Lakhasly

CHAPITRE 1 : I- Introduction L'hydrologie est la science qui etudie les eaux terrestres, leur origine, leur mouvement et leur repartition sur notre planete, leurs proprietes physiques et chimiques, leurs interactions avec l'environnement physique et biologique et leur influence sur les activites humaines.Ainsi, l'hydrologie se divise en trois (3) branches principales: L'hydrologie de surface : etudie

• Le ruissellement;
• Le phenomene d'erosion;
• Les ecoulements des cours d'eaux et les inondations;
• Le stockage des eaux sur la terre (barrages, retenues) et dans l'ocean -> L'hydrologie subsurface : etudie
• Le processus d'infiltration; Interface entre les eaux de surfaces et de profondeur
• Le transport des polluants.Son action peut conduire a une meilleure gestion de sa plus precieuse ressource naturelle, mais elle peut aussi causer de nombreux problemes, notamment en perturbant le cycle hydrologique, tant au niveau quantitatif que qualitatif .Il est interessant de noter que dans chacune des phases du cycle de l'eau, on retrouve respectivement un transport d'eau, un emmagasinement temporaire et parfois un changement d'etat (Solidification (de liquide a solide), sublimation (de solide a l'etat gazeux), la fusion (de solide a liquide), condensation (de gazeux a liquide), et l'evaporation (de liquide a gazeux).Remarque: Dans beaucoup d'autres pays, l'assainissement des eaux pluviales et la lutte contre la pollution des eaux, relevent des missions du ministere de l'Environnement II. Le cycle hydrologique ou cycle de l'eau II.1.L'Hydrologie est une science extremement complexe; elle fait appel a de nombreuses disciplines, telles que la climatologie, la geologie, la physique, la statistique, l'informatique, la geographie, ....etc.Le bilan hydrique (hydrologique) On peut schematiser le phenomene continu du cycle de l'eau en trois phases :
• les precipitations,
• le ruissellement de surface et l'ecoulement souterrain,
• l'evaporation.o La pression atmospherique : occasionnent les deplacements horizontaux de l'air o Les forces intermoleculaires dans le sol : provoquent les phenomenes capillaires ainsi que la viscosite et influencent donc la vitesse d'ecoulement.o Les reactions chimiques et nucleaires : o Les activites biologiques o Les activites humaines Finalement, l'homme intervient directement sur les processus de mouvement et de transformation de l'eau.Le cycle de l'eau est un concept qui englobe: Les phenomenes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la terre.o L'energie thermique solaire : produit une circulation de l'air dans l'atmosphere, en raison du fait que la surface terrestre est rechauffee de facon inegale.Elle etudie la distribution spatiale (geographique) et temporelle de l'eau dans l'atmosphere, en surface (lacs et rivieres) et dans le sol et le sous-sol.Les composantes du cycle hydrologique D'abord l'eau se presente, dans la nature, sous trois etats : ?o Acceleration de la pesanteur <> : est responsable des phenomenes de precipitations, de ruissellement, d'infiltration et de courant de convection.Les domaines d'applications de l'hydrologie, sont en interaction avec plusieurs domaines.Au sens plus strict, c'est la science qui etudie le cycle de l'eau dans la nature.u o Attraction solaire et lunaire : est a l'origine des marees et des courants marins.->L'hydrologie de la zone saturee : etudie
• Les ecoulements souterrains;
• Les eaux de profondeur;
• Processus de percolation.la conception des ouvrages d'art et des barrages (ANBT/ MRE) ; ?la protection contre les inondations (risques hydrologiques) (CNRM/MICLAT); ?l'assainissement des eaux pluviales (SEAAL/MRE); ?l'approvisionnement en eau potable et eau pour l'industrie ; ?la lutte contre la pollution des eaux (MRE); ?En voici quelques exemples pour le cas de l'Algerie: ?l'agriculture : irrigation, drainage (MADRP).Solide (neige et glace) ?la navigation fluviale (MT); ?les loisirs (plans d'eau) ; ?l'energie hydraulique (usines hydroelectriques); ?le transport solide (erosion et depot) ; ?Liquide ?Gazeux ?II.2.?

CHAPITRE 1 :
I- Introduction
L’hydrologie est la science qui étudie les eaux terrestres, leur origine, leur mouvement et leur répartition sur notre planète, leurs propriétés physiques et chimiques, leurs interactions avec l’environnement physique et biologique et leur influence sur les activités humaines.
Au sens plus strict, c’est la science qui étudie le cycle de l’eau dans la nature. Elle étudie la distribution spatiale (géographique) et temporelle de l’eau dans l’atmosphère, en surface (lacs et rivières) et dans le sol et le sous-sol.
Ainsi, l’hydrologie se divise en trois (3) branches principales:
L'hydrologie de surface : étudie

• Le ruissellement;


• Le phénomène d’érosion;


• Les écoulements des cours d’eaux et les inondations;


• Le stockage des eaux sur la terre (barrages, retenues) et dans l’océan
  → L'hydrologie subsurface : étudie


• Le processus d’infiltration; Interface entre les eaux de surfaces et de profondeur


• Le transport des polluants.
  →L’hydrologie de la zone saturée : étudie


• Les écoulements souterrains;


• Les eaux de profondeur;


• Processus de percolation.
  L’Hydrologie est une science extrêmement complexe; elle fait appel à de nombreuses disciplines, telles que la climatologie, la géologie, la physique, la statistique, l’informatique, la géographie, ….etc.
  Les domaines d'applications de l'hydrologie, sont en interaction avec plusieurs domaines. En voici quelques exemples pour le cas de l’Algérie:
   l’assainissement des eaux pluviales (SEAAL/MRE);
   la conception des ouvrages d’art et des barrages (ANBT/ MRE) ;
   l’approvisionnement en eau potable et eau pour l'industrie ;
   l'énergie hydraulique (usines hydroélectriques);
   le transport solide (érosion et dépôt) ;
   la protection contre les inondations (risques hydrologiques) (CNRM/MICLAT);
   la lutte contre la pollution des eaux (MRE);
   la navigation fluviale (MT);
   les loisirs (plans d'eau) ;
   l'agriculture : irrigation, drainage (MADRP).
   Remarque: Dans beaucoup d’autres pays, l’assainissement des eaux pluviales et la lutte contre la pollution des eaux, relèvent des missions du ministère de l’Environnement
  II. Le cycle hydrologique ou cycle de l’eau
  II.1. Les composantes du cycle hydrologique
  D’abord l'eau se présente, dans la nature, sous trois états :
   Solide (neige et glace)
   Liquide
   Gazeux
   Le cycle de l’eau est un concept qui englobe: Les phénomènes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la terre.

• L’énergie thermique solaire : produit une circulation de l'air dans l'atmosphère, en raison du fait que la surface terrestre est réchauffée de façon inégale.
• Accélération de la pesanteur «gravité» : est responsable des phénomènes de précipitations, de ruissellement, d'infiltration et de courant de convection. µ
• Attraction solaire et lunaire : est à l'origine des marées et des courants marins.
• La pression atmosphérique : occasionnent les déplacements horizontaux de l'air
• Les forces intermoléculaires dans le sol : provoquent les phénomènes capillaires ainsi que la viscosité et influencent donc la vitesse d'écoulement.
• Les réactions chimiques et nucléaires :
• Les activités biologiques
• Les activités humaines
Finalement, l'homme intervient directement sur les processus de mouvement et de transformation de l'eau. Son action peut conduire à une meilleure gestion de sa plus précieuse ressource naturelle, mais elle peut aussi causer de nombreux problèmes, notamment en perturbant le cycle hydrologique, tant au niveau quantitatif que qualitatif .
II.2. Le bilan hydrique (hydrologique)
On peut schématiser le phénomène continu du cycle de l'eau en trois phases :

• les précipitations,


• le ruissellement de surface et l'écoulement souterrain,


• l'évaporation.
  Il est intéressant de noter que dans chacune des phases du cycle de l’eau, on retrouve respectivement un transport d'eau, un emmagasinement temporaire et parfois un changement d'état (Solidification (de liquide à solide), sublimation (de solide à l’état gazeux), la fusion (de solide à liquide), condensation (de gazeux à liquide), et l’évaporation (de liquide à gazeux).
  Il s'ensuit que l'estimation des quantités d'eau passant par chacune des étapes du cycle hydrologique peut se faire à l'aide d'une équation appelée " Bilan hydrologique" qui est le bilan des quantités d'eau entrant et sortant d'un système défini dans l'espace et dans le temps.

II.2. Le bilan hydrique (suite):
L’équation simplifiée du bilan hydrique, pour une période et un bassin donnés :
P = R + E + I
P : précipitations (liquide et solide);

R : ruissellement de surface;
E : évapotranspiration;

I: infiltration.

Toutefois, il faut tenir compte, soit des réserves souterraines nouvellement accumulées dans l’année, soit de l’épuisement des dites réserves où l’année considérée est sèche: le bilan s’établi ainsi :
P + S = E + R + I + (S ± ∆S)
II.2. Le bilan hydrique (suite):
P + S = E + R + I + (S ± ∆S)
P : précipitations (liquide et solide) (mm),
S : ressources (accumulation) de la période précédente (eaux souterraines, humidité du sol, neige, glace) (mm),
R : ruissellement de surface et écoulements souterrains (mm),
E : évaporation (y compris évapotranspiration) (mm),
S + DS : ressources accumulées à la fin de la période (mm).

Cette équation exprime simplement que la différence entre le débit d'eau entrant et le débit d'eau sortant d'un volume donné (par exemple un bassin versant) au cours d'une période déterminée est égale à la variation du volume d'eau emmagasinée au cours de la dite période.

Elle peut s'écrire encore sous la forme simplifiée suivante :
E = I – O ± ∆S
E : évaporation (mm) ou (m3),
I : volume entrant (mm) ou (m3),

O : volume sortant (mm) ou (m3),
∆S : variation de stockage (mm) ou (m3).
Si le bassin versant naturel est relativement imperméable, la variation de stock sur une période donnée peut être considérée comme nulle (∆S=0). Dès lors, on peut introduire le déficit d'écoulement D dans l'équation qui s'écrit :
D = I - O

CHAPITRE 2 :
I. Définition d’un bassin versant (BV)
Qu’est-ce qu’un bassin versant ?
Le bassin versant (BV) ou le bassin hydrologique, représente l’unité géographique sur laquelle se base l’analyse du cycle hydrologique et ces effets.
Il est définie comme la totalité de la surface topographique drainée par un cours d’eau principale (Oued) et ses affluents.
Le bassin versant est une zone de relief ou une surface topographique, dont les eaux de ruissellement de surface s’écoulent à l’amont vers l’aval, alimentent un cours d’eau et ses affluents, et se rassemblent vers un point unique appelé l’exutoire.
Exutoire: point à partir duquel nous pouvons tracer le départ et l’arrivée de la ligne de partage des eaux.
La ligne de partage eaux de surface ne traverse aucun cours d’eau, sauf au niveau de l’exutoire. Généralement, elle correspond à la ligne de crête. On parle alors du bassin versant topographique (revoir la figure précédente).
Le bassin versant réel (phréatique ou hydrogéologique): Dans le cas d'une région où le sous-sol perméable, il se peut qu'une partie des eaux tombées à l'intérieur du bassin topographique s'infiltre puis sorte souterrainement du bassin (ou à l'inverse les eaux entrent souterrainement dans le bassin).
Autrement dit, la délimitation topographique nécessaire à la détermination en surface du bassin versant naturel n'est pas suffisante, car lorsqu'un sol perméable recouvre un substratum imperméable, la division des eaux selon la topographie ne correspond pas toujours à la ligne de partage effective des eaux souterraines.

Le bassin versant est alors différent du bassin versant délimité strictement par la topographie. Il est appelé dans ce cas bassin versant réel.
Cette différence entre bassins réel et topographique est tout particulièrement importante en région karstique. Lorsque l'on s'intéresse au ruissellement, la délimitation du bassin versant doit aussi tenir compte des barrières artificielles (routes, chemins de fer, etc.).
Il convient donc également de définir, en plus des délimitations topographiques, les limites souterraines de ce système. De plus, il est aussi nécessaire de tenir compte des effets anthropiques (activités humaines) relatifs aux eaux du système.
II. Le comportement hydrologique d’un bassin versant
L'analyse du comportement hydrologique d'un bassin versant (système hydrologique), s'effectue le plus souvent par le biais de l'étude de la réaction hydrologique du bassin face à une sollicitation (la précipitation). Cette réaction est mesurée par l'observation de la quantité d'eau qui s'écoule à l'exutoire du système. La représentation graphique de l'évolution du débit Q en fonction du temps t constitue un hydrogramme de crue. La réaction du bassin versant peut également être représentée par un limnigramme qui n'est autre que la représentation de la hauteur d'eau mesurée en fonction du temps.
La réaction hydrologique d'un bassin versant à une sollicitation particulière est caractérisée par sa vitesse (temps de montée tm, défini comme le temps qui s'écoule entre l'arrivée de la crue et le maximum de l'hydrogramme) et son intensité (débit de pointe Qmax, volume maximum Vmax, etc.). Ces deux caractéristiques sont fonction du type et de l'intensité de la précipitation qui le sollicite, mais aussi d'une variable caractérisant l'état du bassin versant : le temps de concentration des eaux sur le bassin.
II. Le comportement hydrologique d’un bassin versant (suite):
Le temps de concentration tc des eaux sur un bassin versant se définit comme le maximum de durée nécessaire à une goutte d'eau pour parcourir le chemin hydrologique entre un point
du bassin et l'exutoire de ce dernier.
Le temps de concentration dépend de plusieurs paramètres notamment des caractéristiques morphométriques (géométriques) du bassin versant étudié.
Le temps de concentration tc est composé de trois termes différents :
tc = Max (∑( th + tr + ta ))
th : temps d'humectation= temps nécessaire à l'imbibition du sol par l'eau qui tombe avant qu'elle ne ruisselle.
tr : temps de ruissellement ou d'écoulement= temps qui correspond à la durée d'écoulement de l'eau à la surface ou dans les premiers horizons de sol jusqu'à un système de collecte (cours d'eau naturel, collecteur).
ta : temps d'acheminement= temps mis par l'eau pour se déplacer dans le système de collecte jusqu'à l'exutoire.
Théoriquement on estime que tc est la durée comprise entre la fin de la pluie nette et la fin du ruissellement. Pratiquement le temps de concentration peut être déduit de mesures sur le terrain ou s'estimer à l'aide de formules le plus souvent empiriques.
III.2. Caractéristiques morphométriques des BV
Les caractéristiques physiographiques ou morphologique d’un bassin versant influencent fortement sa réponse hydrologique, et notamment le régime des écoulements en période de crue ou d'étiage.
Le temps de concentration tc, [vitesse et l'intensité de la réaction du bassin versant à une sollicitation des precipitations], est influencé par diverses caractéristiques morphologiques : tel que : la taille du bassin (sa surface), sa forme, son élévation, sa pente et son orientation.
A ces facteurs s'ajoutent encore le type de sol, le couvert végétal et les caractéristiques du réseau hydrographique.
Ces facteurs, d'ordre purement géométrique ou physique, s'estiment aisément à partir de cartes adéquates ou en recourant à des techniques digitales et à des modèles numériques.
Le relief a une grande influence sur l'écoulement, car de nombreux paramètres hydrométéorologiques varient avec l'altitude (précipitations, températures, etc.) et la morphologie du bassin.
La pente influe sur la vitesse d'écoulement. Ainsi, une pente forte correspond à une durée de concentration courte des eaux de ruissellement et vice-ver-ça.
III.2.1. La surface :
Superficie du bassin versant (BV) = l’aire (km²) circonscrite par la ligne de partage des eaux
Le BV étant l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau, les débits vont être reliés à sa surface.

• Surface du BV est grande , + la pluie captée est grande
  La surface du bassin versant peut être mesurée par superposition d'une grille dessinée sur papier transparent, par l'utilisation d'un planimètre ou, mieux, par des techniques de digitalisation (logiciels)
  III.2.2. La forme :
  La forme d'un bassin versant (allongée ou ramassée), influence l'allure de l'hydrogramme à l'exutoire du bassin versant.
  Par exemple, une forme allongée (BV2) favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau à l'exutoire plus importants.
  En revanche, les bassins en forme d'éventail (BV1), présentant un temps de concentration plus court (tc1), auront les plus forts débits de pointe.

L'indice de compacité permet l'évaluation globale de la longueur du réseau de drainage. Plus le bassin est compact, plus sa forme est ramassée, plus l'indice de Gravelius est faible et plus le temps de circulation des eaux jusqu’à l’exutoire est court avec comme conséquence une augmentation du risque des crues.
A: KG > 1
B: KG ≈ 1
III.2.3. Le relief :
a. La courbe hypsométrique
Elle fournit une vue synthétique de la pente du bassin et représente le profil du BV et sa pente moyenne. Elle est obtenue à partir des cartes topographiques.
Elle représente la répartition des surfaces élémentaires du BV en fonction des altitudes correspondants.

III.2.3. Le relief
b. Les altitudes
L'altitude maximale représente le point le plus élevé du bassin; l'altitude minimale considère le point le plus bas, généralement à l'exutoire.

L'altitude moyenne se déduit directement de la courbe hypsométrique ou se calcule.
L'altitude médiane correspond à l'altitude lue au point 50% de la surface totale du bassin, sur la courbe hypsométrique.
Cette grandeur se rapproche de l'altitude moyenne dans le cas où la courbe hypsométrique du bassin concerné présente une pente régulière.

c. Le rectangle équivalent :
La notion de rectangle équivalent ou rectangle de Gravelius, introduite par Roche (1963), permet de comparer facilement les BV entre eux, en ce qui concerne l'influence de leurs caractéristiques géométriques sur l'écoulement.
Le BV rectangulaire résulte d'une transformation géométrique du bassin réel dans laquelle on conserve la même superficie, le même périmètre (ou même KG) et donc par conséquent la même répartition hypsométrique. Les courbes de niveau deviennent des droites parallèles aux petits côtés du rectangle. La climatologie, la répartition des sols, la couverture végétale et la densité de drainage restent inchangées entre les courbes de niveau.

III.2.3. Le relief
d. La pente moyenne du BV
La pente moyenne est une caractéristique importante qui renseigne sur la topographie du bassin. Elle donne une bonne indication sur le temps de concentration et influence directement le débit de pointe lors d'une averse.
Plusieurs méthodes ont été développées pour estimer la pente moyenne d'un bassin. Toutes se basent sur une lecture d'une carte topographique.
La méthode de Carlier et Leclerc (1964) consiste à calculer la moyenne pondérée des pentes de toutes les surfaces élémentaires comprises entre deux altitudes données.

III.2.3. Le relief
f. Indice de pente globale Ig

 bassin jeune : superficie faible par rapport au changement d’altitude initiale, ce qui est caractéristique des bassins abrupts,
 vieux bassin : plaine douce près d’un cours d’eau où l’altitude varie très peu malgré une superficie importante,
 bassin « mature » ‘intermédiaire’