Etude de l’érosion et du transport solide dans un bassin

Les calcaires et les calcaires marneux

       D’une superficie assez réduite (Fig. 4), cette formation s’étend du Sud-ouest au Nordest en Tunisie. Au pied de la barre gréseuse de Djebel Sra, un large piémont se développe composé de calcaire marneux de l’Eocène et du Crétacé. Vu sa nature lithologique assez vulnérable, cette formation est fortement disséquée par les affleurements de l’Oued Ballauta. A Sidi Trad jalonne un ensemble en anticlinal du Crétacé constitué essentiellement de marne et calcaire du Crétacé, d’Eocène marneux et marno-calcaire.

Etude du régime pluvial saisonnier

       Il semble que la variation inter-mensuelle des précipitations est plus significative au regard des saisons. Pour cela, nous avons représenté graphiquement les précipitations saisonnières (Fig. 15). Il est clair que la saison d’été est la plus sèche, avec des valeurs qui varient entre 17,80 mm et 31,50 mm. La saison hivernale est la plus humide dont les précipitations moyennes varient entre 282,50 mm (Ain Kerma) et 333,53 mm (Roum El Souk). En se basant sur le graphique, nous constatons que la saison automnale présente une période de pluviosité plus importante que celle de la saison printanière, à l’exception de la station Ain Kerma où les pluies sont légèrement plus abondantes au printemps.

Analyse de la série des débits

      L’équipement au niveau de la station hydrométrique permet un enregistrement continu de la hauteur du plan d’eau en fonction du temps. La transformation de la hauteur du plan d’eau en débit passe par la courbe de tarage qui traduit la relation entre la hauteur du plan d’eau (cm) et le débit liquide (m3 /s). Les données de jaugeage ont été subdivisées en périodes déterminées à partir des changements dans les données de H (hauteur) et Q (débits). En raison de la grande variabilité des débits dans le Bassin versant de l’Oued Kébir Est, on a procédé à la division des données en périodes ou seuils de validité où chaque période peut comporter des mois des hautes eaux et des mois de basses eaux (Fig. 18). Les équations de Q = f (H) élaborées à partir des différentes périodes, et selon les seuils de validité, sont des équations de puissance. Chaque période a pu comporter deux équations (Fig. 18).

Analyse en composante principale des paramètres physiques

       Nous avons soumis quelques paramètres physiques à cette analyse pour les sousbassins de l’Oued Kébir Est afin de déterminer les affinités entre les sous-bassins et déduire, en conséquence, les paramètres les plus caractéristiques vis à vis de l’érosion. Dans une matrice d’information spatiale, l’analyse bivariée prend en compte deux colonnes, c’est-à-dire deux variables (régression simple). Si l’on tente de tirer parti de toute une matrice d’information spatiale, on passe à l’analyse multi variée, dont l’analyse factorielle et la classification sont les deux formes représentées. Le but est de résumer l’information contenue dans un vaste tableau de nombres, de dégager des régularités, de mieux comprendre l’écheveau des relations existant entre les variables, donc réduire les données pour mettre en valeur l’essentiel. L’analyse en composante principale a été réalisée avec le logiciel MICROGÉO, qui a été conçu pour pouvoir être utilisé aussi simplement que possible, de façon, le plus souvent, intuitive. La méthode a été appliquée à 29 individus (sous-bassins) et 10 variables pouvant contribuer à l’érosion. Les variables utilisées sont : La superficie (S), la densité de drainage (Dd), la fréquence des talwegs (F), le coefficient orographique (CO), l’indice lithologique (IL), la pente du sous-bassin (Gr), la forme (Kp), le taux de recouvrement (Tr), l’exposition au nord (ExpN), et le coefficient de torrentialité (Ct). Le type de roche est une variable qualitative, et pour chaque formation lithologique un coefficient lui a été attribué lequel représente l’érodibilité de la roche (IL). L’indice lithologique (IL) est le ratio entre le taux de dénudation mécanique d’une roche donnée et le taux de dénudation de granite qui est considéré le plus résistant à l’érosion mécanique. L’érodibilité de chaque type de roche a été estimée en utilisant les taux de l’érosion donnés par Chorley et al. (1984) pour des monolithologies de bassins versants situées aux USA, (IL) augmente avec la susceptibilité de la roche à l’érosion mécanique (Tableau 21). Par exemple, les roches sédimentaires consolidées comme les grès et les calcaires paraissent quatre fois plus érodables que le granite, alors que les marnes sont 50 fois plus érodables que le granite. Le taux de recouvrement (Tr) n’est autre que le rapport en pourcentage de la surface forestière (forêt et maquis) et de la surface du bassin ou du sous-bassin.

Relation entre débit solide, ruissellement et précipitation

       Suite à cette analyse annuelle de la dégradation dans le bassin versant étudié, il serait intéressant d’essayer de comprendre le fonctionnement hydrologique conditionné par les facteurs de l’érosion en recherchant une relation entre l’effet de l’érosion, à savoir les transports solides et un des facteurs essentiels constitués par la pluviométrie et l’écoulement qui est déduit des débits liquides mesurés. Les résultats obtenus se résument comme suit:
– La valeur du coefficient de corrélation entre les pluies et les transports solides spécifiques interannuels est égale à 0,57 (Fig. 44). Cette relation considérée comme assez faible mais significative avec un risque d’erreur de 5% (test de Student) montre que les points se disposent le long de la courbe à pente modérée dans le cas des séries en particulier, indiquant un accroissement plus au moins rapide des transports solides au delà d’un seuil pluviométrique de 700 mm. Dans cet oued, quelques valeurs, soit 42% de l’ensemble, se dispersent largement en dehors de l’intervalle de confiance défini par 0,95 et la bande de confiance est large..
– La valeur du coefficient de corrélation entre l’écoulement et les transports solides est très élevée (r = 0,98), il s’agit donc d’une relation très significative à 5% de risque d’erreur (Fig. 45). La relation entre ces deux variables reflète fortement l’agressivité dans le temps des processus érosifs. Le régime d’écoulement est caractérisé par une période excédentaire et humide associée à une période active pour une dynamique érosive et par une période d’étiage à faible érosion et à un approvisionnement insuffisant en matière fine. Il y a très peu de valeurs en dehors ou loin des lignes de l’intervalle de confiance. En outre, cette interaction parfaite a donné un très bon ajustement des points autour de la droite de régression et un rétrécissement de la bande de confiance.

Spatialisation de la sensibilité des terrains à l’érosion

      Les facteurs de l’érosion pris en considération pour la cartographie des zones sensibles concernent les caractères physiques du bassin : Topographie, lithologie et occupation du sol. Les connaissances sur les formes de l’érosion sont indispensables pour la réalisation des cartes surtout lorsque les zones de contact entre les cartes fournissent des interprétations contradictoires. En fonction des informations recueillies, trois classes en relation avec l’érosion sont sélectionnées et déterminent des niveaux croissants de sensibilité des terrains à l’érosion. Pour chaque facteur de l’érosion, est réalisée une carte de sensibilité potentielle. La réalisation des cartes, a été effectuée à l’aide du logiciel MapInfo, outil indispensable pour faire ressortir les zones sensibles à l’érosion Pour le facteur topographique, nous avons distingué trois classes de sensibilité à l’érosion (Fig. 50):
– Classe des pentes à sensibilité réduite : Pentes de 0 à 3%,
– Classe des pentes à sensibilité moyenne : Pentes de 3 à 10%,
– Classe des pentes à grande sensibilité : Pentes supérieures à 10%.
Ces classes de sensibilité à l’érosion ont été adaptées aux différentes régions de la carte des pentes (Fig. 50). De même, il a été possible de décomposer la sensibilité à l’érosion des formations lithologique qui existent sur le site de Kébir Est, en trois classes de sensibilité (Fig. 51) :
– Classes à sensibilité réduite : Calcaires et grès,
– Classes à sensibilité moyenne : Intercalations de grès et argiles, calcaires marneux, marnocalcaires, conglomérats argileux,
– Classes à grande sensibilité : Argiles, marnes et les formations quaternaires (alluvions et colluvions).
A partir de la carte de l’occupation du sol, les classes de sensibilité retenues sont les suivantes :
– Classes à sensibilité réduite : Forêt et maquis denses, parcours denses, et tissu urbain,
– Classes à moyenne sensibilité : Maquis dégradés et parcours clairsemés,
– Classes à grande sensibilité : Zones de cultures et sols nus.

Morphométrie et quantification des flux de matières en suspension

        Les paramètres morphométriques en relation avec les conditions géomorphologiques des sous-bassins ont montrés que le paramètre de l’érosion (densité de drainage) varie d’un sous-bassin à un autre, on passe d’un sous-bassin bien hiérarchisé et drainé (Dd = 2,98 km-1), à un autre moins drainé (Dd = 2,85 km-1). En accord avec cette constatation, l’analyse en composante principale des 29 sous-bassins choisis a permis de mettre en évidence l’interaction entre les paramètres : Densité de drainage – indice lithologique et topographie (coefficient orographique et gradient). Cette interaction est mieux représentée par les sousbassins de l’Oued Bougous. Le dépouillement des données disponibles met en évidence l’existence de lacunes au niveau des séries des concentrations en suspension, ce qui nous a amenés à utiliser les courbes de transport solide afin de combler ces lacunes. En se basant sur les données observées durant la période 1975/76 – 1998/99, nous avons essayé d’apporter une contribution à la quantification des transports solides et à la compréhension du phénomène hydrosédimentaire. Etant donné que la relation entre les débits liquides et les concentrations ou les débits liquides et les débits solides a montré, d’une part, une association moins signifiante, et d’autre part, une surestimation des apports solides, une tentative à été faite en subdivisant l’ensemble des individus en classes des débits pour en calculer les débits moyens journaliers et les concentrations moyennes journalières et élaborer des courbes de transport solide. Les résultats de la quantification des transports solides montrent que l’écart entre la dégradation spécifique moyenne annuelle calculée à partir de la relation C-Q et celle de la relation Qs-Q est négligeable. Le bassin de l’Oued Kébir Est connaît une érosion élevée avec une dégradation spécifique annuelle de 871 T/km²/an. A l’échelle saisonnière, les plus importantes quantités de transports solides sont évacuées pendant les saisons hivernale et printanière, plus particulièrement entre Décembre et Avril. Néanmoins, par sa disponibilité en matière fine, particulièrement en Octobre et Novembre, l’automne contribue à approvisionner en charge solide les cours d’eau.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : APERCU GEOGRAPHIQUE ET DESCRIPTION PHYSIOGRAPHIQUE
Introduction
1- Aperçu géographique
1.1- Le bassin versant de l’Oued El Kébir
1.2- Le bassin versant l’Oued El Kébir Est
2- Description physiographique
2.1- Orographie
2.1.1- La zone des plaines
2.1.2- La zone des dunes
2.1.3- La zone des marécages et des lacs
2.1.4- La zone des collines
2.2- Lithologie
2.2.1- Les formations superficielles
2.2.2- Les affleurements triasiques
2.2.3- Les marno-calcaires
2.2.4- Les calcaires et les calcaires marneux
2.3.1- L’ensemble conglomératique
2.2.5- Les grès numidiens et les argiles
2.3- Les Pentes
2.2.6- Les pentes de la classe de 0 à 3 %
2.2.7- Les pentes de la classe de 3 à7 %
2.2.8- Les pentes de la classe de 7 à 10 % et de 10 à15 %
2.2.9- Les pentes des classes supérieures à 15 %
2.4- Occupation Du Sol
2.4.1- La forêt
2.4.2- Les maquis
2.4.3- Les cultures
Conclusion
CHAPITRE II : LES CARACTERISTIQUES CLIMATIQUES
Introduction
1- Répartitions des stations pluviométriques dans la zone d’étude
2- Comblement des lacunes
3- Variabilité annuelle des précipitations
3.1- Estimation de la lame précipitée
3.2- Régime pluvial annuel des stations pluviométriques
3.3- Coefficient pluviométrique
3.4- Etude des valeurs extrêmes annuelles
3.5- Paramètres de dispersion
3.6- Analyse fréquentielle des précipitations annuelles
3.6.1- Fréquence et période de récurrence théorique
3.6.2 – Estimation des précipitations fréquentielles
4- Variabilité mensuelle des précipitations
4.1- Etude du régime pluvial saisonnier
4.2- Coefficient de variation
5- Répartition des pluies journalières
6- Facteurs évapo-thermiques et diagrammes pluvio-thermiques
6.1- Températures et évapotranspiration potentielle
6.2- Diagrammes pluvio-thermiques
Conclusion
CHAPITRE III: LES ECOULEMENTS SUPERFICIELS
Introduction
1- Analyse de la série des débits
2- Variabilité interannuelle de l’écoulement
2.1 – Coefficient d’hydraulicité
2.2 – Lame écoulée
2.3 – Coefficient de variation (Cv)
2.4 – Etude fréquentielle des débits annuels
3- Variation mensuelle de l’écoulement
3.1- Coefficient de variation
3.2- Coefficient mensuel des débits (CMD)
3.3- Coefficient d’écoulement
4- Variation des débits moyens journaliers
5- Etude des crues
6- Estimation des volumes d’eau
Conclusion
CHAPITRE IV : ANALYSE MORPHOMETRIQUE
Introduction
1- Installation du réseau hydrographique
2- Tracé d’ensemble
3- Analyse des paramètres physiques
3.1- Relations de surface
3.1.1- Densité de drainage
3.1.2- Fréquence des talwegs
3.2- Relations de relief
3.2.1- Analyse de l’altimétrie
3.2.2- Coefficient orographique
3.2.3- Hypsométrie
4- Analyse en composante principale des paramètres physiques
4.1- Analyse des variables
4.2- Analyse des individus
Conclusion
CHAPITRE V : QUANTIFICATION DES TRANSPORTS SOLIDES EN SUSPENSION
Introduction
1- Méthodes empiriques d’estimation de la dégradation spécifique
1.1- Formule de la Sogréah
1.2- Formule de Tixeront
1.3- Formule de Fournier
1.4- Formule de l’ANRH
2- Méthodes de mesure et quantification des transports solides
2.1- Mesure des MES
2.2- Résultats des prélèvements des MES
2.3- Relation concentration – débit
2.4- Relation débit solide (Qs ) – débit liquide (Q)
3- Discussion
3.1- Variabilité interannuelle des apports solides
3.2- Relation entre débit solide, ruissellement et précipitation
3.3- Variations mensuelles des charges solides
3.3.1- Automne
3.3.2- Hiver
3.3.3- Printemps
3.3.4- Eté
Conclusion
CHAPITRE VI: IDENTIFICATION DES ZONES SENSIBLES A L’EROSION HYDRIQUE
Introduction
1- Principaux facteurs d’érosion
1.1- Agressivité des pluies
1.2- Vulnérabilité des roches et érodibilité des sols
1.3- Topographie
1.4- Occupation du sol
2- Formes de l’érosion
2.1- Ruissellement diffus
2.2- Erosion linéaire
2.3- Mouvements de masse
3- Spatialisation de la sensibilité des terrains à l’érosion
3.1- Localisation des zones sensibles à l’érosion
3.2- Description des zones sensibles à l’érosion
3.2.1- Zones à grande sensibilité à l’érosion
3.2.2- Zones à sensibilité moyenne
3.2.3- Zones à sensibilité réduite
4- Constatation de l’érosion sur les sites des oueds Bougous et Ballauta
5- Etude de l’impact sur les barrages de Mexa et de Bougous
5.1- Barrage de Mexa
5.2- Barrage de Bougous
Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
ANNEXES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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