M1 Cycle hydrologique à léchelle du bassin

Topique

Le cycle hydrologique à l'échelle du bassin décrit la répartition des précipitations entre les différents flux et zones de stockage : une partie est interceptée par la végétation et retourne à l'atmosphère par évaporation sans jamais atteindre le sol ; une autre partie s'infiltre dans le sol et la nappe phréatique ; une autre encore ruisselle en surface vers les cours d'eau ; une autre partie circule latéralement sous terre, sans atteindre la nappe phréatique, sous forme d'écoulement souterrain ; et une dernière partie retourne à l'atmosphère par évapotranspiration, provenant à la fois du sol et de la végétation.

L'équation du bilan hydrique du bassin intègre tous ces processus sur une même période de calcul : la différence entre les précipitations qui tombent sur le bassin et l'évapotranspiration que celui-ci restitue à l'atmosphère détermine, d'une part, le débit sortant du bassin et, d'autre part, les variations du stockage d'eau dans le sol et les nappes phréatiques.

L'hydrogramme de crue, déjà décrit dans des documents précédents, correspond au débit observé à l'exutoire du bassin en réponse à un épisode pluvieux. Sa forme caractéristique – une montée rapide, un pic et une décrue beaucoup plus lente – reflète les mécanismes de génération du ruissellement déjà décrits, la superficie du bassin, sa pente et son couvert végétal.

Le temps de concentration, déjà mentionné lors de l'étude de la génération des débits, est précisément le paramètre clé qui détermine le temps nécessaire à cet hydrogramme pour atteindre son pic : les petits bassins à forte pente ont des temps de concentration de quelques minutes seulement, tandis que les grands bassins plats peuvent mettre plusieurs jours à atteindre leur débit de pointe.

La courbe de durée d'écoulement, quant à elle, décrit la distribution statistique de tous les débits dans un bassin au fil du temps : le 90e percentile de cette distribution représente le débit de base, le débit lent fourni en continu par l'aquifère, tandis que le 10e percentile représente les crues, beaucoup plus fréquentes mais aussi beaucoup plus intenses. Le modèle de Budyko, déjà utilisé dans d'autres documents de cette série, fournit la répartition à long terme de l'évapotranspiration et du ruissellement en fonction de l'indice d'aridité du bassin, soit le rapport entre la demande évaporative de l'atmosphère et les précipitations reçues par ce bassin. Lorsque cet indice d'aridité est inférieur à un, le bassin est limité en énergie et produit un ruissellement relativement important ; lorsqu'il est supérieur à un, le bassin est limité en eau et finit par évapotranspirer la quasi-totalité des précipitations qu'il reçoit.

Le comportement attendu de ce cycle hydrologique complet concerne les bassins situés en climat humide, avec des débits continus et des hydrogrammes doux, par opposition aux bassins situés en climat semi-aride, avec des débits éphémères et des hydrogrammes beaucoup plus marqués. Ainsi, de l'interception des précipitations qui ouvre ce document à la différence entre climats humides et semi-arides qui le conclut, en passant par le bilan hydrique, l'hydrogramme de crue, le temps de concentration et le modèle de Budyko, le cycle hydrologique à l'échelle du bassin implique que le devenir de chaque goutte de pluie — évaporation, infiltration ou ruissellement dans le cours d'eau — est en définitive déterminé par le climat et par la forme du bassin sur lequel elle tombe.

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