I - 1 : Définitions : D'une façon très générale, l'hydrologie peut se définir comme l'étude du cycle de l'eau et l...
I - 1 : Définitions :
D'une façon très générale, l'hydrologie peut se définir comme l'étude du cycle de l'eau et l'estimation de ses différents flux. L'hydrologie au sens large regroupe :
- la climatologie, pour la partie aérienne du cycle de l'eau (précipitations, retour à l'atmosphère, transferts, etc.) ;
- l'hydrologie de surface au sens strict, pour les écoulements à la surface des continents ;
- l'hydrodynamique des milieux non saturés pour les échanges entre les eaux de surface et les eaux souterraines (infiltration, retour à l'atmosphère à partir des nappes, etc.) ; l'hydrodynamique souterraine (sensu stricto) pour les écoulements en milieux saturés.
L'hydrologie de surface est la science qui traite essentiellement des problèmes qualitatifs et quantitatifs des écoulements à la surface des continents. Ces problèmes se ramènent généralement à des prévisions (associer à une date une certaine grandeur) ou des prédéterminations (associer à une grandeur une certaine probabilité) de débits ou de volume en un point ou sur une surface.
I - 2 : Sciences utilisées
L'étude de la partie "écoulement superficiel" du cycle de l'eau nécessite quand même de connaître les autres parties de ce cycle. L'hydrologie de surface est une science appliquée qui fait appel à des connaissances dans des domaines très divers.
Domaines d’application
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Sciences et Techniques
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Etude des pluies et du retour à l’atmosphère
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Météorologie et Climatologie
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Analyse du comportement hydrologique du bassin
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Géologie, Géographie et Pédologie
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Mesure et étude des écoulements à surface libre
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Hydraulique
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Traitement des données, simulations
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Statistique
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Propagation de crue, modélisations et optimisations
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Calcul numérique
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Instrument de travail pour les calculs numériques, le stockage des données
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Informatique
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I - 3 : Domaines d'applications
Les
domaines d'application de l'hydrologie de surface sont également très variés.
Parmi les plus importants et les plus classiques, on notera :
· l'agriculture
: irrigation, drainage ;
· l'étude des
ressources en eaux : eau potable, eau pour l'industrie ;
· la lutte
contre la pollution : étude des débits d'étiage évacuant les effluents, les
calories ;
· l'énergie
hydraulique ;
· le
transport solide (dépôt ou érosion) ;
· la
navigation ;
· les loisirs
(plans d'eau) ;
· la sécurité
des biens et des personnes : protection contre les crues…
I - 4 : Les méthodes de travail en hydrologie de surface
L'hydrologie
de surface est une science essentiellement appliquée. La recherche et le
développement de cette branche ont toujours été liés à l'existence de problèmes
concrets. Ceux-ci ont évolué au cours des temps : on s'est d'abord intéressé
aux crues, on en vient seulement à prendre conscience de l'intérêt de l'étude
des étiages. En effet, aux besoins quantitatifs s'ajoutent à présent des
problèmes de qualité. Parallèlement à l'évolution des besoins, les progrès des
techniques ont transformé nos méthodes de travail.
On peut essayer de schématiser
chronologiquement ces dernières de la façon suivante :
Dans une première phase, à chaque
problème particulier qui se posait, la réponse de l'hydrologue s'appuyait sur des observations effectuées au point
particulier intéressant. Il en déduisait les solutions recherchées :
alimentation en eau, protection contre les crues, possibilité de navigation, etc.
Au
cours des temps, les stations créées pour chaque problème particulier n'ont pas
toutes été abandonnées, et l'on s'est trouvé en présence d'un réseau appelé
réseau original, constitué de stations très hétéroclites : chacune d'entre
elles répondait à des besoins divers et spécifiques. Elles étaient gérées en
outre par différents services (en France par exemple : Ponts et Chaussées,
Electricité de France, Ministère de l'Agriculture, Ministère de l'Industrie, etc.). L'ensemble des résultats acquis
sur le réseau original constituait donc une banque de données.
On
en arrive alors à un deuxième stade où l'hydrologue n'est plus obligé d'établir
de nouvelles stations pour résoudre un problème. Il peut obtenir des résultats
en extrapolant ceux enregistrés sur des stations du réseau original, voisines
ou comparables. Il peut également se contenter d'une station nouvelle (station
tertiaire ou station de projet), mais observée sur une courte période. Les
données de cette station seront étendues par corrélation avec celles, plus
longues, du réseau original.
Organisation schématique
et évolution dans le temps d'un service hydrologique.
Par la suite, les
services hydrologiques peuvent parfois ne plus s'intéresser uniquement aux
problèmes particuliers. On atteint le stade des problèmes généraux qui se
ramènent essentiellement à:
• L'optimisation et la planification du réseau (démarche
3): Ces deux types de travaux reposent sur l'étude du milieu hydrologique. On
ramène l'ensemble des paysages à un nombre fini de régions dites
hydrologique-ment homogènes. La planification permet de déterminer le nombre
minimal de stations nécessaires à la connaissance de chaque type de milieu
hydrologique. L'optimisation met en évidence, par comparaison avec le réseau
original, les zones sur-observées, et par conséquent, les stations à supprimer
et éventuellement les zones à équiper.
• L’élaboration d’une base de données fiables (démarche 4)
par analyse critique de l’ensemble des observations disponibles.
• Les études systématiques (démarche 6) : Elles
s'intéressent à un même phénomène (crues, étiages, etc.) sur les différentes
stations du réseau. Elles essaient de mettre en évidence des facteurs
explicatifs et, si possible, de quantifier leurs influences, ceci afin
d'extrapoler ces résultats généraux à des bassins versants non étudiés.
A ce dernier stade
s'ouvre une nouvelle voie 7 pour résoudre un problème particulier en un point.
Celle-ci consiste à déterminer au site intéressant, les valeurs des facteurs
explicatifs et à appliquer les résultats généraux obtenus sur l'ensemble du
réseau.
I - 5 : Grandes divisions du cours
Partant
du principe que l'on ne peut pas faire de bonnes études hydrologiques sans
avoir de bonnes données de mesure et que l'on ne peut pas faire de bonnes
mesures sur des phénomènes que l'on connaît mal, le cours d'hydrologie sera
articulé en trois grandes parties.
La
première sera essentiellement descriptive. Elle comportera la caractérisation
du milieu hydrologique et la compréhension des phénomènes météorologiques.
La
deuxième partie sera réservée à l'acquisition des données : mesures
climatologiques et mesures de débits.
Enfin, le
traitement de ces données fera l'objet de la troisième partie. En particulier,
nous aborderons les problèmes de critique de données, de maximisation de
l'information, et enfin, différents types particuliers d'études (crues,
étiages, apports, etc.).
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