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Pourquoi les fortes pluies ne pénètrent-elles pas les sols ?

Les fortes pluies en Europe et en France et les moussons exceptionnelles dans des pays d'Afrique subsaharienne ne permettent pas de contrebalancer les sécheresses et la désertification. Au contraire, l'eau rebondit sur les sols. <br />
AP Photo/Tsvangirayi Mukwazhi
Les fortes pluies en Europe et en France et les moussons exceptionnelles dans des pays d'Afrique subsaharienne ne permettent pas de contrebalancer les sécheresses et la désertification. Au contraire, l'eau rebondit sur les sols. 
AP Photo/Tsvangirayi Mukwazhi

Après des semaines de canicules et de sécheresse, les météorologistes prédisent des orages accompagnés de fortes pluies pour certains départements du sud de la France. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, ces pluies ne pénètreront pas les sols désséchés et n’alimenteront pas la végétation ni les nappes phréatiques, en tout cas pas dans un premier temps.

Après trois semaines d’une canicule ayant touché une bonne partie de l’Europe, des fortes pluies, des crues et de la grèle sont annoncées par les météorologistes. Elles ont déjà touché le sud-ouest de la France. Ces pluies de forte intensité sont-elles une bonne nouvelle pour les sols et les rivières asséchés, les nappes phréatiques en dessous de leur niveau habituel ? La réponse est non, selon Fabienne Trolard, géochimiste et minéralogiste, directrice de recherche à l’INRAE, l'Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement. 


Un effet de sécheresse prolongé sur le sol a pour conséquence de le rendre hydrophobe, c’est-à-dire qu’il aura tendance à rejeter l’eau. Alors qu’un sol, lorsqu’il est humide, est hydrophile, c’est-à-dire qu’il capte facilement l’eau.

Fabienne Trolard, géochimiste et minéralogiste, directrice de recherche à l’INRA

Des sols hydrophobes 

L’eau peut bien tomber, encore faut-il qu’elle puisse être absorbée. Seulement voilà, plus les gouttes de pluies sont grosses, plus le sol est sec, moins il est perméable à l’eau. C’est le phénomène physique du « splash », une expression illustrant le rebond d’un liquide, ici les gouttes, sur une surface solide, dans ce cas présent, le sol.

« Cette eau va finir par pénétrer dans les sols, mais dans un premier temps, elle va surtout  glisser à sa surface, parce qu’un effet de sécheresse prolongé sur le sol a pour conséquence de le rendre hydrophobe, c’est-à-dire qu’il aura tendance à rejeter l’eau, explique Fabienne Trolard, minéralogiste.  Alors qu’un sol, lorsqu’il est humide, est hydrophile, c’est-à-dire qu’il capte facilement l’eau. »

Le phénomène est un peu plus complexe qu’il n’y paraît. Nos sols argileux, communs à l’Europe, lorsqu’ils sont asséchés, se mettent à l’horizontal lorsque l’eau manque, par un phénomène de gravité. Ils sont disposés en feuillets, comme les tuiles d’un toit. L’eau a alors plus de difficulté à passer.

 « Il s’agit d’une croute de battance », continue Fabienne Trolard. Cette croute empêche la bonne circulation de l’eau, mais également de l’air dans les sols. Elle participe aussi à leur érosion, puisqu’elle favorise le ruissellement de l’eau, tombée en quantité sans avoir pu s’infiltrer. « Il faut un certain temps de réhumidification avant que l’eau ne puisse être absorbée à nouveau », détaille Fabienne Trolard. 

 Exemple d’argile à l’état saturé, vue au microscope électronique à balayage (photo INRA-Versailles)
 Exemple d’argile à l’état saturé, vue au microscope électronique à balayage (photo INRA-Versailles)

En cas de très fortes pluies et après une période de sécheresse, les dégâts peuvent donc être colossaux. Comme en Belgique, en juillet 2021, où des villes de Wallonie, dont Liège, furent en certains endroits submergées par les eaux. 

(Re)voir : Inondations : le cauchemar en Belgique et en Allemagne, des gros dégâts dans des pays voisins​
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En Afrique subsaharienne, un phénomène similaire

Des pays de la zone subsaharienne font eux aussi face à un phénomène similaire. En général marqués par des périodes de sécheresses longues, voir très longues, le Soudan et le Nigeria connaissent cette année des inondations meurtrières. Depuis le début de la saison des pluies, en mai, on dénombre au Soudan 75 morts ainsi que 136 000 personnes affectées (ONU), en raison des pluies torrentielles.

Dans le nord du Nigeria, dans l'Etat de Jigawa, les autorités locales imputent au changement climatique des inondations exceptionnelles pendant la saison des pluies. Depuis juin, 50 personnes ont trouvé la mort. Si ces événements meurtriers s’expliquent en partie par une gestion de l’urbanisation qui ne tient pas compte « des contraintes géographiques et physiques des territoires », selon Fabienne Trolard, les sols trop secs et les précipitations trop fortes sont aussi en cause. 

« Les sols sont très secs et comme en Europe, très pauvres en matière organique. Ils sont aussi en situation d’hydrophobicité (une substance est dite hydrophobe quand elle repousse l'eau ou est repoussée par l'eau), il faut donc un certain temps pour que l’eau puisse pénétrer à l’intérieur des sols », explique la géologiste. 

Une croûte de battance en Afrique du Sud. Le sol tend à se désagréger et voit la formation d'une croûte superficielle imperméable sur laquelle l’eau ruisselle et ne pénètre pas ou peu. <br />
AP Photo/Denis Farrell
Une croûte de battance en Afrique du Sud. Le sol tend à se désagréger et voit la formation d'une croûte superficielle imperméable sur laquelle l’eau ruisselle et ne pénètre pas ou peu. 
AP Photo/Denis Farrell

« En règle générale, les sols africains sont plus vieux que les sols européens, parce que les constituants minéraux n’ont pas été renouvelés comme ils l’ont été en Europe par les apports des loess, suite à la dernière glaciation (les apports de loess sont un dépôt sédimentaire d'origine éolienne, déposé lors de phases climatiques froides. Il recouvre de vastes surfaces en Europe, en Chine, aux États-Unis, et donne des terres très fertiles)», continue la spécialiste.

Des phénomènes d’altération de la roche-mère - une roche sédimentaire riche en matière organique - y sont observables. La terre perd son calcium, son magnésium, son potassium : des minéraux qui permettent la structuration du sol et qui sont facilement solubles. Ne restent que des éléments comme le fer, ou l’aluminium, qui bien qu’indispensables, s’agglomèrent en grains et rendent les sols encore moins perméables. « Lorsqu’il y en a trop, cela conduit à la désertification et à des sols très pauvres », ajoute Fabienne Trolard. 

(Re)voir : Côte d'Ivoire : l'agroforesterie contre la désertification

L’eau, quand elle pénètre dans ces milieux, passe surtout par des fractures, des fissures. Elle emprunte une circulation préférentielle et on peut alors observer des masses de sol importantes où l’eau ne peut pas pénétrer.

Fabienne Trolard, géochimiste et minéralogiste, directrice de recherche à l’INRA

(Re)voir : Afrique du Sud : des inondations font plus de 300 morts
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Le haut des arbres réceptionne et absorbe l’eau, qui est dirigée par les branches et les troncs vers le sol. L’eau rentre donc dans le sol de manière contrôlée et atténuée. Les arbres ont aussi un système racinaire profond, qui aide à l’infiltration de l’eau.

Fabienne Trolard, géochimiste et minéralogiste, directrice de recherche à l’INRA

La monoculture et la déforestation pointées du doigt

L’imperméabilité des sols ne s’explique pas que par le phénomène du « splash ». La déforestation est aussi responsable de la mauvaise infiltration de l’eau dans la terre. Dans les forêts équatoriales et tropicales, la végétation dense est un atout majeur pour la perméabilité des sols. Le premier effet de cette végétation est de protéger, avec sa canopée, le sol et le sous-sol des amplitudes thermiques et de la puissance de la pluie. « Le haut des arbres réceptionne et absorbe l’eau, qui est dirigée par les branches et les troncs vers le sol. L’eau rentre donc dans le sol de manière contrôlée et atténuée. Les arbres ont aussi un système racinaire profond, qui aide à l’infiltration de l’eau », expose Fabienne Trolard. 

(Re)voir : Nigeria : le fléau de la déforestation

Les zones cultivées en monoculture, comme le maïs, une plante très gourmande en eau, déclenchent également des phénomènes d’hydrophobicité. Selon la chercheuse, les sols cultivant une seule plante restent nus une bonne partie de l’année et sinon disposent d’un système racinaire très superficiel. « Dans ces sols chauds, les argiles vont créer des croûtes de battance qui vont empêcher l’eau de rentrer dans le sol. Le phénomène essentiel dans ce cas-là est le ruissellement. La pénétration de l’eau est extrêmement faible. »

En Italie, un champ de maïs, le 15 juillet 2022. Sa culture est particulièrement gourmande en eau et n'aide pas à l'infiltration de l'eau de pluie dans le sol et le sous-sol.<br />
AP Photo/Luca Bruno
En Italie, un champ de maïs, le 15 juillet 2022. Sa culture est particulièrement gourmande en eau et n'aide pas à l'infiltration de l'eau de pluie dans le sol et le sous-sol.
AP Photo/Luca Bruno

Le sol intermédiaire, celui de la steppe, à l’image de la savane avec de l’herbe et quelques arbres, dispose quant à lui d’une implantation racinaire faible mais tout de même un peu plus profonde que celle des cultures de maïs. « L’infiltration est un peu supérieure mais il y a également du ruissellement », conclut Fabienne Trolard. 

Schéma de la pénétration de l'eau de pluie en fonction du couvert végétal :

 Schéma détaillant la pénétration de l’eau de pluie en fonction du couvert végétal en zone intertropicale (F. Trolard)
 Schéma détaillant la pénétration de l’eau de pluie en fonction du couvert végétal en zone intertropicale (F. Trolard)


 La Terre est un réacteur géant. Son système est globalement neutre. Nous y introduisons actuellement trop d’énergie, avec l’augmentation des températures. Cette énergie doit être dépensée ailleurs.

Fabienne Trolard, géochimiste et minéralogiste, directrice de recherche à l’INRA

La Terre, un réacteur géant 

« La Terre est un réacteur géant. Son système est globalement neutre. Nous y introduisons actuellement trop d’énergie, avec l’augmentation des températures, explique la minéralogiste. Cette énergie doit être dépensée ailleurs ». C’est cette énergie qui se retrouve dans les pluies diluviennes ou dans les grêlons gros comme des balles de ping-pong, voir de tennis. 

« Quand le sol est réchauffé par le soleil, il peut atteindre des températures allant jusqu’à 50 ou 60 degrés. Au-dessus de ces sols chauds, un courant thermique ascendant se met en place parce que la chaleur monte. En même temps, l’évaporation est très forte, car elle augmente avec la température. Vous avez donc des masses d’air chargées d’humidité, qui montent en altitude voir en très haute altitude. Une fois qu’elles arrivent dans les couches froides de l’atmosphère, l’eau se condense et forme des nuages importants. » Plutôt que de monter jusqu’à des altitudes de 7000 ou 8000 mètres, ces nuages se forment désormais jusqu’à 12000 ou 13000 mètres d’altitude.