d’eau ruisselant à disposer aléatoirement sur la parcelle par les propriétaires.
Les agriculteurs choisissent aussi la direction de billonnage du sol symbolisé par une flèche rouge orientable avec
la limite de ne pas faire un angle de plus de 90 degrés avec la direction de plus forte pente (figure III..1 page
32). L’eau transite dans cette direction par la main de l’agriculteur. Les écoulements dans les chemins d’eau
sont aussi réalisés par l’agriculteur mais le maître du jeu contrôle plus cette étape.
Simulation de l’érosion Les glissements de terrain initiés dans les champs ou sur les bordures ont été simulés
avec un seuil. Si plus d’une certaine quantité d’eau (symbolisée par des boutons bleus) passe, un glissement
de terrain se déclenche et endommage la parcelle au-dessous détruisant une partie de la récolte (privation
symbolique de récolte par prise de bouton vert). Pour signaler l’événement et permettre la discussion, un
autocollant rouge est collé à cet endroit.
Similairement pour les chemins d’eau, des flèches avec des seuils symbolisent la rupture du chemin d’eau
donnant alors une nouvelle direction préférentielle d’écoulement. L’érosion dans les chemins d’eau est représentée
par des points avec seuils sur les chemins d’eau qui en cas de dépassement engendrent une mise en garde ou
un glissement de terrain en bout de champ et donc une perte de récolte. Les incidents sont reportés avec un
autocollant rouge. Les seuils sont visibles sur le plateau de jeu (figure III..3 page 40).
Etalonnage des seuils d’érosion La partie II. page 13 permet de situer les zones à risques. En jouant de
multiple fois le jeu en faisant varier la production et les directions de billonnage et en connaissant les cas et les
zones critiques, nous avons déterminé des valeurs de seuils. Ceux-ci permettent à la fois de rendre compte de
l’aspect de direction de l’écoulement et de production et rendent compte de l’ensemble des problèmes d’érosion.
Variantes Durant la session ces capacités n’ont pas été mises en place. Les agriculteurs peuvent décider d’un
redécoupage du parcellaire ainsi que de la création de nouvelles rigoles. Cette solution doit rester assez rare et
représente une perte de surface cultivable qui doit être prise en compte.
40
Annexe - portraits
Figure III..4 – Portraits d’agriculteurs de Gumuk réalisés lors des entretiens.
41
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Résumé
Ce mémoire étudie l’eau du petit bassin versant agricole de Gumuk (5,4 ha, compris entre 1471 m et
1081 m d’altitude), situé sur les flancs du volcan Mérapi, sur l’île de Java, Indonésie. Cette eau est devenue
un élément essentiel du programme de gestion intégrée des ressources hydrogéologiques avales - tant pour
l’approvisionnement de villes et d’industries que pour l’irrigation de cultures commerciales. Elle est aussi la
source de phénomènes d’érosion au sein du bassin agricole. Dans un premier temps, nous abordons la question
de la recharge par le calcul du bilan et de la dynamique hydrologique du bassin. Puis, nous utilisons le modèle
STREAM (Sealing and Transfer by Runoff and Erosion with Agricultural Management) pour formaliser les
problèmes d’érosion identifiés dans le bassin. Enfin, la troisième partie explore les possibilités de transfert
des connaissances aux populations locales et développe une démarche participative fondée sur un plateau de
jeu adapté de STREAM. A travers ces approches, c’est in fine les pratiques de production, de transfert et
d’utilisation des savoirs entre les parties prenantes qui sont mises en lumière. Notre étude fait alors apparaître
les bénéfices d’une approche participative qui permet la construction de représentations partagées, fondées tant
sur le savoir des experts que sur celui des agriculteurs.
Dans un premier temps, nous présentons une analyse de la recharge au niveau de Gumuk, à partir de
nos observations de terrain et du traitement des données acquises par une Station Météorologique de type
Wireless Vantage Pro2 et une station hydrologique placée à l’exutoire. Avec des précipitations de 1720 mm en
2012, notre analyse souligne la primauté de l’infiltration par rapport à l’évapotranspiration et au ruissellement,
contribuant respectivement à 54%, 37% et 9% du bilan hydrologique. Si l’eau de Gumuk contribue effectivement
à la recharge des sources aval, l’influence des pratiques agricoles sur celle-ci apparaît limitée. Nous revenons
alors sur le programme de gestion intégré des ressources en eau adopté initialement.
Dans un deuxième temps, à partir d’entretiens réalisé avec les membres de 19 des 21 foyers usagers du bassin
de Gumuk, nous avons recentré notre étude sur le ruissellement et l’érosion à l’aide d’une approche de modélisation. Les limites de 149 parcelles agricoles ainsi que l’altitude de plus de 2000 points – obtenue via un théodolite
laser, un GPS différentiel, ou une boussole et un mètre – ont été intégrées au sein d’un SIG et d’un Modèle
Numérique d’Altitude. Les capacités d’infiltration et d’imbibition du modèle STREAM ont été renseignées à
l’aide de tables de décisions dépendant de trois paramètres : le couvert végétal, la pente et la rugosité, évalués à
dire d’expert. Divers scénarios ont été construits afin de tester l’influence relative des paramètres. Des cartes de
susceptibilité et d’aléas ont été établies à l’aide de nos observations et de STREAM pour cartographier le risque
d’érosion. Les résultats démontrent la capacité de STREAM à simuler le ruissellement à l’exutoire du bassin
ainsi que l’écoulement de l’eau le long des billons et des chemins d’eau. Ils font aussi apparaître le comportement
non linéaire du bassin, qui ne ruisselle pas pour des intensités de précipitations inférieures à 30mm.h−1 . Les
événements ruisselants font apparaître des risques d’érosion importants dans les billons ainsi que de départs de
glissements de terrain dans les parcelles les plus pentues. Ces résultats sont cohérents avec nos observations.
Dans un troisième temps, nous décrivons les différents acteurs qui prennent part à la construction et à la
transmission des savoirs. Bien que tous les scientifiques cherchent à accroître les connaissances sur l’érosion dans
le bassin et à induire une amélioration de la gestion, l’approche Top-Down développée classiquement par les
scientifiques et les techniciens indonésiens conduit à une présentation didactique et hiérarchique des résultats
scientifiques qui ne semble pas effective à Gumuk. Au contraire, l’approche participative catalyse des discussions
prometteuses qui pourraient à terme déclencher une amélioration de la qualité de vie des habitants de Gumuk.
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