[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LTHE

Titre du projet

Variabilité spatio - temporelle du ruissellement d'un versant
[ rapport final pdf ]

Type d'aléa
Crues en rivière et inondations
Année

1998

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)
*
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)
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 , ou encore )
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).

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.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs en hydrologie / hydraulique (LTHE…)
Production scientifique
- Méthodologie innovante
Produits délivrables
 
Partenariats
*
Retombées du projet


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
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