Hydrologie

L'hydrologie est la science du cycle de l'eau c'est-à-dire du parcours de l'eau sur Terre. Il faut savoir qu'environ 95% de l'eau sur notre planète est bloquée dans de la roche et donc seul 5% environ est mobile.

Les formes de l'eau:

L'eau est présente sous 3 formes:

• Solide (glace, neige...)
• Liquide (eau liquide...)
• Gazeux (vapeur d'eau...)

Le cycle de l'eau:

Le cycle de l'eau est la répétition globale du parcours de l'eau sur Terre. En effet lorsqu'il pleut, l'eau qui tombe a été auparavant dans la mer, dans l'océan, dans un lac...

Une partie de l'eau de surface (eau présente sur la surface de la Terre: mers, océans, lacs, cours d'eau, flaques...) s'évapore par les rayons du soleil et rejoint l'atmosphère. L'eau rejeté par les êtres vivants est aussi soumise à l'évaporation. L'accumulation de l'évaporation formera de la vapeur d'eau qui s'élèvera avec l'air chaud. Plus cet air s'élèvera et plus il se refroidira et la vapeur d'eau formera de toutes petites gouttelettes. Le regroupement de ces gouttelettes formera des nuages. Lorsque le nuage sera trop condensé, les gouttes seront trop lourdes pour rester dans l'atmosphère et finiront par retomber (c'est la pluie). Une partie de l'eau ruissellera et se retrouvera dans les cours d'eaux puis dans la mer ou l'océan ou le cycle recommencera mais une partie de l'eaus'infiltrera dans la terre, rechargera des nappes souterraines et ressortira par des sources ou au fond des cours d'eau. La quantité d'eau présent dans une nappes souterraines par rapport à ce qui arrive et à ce qui repart chaque année donne le temps de renouvellement qui est différents selon les endroits. Si ce temps dépasse le temps de notre civilisation, on parle alors d'eau fossile.

^{Schémat simplifié du cycle de l'eau par Uief003. (© Uief003)}

L'hydro-écoregion:

L'hydro-écorégion (HER) est une zone créée afin d'améliorer la qualité de l'eau. Il existe deux types de classifications:

• HER 1: elle permet de séparer le climat méditerranéen, les plaines et collines ainsi que les montagnes.
• HER 2: elle reprend les critères de la zone HER 1 en ajoutant les variations géophysique et climatique.

En France, avec la classification HER 1, on obtient 22 hydro-écorégion de niveau 1 tandis qu'avec la classification HER 2, on obtient 107 hydro-écorégion de niveau 2.

Le bassin versant:

Le bassin versant est un espace drainé par un cours d'eau (et ses affluents s'il en a) sur un ensemble de versant. Toute l'eau présente dans cette zone finira par s'écouler en un point du cours d'eau principal appelé exutoire. En général la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. Il s'agit donc dans ce cas de bassin versant topographique. Toutefois lorsque le sol perméable repose sur une roche imperméable, l'eau peut s'infiltrer et ressortir sous forme de source sur un autre bassin versant. Dans ce cas, le bassin versant est appelé bassin versant réel. Les infrastructures comme les routes avec leur fossés, les canaux... influencent directement sur le ruissellement tout comme le fait de dévier l'eau comme les stations de pompages.

L'hydrogramme:

L'hydrogramme est un graphique représentant le débit de l'eau sur une période donné. Il est utilisé pour déterminer les variations de l'écoulement d'eau en un point du bassin versant (hydrogramme de précipitations) ou sur un tronçon du cours d'eau (hydrogramme de ruissellement). Lorsqu'un bassin versant est sollicité par une hausse d'eau de ruissellement, il transcrira une augmentation de la vitesse d'écoulement de l'eau donc une montée des eaux et une plus grande intensité. Ainsi toutes ces informations seront retranscrites sur l'hydrogramme.

Mesurer un débit:

Pour mesurer un débit, on peut utiliser différentes méthodes:

• méthode volumétrique: temps de remplissage d'un réservoir dont la contenance est connue. Cette méthode est pratiquée que pour un écoulement à faible débit.
• méthode par champ de vitesse: calculer la vitesse d'écoulement à plusieurs points d'une zone tout en mesurant sa surface.
• méthode hydraulique: prise en compte des forces d'écoulement et elle demande la présence d'ouvrage calibrés.
• méthode physico-chimique: injection d'une nouvelle solution dans un cours d'eau et suivre l'évolution de sa concentration au cours du temps.

Temps de concentration:

Le temps de concentration est le temps nécessaire à une goutte d'eau de pluie pour parcourir le chemin hydrologique entre un endroit du bassin et l'exutoire. Selon chaque bassin, le temps sera plus ou moins différents dû au fait de différence de topographie, de géologie, l'imperméabilité des sols...

Temps de concentration = temps d'humectation + temps de ruissellement

(Le temps d’humectation c'est le temps pour que le sol ne puisse plus infiltrer l'eau et qu'il y a début du ruissellement).

La ligne isochrone:

La ligne isochrone est l'ensemble des points où une goutte d'eau prends le même temps pour ruisseler jusqu'à l'exutoire (en général).

La morphologie du bassin versant:

Comme dit précédemment, le bassin aura un «comportement» différent selon la forme qu'il aura en terme de topographie, de géologie, l'imperméabilité des sols...

La Surface:

Il faut s'imaginer que le bassin versant est un espace qui recueil les précipitations. Plus cet espace sera grand plus toute l'eau de ruissellement mettra plus de temps pour arriver à l'exutoire. C'est normal car cette eau mettra plus de temps à rejoindre un cours d'eau du bassin du fait du vaste espace. Cette espace nommé surface est mesuré en km². On peut le mesurer par une superposition dessinée sur un papier calque avec l'utilisation d'un planimètre ou numériquement.

La Forme:

La forme globale d'un bassin versant influence le débit du cours d'eau à l'exutoire.

La forme est différente de la surface.

Imaginons deux rivières dans deux vallées différentes. Une rivière nommée Rivière n°1 est longue de 83 km et la rivière nommé Rivière n°2 est longue de 34 km. Ces deux cours d'eau se jette ensemble à un endroit et à cet endroit leur débit est égal. Un jour, une pluie s'abat sur la région et il tombe le même nombre de précipitations dans les deux vallées. Pourtant... la Rivière n°2 aura plus de débit à sa confluence avec la Rivière n°1.

Ce phénomène est due au fait que l'eau tombée dans le bassin versant de la Rivière n°1 n'as pas encore eu le temps de parcourir son trajet jusqu'à l'exutoire.

En résumé plus un bassin versant est long, plus l'eau mettra plus de temps à arriver à l'exutoire qu'un autre bassin versant ayant la même surface mais étant plus arrondie. Les méandres du cours d'eau influence aussi à la vitesse de l'eau dans le bassin versant.

L'indice de Gravelius: rapport du périmètre du bassin versant au périmètre d'un cercle ayant la même surface définie par:

KG = Échec de l’analyse (fonction inconnue « \fracP »): {\displaystyle \fracP{2x\sqrt\πxA}}

Dans la formule;

• P = périmètre du bassin versant (en km)
• A = surface du bassin versant (en km²)
• K_G = indice de compacité de Gravelius

Plus l'indice sera proche de 1, plus le bassin versant sera arrondie. En revanche plus l'indice sera supérieur à 1, plus le bassin versant sera allongée.

Le relief:

Le relief détermine énormément la vitesse d'écoulement. Plus la pente sera importante, plus l'eau coulera vite dans le bassin versant. À l'inverse, moins la pente sera importante, moins l'eau coulera vite.

Les méandres:

La forme du cours d'eau influence directement sur son débit. L'eau allant en ligne droite parcourra plus de distance qu'une eau faisant des zigzags.