Quel est l'impact de la reforestation sur l'équilibre des ressources en eau du sol ? : un cas d'étude dans la Forêt Atlantique Brésilienne, à São Francisco Xavier, État de São Paulo

Details

Supervisors

Javaux, Mathieu ; Borma, Laura

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en sciences et technologies de l'environnement, à finalité spécialisée

Abstract

La Forêt Atlantique Brésilienne a été fortement déforestée dans les dernières décennies. Sa reforestation permet une restauration de sa biodiversité et du stock de carbone en atténuant ainsi les changements climatiques. La présence de forêt influence cependant le cycle de l’eau à plusieurs niveaux. Elle augmente la conductivité hydraulique du sol, sa rétention et l’utilisation de l’eau. Si la balance entre ces trois effets et leur dynamique de restauration n’est pas gérée correctement, la reforestation pourrait mener à un appauvrissement des ressources en eau. L’impact à long terme de la reforestation sur la dynamique des flux d’eau dans le sol est encore peu connu à l’échelle de la parcelle. Ce mémoire s’inscrit donc dans ce manque de connaissance. La collaboration avec l’équipe de recherche de Laura Borma à l’INPE (Brésil) a permis l’utilisation d’un grand nombre de données récoltées de 2019 à 2021 sur deux parcelles d’étude : une forêt régénérée de 5 ans et une de 40 ans. Ces données comprenaient notamment des données météorologiques, comme les précipitations et l’évapotranspiration de référence ; des données de végétation, comme la distribution racinaire ; et des données sur les propriétés du sol, comme sa texture, sa masse volumique apparente, ses courbes de rétention et de conductivité, ainsi que les teneurs en eau et potentiels matriciels mesurés directement sur le terrain à différentes profondeurs à l’aide de capteurs TEROS. Le logiciel Hydrus-1D a ensuite été utilisé premièrement en modélisation inverse pour optimiser les propriétés hydrauliques du sol (en particulier sa conductivité) sur base de l’ensemble des données récoltées, et secondement en modélisation directe pour quantifier les différents flux recherchés, à savoir l’évapotranspiration, la prise d’eau racinaire et le drainage. Les modèles optimisés permettent de capturer la dynamique de l’eau du sol avec un RMSE inférieur à 0,008 et un R2 supérieur à 70%. Une analyse de sensibilité du coefficient cultural Kc a montré sa forte influence sur les résultats du modèle et l’impossibilité de le déterminer avec précision sur base de la dynamique de l’état hydrique du sol. Par ailleurs, le sol des deux parcelles d’étude s’est avéré fort différent. Le sol limoneux de la jeune forêt était caractérisé par une réserve en eau plus faible que le sol argileux à double porosité de la forêt âgée. Leurs conductivités étaient semblables, sauf dans des conditions sèches où la forêt âgée était légèrement meilleure, probablement grâce à sa texture et sa structure. Le modèle a mis en évidence une dynamique saisonnière. La saison humide est marquée par des précipitations, un drainage et une évapotranspiration bien plus importants qu’en saison sèche. Le modèle a également montré que l’incertitude associée au choix du Kc rend la comparaison entre les deux parcelles très incertaine. Le Kc n’influence les résultats qu’en saison humide. En saison sèche, son effet est caché par le stress hydrique. Ce dernier s’est montré plus intense pour la jeune forêt. Lors d’un épisode de sécheresse, il a été montré que la prise d’eau était considérablement réduite dans les 20cm de surface de la jeune forêt, alors que la forêt âgée, qui possède un plus grand stock d’eau, était capable de mieux résister au stress. La modélisation avec Hydrus-1D s’est montrée prometteuse pour évaluer l’impact de la reforestation sur la dynamique des flux d’eau dans le sol, avec toutefois certaines limites. Plusieurs pistes d’amélioration pour les recherches futures ont été proposées dans le but de continuer la progression dans la compréhension de la dynamique du fonctionnement écohydrologique de la reforestation.