HYDROLOGIE

Le bassin versant

Si l'on considère une section droite d'un cours d'eau, on peut lui associer un bassin versant, lieu géométrique des points de l'espace géographique où les précipitations sont susceptibles de contribuer au débit observé dans cette section. On définit aisément le bassin versant topographique limité par une ligne de partage des eaux, mais celui-ci peut différer du bassin versant réel à cause des circulations souterraines qui drainent parfois des eaux extérieures au bassin topographique ou, au contraire, drainent des eaux du bassin topographique hors de ce dernier. Il se peut d'ailleurs, dans le cas de nappes souterraines situées à cheval sur deux ou plusieurs bassins topographiques, que les limites du bassin réel fluctuent au cours du temps. Malgré ces difficultés, le bassin versant demeure l'objet fondamental de l'hydrologie continentale, celui qui transforme la pluie en débit, ces deux flux possédant d'ailleurs une série de propriétés physico-chimiques qui subissent elles aussi une transformation lors de leur passage sur et/ou à travers le bassin versant.

Le bassin versant est un objet complexe dont l'ensemble des caractéristiques (géométriques, géologiques, physiographiques, humaines, etc.) joueront un rôle non seulement dans le processus de transformation de la pluie en débit mais aussi, en amont et pour certaines d'entre elles (altitude, exposition...), dans le processus de formation de la pluie. Il faut noter à la surface du bassin versant l'existence d'un système de singularités, le réseau de drainage, arborescence dont l'exutoire du bassin constitue la racine et dont les rivières et les ruisseaux constituent les branches. Ce réseau est plus ou moins développé selon les circonstances et peut même exceptionnellement se confondre avec le bassin lorsque celui-ci ruisselle en tout point. La vitesse d' écoulement dans ce réseau, qui est de l'ordre du kilomètre par heure, est infiniment plus grande que celle de l'écoulement souterrain, qui est plutôt de l'ordre du mètre par jour.

Il ne manque pas dans la littérature scientifique de paramètres quantifiés destinés à mesurer telle ou telle caractéristique des bassins versants. Nous citerons par exemple l'indice de compacité (dit de Gravelius), rapport du périmètre du bassin au périmètre du cercle de même surface, destiné à caractériser la forme, allongée ou ramassée, du bassin. Ces quantifications restent le plus souvent un exercice de style car les paramètres correspondants ne trouvent pas leur place dans les modèles pluie-débit, dont les paramètres sont la plupart du temps des coefficients issus d'une régression. Les concepts de la géométrie fractale, qui connaissent quelques applications dans ce domaine, sont susceptibles d'asseoir la modélisation des bassins versants sur des paramètres dont la signification physique est indiscutable.

Le bassin versant est le siège de deux phénomènes, intimement liés mais qu'il convient de distinguer : la propagation des ondes hydrauliques provoquées par les pluies et le transport de l'eau qu'elles apportent. Cette distinction n'a rien de byzantin. Si on se préoccupe de reconstituer les débits d'eau à l'exutoire d'un bassin versant à partir des hauteurs de pluie, et cela a été longtemps le souci principal des hydrologues, il suffit d'étudier la propagation à travers le bassin, qui agit alors comme un filtre, de l'onde hydraulique provoquée par la pluie. Il n'est alors pas nécessaire de connaître le cheminement des molécules d'eau participant au débit. Les lois régissant l'écoulement – équation de diffusivité issue de la loi de Darcy en milieu souterrain, équation de Barré de Saint-Venant en rivière – concernent d'ailleurs les charges et ne permettent pas le suivi des particules fluides. Mais si l'on se préoccupe de reconstituer le débit et certaines[...]