EFFET DES VARIABLES ENVIRONNEMENTALES SUR LA PROPAGATION DE L'ONDE DE CRUE

Le risque d’inondation

Le Ministère de la Sécurité Publique répertorie 22 risques naturels dont 13 sont d’origine hydrométéorologique (MSC, 2009). Les inondations font partie de cette catégorie et représentent la cause majeure des catastrophes nature lles au Québec. L’historique des inondations est très riche et les exemples ne manquent pas. En 2010 seulement, selon le site du MSC (2009), un nombre élevé mais indéterminé d’ inondations est répertorié, principalement de janvier à avril. Les rives de rivière sont des endroits de prédilection dans les besoins et le désir de s’établir des gens. La tendance historique de s’installer à proximité des rivières est fréquemment confrontée aux processus naturels du cours d’eau ne pouvant évacuer complètement des crues de récurrence faible. Elles représentent ainsi un risque et le village de Rivière-au-Renard est un bon exemple de ce voisinage risqué. En effet, ce village a subi trois inondations majeures durant les cinq dernières années. La première est survenue le 8-9 août 2007, la deuxième, le 4-5 décembre 2010 et la troisième le 14-15 décembre 20 10.D’autres secteurs sont également affectés lors de ces derniers évènements. À la mi-décembre 2010, la Sécurité civile émet une mise en garde de précipitations abondantes avec possibilité d’inondation pour l’ ensemble de la Gaspésie et la Côte-Nord. Suite à ces pluies, le grand Gaspé a été le plus touché avec des inondations majeures alors que près de 240 mm de pluie sont tombés en 72 heures générant les pires inondations dans l’ histoire gaspésienne. Pour ce qui est des sinistres majeurs, le déluge du Saguenay des 19-20 juillet 1996, alors que 200 mm de pluie étaient tombés en 36 heures, est de loin l’une des pires inondations de l’histoire du Québec avec plus de 800 millions $ de dommages (MSC, 2009). Musy (2010) identifie trois causes principales expliquant les inondations: 1) la fonte des neiges, 2) des précipitations intenses et/ou de longue durée et 3) des embâcles (bois ou glace) obstruant le libre écoulement de l’eau. Selon le régime climatique d’un territoire, la récurrence des inondations peut être saisonnière ou évènementielle (Knighton, 1998). L’ inondation résulte d’une interaction complexe entre l’ hydrométéorologie et les variables environnementales du bassin versant et ell e est le reflet d’une situation extrême de la réponse hydrologique.

La réponse hydrologique

La réponse hydrologique d’un bassin versant est généralement représentée par la variation de la hauteur d’eau et du débit de l’écoulement à l’exutoire. La réponse hydrologique s’illustre à partir d’un limnigramme (hauteur d’eau) ou d’un hydrogramme (débit). Elle consiste en une hausse suivie d’une baisse du niveau de surface d’un chenal d’écoulement, se produisant en simultané avec une hausse et une baisse de son débit et de sa vélocité (Araud et Champredonde, 2007). Telle que représentée sur la figure 1-1 , la courbe d’écoulement non uniforme transitoire présente une différence du débit pour un même niveau de surface selon une tendance à la hausse ou à la baisse du niveau de surface. Toutefois, cette différence n’est pas suffisamment grande pour nécessiter différentes valeurs de débit en fonction du stade de crue et ainsi, une courbe de valeur moyenne est utilisée, présentée par la courbe d’écoulement uniforme. L’hydrogramme de crue comporte plusieurs composantes d’intérêt, dont le pic de crue, la durée de la crue, le temps de concentration, le temps de réponse et le temps de décrue (Fig. 1-2). La forme de l ‘ hydrogramme en un point du bassin versant constitue la réponse hydrologique de la portion amont de ce point (Musy, 2010) et intègre l’effet d’une combinaison des variables environnementales jouant sur la réponse hydrologique. À l’aide de l’hydrogramme et des valeurs brutes de précipitations, il est possible de faire un bilan partiel des débits en fonction des modes de transfert entre le chenal d’écoulement, l’évapotranspiration, l’écoulement souterrain et la mise en réserve dans les lacs ou marais (Kirkby, 1988).

Le rôle des variables environnementales sur la réponse hydrologique

Les variables environnementales comprennent l’ensemble des facteurs hydrométéorologiques, géologiques et physiographiques, ainsi que les facteurs liés à la végétation, aux saisons et à l’utilisation du sol (Knighton, 1998) (Annexe A). Nous divisons ICI ces variables en deux grands groupes: les variables environnementales hydrométéorologiques, associées aux précipitations liquides et solides, et les variables environnementales physiques, associées aux caractéristiques du bassin versant. L’ analyse de ces variables et de la structure du réseau hydrographique permet de caractériser l’influence du contrôle de l’environnement sur la réponse hydrologique (USDA, 1986; Knighton, 1998 Cosandey et Robinson, 2002; Assani et al., 2006). Afin d’ illustrer la complexité des interactions entre l’environnement et la réponse hydrologique, voici en exemple les étapes franchies par un apport hydrologique. Tout d’abord, chaque précipitation est unique en raison de la variabilité dans son intensité, sa durée et sa direction. À son contact avec le bassin versant, une précipitation peut être interceptée, emmagasinée ou s’ écouler (Knighton 1998) et elle a deux possibilités pour évacuer le bassin versant: par écoulement ou par évapotranspiration (Kirkby, 1988; Knighton, 1998). L’ interception se fait principalement au niveau de la végétation (Horton, 1933 ; USDA, 1986; Knighton 1998; Cosandey et Robinson, 2002; Wood, 2006). L’interception se poursuit généralement par l’évapotranspiration en provenance de l’ activité végétale, du rayonnement solaire, de l’énergie thermique du sol et le facteur éolien. L’évapotranspiration se produit sur la totalité de la superficie du bassin versant et représente une perte nette en eau du réseau hydrographique, influençant du même coup la réponse hydrologique à une précipitation (Bouchet, 1963; Cosandey et Robinson, 2002; Woods, 2006; Struthers et Sivapalan, 2007; Kusumastuti et al., 2007). En ce qui concerne l’emmagasinement, la topographie, la matrice du sol, la proximité du plancher de la nappe phréatique et le climat sont des facteurs d’influence (USDA, 1986; Kirkby, 1988; Knighton 1998; Cosandey et Robinson, 2002; Sophoc\eous, 2002). En effet, la présence de plans d’ eau, d’un sol à matrice poreuse ou de neige peut emmagasiner une masse d’ eau. Ainsi, sa contribution à l’écoulement ou à l’évapotranspiration se retrouve dans un état latent (Kirkby, 1988; Knighton 1998). Afin d’atteindre l’exutoire d’ un bassin versant, l’ écoulement se fait par les chenaux ou par le sol (Horton, 1933; Kirkby, 1988; Knighton 1998). Les chenaux d’écoulement représentent l’extension visible d’un réseau de drainage beaucoup plus complexe (Knighton, 1998). En effet, il a été remarqué que l’apport hydrologique d’une précipitation, en lien avec le milieu souterrain, se fait sentir plus rapidement dans le chenal adjacent que la vitesse d’écoulement de surface le permet. Ce transfert hydrologique s’ explique par la pression hydrostatique générée par cette nouvelle eau imbibée dans le sol qui expulse l’ eau en provenance de précipitations précédentes (Knighton, 1998; William et al. , 2002).

Les variables environnementales liées à l’hydrométéorologie

On reconnaît deux variables hydrométéorologiques jouant sur la réponse hydrologique des régions tempérées : les précipitations solides et liquides (Knighton 1998; Cosandey et Robinson, 2002; Petrow et al. , 2007). Les cycles annuels des précipitations suivent des patrons correspondant au climat d’un territoire (Horton, 1933; Knighton, 1998; Petrow et al.,2007). La fréquence et l’intensité des précipitations demeurent cependant très variables (Kavvas et Govindaraju, 1991; Cosandey et Robinson, 2002; Cunderlik et Burn 2002;Kusumastuti et 01. , 2007; Struthers et Sivapalan, 2007; NHMP, 2008). La neige constitue un réservoir d’ eau dont la dynamique de fonte est corolaire de l’ ensoleillement et des précipitations. Elle génère ainsi une réponse hydrologique différente de celle de précipitation liquide (Knighton 1998; Cosandey et Robinson, 2002; Woods, 2006; Petrow et al. , 2007;Musy, 2010) : elle est généralement plus longue et comporte des pulsions journalières. Nous examinons ici trois caractéristiques propres à ces variables hydrométéorologiques : la variabilité spatio-temporelle des précipitations, les conditions antécédentes et la saisonnalité

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ANNEXES
LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
LISTE DES SYMBOLES
RÉSUMÉ
CHAPITRE 1 La dynamique des ondes de crues : problématiques et objectifs
1.1 Le risque d’ inondation
1.2 La réponse hydrologique
1.3 Le rôle des variables environnementales sur la réponse hydrologique
1.4 Les types d’écoulement et la réponse hydrologique
1.5 Définition des types d’ondes de crue
1.6 La propagation d’une onde de crue (POC)
1.7 Objectif de la recherche
CHAPITRE II Site d’étude, outils et méthodes
2.1 Description du site d’étude
2.2 Limnigrammes et capteurs de pression
2.3 Analyse des séries spatiales de limnigrammes pour l’identification des POC
2.4 Sources et analyses des données environnementa les liées au bassin versant
CHAPITRE III RÉSULTATS
3.1 Caractéristiques de POC
3.2 Variabl es environnementales
CHAPITRE IV INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS ET DISCUSSION
4.1 La POC et ses caractéristiques
4.2 Va riables environnementales
4. 3 Caractéristiques du bassin versant et du corridor fluvial
4.4 L’ influence des variables environnementales sur les POC
CHAPITRE V CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES