Fig. 1 - Excepté en présence de pentes particulièrement fortes, la forêt assure presque en tous lieux une certaine stabilisation contre l’érosion et les glissements superficiels de terrain. En outre, les sols forestiers absorbent en principe bien davantage d’eau que des sols non boisés. Leur capacité d’infiltration et d’absorption est généralement plus élevée, et l’évapotranspiration est plus marquée en forêt. Photo: Walter Schönenberger (WSL)
Au même titre que toute autre mesure de protection contre les dangers naturels, la forêt assure une fonction de protection. Ses prestations ont cependant leurs limites, dont il faut tenir compte en cas de surcharge. L’objectif de l’étude présentée ici est de définir un profil de ces prestations et de décrire le comportement de la forêt en cas de surcharge et son impact sur la formation de l’écoulement et sur la stabilité du sol.
La forêt affaiblit les débits de pointe en cas de crue
Depuis plus de 110 ans, l’impact de la forêt sur les crues est étudié à la fois en hydrologie et en sciences forestières. Le 8 avril 1903, l’Institut fédéral de recherches WSL – alors "Centralanstalt für das forstliche Versuchswesen" – a lancé un programme de mesures en continu dans deux bassins versants de l’Emmental, en Suisse: le Sperbelgraben, presque entièrement boisé, et le Rappengraben, qui n’était alors boisé que sur environ un tiers de sa surface.
Ces mesures ont permis à Engler de démontrer en 1919 que lors de pluies d’orage les débits de pointe dans le bassin versant forestier étaient inférieurs de 30, voire de 50% à ceux du bassin moins boisé. Le même auteur a également montré que la différence entre les réactions hydrologiques de ces deux bassins versants diminuait lorsque les précipitations augmentaient, jusqu’à être réduite à zéro.
D’autres travaux, publiés en 1996 par Burch et al., n’ont cependant pas confirmé les observations d’Engler. Ces auteurs ont étudié trois bassins versants plus ou moins boisés dans l’Alptal (SZ), une région de flysch, et n’ont pu mettre en évidence aucun effet de la forêt sur les débits de pointe, quelles que soient les durées des précipitations. Ces résultats et ceux d’autres études plus récentes nous ont permis de présenter ici schématiquement l’effet de la forêt sur les crues.
L’impact d’une forêt dépend du type de sol
L’impact d’une forêt sur la formation de l’écoulement en cas de précipitations dépend avant tout de sa capacité à absorber plus ou moins d’eau dans le sol. A cela s’ajoute, mais dans une bien plus faible mesure, sa capacité d’interception. Plus la forêt retient d’eau, plus l’écoulement sera faible.
Lors d’un épisode pluvieux, les sols forestiers absorbent en principe bien davantage d’eau que les sols non forestiers. Ceci s’explique d’une part par leur capacité d’infiltration et d’absorption généralement plus élevée grâce aux horizons organiques, et par le fait qu’ils soient généralement plus meubles et aérés. D’autre part, l’évapotranspiration est plus marquée en forêt. Par ailleurs, les racines des arbres absorbent en profondeur de grandes quantités d’eau. Enfin, selon la roche-mère sur laquelle le sol se développe, la capacité d’absorption de la forêt sera plus ou moins marquée (Fig. 1).
Les sols superficiels sur roche-mère imperméable, comme par exemple les gleys sur flysch dans l’Alptal, ont une capacité d’absorption généralement réduite. Celle-ci peut être plus élevée en forêt mais reste faible, même sous un peuplement optimal. Lors d’un épisode pluvieux suffisamment fort pour entraîner une crue préjudiciable, la capacité de rétention d’un tel sol ne suffit pas à réduire sensiblement le débit (Fig. 2).
La situation est tout autre en présence de sols associant une capacité de rétention élevée et une roche-mère perméable, par exemple les sols bruns sur grès molassiques ou sur conglomérats dans l’Emmental. Comme le montre la figure 3, de tels sols, même hors couvert forestier, ont une capacité de rétention très élevée. En outre, leur roche-mère est souvent si perméable qu’une grande partie de l’eau s’écoule rapidement en profondeur, avant que le sol ne soit saturé. Dans ces conditions, ce sont les paramètres géologiques qui déterminent quelles quantités d’eau s’écoulent et à quelle vitesse, dans la mesure toutefois où la capacité d’infiltration du sol est suffisante.
Fig. 2 - Représentation schématique de l’effet de la forêt sur la formation du débit de crue lorsque la capacité de rétention et la perméabilité du sol sont faibles. La capacité de rétention, symbolisée par une cuvette plate, est proportionnellement plus importante dans la figure de droite, en présence d’arbres forestiers. Une grande partie des précipitations s’écoule cependant en surface, parce que la capacité de rétention du sol rste très faible par rapport aux quantités de précipitations.
Fig. 3 - Représentation schématique de l’effet de la forêt lorsque la capacité de rétention du sol est élevée et qu’il est bien perméable. Les trous au fond de la cuvette symbolisent la perméabilité de la roche-mère. La capacité de rétention, plus élevée grâce à la présence de la forêt, ne produit aucun effet car l’eau s’écoule en profondeur avant que le sol ne soit saturé.
Impact positif de la forêt: surtout en présence d’une capacité de rétention moyenne et d’une perméabilité faible
Que la perméabilité du sol soit favorable ou presque nulle, l’impact de la forêt sur la formation de l’écoulement en cas de crue est donc faible. En revanche, lorsqu’une perméabilité faible est associée à une capacité de rétention moyenne, la forêt joue un rôle non négligeable sur les crues (Fig. 4).
Ceci est le cas par exemple des sols hydromorphes (pseudogleys), chez lesquels l’augmentation de la capacité de rétention peut contribuer à retarder et à réduire l’écoulement dans des proportions importantes. En outre, en traversant des horizons faiblement perméables, les racines des arbres permettent à des quantités non négligeables d’eau de s’écouler en profondeur. Dans l’état actuel des connaissances, on estime que c’est surtout en présence d’horizons faiblement perméables entre 30 et 50 cm de profondeur que la forêt peut jouer un rôle significatif sur la formation de crues.
Dans certaines circonstances, la forêt est donc capable d’assurer une fonction de protection contre les crues en agissant sur la formation de l’écoulement. La capacité d’une forêt donnée à assurer cette fonction peut être évaluée si l’on connaît les caractéristiques pédologiques de cette forêt.
Fig. 4 - Représentation schématique de l’effet de la forêt lorsque la capacité de rétention des sols est moyenne et leur perméabilité faible. En présence de quantités de précipitations comparables à celles prises en compte dans les figures 2 et 3, la capacité de rétention des sols forestiers (à droite) peut éviter les écoulements superficiels. Si l’événement pluvieux se prolonge et les quantités sont plus sensiblement plus importantes, même un sol de ce type contribue à l’écoulement, et la différence entre sites forestiers ou non disparaît progressivement.
Formation d’un débit de crue: profil de prestations de la forêt
Fig. 5 - Profil de prestations: effet de la forêt sur le débit de crue en présence d’un sol avec une capacité de rétention moyenne et une perméabilité faible. L’axe horizontal représente l’ampleur de la contrainte (ici des précipitations), l’axe vertical celle de l’événement qui en résulte (ici le débit de crue). La ligne tiretée représente la réaction type en l’absence de forêt, la ligne continue celle sous forêt.
L’effet d’une mesure de protection contre une contrainte donnée (par exemple une forte pluie) peut être déterminé en comparant la réaction à cette contrainte (ici le débit de crue) avec ou sans cette mesure. En analysant l’effet de mesures contre différentes contraintes, on peut alors établir un profil de prestations. Pour être complet, celui-ci prend également en compte le cas d’une surcharge. Dans le cas de mesures de protection techniques, une surcharge est définie comme un scénario qui dépasse de loin le scénario de dimensionnement. Dans le cas de mesures naturelles, comme celles discutées ici, on peut invoquer par analogie des scénarios dans lesquels on ne peut plus escompter une fonction de protection significative.
La figure 5 illustre schématiquement le profil de prestations dans le cas d’un sol forestier avec une capacité de rétention moyenne et une perméabilité faible. La ligne tiretée représente à titre de comparaison la situation sans mesure de protection, la ligne courbe celle où une forêt modifie grâce à sa capacité de rétention les conséquences d’un événement pluvieux.
Tant qu’un sol forestier est capable d’absorber des précipitations, une forte pluie aura des conséquences bien moindres que sur un site comparable mais sans cette capacité de rétention supplémentaire. En présence d’un sol saturé en revanche, au fur et à mesure que les précipitations augmentent, la situation est de plus en plus comparable à ce qu’elle serait en l’absence de mesures. L’ampleur d’un événement pluvieux et donc des dommages qu’il entraîne ne dépasse toutefois jamais celle que l’on pourrait escompter sans l’effet de la forêt. Cette dernière fait donc en quelque sorte preuve de "bienveillance" en cas de surcharge.
Effet stabilisateur de la forêt
Fig. 6 - Profil de prestations: effet stabilisateur de la forêt contre les glissements et l’érosion. L’axe horizontal représente l’ampleur de la contrainte (ici des précipitations), l’axe vertical celle de l’événement qui en résulte (ici l’érosion). La ligne tiretée représente la réaction type en l’absence de forêt, la ligne continue celle sous forêt. Les deux lignes se croisent au point de surcharge.
Le profil des prestations de l’effet stabilisateur d’une forêt est schématisé dans la figure 6. Contrairement à l’effet sur la formation d’un débit de crue, seules quelques restrictions sont nécessaires en matière de conditions stationnelles. Excepté en présence de pentes particulièrement fortes, la forêt assure en effet presque en tous lieux une certaine stabilisation contre l’érosion et les glissements superficiels de terrain.
Tant que cet effet stabilisateur est assuré, la réaction d’un site stabilisé grâce à la présence de la forêt reste largement plus faible à celle d’un site non forestier. Toutefois, en cas de surcharge, c’est-à-dire si un glissement se produit ou si des berges s’érodent malgré la présence de la forêt, ce sont non seulement le sol et la roche, mais aussi les arbres qui en font les frais. C’est pourquoi la réaction d’une charge supérieure à l’effet stabilisateur des arbres est plus forte que celle d’un site non forestier exposé à la même charge. Dans ce cas, on peut dire que la forêt se comporte de manière "non bienveillante". La présence de la forêt peut donc même avoir des conséquences particulièrement négatives si les arbres emportés par un glissement barrent un chenal en aval.
En guise de conclusion …
Pour importante que soit la fonction de protection de la forêt, il ne faut pas perdre de vue que la forêt assure encore de nombreuses autres fonctions et qu’elle protège aussi contre d’autres dangers naturels, par exemple les chutes de pierre ou les avalanches. Déterminer pour chaque site les fonctions assurées par une forêt donnée et définir les mesures sylvicoles appropriées sont des tâches exigeantes.
Traduction: Michèle Kaennel Dobbertin (WSL)
Références
- ENGLER, A. (1919): Einfluss des Waldes auf den Stand der Gewässer. Mitteilungen der Schweizerischen Anstalt für das forstliche Versuchswesen 12: 1-626
- BURCH, H; FORSTER, F; SCHLEPPI, P. (1996). Zum Einfluss des Waldes auf die Hydrologie der Flysch-Einzugsgebiete des Alptals. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 147: 925-937
