Soutenance mémoire
L’eau a de tous temps accompagné la vie des hommes, s’inscrivant ainsi au cœur de la civilisation. D’après Mouelhi (2003) citant le « Monde diplomatique » 2002, l ’eau n’est pas seulement une ressource, elle est un enjeu de civilisation et un potentiel économique considérable. Elément essentiel d’hygiène et de santé, l’eau devient de plus en plus, avec l’accroissement de la population humaine sur Terre, une denrée très convoitée. La variabilité de sa disponibilité et de son accès est source de problèmes :
– trop abondante, elle est la cause d’inondations catastrophiques ;
– rare et de répartition géographique inégale, elle entraîne des conflits juridiques et politiques entre de nombreux pays ou entre des communautés humaines, des situations de pénurie, de désertification, d’exode de populations.
Selon la déclaration de Dublin (1992), on estime que un habitant sur cinq de la planète n’a pas accès à l’eau en quantité suffisante et un sur trois a une eau de qualité. Devant l’accroissement de la demande en eau lié à la multiplication des usages (consommation domestique, industrie, agriculture, loisirs etc.), le développement des problèmes environnementaux dus aux pollutions d’origine humaine et les conséquences de choix d’aménagements hydrauliques peu judicieux faits par le passé, la question de la disponibilité et d’accès à l’eau est sans aucun doute un des problèmes majeurs auquel devra faire face l’humanité durant ce siècle.
Dans ce contexte, on comprend alors aisément la nécessité de mettre au point des outils d’aide à la gestion et à la décision qui permettent de mieux cerner le fonctionnement des hydrosystèmes naturels et le devenir de l’eau dans son environnement. L’utilisateur de ces instruments peut bénéficier ainsi d’une meilleure connaissance de la répartition spatiale et temporelle des flux d’eau et des matières et composés qu’elle véhicule à l’échelle du bassin. Le cours d’eau constitue, dans cette démarche d’appréhension des hydrosystèmes, un objet d’intérêt privilégié, en raison de l’accès aisé qu’il offre à la ressource. La connaissance de son débit est aujourd’hui un instrument indispensable à la gestion des systèmes aquatiques (notamment pour la prévision des débits, la prévention et la prédétermination des crues, l’aménagement et la construction des ouvrages hydrauliques, les études des changements climatiques, les impacts de catastrophes naturelles, les impacts anthropiques etc.). De nombreuses recherches se sont donc attachées, depuis plus d’un siècle, à essayer de comprendre les processus de génération des débits et le fonctionnement du bassin versant, entité hydrologique de production et de concentration des écoulements pour en établir des simulations.
Le Sénégal, à l ’instar des pays de l’Afrique de l’Ouest et Centrale, a connu une variabilité climatique qui s’est traduite par une tendance à la baisse des précipitations et un déficit à partir des années 1970. Ces processus se sont accrus par la suite et le déficit pluviométrique a eu une conséquence sur les cours d’eau. Pour faire face à cette situation, les pays qui se partagent le bassin du fleuve Sénégal ont construit deux barrages sur le fleuve Sénégal : le barrage de Diama dans la basse vallée pour stopper la remontée marine et relever le plan d’eau en vue d’irrigation et le barrage de Manantali (sur le Bafing) pour laminer la crue sur le Bafing, permettre l’irrigation, la navigation et la production d’énergie électrique.
GENERALITES SUR LE CYCLE DE L’EAU
L’eau se trouve dans l’atmosphère terrestre sous ses trois formes (solide, liquide, gazeuse). Sur la terre, l’eau est en constante circulation et subit des changements d’état. L’importance de ces modifications fait de l’eau le principal agent de transport d’éléments physiques, chimiques et biologiques. La mesure quantitative et qualitative des éléments du cycle hydrologique et la mesure des autres caractéristiques de l’environnement sur l’eau constituent une base essentielle pour une gestion efficace de l’eau (Déclaration de Dublin, 1992). De fait, la compréhension et l’analyse du cycle de l’eau sont la base de toute étude et réflexion au sujet de la gestion des eaux.
Cycle hydrologique, document (Perrin, 2000)
CYCLE HYDROLOGIQUE (Cours de Musy, 2004)
Définition
Le cycle hydrologique ou cycle de l’eau est un cycle naturel au cours duquel l’eau circule de façon générale et constante (sur terre, sous terre et dans l’atmosphère) depuis l’océan jusque sur terre en passant par l’atmosphère et à nouveau vers l’océan.
Composantes du cycle hydrologique
Le cycle hydrologique est sujet à des processus complexes et variés dont les principaux sont : les précipitations, l’évaporation, la transpiration (des végétaux), l’interception, le ruissellement, l’infiltration, la percolation et le stockage dans les dépressions.
Les précipitations
Définition
Les précipitations sont toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide (neige, grésil, grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre…) Elles sont causées par un changement de température ou de pression.
Mécanismes de formation des précipitations
Le cycle hydrologique est un concept qui englobe les phénomènes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la terre. En effet sous l’effet du rayonnement solaire, l’eau évaporée à partir du sol, des océans et des autres surfaces d’eau, entre dans l’atmosphère. L’élévation d’une masse d’air humide permet le refroidissement général nécessaire pour l’amener à saturation et provoquer la condensation de la vapeur d’eau sous forme de gouttelettes constituant les nuages, en présence de noyaux de condensation (impuretés en suspension dans l’atmosphère d’origines variées : cristaux de sable, cristaux de sel marin, combustions industrielles, pollution, suie volcanique). Puis la vapeur d’eau, transportée et temporairement emmagasinée dans les nuages, est restituée par le biais des précipitations aux océans et au continent. Une partie de la pluie qui tombe peut être interceptée par les végétaux puis être partiellement restituée sous forme de vapeur à l’atmosphère. La pluie non interceptée atteint le sol. Suivant les conditions données, elle peut alors s’évaporer directement du sol, s’écouler en surface jusqu’au cours d’eau (ruissellement de surface) ou encore s’infiltrer dans le sol. Il peut aussi y avoir emmagasinement temporaire de l’eau infiltrée sous forme d’humidité dans le sol, que peuvent utiliser les plantes. Il peut y avoir percolation vers les zones plus profondes pour contribuer au renouvellement des réserves de la nappe souterraine. Un écoulement à partir de cette dernière peut rejoindre la surface au niveau des sources ou des cours d’eau. L’évaporation à partir du sol, des cours d’eau et la transpiration des plantes complètent ainsi le cycle. Ces divers mécanismes sont rendus possibles par un élément moteur, le soleil, organe vital du cycle hydrologique.
Types de précipitations
Les précipitations peuvent être classées en trois principaux types :
– les précipitations convectives qui résultent d’une ascension rapide des masses d’air dans l’atmosphère. Elles sont associées aux cumulus et cumulo-nimbus, à développement vertical important, qui donnent en général des précipitations orageuses, de courte durée (moins d’une heure), de forte intensité et de faible extension spatiale.
– les précipitations orographiques qui se produisent souvent au niveau des massifs montagneux. Elles proviennent de la rencontre entre une masse d’air chaud et humide et une barrière topographique. Elles présentent une intensité et une fréquence assez régulières.
– les précipitations frontales ou de type cyclonique qui résultent du contact entre deux masses d’air de température, de gradient thermique vertical, d’humidité et de vitesse de déplacement différents appelées fronts.
*les fronts froids (une masse d’air froid pénètre dans une région chaude) génèrent des précipitations brèves, peu étendues et intenses ;
*les fronts chauds (une masse d’air chaud pénètre dans une région froide) créent des précipitations longues, étendues, mais peu intenses.
Mesures des précipitations
Mesure de la hauteur d’eau précipitée
Quelque soit la forme de la précipitation liquide ou solide, on mesure la quantité d’eau tombée durant un laps de temps. On l’exprime en :
– Hauteur d’eau tombée ou Lame d’eau précipitée par unité de surface horizontale (mm). L’intensité des averses variant au cours d’une même averse, lorsqu’on s’intéresse aux intensités observées sur des intervalles de temps au cours desquels on aura enregistré la plus grande hauteur de pluie, on parle alors d’intensité maximale. Les instruments fondamentaux de mesures des précipitations sont :
– le pluviomètre : instrument de base de la mesure des précipitations liquides ou solides. Il indique la quantité d’eau totale précipitée et recueillie à l ’intérieur d’une surface calibrée dans un intervalle de temps séparant deux relevés.
– le pluviographe : instrument captant la précipitation de la même manière que le pluviomètre mais avec un dispositif permettant de connaître, outre la hauteur d’eau totale, leur répartition dans le temps, autrement dit les intensités. Les averses d’une station pluviométrique déduites des enregistrements d’un pluviographe (pluviogramme) peuvent être analysées à l’aide de deux courbes :
-la courbe des hauteurs de pluie cumulée qui représente en ordonnée, pour chaque instant t, l’intégrale de la hauteur de pluie tombée depuis le début de l’averse.
-le hyétogramme qui est la représentation, sous forme d’un histogramme, de l’intensité de la pluie en fonction du temps. Il représente la dérivée, par rapport au temps, de la courbe des précipitations cumulées.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE CYCLE DE L’EAU
I-1 INTRODUCTION
I-2 CYCLE HYDROLOGIQUE
I-2-1 Définition
I-2-2 Composantes du cycle hydrologique
I-2-2-1 Les précipitations
I-2-2-1-1 Définition
I-2-2-1-2 Mécanismes de formation des pluies
I-2-2-1-3 Types de précipitations
I-2-2-1-4 Mesures des précipitations
I-2-2-1-4-1 Mesure de la hauteur d’eau précipitée
I-2-2-1-4-2 Notion de temps de retour
I-2-2-1-4-3 Les courbes IDF (Intensité, Durée, Fréquence)
I-2-2-1-4-4 Evaluation régionale des précipitations
I-2-2-2 L’évaporation
I-2-2-2-1 Méthodes de mesures
I-2-2-2-1-1 Mesures directes
I-2-2-2-1-2 Mesures indirectes
I-2-2-2-1-3 Formules des taux d’évaporation
I-2-2-3 La transpiration et l’évapotranspiration
I-2-2-3-1 Différentes notions d’évapotranspiration
I-2-2-3-2 Evaluation de l’évapotranspiration
I-2-2-3-2-1 Détermination de l’évapotranspiration de référence (ETo)
I-2-2-3-2-2 Détermination de l’évapotranspiration maximale (ETM) d’un sol couvert par la végétation
I-2-2-4 L’interception
I-2-2-5 Le stockage dans les dépressions
I-2-2-6 L’écoulement, l’infiltration et la percolation
I-3 BILAN HYDRIQUE
CHAPITRE II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
II-1 LE MODELE
II-1-1 Définition
II-1-2 Le développement du modèle
II-2 LA MODELISATION PLUIE-DEBIT EN HYDROLOGIE
II-2-1 Objet d’étude
II-2-2 Objectifs
II-3 CLASSIFICATION DES MODELES PLUIE-DEBIT
II-4 LES MODELES HYDROLOGIQUES DU GENIE RURAL
II-4-1 Historique
II-4-2 Présentation des modèles GR
II-4-2-1 Les modèles GR journaliers
II-4-2-1-1 Le GR1J
II-4-2-1-1-1 Le modèle à un réservoir
II-4-2-1-1-2 Le modèle à deux réservoirs
II-4-2-1-2 Le GR2J
II-4-2-1-3 Le GR3J
II-4-2-1-3-1 Architecture
II-4-2-1-3-2 Le réservoir-sol
II-4-2-1-3-3 Le réservoir eau-gravitaire
II-4-2-1-3-4 Le temps d’accès au réservoir eau-gravitaire
II-4-2-1-4 Le GR4J
II-4-2-2 Les modèles GR mensuels
II-4-2-3 Les modèles GR annuels
CHAPITRE III : FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA FALEME A L’AIDE DU GR4J
III-1 PRESENTATION DU BASSIN
III-1-1 Localisation et caractéristiques morphologiques
III-1-2 Géologie
III-1-3 Climat
III-2 ANALYSE ET CRITIQUE DES DONNEES UTILISEES
III-2-1 Présentation des données utilisées
III-2-2 Traitement statistique
III-3 MODELISATION DE LA RELATION PLUIE-DEBIT DANS LE BASSIN VERSANT DE LA FALEME
III-3-1 Présentation du GR4J
III-3-1-1 Introduction
III-3-1-2 Mise en œuvre
III-3-1-2-1 Initialisation
III-3-1-2-2 Optimisation ou calage
III-3-1-2-3 Contrôle
III-3-1-3 Fonctionnement
III-3-1-3-1 Neutralisation de P par E
III-3-1-3-2 Le réservoir-sol ou réservoir de production
III-3-1-3-3 Les hydrogrammes unitaires
III-3-1-3-4 Le réservoir eau-gravitaire ou de routage
III-3-2 Résultats de la simulation de la relation pluie-débit
III-3-3 Synthèse des résultats
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
