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Titre
du projet |
Variabilité
spatio - temporelle du ruissellement d'un versant
[
rapport
final pdf ] |
| Type
d'aléa |
Crues
en rivière et inondations |
| Mots-clés |
Ruissellement
de versant - Variabilité spatio-temporelle - Observations
in situ - Parcelles expérimentales - Conductivité
hydraulique du sol - Instrumentation - Simulateur de pluie |
| Champs
disciplinaires |
Hydrologie,
hydrométrie |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
LTHE |
| Organisme(s)
associé(s) |
* |
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Coordonnateur |
Jean-Pierre
VANDERVAERE |
| Participants |
Anne-Julie
Schipman, Luc Descroix, Stéphane Boubkraoui, Jean-Michel
Taunier |
2) Contexte du projet
| Site(s)
d'étude |
Bassin
versant du Verderet (communes de Herbeys, Brié et Eybens) |
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Contexte
de l'étude |
En
matière d’inondation, les études et recherches
menées à ce jour concernaient, soit des bassins
versant dits « naturels », peu anthropisés,
soit des bassins versants urbains. Or, de nombreux bassins péri-urbains
sont constitués de surfaces mixtes, rurales et urbaines,
en proportion variable et en évolution souvent rapide,
sous la pression foncière notamment. La modélisation
des crues, et du ruissellement en particulier, doit donc s’attacher
à comprendre et à quantifier le rôle des
différents éléments constitutifs des versants
et bassins versants (prairies, zones cultivées, zones
boisées, zones habitées, voirie) en tant que producteurs
et/ou conducteurs d’écoulement afin de prévoir
l’évolution du risque.
Les mécanismes qui contrôlent le devenir à
court terme des eaux de pluie se partageant en ses composantes
infiltration, interception, ruissellement de surface et évapotranspiration
sont encore insuffisamment compris. Une meilleure connaissance
de la contribution des écoulements rapides de pointe
de crue serait souhaitable. Une part importante des questions
posées pour améliorer la modélisation hydrologique
des bassins versants se place donc à l’échelle
du versant. Il semble clair que le comportement global du bassin
ne peut être que le résultat des processus se déroulant
dans les versants qui le constituent. Parvenir à agréger
le comportement des versants pour en inférer celui du
bassin est donc un enjeu majeur en hydrologie. On ne saurait
y répondre de manière réaliste qu’en
se fondant sur un équilibre entre l’observation
expérimentale de la modélisation. Dans cette étude,
réalisée dans le cadre de la thèse d’Anne-Julie
Schipman, l’accent est mis sur la quantification de la
variabilité des écoulements en vue d’une
modélisation stochastique à base physique du fonctionnement
de ce type de bassin versant. |
| Programme
plus vaste |
Programme
National de Recherche en Hydrologie PNRH (description
: ici
et là,
ou encore là) |
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Initiation
du projet |
Projet
initié par le PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
9,147
k€ (60 kF) |
Part
du CG38 - PGRN |
100
% |
| (Co)-Financements |
* |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Ce
financement
a permis d’initier le projet (avec une dynamique plus
rapide que pour un projet national ou européen) et de
montrer la faisabilité du projet, dont certains doutaient
(effet levier). |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
| Objectifs |
Quantifier
expérimentalement la variabilité des écoulements
sur un versant, en vue d’une modélisation stochastique
à base physique du fonctionnement d’un bassin versant
de type péri-urbain.
Contribuer à améliorer la modélisation
hydrologique à l’échelle du versant. |
| Méthodologie |
Instrumentation
d’un site de prairie pâturée située
sur le haut bassin :
- choix de 4 parcelles de 1 m2 en bas de versant ;
- creusement de tranchées verticales d’une profondeur
d’environ 60 cm au droit du bord inférieur de
chaque parcelle ;
- mise en place de deux plaques métalliques enfoncées
dans le sol pour guider les écoulements de surface
et de subsurface ;
- mise en place de 3 tensiomètres pour chaque parcelle
(profondeurs 10, 30 et 50 cm) pour suivre l’évolution
du profil de pression d’eau dans le sol + installation
d’un tube sur chaque parcelle, destiné à
des mesures d’humidité volumique par sondage
neutronique ;
- installation d’un pluviographe à proximité,
pour reconstituer les hyétogrammes des événements
pluvieux.
Développement
d’un simulateur de pluie de type ORSTOM, permettant
de reproduire, sur une surface réduite, une averse
dont les paramètres (intensité, cumul, énergie
cinétique des gouttes) sont connus et peuvent être
choisis assez proches de ceux des événements
naturels. Simulation de conditions pluvieuses correspondant
à un événement rare susceptible d’être
à l’origine d’une crue sur le bassin (environ
40 mm), faites sur les parcelles avec végétation
haute ou herbe fauchée (simulant l’état
pâturé).
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| Résultats |
•
Démonstration de la faisabilité de la mesure
et acquisition d’un jeu de données de ruissellement
et d’écoulement subsurfacique sous pluies naturelles
et simulées :
- Estimation de la conductivité hydraulique du sol
(Ks) en utilisant 2 méthodologies : par infiltrométrie
à disques en conditions légèrement
non saturées (70 mm/h) et par la méthode du
cylindre sous charge en conditions saturées (170
mm/h).
- Mise en évidence d’une forte décroissance
de la conductivité hydraulique avec la profondeur
(5 mm/h environ à 50 cm de profondeur).
- Identification des conditions de pluie donnant lieu à
écoulement : intensité minimale (It) et pluie
minimale (Ri, pluie d’imbibition) conjointement nécessaires
à l’occurrence de l’écoulement
(au moins Ri = 8 mm et It = 7 mm/h pour un ruissellement
de surface et au moins Ri = 20 mm et It = 25 mm/h pour un
ruissellement de subsurface).
•
Mise en évidence d’une grande variabilité
des hauteurs d’eau recueillies lors des simulations
de pluie : coefficient de variation de 77% en surface et 125%
en subsurface.
• Observation du ruissellement toujours établi
sous la forme de filets d’eau suivant des cheminements
préférentiels qu’il semble illusoire d’espérer
modéliser avec les équations classiques des
écoulements à surface libre (Manning, Saint
Venant).
• Mise en évidence des effets du fauchage : augmentation
du volume écoulé (50%), transfert d’écoulement
de la subsurface (divisé par 2) vers la surface (écoulement
double) et homogénéisation spatiale de ces deux
compartiments.
• Hypothèses sur le rôle de l’état
hydrique initial du sol.
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4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Chercheurs
en hydrologie / hydraulique (LTHE…) |
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Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
Anne-Julie
Schipman, 2002, Fonctionnement hydrodynamique et génération
des écoulements de crue sur versants. Variabilité
des processus et conséquences sur le fonctionnement
d’un bassin péri-urbain. Thèse de doctorat
INPG soutenue avec succès le 18/10/02 (mention TH avec
Félicitations). |
| Pages
Web |
0 |
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