Les réseaux hydrographiques (Travaux Personnels Encadrés – Géographie - Enseignements Pratiques Interdisciplinaires)

« de l'interactio n entre oscillations régulières o u exce ptionn elles d e la pluviométrie et d e l'é vaporation et facte urs d'écoulem ent : cadr e morphologique et géologique , p ente, couvert végé tal, dégel d 'amont ou d 'aval (phénomè nes d'emb âcle et d e débâcle en Sibérie et au Canad a).

• " S imple » , il comporte annu ellem ent une seule alternance de b asses eaux o u maig res et d e h autes eaux (Amazone).

" Co mplexe », il e n connaît plusieurs.

la compl exité est « originelle » q uand elle s'a ppliq u e à tout le cour s (rivières pyrén éennes et m é diterr anéennes au régime influ encé selon les saiso ns p a r la neige, la plu ie et l 'évaporation) .

l e régime est " complexe changeant » quand les cours m o yen et inférieur d 'un fleuve acquièrent un régime diff ére nt d e celui du cour s supérieur (Rhône, Rhin , Danube , Cong o).

Par aill eu rs, l'intégration des donn ées météo rologiques et géog raphiqu es (latitude e t altitude) affine la typolo g ie : r égime nival d e plaine des fleuves sibérien s, r égim e pluvial trop ic a l d e m o ntagn e ( Méko n g), régime évapo -pluvial de plaine (Seine), etc.

• les crues son t diff é rent es selo n l es régimes : " crues éclair » de fin d 'é té d e type céve no l, a vec précipitat ions m assives e t brèves sur sol sec et ruisselle m e nt ra p ide vers le collecteu r ; crues hiv e rnales d e re d o ux, av ec pré cipitatio ns sur sol imperméabilisé par le gel ; crues e stivales d e font e des glaciers, crues de superpo sition : font e estiva le des glaces dans le h aut cours d u Méko ng + m ou sson autom nale dan s le c ours inférieur.

• les notion s de « crue déce nna le » et « cent ennale » indiqu ent un ordr e de fréquence et sont sans valeur pré dictive dans le t e m ps ; déte rmin ées pa r r éf érence a ux plus h autes eaux o bservées, elles ne donn ent q u'un ordre de grand eur quant à l'ampl eur des futur s é p isodes.

LES RÉSEAUX ET LES HOMMES À tous ces para mètres compl exes et i n teragissants s 'a jo ute l'Impact hum ain s ur la dynamiq u e d es écoulem en ts et s ur la qualité des eau x re n d u es après utilisation, parf o is s ur l a p é re nnité d es s y stè m es hydr ographiques.

C RU ES ET INON DATIONS Nécessaires à l'équi l ibre dynamiqu e d u cours d 'e a u, au main tien des milieux hum ides lim it a nt les maigres (basses eaux) et à la recharge de la n appe alluviale, ces phénomènes n aturels sont aff ectés par les mod ifications qui tou chent l'écouleme nt ( re te nues, cana lisatio n du lit), le ruissellemen~ l 'i n filtr a tion et le stockag e, m ais a u ssi l'éva potran spiratio n (cha ngem ent des pratiques culturales, défore statio n, urb anisatio n).

La crue l'importance de la crue et la v itesse de propagatio n de l'onde d e crue dép enden t de différe nts facteurs : • l'alimentation et la pent e ont un eff et év i dent.

• la géométrie du résea u (n otio n se superposant à celle de structur e) joue un rôle selon qu'o n est en « feuille d e ch ên e », a vec un système complexe d 'afflue nts et d e sous- afflu ents tout au lo ng du cours princip al ; e n " pe uplier », ave c des affluents simples régulière m e nt ré p a rtis ; e n " pin paraso l », a vec des tributaires regroup és dans le cours supérie ur.

Pour un é pisode pluvieux affectant tout le résea u, les crues se succèd ent (1" cas) ou s e superposent (3' cas) .

• l e s r éservoir s n aturel s ou artificie ls , l ib é rant l'eau gradu elle m e nt, « écrêten t » la cru e - selon leur imp ortance.

A u Canada, la riviè re Sask atchewa n , alimentée par un p etit n o mbre d e lacs, a un débit maximal d e 5 9 fois son d éb it minimal.

En r e va nc he, ~--~:;~-:- ---'- ~- ·--..., ~~- .....

_.,_,__ le d éb it maxim al du Sa/nt - Laurent , qui draine les Grands lacs, n'est q ue de 2 fois son d é bit minimal.

la construct io n de ba rrages hydroélectriqu es o u écrêteurs a le m êm e e ffe t.

• la na ture des sols et des pratiques cultur ales influ ent dans la mesure où l 'infilt ration e t la p e rcolatio n réduisent le ruisselle ment A in si, un m anteau imperméabilisé pa r la sécheresse o u l'urbanisa tio n favorise le ruiss ellem e n t, a mplifie la crue e t accélère sa vitesse .

Il e n v a de même des cultur es peu r é te ntric es ( p a r exemple la vigne), o u p e rpendicul aires aux cou rbes de nivea u , de la suppr ession des haies ou des labours sur grand es parce lles à la saison des plu ies.

• la ré te ntion p ar le couvert végé ta l (forêt d e feuillu s e t d e conif ères : 30 •Jo; prairies : 25 % ; c ultur es: 15 % ) produit un retard e m en t de la réaction hyd ro logi que perçue à l'e x u toire .

L'inonda tion le phé no m ène est multiple.

• l'inondation des t erres avoisinant le lit d 'un cours d'eau p e rmet mécaniquement l'exp an sio n de la cru e e t la ralentit , l'i n filtr ati on e t l 'évapotranspiratio n en diminu ant égale ment le volum e.

Au contraire, l'endigu em e nt ou la canalisa tio n du cours report e la to ta lit é d e la crue en aval ; il augm e nte aussi les risques d'inond ation en cas d e ruptur e.

• En milieu urbain , le sous­ d im en sionnemen t de la v o irie souterraine, alo rs m êm e que le coefficie nt de ruisselle m en t est éle vé, p eut provoqu er p ar engo rgem ent une inondation des quartiers bas.

l a canali satio n du cours dan s la tra ve r sée d es agglomé ratio ns entraîne ainsi une hausse du niveau d e la crue e t le risque d'u n e m ise en ch arge des ouvrages d 'art par des déb r is végétaux ou autres, avec embâcle et in o ndation s collatéra les.

la réalisation d e r éservoi rs é crê teurs e n a mont des villes p erme~ dans une certaine mesure, de prot éger celles -ci (Paris n 'a jamais été inondé de p uis la crue centennale d e 1911 ) - sans aucune certitude, néanmoins , concernan t l'aveni r .

CRUES ET INONDATIONS :LES LEÇONS À nRER compl exe s : applic ation des objets fractals pour dégager des lois de puissance des réseaux ; mod élisation de la pluviom étrie e t de l'écoulemen t (indice d e den sit é du drainage, rapport d e co nflue nce, indices • 24 août 1987 -la crue du bassin de la Reuss (Suisse) atteint 125 % du volume de la crue centennale et fait s'écrouler digues et remblais d 'autoroute et de chemin de fer.

Dès 1991 , les autorités fédérales prennent la décis io n de dévier à l'avenir les crues vers des terres agricoles , pour mettre à l'abri villes et zones industrielles .

la répétition en 1993 et 2000 d'épisodes similaires , attribués par certains observateurs au réchauffement climatique , leur donne à l'évidence raison .

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• 22 septembre 1992 -V•lsoii -1•­ R- /ne est dévastée par la crue de I'Ouvèze .

Bilan humain : 36 morts .

les précipitations sur le massif des Baronnies (300 mm en 6 heures ) n ' avaient pourtant rien de bien exceptionnel : sept épisodes de même importance avaient eu lieu depuis 1915 , sans entraîner de crue d'une telle violence et des conséquences si tragiques .

Mis en cause : la modification du couvert végétal des versants (remplacement des oliviers par les vignes et la lavande , arrachage de haies ) ; le calibrage du lit ; l'augmentation de l'Imperm éabilisation des sols par la voirie urbaine ; le défaut d'entretien des berges ; la plantation, à la plac e d'aulnes , de peupliers déracinable s, responsables de la mise en charge des ouvrage s d'art ; la construction dans le lit majeur d'habitations , de surfaces commerciales , industrielles ou de loisir .

Remèdes : la réalisation de dérivations , l'interdiction de construire en zone inondable ...

et un système d'alerte plus performant- système qui fera la preuve de son efficacité en 2004 .

• Hiver 2001 -le bassin de la Somme connaît deux longs mois d 'inondation .

l'accusation est lancée d'un détournement des eaux du bassin adjacent de la Seine pour épargner Paris .

le Bureau des recherches géologiques et minières (BRGM) dément et met en évidence l'impact sur l'Inondation du niveau élevé des nappes souterraines après des hivers pluvieux et la diminution de la capacité de stockage des terrains, habituellement insaturés, situés entre la surface du sol et l'aquifère .

la conclusion tirée est la mise sous surveillance du niveau des nappes afin de corréler à l'avenir données hydrologiques et hydrographiques.

d e pente, hydro gram m es de crue) ; r e pré sentation du bassin en 3 D (mod èle num ériqu e de terrain) ; cartogr aphie par satellit e du couv ert végétal e t d e l'occu pation des sols, p our estimer la prope nsio n a u ruisselle m e nt d'un versant et le tran sfert précipitations-d ébit; construction d e modèles hydrolo giques en zone urba ine, etc.

l'étude du bassin hydrol ogique, inclu ant écoulem ent et na ppes souterra ines (surveillanc e piézo-éle ctrique du nive au des na ppes, b il a n hy drologiqu e), complète c ette b a tterie.

DES POLITIQUE S DE BASSIN les politique s d ites " de b assin » consistent à associer tous les utilisat eurs d 'un bassin-versant en vu e d 'u n e g estion raisonnée des risques et de la ressourc e .

la France a eu en l'occu r rence un rô le p ionni er, avec la c ré a ti on d e s ix com it é s d e bassin et agences de l'eau correspondantes (loi de 1964) .

Ces p olit i que s s'app uient sur une m ise e n observatio n d es réseaux p ar des stations hydromé triques et météorologiques , la construct io n d ' ouvr ages écrêteur s ou de dériv a tion, f--- -- --- ---- --,------------ ---ll a pub lication de carte s des zones • Enfin , la conj onction d'une cru e du résea u et d 'une crue de nappes avec satu ration des couches superficielles produit des i n ondatio ns de longue durée, comm e da ns la Somm e durant l 'hiver 2001.

lEs ATTE INTES À lll IESSOU ICE Citon s quelques e xempl es parmi d 'innombr ables ca s.

• San s conteste le plus s p ectaculaire, ave c ses conséquence s clim atiques: l'assèc h em e nt parti el d e la m er d'Aral suite a u pompage de ses tributaires, Amou -D ar ia et Syr-Da ria, p our irrigu er les cultures de coton .

• M oins connu , mais no n m o ins dram a tique, est le cas du bassi n du Mag dalen a {241 000 km'; 8 100 m '/ s) en Colomb ie.

les villes d e Cali, Bogota, B arranquill a et Cartagena s'a lim entent e n eau d an s les tributaires d e ce fleuve et y r eje tte n t le urs efflu e nts.

En aval d e Bogota (4 ,5 millions d 'habit a n ts), la r ivière p ortan t le nom de la capitale , la Bogo ta , conflue avec le Mag d ale na et ren d s on eau tota le m en t impropre à la consommatio n.

• Au Brésil , enfin, où l'Amazone é tait in ondables.

Elle a auss i p ou r but la préservation de la qualité des eaux d e ruisse llem e nt et d es na ppes prof ondes.

En la m atière, l' U nio n europ éenne a a dopt é en 2000 une lo i-cadre qui tient c o mpt e du caract è re transfront ière des bassins et a valeur contraignante pour l' épuration des eau x u sées.

Au plan international, la Con vention sur les zones humides ( R a m sar, Iran, 1971), dont la dern ière confé re n ce remon te à son étiage historique en octobr e 2005, certains incriminent les coup es massives dan s la f o rê t am azo nienne , les pro jets d e b arrages faisant craindre une prof onde pe rturbati o n du sy stè me climat ique d e l'Atlantique si le r ejet d 'eau dou ce dans l 'océa n (300 km d e p énétration) dim inuait durablement.

LE BASSIN-VERSANT à 1999, fond e ses re co mmandati o ns sur" le s bassins hydrog ra p hiques Ces mult iples probl èmes ont entraîné, a u plan tant national qu'internation a l, ou bas sins-v e rsants», notant que " la mise e n valeu r rapide et non durab le des zones h um id es et des bassins hydro graphiques [ .

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]est facteur de p erturbation pour les cycles hydrol o giques naturels, avec bien souvent une fréquence et une g ra vit é accrue s des inonda tions, des sécher esse s et d e la pollution ».

la mise e n pl ace de polit iques de bassin.

À leur service , un e m od é lisatio n toujours plus pointue du bassin-versa nt.

UNE MODtliSIITI O N POUSS~E Les instrum ents utilisés e n la matiè re par les s pécialis tes sont nombreu x e t PAlMAR ÈS DES GRANDS BAS SINS Par surface 1 Amazone : 6 950 ooo km' Congo : 3 800 ooo km' Missis sippi : 3 229 000 km' 4 Nil : 2 849 ooo km' Ienisse ï: 2 554000 km' 6 Ob: 2480000 km' 7 lena: 2420000 km' 8 Para n a : 2 340 ooo km' 9 Yangzi Jiang : 1 960 000 km' 10 Amou r : 1 930 000 km' 11 Mack enzie : 1 800 000 km' 12 Volga : 1 380 000 km' 13 Zambèze : 1 350000 km' 14 N iger : 1 100 ooo km' 15 Orénoque : 1 080000 km' 16 Gange : 1 070000 km' 17 Murray : 1 070 000 km' 18 Nelson : 1 070 000 km' 19 Saint-laurent : 1 030 ooo km' 20 Indus : 950 ooo km' Par débit : débit moye n - déb it spécifique 1 Amazone : 185 000 m'/s -30 If s/km' 2 Congo : 4 2 ooo m '/s-11,1 Ifs/km' Yangzi Jiang : 34 000 m'/s -17,61/s /km' 4 Orénoqu e : 31 000 m'fs - 28,5 Ifs/km' Brahmap outre : 20 000 m'/s -30 Ifs/km' 6 Mississippi : 18000 m'/s-5 ,61/s /km' Ienisseï : 17 400 m '/ s - 6,7 Ifs/km' Tocantins : 16 200 m'/s -191/s /km' 9 Gange : 16100 m '/s-151/s /km' 10 Parana : 16000 m 'f s - 6,81/s /k m' 11 M ékong : 15 500 m'/ s - 19,51/s /km' 12 lena : 15400 m '/s-6,41/s/km' 13 Irrawadd y : 13000 m'/s-30,21/s /k m' 14 Ob : 12 500 m'/ s - 51/s/km' 15 Xi Jiang : 12000 m'/s -27,21/s/km' 16 Amour: 11 000 m 'fs- 61/s/km' 17 Saint - laurent : 10 300 m'f s - 10 Ifs/km' 18 Magdalena : 8100 m'/s-30,81/s /km' 19 Volga : 8000 m'/s-5,81/s /km' 20 Columbi a : 7 soo m 'fs - 11,2 1/ s/ km'. »