4. Les écoulements 4.1. Généralités sur les écoulements

1 4. Les coulements G n ralit s sur les coulements On distingue deux grands types d' coulements, savoir : les coulements rapides et par opposition, les coulements souterrains qualifi s de lents qui repr sentent la part infiltr e de l'eau de pluie transitant lentement dans les nappes vers les exutoires. Les coulements qui gagnent rapidement les exutoires pour constituer les crues se subdivisent en coulement de surface et coulement de subsurface : L' coulement de surface ou ruissellement est constitu par la frange d'eau qui, apr s une averse, s' coule plus ou moins librement la surface des sols. L'importance de l' coulement superficiel d pend de l'intensit des pr cipitations et de leur capacit saturer rapidement les premiers centim tres du sol, avant que l' infiltration et la percolation, ph nom nes plus lents, soient pr pond rants.

2 L' coulement de subsurface ou hypodermique comprend la contribution des horizons de surface partiellement ou totalement satur s en eau ou celle des nappes perch es temporairement au-dessus des horizons argileux. Ces l ments de subsurface ont une capacit de vidange plus lente que l' coulement superficiel, mais plus rapide que l' coulement diff r des nappes profondes. Diff rents types d' coulements Les diff rentes composantes de l' coulement dans le cas simple d'une averse uniforme dans le temps et dans l'espace, sont les suivantes. R partition de la hauteur de pr cipitations au cours d'une averse d'intensit constante Les l ments les plus importants dans la g n ration des crues sont finalement les coulements de surface et de subsurface et les pr cipitations directes la surface du cours d'eau, l' coulement souterrain n'entrant que pour une faible part dans la composition du d bit de crue.

3 D coupage de diff rentes phase d'un hydrogramme de crue Bilan annuel des coulements L' coulement total Et repr sente la quantit d'eau qui s' coule chaque ann e l'exutoire d'un bassin versant consid r . L' coulement est la somme des diff rents termes : coulement superficiel Es, coulement hypodermique Eh et coulement de base (ou coulement souterrain) Eb qui r sulte de la vidange des nappes. L' coulement totale s'exprime ainsi : Et=Es+Eh+Eb Le bilan hydrologique d'un bassin versant est galement caract ris par trois coefficients essentiels: Le coefficient d' coulement total Cet d fini par le rapport entre les quantit s d'eau coul es et les quantit s d'eau pr cipit es P PECtet Le coefficient d' coulement de surface Ces obtenu en calculant le rapport entre les quantit s d'eau coul es rapidement et les quantit s d'eau pr cipit es PEEC hses Le coefficient de ruissellement Cr est d fini par le rapport entre la quantit d'eau ruissel e la surface du sol et celles des pr cipitations PECsr Le d bit Q d'un cours d'eau l'exutoire d'un bassin versant varie en fonction du temps.

4 Diff rentes techniques permettent la mesure de deux variables principales: La hauteur H de la surface d'eau libre du cours d'eau exprim en m tres par un limnim tre. La courbe qui repr sente H en fonction du temps est un limnigramme. Le d bit du cours d'eau Q exprim en m3/s ou I/s. Il est mesur directement ou par association de la courbe de tarage Q(H) un limnigraphe H(t). La courbe du d bit Q en fonction du temps est un hydrogramme. Limnim tre Mesure des param tres de d bits Limnigraphe Le limnigraphe flotteur est un appareil qui maintient un flotteur la surface de l'eau gr ce un contrepoids, par l'interm diaire d'un c ble et d'une poulie. Le flotteur suit les fluctuations du niveau d'eau, qui sont report es sur un graphe solidaire d'un tambour rotatif ( raison d'un tour par 24h ou par semaine ou par mois).

5 Hydrogramme Limnigramme Mesure des param tres de d bits Limnim tre Saumon Le saumon est suspendu par un c ble l ctroporteur un treuil Saumon C bles de d placements C ble l ctroporteur micomoulinet Mesure du D bit: a- Principe du jaugeage par micro-moulinet sur perche Mesure des param tres de d bits Mesure du D bit: a- Principe du jaugeage par micro-moulinet sur perche Mesure du D bit: b- Principe du jaugeage par moulinet Mesure du D bit: c- Principe du jaugeage par limnim tre La vitesse d coulement n est jamais uniforme dans la section transversale d un cours d eau. Le principe de cette m thode consiste donc calculer le d bit partir du champ de vitesse d termin dans une section transversale du cours d'eau (en un certain nombre de points, situ s le long de verticales judicieusement r parties sur la largeur du cours d'eau).

6 D- Exploration du champ de vitesse Q = Vi Si Le d bit s obtient en appliquant chaque surface l mentaire la vitesse s y rapportant pour obtenir le d bit l mentaire Qi. Le d bit total Q est obtenu par la somme des d bits l mentaires, soit : iiniiWDvQ ..1 Etape 1. Calcul du nombre de tours d'h lice par seconde N pour chacun des points des verticales. Etape 2. Calcul de la vitesse instantan e de l eau en chaque point partir de la vitesse de rotation de l h lice selon la fonction de l h lice. Etape 3. Calcul de la vitesse moyenne pour chaque verticale Mesure V au et du profondeur, Moyenne v et multiplier par W * D, Additionner pour avoir le D bit total Q.

7 D- Exploration du champ de vitesse Exercice La figure ci-dessus repr sente une coupe d un cours d eau. Calculer le d bit de ce cours. La vitesse des coulements est mesur e sur un ensemble de points. Faites un commentaire sur la vitesse en m/s des coulements en fonction de la section du cours d eau. Coupe transversale d un cours d eau (NB. Echelle des longueurs= chelles des largeurs) 15m 2 3 23 5 3 Mesure du D bit: e- Principe du jaugeage par tra age chimique Cette m thode de jaugeages par dilution s'applique des torrents ou des rivi res en forte pente o l' coulement est turbulent ou pour lesquels on ne trouve pas de section se pr tant des jaugeages au moulinet.

8 Le principe g n ral consiste injecter dans la rivi re une solution concentr e d'un traceur (sel, colorant,..) et rechercher dans quelle proportion cette solution a t dilu e par la rivi re, par pr l vements d' chantillons d'eau l'aval du point d'injection. Cette dilution est notamment fonction du d bit, suppos constant le long du tron on, concern pendant la dur e de la mesure. On a la relation suivante dans laquelle le rapport C1 / C2 repr sente la dilution : Q : d bit du cours d'eau [l/s] ; C1 : concentration de la solution inject e dans le cours d'eau [g/l] ; C2 : concentration de la solution restante dans des chantillons pr lev s l'aval du point d'injection dans le cours d'eau [g/l] ; k : coefficient caract ristique du proc d et du mat riel utilis.

9 21 CCkQ Courbe de Tarage: Courbe tablie pour chaque rivi re. Une fois cette courbe tablie pour telle rivi re, il suffit de mesurer l Altitude Z pour d terminer le D bit correspondant. Cette courbe peut changer avec le d veloppement de la rivi re Zi Qi 1 2 4. 4. La r ponse hydrologique La r ponse hydrologique aux apports des pr cipitations se traduit par les variations temporelles du d bit l'exutoire. Apr s une averse la r ponse hydrologique l'exutoire peut tre rapide lorsque pr domine les coulements de surface; ou retard e lorsque les coulements sont souterrains. Illustration du principe de la r ponse hydrologique d'un bassin versant 4. 6. Transformation de la pluie en hydrogramme de crue Selon le principe tabli par Horton, la transformation de la pluie en hydrogramme de crue se traduit par l'application successive de deux fonctions: Fonction de production permet de d terminer le hy togramme de pluie nette partir de la pluie brute Fonction de transfert permet de d terminer l'hydrogramme de crue r sultant de la pluie nette (la pluie nette est la fraction de pluie brute participant totalement l' coulement ).

10 Transformation de la pluie brute en hydrogramme de crue. La pluie brute re ue par un bassin versant ne forme pas enti rement le d bit du cours d'eau l'exutoire. Une part est intercept par la v g tation ou s' vapore, une part s'infiltre. et une part ruisselle. Le passage d'un hy togramme de pluie brute un hydrogramme de crue n cessite la d termination de la pluie nette qui correspond la fraction de pluie brute participant totalement l' coulement de surface et qui fait intervenir toutes les caract ristiques m t orologiques, physiques et hydrologiques du bassin versant. L' coulement de surface ne se produit que lorsque l'intensit de la pluie d passe la capacit d' infiltration .