La problématique de l’érosion des sols

Etudes des températures

Les températures représentent un facteur important dans la détermination du type de climat d’une région. Ces températures sont caractérisées par des observations maximales, minimales et moyennes, reflétant ainsi les fluctuations annuelles et saisonnières des pressions atmosphériques. Les températures utilisées pour les besoins de cette étude, sont celles obtenues à partir d’une commande faite auprès de l’Office National de la Météorologie de Saida. La station météorologique retenue pour étude est celle de Rebahia (tableau II.5). Le choix porté sur cette station se justifie par sa position intermédiaire entre l’amont et l’aval d’une part et la disponibilité d’un ensemble de données d’autre part. L’examen du tableau II.6, montre que le bassin de l’oued Saida subit durant l’année deux grandes saisons, qui semblent partager le cycle climatique en deux grandes périodes nettement égales mais irrégulières figure II.7. Un semestre continental très froid, s’étend de Novembre à Avril, dont la température minimale avoisine les 2,4°C, et un semestre sec et chaud avec une moyenne des maxima de 36,7°C. On note l’occurrence du sirocco, un vent chaud et chargé de sable pendant la saison estivale qui sévit à raison de 3 à 4 jours par mois, les températures peuvent atteindre les 44°C (A.N.R.H, 2010). Durant la période hivernale et sous l’influence continentale, les températures saisonnières, s’abaissent parfois en dessous de 0°C, d’où l’apparition de phénomène de gelée et de verglas. A la lumière de ces résultats, on peut dire que la zone d’étude connait des hivers assez froids (rigoureux) et des étés assez chauds.

Coefficient mensuel de débits

On définit le coefficient mensuel de débit, comme le rapport du débit moyen mensuel au module inter-annuel de la période considérée (calculé sur un certain nombre d’années). Le module interannuel se calcul (moyenne arithmétique) sur une série d’observations de plusieurs années. Le coefficient mensuel de débits (CMD), permet la comparaison des variations saisonnières du régime d’un cours d’eau. Les CMD inférieurs à l’unité correspondent aux mois des basses eaux et les CMD supérieurs à l’unité représentent les mois des hautes eaux. L’analyse de la figure II.12, et le tableau II.17, montrent que le débit maximal est observé au mois de janvier, alors que le débit minimal est enregistrés en Juillet-Aout. Dans le cas de l’oued Saida, la période des hautes eaux est nettement précoce puisqu’elle apparait au début de l’automne. A l’instar des régions semi-arides, la région de Saida est caractérisée par des orages violents qui surviennent en Octobre, Novembre, décembre et éventuellement Janvier. La moyenne mensuelle maximale de 0,183 m3/s est observée en Janvier. La période des basses eaux est plus précoce encore, puisqu’elle commence à partir de Mai.

Ceci peut s’expliquer a priori par les variations saisonnières de précipitations, et aux effets importants de la température de la région de Saida, qui accentue l’evapotranspiration (ETP). Aujourd’hui, il apparait clairement que les régimes hydrologiques dépendent en grande partie des précipitations, et des températures (évaporation). II.2.10 Analyse des crues La crue dépend essentiellement de l’abondance et de l’intensité de la pluie : son évolution obéit principalement à la puissance et l’intensité de l’averse. Sa vitesse est largement influencée par le couvert végétal, la lithologie, par des paramètres morpho-métriques du bassin (indice de compacité, densité de drainage, rapport des confluences et des longueurs, la pente des talwegs et la forme du lit Cosendey et Robinson (2000). Plus une crue est importante et plus elle aura de capacité à transporter les sédiments du lit du cours d’eau. En effet, plus la pente sera importante et le lit étroit, plus la capacité de charriage du cours d’eau sera importante et plus la rivière aura tendance à dissiper sa capacité de charriage en érodant son fond et ses berges.

A l’inverse, plus la pente sera faible et le lit large, plus la rivière perdra sa capacité de charriage et aura tendance à déposer les matériaux qu’elle transporte, créant soit des zones d’atterrissements soit un exhaussement plus global du lit. Les volumes totaux écoulés pendant les crues, ainsi que les volumes moyens annuels écoulés durant les années correspondantes dans l’oued Saida sont reportés dans le tableau II.20 L’analyse du tableau II.20, montre que la crue la plus importante enregistrée par les services de l’ANRH, était celle du 02 au 10/10/2001 avec un débit de pointe de 1,36 m3/s donnant ainsi un apport liquide de 1,02.106 m3 d’eau. La crue du 13/ au 15/10/1983 est la plus dévastatrice puisque à elle seul, elle a généré un volume d’eau estimé à 0,56.106 m3 en seulement 69h et 30min. Ce volume représente 66,7% par rapport au total annuel apporté par l’oued Saida. La variation du pourcentage des apports de crues est comprise entre 0,90% et 66% de l’apport annuel. Cette différence enregistrée dans les apports est du probablement à l’intensité et la fréquence irrégulières des pluies qui s’abattent sur le bassin versant de l’oued Saida.

MODELISATION PLUIE – DEBIT

L’aménagement de ponts et de barrages sur des oueds ou l’exploitation des cours d’eau pour l’irrigation supposent une bonne connaissance de leurs crues et de leurs étiages. Ainsi, l’analyse et la caractérisation précise de la variabilité des ressources en eau de surface constituent un domaine de recherche indispensable, en ce sens qu’il doit déboucher sur l’élaboration de scénarios permettant la prévision et la gestion de ces ressources. Le développement de l’informatique et des études sur les systèmes complexes naturels à l’image des bassins versants, ont provoqué ces dernières décennies, une prolifération de modèles mathématiques en hydrologie, qui aident à comprendre, gérer et réduire la complexité des différents phénomènes hydrologiques. La transformation des pluies incidentes en débits à l’exutoire d’un bassin, représente le processus le plus complexe à modéliser. En Algérie, les périodes de sécheresse qui ont sévi ces dernières années ont fait diminuer les réserves en eau, et l’introduction de méthodes d’optimisation de ces ressources s’est révélée utile et indispensable. Cela passe par la maitrise de la modélisation de la relation pluie-débit. Benkaci, (2001). Mais la plupart des modèles pluie-débit existants sont conçus dans des pays généralement à climat humide, et compte tenu des différences hydroclimatiques entre ces pays et l’Algérie, la transposition de ce type de modèles à un bassin algérien à climat semi-aride constitue pour nous une première étape de ce travail.

Historique des modèles pluie-débit

La modélisation pluie-débit est une discipline des sciences hydrologiques qui s’intéresse principalement au cycle hydrologique afin d’aboutir à un outil de travail exploitable dans différents domaines. Le souci de la modélisation pluie-débit est de mettre à la disposition des ingénieurs un outil permettant l’estimation ou la prévision des débits pour une étude d’aménagement désirée (barrages, lacs, ponts…). Les premiers modèles de simulation pluie-débit ont été proposés à la fin des années 50, est de nombreux modèles ont été développés depuis, selon des approches très variées. Bien que la représentation du comportement hydrologique d’un bassin soit apparemment un problème très ordinaire, aucune solution satisfaisante n’existe à l’heure actuelle pour décrire le mécanisme de la transformation de la pluie en débit. Une forte demande existe cependant, autant dans les domaines de recherche liés à l’étude des hydro-systèmes que de la part des gestionnaires de la ressource en eau. Dans un modèle hydrologique dit à réservoir la transformation de la pluie en débit est décomposée en différentes composantes. Les équations qui les décrivent comportent des paramètres qui ne peuvent être mesurés et qui doivent être obtenus par calage Fouchier, (2010). Parmi, les modèles à réservoir nous citons, TOPMODEL (Topography-based- hydrological Model), initié par Beven and Kirkby (1979) à l’université de Leeds. Le modèle se caractérise par la prise en compte la variabilité spatiale du bassin pour évaluer le paramètre topographique (son application est bien adaptée au SIG), l’utilisation des paramètres mesurés sur le terrain et la considération de zones saturées variables. Le modèle HEC (Hydrological Engineer Center), développé par US Army corps of Engineers. La première version de ce logiciel est apparue en 1995. Il s’agit d’un modèle pluie-débit, constitué par un ensemble de modèles hydrologiques qui permettent de décrire le fonctionnement d’un bassin de manière spatialisée.

La géométrie du bassin versant peut-être conceptualisée par un ensemble de sous unités hydrologiques liées entre elles par des éléments hydrauliques. Chacune des unités hydrologiques ainsi que chacun de ces éléments de liaison sont caractérisés par de multiples modèles de simulations hydrologiques. On peut citer, les modèles de pertes par infiltration, les modèles de ruissellement, les modèles des écoulements souterrains et les modèles d’hydrologie fluviale. Les modèles de type boîte noire, propose un schéma sans lien direct avec la réalité. Il ne fait appel qu’aux seuls variables d’entrée et de sortie d’un bassin sans faire intervenir ses paramètres physiques. Il fournit une description purement mathématique et globale de la transformation pluie-débit et sont représentés principalement par les modèles linéaires d’analyse de séries temporelles Box et al, (1976) et les réseaux de neurones Anctil et al, (2004). Au début des années 80, Claude Michel (1983) a engagé au Cemagref une réflexion sur la modélisation pluie-débit à partir du modèle CREC, un modèle à neuf paramètres développé au Laboratoire d’Hydrologie de l’Université de Montpellier (Cormary et Guilbot, 1973). Partant de cette structure, des simplifications ont été faites, dans le but d’obtenir un modèle à peu de paramètres, sans amoindrir les performances du modèle initial en termes de simulation des débits. Une structure simple à deux réservoirs a ainsi été proposée, avec un seul paramètre correspondant à une capacité maximale identique de ces deux réservoirs.

Table des matières

Résumé
Abstract
Introduction générale
Chapitre I I. PRESENTATION DE LA REGION D’ETUDE
I.1 Cadre géographique du bassin versant de l’Oued Saida
I.2 Caractéristiques physiques du bassin d’Oued Saïda
I.2.1 Surface et périmètre du bassin versant
I.2.2 Etude du relief
I.2.3 Forme du bassin
I.2.4 Notion du rectangle équivalent
I.2.5 Altitude caractéristique du bassin
I.2.5.1 Les altitudes maximale et minimale
I.2.5.2 L’altitude moyenne
I.2.6 Indices de pente
I.2.7 Indice de pente de Roche
I.2.8 Dénivelée spécifique
I.2.9 La pente moyenne
I.2.10 Cartes des aspects
I.3 Etude du réseau hydrographique
I.3.1 Densité de drainage
I.3.2 Rapport de confluence
I.3.3 Rapport des longueurs
I.3.4 Fréquence des cours d’eau
I.3.5 Coefficient de torrentialité
I.3.6 Temps de concentration
I.4 Géologie du bassin versant de l’oued Saida
I.4.1 Introduction
I.4.2 Etude stratigraphique
I.4.2.1 Le primaire
I.4.2.2 Le secondaire (Le Trias
I.4.2.3 Le jurassique
I.4.2.4 Callovo-Oxfordien et lustonien
I.4.2.5 Le Kimméridgien
I.5 Tectonique
Chapitre II II. HYDROLOGIE DE L’OUED SAIDA
II.1 La pluviométrie
II.1.1 Introduction
II.1.2 Etude des précipitations
II.1.3 Variation spatio-temporelles de précipitations annuelles
II.1.4 Précipitations mensuelles
II.1.5 Les régimes saisonniers
II.1.6 Etude des températures
II.1.7 Analyse statistique des séries pluviométriques
II.1.7.1 Ajustement des précipitations annuelles
II.1.7.2 Calcul des précipitations pour les périodes de récurrence donnée
II.2 Etude hydrologique
II.2.1 Débits moyens annuels
II.2.2 Analyse des débits annuels
II.2.3 Hydraulicité
II.2.4 Ajustement des débits annuels
II.2.4.1 Ajustement graphique
II.2.5 L’irrégularité interannuelle des modules
II.2.6 Etude des débits mensuels
II.2.7 Coefficient mensuel de débits
II.2.8 Coefficient de variation
II.2.9 Bilan moyen annuel de l’écoulement
II.2.10 Analyse des crues
Chapitre III III. MODELISATION PLUIE-DEBIT
III.1 Introduction
III.2 Historique des modèles pluie-débit
III.3 Objectif de la modélisation
III.4 Paramètres des modèles globaux
III.5 Les modèles : classification et exemple
a) Modèle déterministe
b) Modèle stochastique
c) Modèles conceptuels et empiriques
d) Modèle global ou distribué
III.6 Modèles génie-rural (GR
III.6.1 Description
III.6.2 Principales caractéristiques du modèle GR
III.7 Dimensions des variables P, ETP, et Q
III.7.1 Pluie (p
III.7.2 L’évapotraspiration potentielle (ETP
a) Formule de Turc
III.7.3 Débit (Q
III.8 Calage et validation d’un modèle
III.9 Choix d’un critère de validation
III.10 Description du modèle pluie-débit (annuel GR1A)
III.10.1 Introduction
III.10.2 Description mathématique
III.11 Description du modèle pluie-débit (mensuel GR2M
III.11.1 Introduction
III.11.2 Description mathématique
III.11.3 Paramètres optimisables
III.12 Description du modèle pluie-débit (journalier GR4J
III.12.1 Description mathématique
III.12.2 Détermination de l’évapotranspiration par la formule d’Oudin
III.12.3 Paramètres de calage
III.12.4 Application du modèle GR
III.13 Interprétation et commentaires des résultats
III.13.1 Modèle annuel GR1A
III.13.2 Validation du modèle GR1A
III.14 Modèle mensuelle GR2M
III.14.1 Validation du modèle GR2M
III. 15 Modèle journalier GR4J
III.15.1 Analyse des résultats
CHAPITRE IV IV. TRANSPORT SOLIDE DANS LE BASSIN VERSANT DE L’OUED SAIDA
V.1 La problématique de l’érosion des sols, facteurs d’influence et conséquences
IV.2 Facteurs de l’érosion hydrique
IV.2.1 Intensité des pluies
IV.2.2 Le ruissellement
IV.2.3 La fréquence des pluies
IV.2.4 Le couvert vegétale et les systèmes de culture
IV.2.5 La topographie
IV.2.6 L’infiltration
IV.2.7 L’état hydrique initial
IV.3 Les différentes formes de l’érosion
IV.3.1 Erosion en nappe (érosion laminaire
IV.3.2 Erosion linéaire
IV.3.3 Erosion en griffe
IV.3.4 Erosion par ravinement
IV.3.5 Erosion par sapement des berges
IV.4 Quantification de l’érosion
IV.4.1 Modèles empiriques
IV.4.1.1 Modèle de Wischmeiser et Smith
IV.4.1.2 Modèle de Fournier
IV.4.1.3 Modèle de Sogreah
IV.4.1.4 Modèle de Tixeront
IV.5 Les mécanismes du transport solide
IV.5.1 Les crues
IV.6 Notion de dégradation spécifique
IV.6.1 Quelques données chiffrées sur les dégradations spécifiques publiées dans des bassins versant Algérien
IV.7 Erosion et transport solide en suspension
IV.7.1 Introduction
IV.7.2 Site de prélevement et méthodologie de mesure
IV.7.3 Variation des débits solides en fonction des débits liquides
IV.8 Modélisation du transport solide
IV.8.1 Introduction
IV.8.2 Analyse des résultats et discussion
IV.9 Echelle saisonnières
IV.9.1 Analyse des apports saisonniers
IV.10 Bilan des apports solides annuels
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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