Méthodes traditionnelles de collecte et gestion des eaux de pluie

I Ralentir, étaler, retenir, faciliter l’infiltration de l’eau

Barrages filtrants

Pour freiner les ruissellements, les étaler en nappe et faciliter l’infiltration des eaux de pluie dans les sols et ainsi contribuer à la conservation des sols et des nutriments en réduisant l’érosion hydrique, et en formant des bandes de sol fertile, un type dispositif traditionnel courant sur la plupart des continents consiste à édifier des barrières filtrantes en travers des pentes sous la forme de digues de terre, de cordons pierreux et/ou de bandes végétales qui suivent les courbes de niveau.

Les plus anciennes traces de ces techniques ont été localisées dans les grandes plaines de lœss du nord de la Chine. Ces pratiques ont également été développées en Inde, au Népal, au Moyen-Orient, sur le pourtour méditerranéen ; en Afrique on les retrouve au Sahel en Sierra Leone, Kenya, au Rwanda ; elles étaient communes sur l’Altiplano en Amérique du Sud ; elles sont toujours en vigueur en Papouasie Nouvelle-Guinée...

Murets de pierres sur les contreforts de la vallée de la Baliem en Papouasie-Occidentale

Selon les pratiques locales et la topographie, ces obstacles filtrants sont placés en lignes continues ou discontinues, en suivant généralement les courbes de niveau. Ils n’ont pas pour fonction de retenir les eaux de ruissellement, mais de les ralentir pour atténuer leur pouvoir érosif et de les étaler en nappe.

Il n’y a pas aménagement du terrain en terrasse, même si des terrasses naturelles peuvent se former progressivement derrière les digues en raison des mouvements de terre de la partie supérieure vers la partie inférieure du lit entre deux lignes d’obstacles.

Les zones cultivées sont organisées en fonction du guidage et de l’étalement de l’eau induit par les barrages filtrants. Selon que les pentes sont plus ou moins prononcées les barrages filtrants sont associés à des techniques de culture différentes :

Les zones cultivées sont organisées en fonction du guidage de l’eau et de l’étalement de l’eau induit par les barrages filtrants. Selon que les pentes sont plus ou moins prononcées, les barrages sont associés à des techniques de culture différentes :

 sur les pentes très faibles, les zones de cultures alternent des rangs d’herbacées adventices ou de sol nu servant d’impluvium et des rangs de plantes cultivées là où se forment des bandes de sols plus humides et plus riches en sédiments et en matières organiques ;

 sur les pentes plus prononcées des cultures en étages associent des arbres fruitiers et des herbacées au sol de façon à créer, comme dans les oasis, un microclimat qui condense et retient les eaux de pluie quand elles surviennent.

Selon les ressources locales, différents matériaux sont utilisés pour construire les obstacles.

Bandes végétales

Les paysans des monts Mandara des hautes terres camerounaises, et ceux du Mbere à l’est du Kenya utilisent des tiges de mil et de sorgho, que n’apprécie pas le bétail. Ces végétaux entassés qui se décomposent lentement dessinent des lignes en travers de la pente qui freinent mais laissent passer l’eau, retiennent un peu de terre et enrichissent le sol.

Dans ce champ des monts Mandara, les éteules de mil ont été coupés à 80 cm du sol et couchées au sol comme dispositif antiérosif

Les Dogons du sud-ouest du Mali utilisent également des tiges de mil et de sorgho pour composer de bandes végétales en complément d’autres techniques comme celle des fosses de plantation appelées localement wégou et connues au Burkina-Faso comme zaï.

Bandes végétales et fosses de plantation wégou

Lignes et cordons de pierres

Dans certaines régions arides du Sahel, les paysans utilisent des pierres pour former des obstacles aux ruissellements qui sont disposés en travers des pentes selon les courbes de niveau.

Ligne de pierres

Les lignes de pierres deviennent des cordons pierreux (bund lines) lorsque les barrages filtrants comportent deux ou trois niveaux de pierres solidaires. Au Niger, ces pierres juxtaposées ou empilées en minces cordons appelés « gandari » s’étendent parfois sur des kilomètres. Ils ont une fonction de réhabilitation des terres dégradées en piégeant le sable transporté par l’harmattan, le vent du désert. On retrouve des cordons pierreux de rétention des eaux dans la plupart des régions arides : pourtour méditerranéen (Italie, Grèce, Espagne, Syrie), au Sahel (Burkina Faso, Niger, Mali) , en Afrique de l’Est (Éthiopie, Rwanda), dans les zones arides du sud-ouest du continent nord-américain...

Les cordons pierreux sont des ouvrages de contrôle du ruissellement. Leur disposition en série brise la vitesse de l’eau et retient les matériaux issus de l’amont. La construction en courbe de niveau empêche la concentration de l’eau en un seul endroit. Les ailes jouent le rôle de diversion de l’écoulement afin de protéger la base du cordon en cas de crue. Elles favorisent ainsi l’étalement et une bonne répartition de la crue sur la parcelle. L’eau qui s’écoule lentement entre les galets reste plus longtemps dans le champ, ce qui favorise l’infiltration. Les cordons peuvent être stabilisés en étant associés avec des plantes.

En amont des alignements de pierres se forment des bandes de sols de 2 à 5 mètres de large, enrichies en eau, en matières organiques et en nutriments. En saison sèche, ces barrières piègent les limons et les sables emportés par l’érosion éolienne. En Afrique, les termites attirés par les matières organiques creusent des galeries qui améliorent la capacité d’infiltration de cette zone. Il s’y développe alors quantité d’herbes et d’arbustes qui renforcent ces diguettes.

Cordon pierreux végétalisés

Au Burkina-Faso, l’écartement des cordons varie en fonction de la pente. Les paysans terminent les cordons par des ailes remontantes pour éviter que les eaux stockées ne se déversent par les extrémités. La longueur d’un cordon pierreux dépend essentiellement de celle de la parcelle à traiter. En moyenne, trois cordons sont établis par hectares, mais il peut y en avoir plus. Le temps mis pour aménager un hectare est estimé à une demi-journée lorsque l’ouvrage est effectué par un groupe de voisins pour les groupements, il prend deux à cinq jours pour un individu.

La contrainte majeure dans la réalisation de ce dispositif est la disponibilité en pierre et leur transport. La quantité de pierres nécessaires à l’aménagement complet d’une parcelle d’un hectare est proche de 40 tonnes pour une longueur de 300 m de cordons pierreux. Les aménagements en pierres ne sont pertinents et économiques que si les paysans récupèrent les pierres et les cailloux directement de leurs parcelles. Dans les régions montagneuses, les paysans ramassent les pierres gênantes et les entassent à la limite des champs : si elles sont disposées en courbe de niveau, elles fonctionnent à la fois comme limite de champs et cordons de pierres. En Éthiopie et au Rwanda, les cordons de pierres peuvent atteindre plus d’un mètre de hauteur. Quand on manque de pierres ou de moyens, on peut semer une bande d’herbes, de sorgho ou directement, une haie vive et des arbres pour obtenir le même effet.

Ces dispositifs sont relativement faciles à construire et aisément réparables, mais leur mise en œuvre nécessite une certaine technicité qui tient au fait que les cordons lithiques doivent suivre les courbes de niveau ; si ce n’est pas le cas, la nappe se rassemble dans les points bas créant des rigoles qui évolueront en ravines et draineront tout le versant. Suivre strictement les courbes de niveau est difficile sur des pentes de 1 à 3 %. On aboutit à des largeurs de champs cultivés très variables, ce qui augmente le volume de pierres à déplacer.

En lissant les courbes de niveau, on peut traiter les voies d’eau en renforçant ces zones par des grosses pierres, en aplanissant progressivement le champ par des techniques culturales, en améliorant la rugosité de la surface du sol par des buttages cloisonné, en semant des herbes de part et d’autre du cordon pour freiner le ruissellement, ou en cloisonnant le champ sur deux mètres avec des billons en terre.

Plusieurs études ont conclu que l’installation de cordons pierreux exerce une influence positive sur la production agricole. Lamachere et Serpentier (1992) ont rapporté une augmentation des rendements en mil de 20 à 40 %, en année sèche. Selon François Lompo et Souleymane Ouedraogo (2015), en en utilisant les techniques des cordons pierreux, le rendement est passé de 700 kg/ha à 1000 kg/ha pour le sorgho et de 700 à 1130 kg/ha pour le mil. Les chercheurs a constaté que les cultures réagissent différemment à ce type d’aménagement. Par exemple soumis aux techniques des cordons pierreux en 1995/96, le sorgho blanc a connu un accroissement de rendement de 109 %, le sorgho rouge de 364 % et le mil de 83 %.

Murets

Sur les pentes fortes, les cordons de pierre deviennent des petits murets aux profils variés. Les plus simples sont uniquement constitués d’un amoncellement de pierres plus ou moins plates. Les digues filtrantes, installées en lignes continues, sont généralement dotées d’une base large, formée avec des grosses pierres, et d’un sommet étroit constitué de pierres plus petites. Le tout forme un filtre.

La hauteur des murets varie en fonction de la configuration du terrain et des pratiques locales. Ils sont parfois constituées d’un cœur de cailloux fins recouvert de pierres plus grosses qui protègent ces derniers. L’eau de ruissellement et le sol érodé sont partiellement retenus à l’amont, l’excédent d’eau s’écoule au travers des pierres et inonde le terrain en aval sans emporter le muret. Destinés à freiner les eaux de ruissellement ou à les collecter, ils retiennent aussi un peu de sédiments et entraînent la formation de petites terrasses en amont.

Uyus précolombiens

Dans les plaines de l’Altiplano, les murets aménagés par les sociétés précolombiennes sont appelés « Uyus ». Ces infrastructures établies dans les parties basses des hauts plateaux avec les matériaux locaux peuvent selon la topographie atteindre un à deux mètres de hauteur. Elles composent des parcelles de surfaces variables d’une longueur moyenne de 70 m et d’une largeur de 40 m.

Uyus dans la serranía de la comune de Belén de Andamarca en Bolivie

Particulièrement présents dans les parties basses des hauts plateaux des Andes, les murets uyus ont plusieurs effets sur le milieu :

 Ils capturent les matières fines transportées par les vents de l’Altiplano pendant la période de juillet à septembre où ils soufflent de manière continue d’ouest en est depuis la chaîne de montagnes volcaniques du Sajama. Ces vents appelés « jeke wayras » ont pour caractéristique d’être de couleur sombre parce qu’ils véhiculent des particules de matières organiques. Celles-ci sont piégées dans les damiers formés par les uyus ce qui permet l’ajout de matière fine provenant de sols extérieurs et la protection des sols fertiles accumulés. Comme les vents transportent aussi des graines de plantes locales, les uyus sont égalment des dispositifs de capture et de protection de la biodiversité locale.

 Au début de la saison des pluies, les uyus protège les sols du potentiel ravageur des orages de grêle intempestifs ; les grêlons qui tombent sur les murets sont pulvérisées par la pierre et se transforment en eau qui s’écoule ensuite dans la partie inférieure du sol de manière douce et continue. À une altitude où la végétation est rare, les uyus empêchent les précipitations torrentielles de provoquer une érosion accélérée des sols. La capture de grands volumes de grêlons,par les casiers cernés de murets réduit non seulement le ruissellement des eaux de grêle en aval, mais permet la recharge des nappes phréatiques.

 si les épisodes de grêle endommagent la végétation, en déchiquetant les feuilles des espèces présentes qui sont éparpillées sur le sol, les murets capturent toute cette matière organique qui fertilisera les sols et améliorera leur structure.

 Là où ils ont été restaurés, les uyus ancestraux agissent de nouveau comme des dispositifs protecteurs des sols et de la biodiversité. Lorsque ces infrastructures ne sont pas présentes, les sols sont fortement érodés et la végétation est dégradée et pauvre en biodiversité. Les uyus constituent des refuges pour les espèces végétales des prairies des hautes terres parce que les murs en pierre captent le rayonnement solaire pendant la journée et le restitue pendant la nuit, tempérant l’environnement et créant un micro climat qui permet aux plantes de mieux se développer, d’avoir un tallage plus important, une meilleure production de graines.

Dans le contexte climatique très différent de la vallée de Baliem en Papouasie-Occidentale, on retrouve un système similaire.

Digues filtrantes en travers de voies de ruissellement périodiques

Dans le sud-ouest aride des États-Unis, les descendant des premiers habitants de la région, continuent parfois d’édifier des barrages de pierres (Check dams) en travers de voies de ruissellement qui ne s’écoulent que périodiquement. Ces barrages de taille variables et surélevés au fur et à mesure que la terre s’accumulent derrière eux constituent un excellent moyen de fertiliser le sol et de stabiliser les ruissellements ; ils sont utilisés pour toutes sortes de cultures.

Dans les hautes-terres du nord de l’Éthiopie, la construction de tels barrages est également commune dans les ravines. Combinée à de la végétation, la mise en place de barrages de retenue réduit le débit de pointe et le volume de ruissellement, car de grandes sections du ruissellement se sont infiltrées dans les sédiments déposés derrière les barrages.

La mis en œuvre de nombreux barrage de ce type dans de vastes zones des hautes terres contribue à la recharge des eaux souterraines et à l’augmentation du débit de base des rivières.

L’objectif premier de ce type d’ouvrage est de ralentir les crues dans les exutoires, tout en piégeant les sédiments enrichissant une petite surface qu’il sera ensuite possible de valoriser avec une culture hautement productive (riz, maïs, sorgho) même en année déficitaire.

Dans l’ouvrage Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens Éric Roose et ses collaborateurs rapportent que le rendement en sorgho est passé en moyenne de 0,6 t/ha en sec sur les versants non aménagés, à 1 t/ha sur les bas-fonds non aménagés et 1,9 t/ha sur parcelles aménagées avec digue filtrante.

Dans certaines situations, ces barrages permettent le stockage de quelques centaines de mètres cubes d’eau de ruissellement tant que les sédiments ne sont pas arrivés en haut de l’ouvrage, ce qui permet l’abreuvement du bétail ou l’irrigation d’un petit jardin. Dans tous les cas, ces ouvrages ont un effet remarquable sur l’érosion ravinante et l’alimentation de la nappe.

Dimensions d’une et schéma global d’un’ digue filtrante en pierre

L’édification de digues exige une certaine technicité : si la crête de la digue n’est pas parfaitement horizontale ou si la filtration est trop rapide au travers de la digue de grosses pierres, le ruissellement peut emporter les pierres de crête ou creuser un renard sous la digue qui finira par former une brèche et une ravine. Pour l’éviter, il faut construire un filtre de gravier dans la cuvette de fondation et entre les grosses pierres du cœur de la digue. Normalement, les eaux retenues s’écoulent en 2-3 jours laissant un terrain détrempé en amont de la digue. Il arrive que le sorgho qui profite traditionnellement des fonds de vallée souffre d’engorgement du sol, alors qu’il n’y a pas assez d’eau pour assurer le cycle complet du riz.

Obstacles rétenteurs

Certains aménagements ne se contentent pas de freiner le ruissellement mais le concentrent et le contraignent à s’infiltrer. Pour cela, le profil de la pente est modifié en élevant des banquettes de terre permanentes en courbes de niveau ou en creusant des fossés.

Les aménagements des pentes sont très fréquents dans tout le nord de l’Afrique et autour du bassin méditerranéen. Leurs configurations varient selon l’inclinaison des pentes, les types de sol, les espèces cultivées et les habitudes locales.

Exemples de fossés et gradins aménagés sur pente

L’édification de digues de contour en courbe de niveau est assez fréquente. Selon les conditions environnementales des zones où elles sont utilisées, l’objectif de ces digues est différent :

 dans les zones semi-arides, leur but est de récolter et de conserver les précipitations.

 dans les zones humides, leur fonction est au contraire d’évacuer l’excès de ruissellement.

Dans tous les cas leur objectif commun est de rendre les conditions plus propices à la croissance des plantes et pour cela d’empêcher la perte d’eau et de sols.

Leur mise en œuvre permet de réduire l’érosion des sols en décomposant les longues pentes en sections plus petites. La vitesse de ruissellement diminuant, l’eau peut s’infiltrer plus facilement dans le sol entre les digues. Le lessivage des nutriments est réduit et une plus grande quantité d’eau est disponible pour les cultures.

Les digues de terre et les billons en Afrique Australe sont des structures de conservation des sols qui impliquent la construction d’une digue en terre battue le long de courbes de niveaux par le creusement d’un canal et la création d’une petite crête en contrebas. Habituellement, la terre utilisée pour construire la digue est prise au-dessus et en dessous de la structure. Celles-ci sont souvent renforcées par une couverture végétale afin de stabiliser la construction. Ces dispositifs sont consolidées chaque année en rajoutant de la terre sur la digue.

Ces obstacles linéaires peuvent aussi être des bandes végétales qui ont l’avantage là où elles peuvent être installées, d’être moins coûteuses et moins exigeantes en main-d’œuvre. Ces bandes sont un moyen facile de faire des terrasses, en particulier dans les zones où les précipitations sont relativement bonnes. L’espacement de 10 à 30 m entre les bandes dépend de la pente du terrain. Les bandes végétales peuvent aussi fournir du fourrage pour le bétail si des variétés de graminées appétantes sont utilisées.

Au Cap-Vert, l’Aloe vera, plante charnue et résistante à la sécheresse est fréquemment choisi pour établir de telles barrières afin de régénérer les pentes dégradées des Îles de l’archipel. Les plantes sont plantées de façon serrée le long des courbes de niveau pour former des barrières efficaces, qui retiennent les sédiments érodés et le ruissellement. Ces haies vives stabilisent le sol et augmentent le taux d’humidité du sol en améliorant l’infiltration et la structure du sol. La terre s’accumule derrière les bandes d’Aloe et la pente s’atténue considérablement au fil du temps. La nappe phréatique est indirectement rechargée. La couverture du sol augmente et l’évaporation diminue.

Barrières végétales d’Aloe vera

La mise en œuvre de ces barrières végétales est relativement simple. Les courbes de niveau sont tracées grâce à un niveau à corde ou à eau, puis des plants sont plantés tous les 30-50 cm, en espaçant les lignes de 6-10 m, en fonction de la pente. La technologie est utilisée dans les zones subhumides et semi-arides, sur des pentes raides à sols peu profonds, à végétation éparse et à forte érosion. Ces zones sont généralement exploitées par des paysans pratiquant une agriculture pluviale de subsistance avec du maïs et des haricots, qui ne sont pas habituellement plantés sur de telles pentes.

L’image ci-dessus montre bien que l’installation de barrières végétales facilite la revégétalisation et accroît la fertilité entre deux barrières

Sur les pentes supérieures à 30%, les cultivateurs cap-verdiens associent les barrières végétales à des murs en pierres larges de 40-50 cm, et hauts de 80-90 cm. Comme les plantes stabilisent les murs, cette mesure combinée est l’une des plus efficaces pour contrôler l’érosion sur le Cap. L’Aloe vera est bien adapté aux conditions biophysiques locales et au mode d’exploitation habituel des terres : elle peut être associée à toutes les cultures et elle est facilement accessible. La plantation et le transport sont faciles, les feuilles ne sont pas consommées par le bétail, elle est extrêmement résistante au stress hydrique et pousse dans toutes les zones bioclimatiques de l’île. De plus, l’Aloe vera est récolté pour ses nombreux usages médicaux traditionnels.

Fanya Juu et Fanya chini du Kenya

L’un des modèles d’aménagement de digue de contour le plus abouti a été élaboré par les communautés Kambas de l’Est du Kenya. Selon son principe de construction cet aménagement est l’appelle Fanya juu, expression swahili qui signifie « jeter vers le haut » ou Fanya chini « jeter vers le bas ».

Dans le système fanya juu, une banquette de pierre est longée à l’aval par un fossé qui retient les eaux, la banquette retenant elle-même les écoulements et le sol. Les cultures, généralement des céréales, sont semées entre les banquettes qui sont protégées de l’érosion par des arbres fruitiers plantés juste avant le fossé. Un avantage supplémentaire de cet aménagement est qu’en général, le bétail hésite à franchir ces levées de terre suivies d’un fossé .

Construction d’un Fanya juu

Le système fanya juu permet de stocker les ruissellements et les sédiments ; il recharge aussi la nappe phréatique. Il est toutefois nécessaire de bien entretenir les fossés afin d’éviter leur engorgement, qui mènerait à la création ultérieure de ravines, et de réparer régulièrement les banquettes endommagées.

Paysage de Fanya juu stabilisés par des graminées

Dans système fanya chini, le sol excavé, obtenu en creusant des tranchées de 50-60 cm de profondeur et 60 cm de largeur, est placé sur le côté inférieur des tranchées de contour, orienté vers le bas de la pente.

Fanya chini

Fanya juu et fanya chini sont courants dans les zones où les précipitations annuelles sont de 300 à 600 mm sur des pentes de 5 à 25 %. Ils conviennent à tous les types de sols relativement perméables (par exemple, les alluvions, les sols rouges, les latérites, les sols bruns, les sols noirs peu profonds et moyens), mais ne fonctionnent pas très bien avec les sols argileux ou les vertisols qui ne sont pas perméables.

Dans les fanya juu et fanya chini, la présence des digues assure la formation de micro-bassins qui concentrent les eaux de ruissellement provenant des terres situées en amont des digues. Les digues de contour fonctionnent très bien de concert avec la plantation d’arbres, car elles constituent une technologie de collecte de l’eau. En effet, ce système est non seulement souvent utilisé pour la culture de plantes annuelles telles que Zea mays (maïs), Eragrostis tef (teff) et Vicia faba L. (fèves), mais il peut également être utilisé pour des cultures exigeantes en eau telles que les bananes, les fruits et les légumes, qui sont généralement plantés là où le ruissellement s’accumule (par exemple, immédiatement au-dessus ou au-dessous des diguettes).

Évaluation de l’impact des cordons en murettes de pierres de type fanya juu

Saiz, Gustavo et al. (2016) ont évalué l’impact à long terme (30 ans) des Fanya-juu sur les propriétés de la matière organique du sol dans le sud-est du Kenya. Par rapport aux sites où sont mises en œuvre des pratiques agricoles conventionnelles, la mise en place de structures de conservation du sol et de l’eau de type fanya juu dans des paysages sujet à l’érosion a permis de rétablir des niveaux de matière organique du sol comparables à ceux observés dans les écosystèmes semi-naturels voisins.

Les sites fanya juu stockent plus d’un tiers de plus de matière organique que les sites soumis à des pratiques agricoles conventionnelles. L’étude a mis en outre en évidence une amélioration du pH, des différences significatives dans les rapports C/N du sol entre les pratiques de culture de conservation du sol et de l’eau classées selon la présence ou l’absence d’arbres. La présence d’arbre ou d’arbustes dans les sites fanya juu a eu un fort impact sur la variabilité spatiale des propriétés liées à la matière organique du sol.

Les aménagements de fanya juu et plus généralement les aménagements de pente favorisent la formation progressive de terrasses nivelées.

Le nivellement des pentes et l’aménagement de terrasses, peuvent aussi être intentionnels, mais je n’en parlerai pas ici. L’utilité des terrasse et l’art de les confectionner des terrasses sera l’objet d’un article à part entière.