DS0101 - Comprendre et prévoir les évolutions de notre environnement

Erosion éolienne en présence de végétation éparse – WIND-O-V

Résumé de soumission

L’érosion éolienne des sols, incluant saltation et suspension, a de nombreuses implications environnementales et climatiques. A l’échelle globale, les poussières minérales représentent 32% des apports atmosphériques annuels en aérosols naturels, impactant le budget radiatif de la Terre et les cycles biogéochimiques. Localement, la saltation endommage les cultures par abrasion, ensevelissement/déracinement, et les pertes en poussières appauvrissent les sols en matières organiques et nutriments. En régions semi-arides, la perte de fertilité des sols liée à l'érosion éolienne devrait changer sous l'effet du changement climatique et de l’augmentation des activités humaines.
Les schémas d’émission de poussières présents dans les modèles climatiques pour prédire les cycles de poussières et leurs impacts locaux et globaux, donnent des prédictions différentes d’un modèle à l’autre à cause de la mauvaise résolution du vent de surface et de la végétation, et aucun d’entre eux ne considère le fractionnement chimique/minéralogique des flux d’érosion. Pour surmonter ces limitations, WIND-O-V propose de développer une nouvelle génération de modèles d’érosion prédisant la quantité et la composition des poussières émises des surfaces nues et végétalisées éparses, typiques des régions semi-arides. Pour cela, WIND-O-V s’appuie sur une modélisation originale de l’érosion éolienne des surfaces végétalisées, du local à la région, en utilisant les modèles de vent les plus en pointe. Ceci permettra (1) de quantifier l'érosion et la perte en fertilité des sols en fonction de la végétation et du vent, (2) de déduire une organisation optimale des cultures pour une gestion durable des sols, et (3) d’améliorer les schémas d'émission des modèles régionaux de dispersion de poussières. WIND-O-V vise 4 objectifs.
Le 1er objectif est de développer le premier modèle d'érosion éolienne à l'échelle du paysage. Les processus de saltation-suspension seront simulés à fine résolution à partir d'une approche Lagrangienne-Eulerienne, considérant la présence de végétation naturelle ou cultivée, et couplés à un modèle d’écoulement LES (Large-Eddy Simulation), simulant les rafales de vent. Ce modèle sera testé par rapport à des expériences dédiées, réalisées en Tunisie, avec et sans végétation, où la dynamique du vent, les flux de saltation et de poussières et leurs compositions chimiques/minéralogiques, seront mesurés simultanément.
Le 2ème objectif est d'améliorer la modélisation de l'écoulement dans la couche de saltation sur sol nu en réalisant des DNS (Direct Numerical Simulation) et des mesures en soufflerie afin de caractériser l'interaction entre le vent et la saltation, et d'améliorer la résolution du modèle LES près de la surface.
Le 3ème objectif est de quantifier le fractionnement chimique des particules le long du continuum sol-saltation-suspension à partir de mesures in situ pour en déduire une paramétrisation simple. Cette connaissance de la composition des flux d'érosion est nécessaire à l’évaluation précise des pertes en nutriments des sols et de l'impact des poussières sur le bilan radiatif.
Le 4ème objectif est de développer un schéma d'émission de poussières pour les modèles régionaux, incluant la végétation, en utilisant le modèle d'érosion développé à l'échelle du paysage sur différents arrangements de végétation. Ce schéma sera mis en œuvre dans le modèle régional Chimere et validé sur le sud de la Tunisie.
WIND-O-V est un projet novateur et interdisciplinaire qui (1) tire parti des progrès récents en modélisation d’écoulement avec particules, en présence de végétation, afin de surmonter les difficultés liées à la prévision des flux d'érosion des surfaces végétalisées, et qui (2) rassemble des partenaires reconnus, avec un savoir-faire unique en géophysique, sédimentologie, et mécanique des fluides théorique et environnementale, et couvrant les échelles locales à régionales.
WIND-O-V est labellisé par le pôle de compétitivité AGRI SUD-OUEST.

Coordinateur du projet

Monsieur Sylvain Dupont (Interactions Sol Plante Atmosphère)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRA Institut des Régions Arides de Médenine
LMFA Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
iEES Paris Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris
LISA Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques
ISPA Interactions Sol Plante Atmosphère

Aide de l'ANR 489 800 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 48 Mois

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