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Définition des bassins versants 

Le bassin versant topographique

Le bassin versant est le territoire qui draine les eaux souterraines et superficielles alimentant son exutoire, et dont l’écoulement suit les pentes naturelles vers une rivière, un lac, un fleuve ou un océan. Le bassin versant est limité par des frontières naturelles : les lignes de crêtes ou lignes de partage des eaux. Les lignes de partage des eaux du bassin versant sont généralement délimitées à partir de la topographie : les pentes à la surface du bassin versant définissent les directions d’écoulement qui permettent d’accéder au contour du bassin en les remontant. Ainsi, il suffit de connaître les coordonnées géographiques (latitude, longitude) d’un exutoire et l’altimétrie de la région où se situe le bassin versant pour délimiter son contour. Figure 7 : Contour des 4436 bassins versants localisés sur le MNT de résolution 100×100 m. Présentation de la base de données des bassins versants 74 Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous disposons d’un Modèle Numérique de Terrain à la résolution hectométrique (100×100 m) qui contient le territoire français métropolitain et à partir duquel les directions d’écoulement ont été définies. Les coordonnées géographiques des 4436 stations de mesure hydrométriques de la Banque HYDRO du Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement durable et de l’Energie (MEDDE) ont été localisées sur les « mailles de rivière » correspondantes dans la grille des directions d’écoulement. De cette manière, les contours des 4436 bassins versants ont pu être délimités (Figure 7). Les procédures appliquées pour la création de cette base de données sont détaillées dans un document technique d’Irstea (Bourgin et al. 2012) consultable en ligne à l’adresse suivante : http://webgr.irstea.fr/activites/base-de-donnees/. 

Caractéristiques des bassins versants

Une fois le contour des bassins versants tracé, il est possible de déterminer les caractéristiques physiographiques, morphologiques et climatiques des bassins. Nous détaillons ci-dessous les caractéristiques physiographiques utilisées dans le cadre de la thèse : • Surface du bassin : il s’agit de la superficie (en km²) délimitée par le contour du bassin versant. C’est la somme des surfaces des pixels du MNT compris à l’intérieur du bassin versant. • Centroïde : c’est le centre de gravité du bassin versant. Il est localisé par ses coordonnées géographiques (latitude, longitude). • Altitude moyenne : il s’agit de l’altitude moyenne (en m) du bassin versant. C’est la moyenne de l’ensemble des altitudes des pixels du MNT compris à l’intérieur du bassin versant. • Pente moyenne: il s’agit de la moyenne des pentes des pixels du MNT compris dans le bassin versant. La pente de chaque pixel est définie par la formule suivante:  avec ! la pente en degré et α la pente en % du pixel, (X, Y) les coordonnées projetées et Z l’altitude du centre du pixel considéré, (Xav, Yav, Zav) les coordonnées et l’altitude du pixel en aval. Le pixel en aval est identifié par la plus forte pente entre le pixel considéré et les pixels alentours. • Longueur hydraulique moyenne : il s’agit de la moyenne (en km) des longueurs hydrauliques des pixels du MNT compris dans le bassin versant. La longueur hydraulique est la distance qui sépare le centre d’un pixel du bassin à celui correspondant à l’exutoire en suivant la grille de direction d’écoulement. En considérant que tout pixel appartient à une rivière, la  longueur hydraulique calculée ici correspond à la longueur de la rivière. C’est le chemin suivi par une goutte de pluie qui ne s’infiltre pas dans le sol. • Indice topographique : il s’agit de l’indice topographique défini dans TOPMODEL (Beven and Kirkby 1979). Cet indice est reformulé pour être indépendant de la résolution du MNT (Ducharne 2009). Il est calculé par la formule suivante : *+,-, = log 12 2 Eq. 8 avec ni le nombre de pixels en amont du pixel i et αi la pente (en %) du pixel i. L’indice topographique utilisé dans TOPMODEL est *344 = *+,-, + log « , avec C la résolution du MNT (dans notre cas : C = 100 m). De nombreuses caractéristiques morphologiques des bassins versants peuvent être déterminées en combinant la surface à d’autres types de données disponibles (pédologie, végétation…). Nous ne détaillerons ci-dessous que celles utilisées dans notre recherche : • Densité de drainage : contrairement à l’approche traditionnelle qui exprime la densité du réseau de drainage en km-1, nous avons utilisé un indice s’exprimant en km² : il s’agit de « la surface des bassins versants sources », c’est-à-dire la surface amont nécessaire pour observer un cours d’eau sur une carte IGN (Le Moine , 2008). Une faible surface des zones sources traduit un réseau de drainage très dense (i.e. beaucoup de cours d’eau, fleuves ou rivières sont observés), et inversement. La surface des zones sources a été cartographiée par Le Moine (2008) dans sa thèse, et nous avons obtenu une valeur agrégée par bassin en calculant la moyenne géométrique des densités de drainage comprises dans le bassin : 55 = 6 ∑ 89 . :;< =9 8>? Eq. 9 avec DD (en km²) la surface moyenne des sources sur le bassin versant de superficie Sbv (en km²) et Di (en km²) la surface des sources qui occupent une surface Si (en km²) du bassin. • Occupation du sol : cet indice a été calculé par intersection de la base de données Corine Land Cover 2006 (CLC2006) avec le contour des bassins. La base de données CLC2006 est une base de données européenne qui regroupe les informations d’occupation biophysique des sols en cinq grandes classes : (1) territoires artificialisés, (2) territoires agricoles, (3) forêts et milieu semi-naturel, (4) zones humides et (5) surface en eau.