Soil erosion in Cape Verde : a study of processes and quantification at the scale of three watersheds of the Santiago Island

L’archipel du Cap Vert constitue de 10 iles volcaniques appartient a la zone sahelienne qui s’etend de l’atlantique jusqu’a la mer rouge. Depuis, plusieurs decennies le Cap Vert est affecte par la desertification causee en grande partie par la recession climatique et l’erosion des sols. Ces facteurs, associes a la forte pression anthropique sur les ressources, a l’orographie accidentee et a des pluies tropicales parfois diluviennes, provoquent de serieuses pertes du patrimoine foncier. Cependant, depuis son Independance en 1975, le Gouvernement a mene un vaste programme d’arborisation, de restauration des terres et d’amenagement des cours d’eau. Pourtant, tres peu de recherches ont ete menees pour evaluer les actions de protection et de conservation des sols et des eaux. Par consequent, il n’existe quasiment pas de donnees sur la problematique de la degradation des terres ni de bilans. Dans le cadre de ce travail, nous avons etudie les differents facteurs qui controlent l’erosion hydrique des sols. Nous avons plus particulierement cherche a differencier les effets des activites humaines, notamment agricoles, de ceux des facteurs climatiques comme les precipitations et la generation des ecoulements. Nous avons egalement etabli les premiers bilans d’exportations de matieres en suspension et en solution dans le contexte de l’archipel du Cap Vert. L’etude a ete menee a l’echelle de trois bassins versants de l’ile de Santiago Cap-Vert. Ces trois bassins versant (Longueira, Grande et Godim) sont localises dans la partie centrale de l’ile de Santiago et representatifs des divers modes d’occupation du sol et des differents climats de l’ile. Il existe un gradient climatique entre les trois bassins versants. En effet, Longueira qui presente une superficie de 4,18 km2, une pente moyenne de 47 %, se localise dans une zone humide couverte a 69 % par une foret et une surface agricole de 17 %. Grande avec une superficie de 1,87 km2, se localise en zone sub humide pour une pente moyenne de 50 %, il est essentiellement agricole. Godim, avec une superficie de 2,0 km2, se localise en zone semi aride, il est particulierement agricole et sa pente moyenne est de 32 %. Pour ces trois bassins versants, les ecoulements de crue a l’exutoire ont ete mesures et echantillonnes de 2004 a 2009. Le bassin versant de Longueira a fait l’objet d’un suivi plus pousse, notamment en termes de frequence d’echantillonnage et de suivi des ecoulements hors crue. Sur chaque echantillon nous avons procede a la determination de la concentration des matieres en suspension ainsi qu’a l’analyse des elements majeurs. Les resultats obtenus montrent que l’erosion mecanique dans les 3 bassins versants est caracterisee par une forte variabilite spatiale et temporelle. Sur la periode 2005-2009, le bilan moyen annuel pour les bassins versants de Longueira, Grande et Godim est de : 4266, 157 et 10,1 t.km2.an-1 respectivement. La saison humide 2006 a ete la plus erosive pour l’ensemble des trois bassins versants et particulierement dans Longueira avec 2 crues exceptionnelles qui ont genere une concentration moyenne de matieres en suspension superieure a 100 g/l. En revanche, les saisons 2005 et 2008 ont ete dans l’ensemble peu erosives car les concentrations moyennes ne depasserent pas 20 g/l. Par ailleurs, il n’y a pas eu de lames d’eau ecoulees pour les saisons 2005 et 2007 pour le bassin de Godim. Sur le bassin de Longueira, l’etude des phenomenes d’hysteresis permet de caracteriser chaque crue et de montrer que l’evolution temporelle des exportations de matieres en suspension au cours de la saison est fortement influencee par les activites agricoles. En effet, la premiere crue provoque l’exportation massive des sediments disponibles et localises dans le lit du cours d’eau. En consequence, la seconde est moins exportatrice de sediments. etcThe archipelago of Cape Verde comprises 10 volcanic islands and belongs to the Sahelian zone stretching from the Atlantic to the Red Sea. Since several decades, Cape Verde is affected by desertification caused largely by climatic recession and soil erosion. These factors, coupled with high population pressure on resources, rugged topography and torrential tropical rains, cause serious losses of lands. However, since its independence in 1975, the Government conducted an extensive program of afforestation, soil and water conservation. Nevertheless very little research has been conducted to evaluate the actions of protection and conservation of soil and water. Therefore, there is no data on the problem of land degradation or budget. As part of this work, we studied the various factors that control soil erosion by water. Specifically, we sought to differentiate the effects of human activities including agriculture, those climatic factors such as rainfall and runoff generation. We also established the first mass budget of suspended and dissolved load in the context of the archipelago of Cape Verde. The study was conducted across three watersheds of the Santiago Island, Cape Verde. These three watersheds (Longueira, Grande and Godim) are located in the central part of the island and are representative of various types of land use and of the different climates of the island. There is a climatic gradient between the three watersheds. Indeed, Longueira which covers an area of 4.18 km2, an average slope of 47 % is localized in a humid zone and covered to 69 % by forest and the agricultural area is 17 %. Grande with an area of 1.87 km2, is localized in sub humid zone for an average slope of 50 %, it is mainly agricultural. Godim, with an area of 2.0 km2, is localized in semi arid, it is particularly agriculture and its average slope is 32 %. For these three watersheds, flood flows at the outlet were measured and sampled from 2004 to 2009. Watershed Longueira has been further monitoring, particularly in terms of sampling and monitoring of flood flows out. On each sample we determined the concentration of suspended sediment and we analyzed dissolved major elements. The results show that mechanical erosion in the three watersheds is characterized by high spatial and temporal variability. Over the period 2005-2009, the average annual budget for Longueira, Grande and Godim watersheds is: 4266, 157 and 10.1 t.km2.an-1 respectively. The wet season 2006 was the most erosive for all three watersheds, particularly in Longueira with 2 exceptional floods that have generated an average concentration of suspended sediment exceeding 100 g/l. In contrast, the seasons 2005 and 2008 have been generally low erosive because mean concentrations did not exceed 20 g/l. Moreover, there was no runoff for the seasons 2005 and 2007 for the watershed of Godim. In Longueira watershed, the study of hysteresis phenomena can characterize each flood and show that the temporal evolution of suspended sediment yield during the season is strongly influenced by agricultural activities. Indeed, the first flood caused the massive export of sediment available and located in the bed of the watercourse. Accordingly, the second exported less sediment. One month after the first rains, weeding activities decreased the density of vegetation cover and deconstruct the superficial soil, which again caused a very strong export of sediments during the third run off. The results of the chemical erosion in the watershed of Longueira indicate that the budget of chemical erosion rate is 45 t.km-2.an-1 with a strong temporal variability. Indeed, the wettest seasons of 2006 and 2007 are the most export of dissolved load, whereas 2005 had a low export. The use of model mixtures EMMA (End-Members Mixing Analysis) shows that the interflow and deep, feeding the streams in dissolved elements are the main factors of chemical erosion. et