Notion sur bassin versant

INTRODUCTION

La Région du lac Alaotra est connue pour ses potentialités agricoles, surtout pour le riz. Elle présente une vaste plaine hydromorphe (baiboho), très exploitée par la riziculture et dont les sols sont fertiles. On y trouve aussi des collines (tanety) occupées en majeure partie par les cultures vivrières où les sols sont plus pauvres, plus instables et soumis à une érosion importante. Attirés par la fertilité des terres de la cuvette, l’arrivée des agriculteurs entraîne une forte pression foncière autour du lac. Trouver des bonnes terres, voire même des nouvelles terres à cultiver devenait délicat. Comme les zones irriguées sur baiboho sont saturées, cultiver dans les tanety a été une option. Alors que l’anthropisation en travaillant une terre instable et appauvrie accélère l’érosion. Dans la Région Alaotra Mangoro, les aléas climatiques (cyclone, période de crue, grêle, sècheresse) et la géomorphopédologie sont les facteurs principaux de l’érosion hydrique entraînant ainsi la dégradation du sol et l’évolution de son occupation. L’anthropisation ne fait qu’accélérer le processus d’érosion. L’objectif de ce mémoire est avant tout d’identifier les critères pris en compte pour déterminer les zones vulnérables à l’érosion hydrique dans le bassin versant d’Alaotra. En recourant à l’analyse multicritère de ces facteurs, la finalité est une carte de vulnérabilité à l’érosion hydrique. Ainsi, ce mémoire de Master en Géologie Minière s’intitule : « ANALYSE MULTICRITERE DES FACTEURS DE L’EROSION HYDRIQUE: CAS DU BASSIN VERSANT D’ALAOTRA. » Pour y parvenir, ce manuscrit présentera trois parties : – La partie I sera consacrée aux généralités qui vont introduire les caractéristiques de la zone d’étude ; – La méthodologie adoptée ainsi que les matériels utilisés seront exposés dans la partie II ; – Quant à la partie III, nous rapporterons les résultats de l’étude suivis de la discussion

Notion sur bassin versant 

Le bassin versant est l’unité de base de référence pour la détermination du bilan hydrologique. Il est défini comme étant la surface parcourue par un cours d’eau et ses affluents (Fig.1). Un cours d’eau prend généralement naissance dans une zone à reliefs et draine la surface topographique. Dans cette surface s’écoulent les eaux tombant sur ce territoire (Pluie, neige…) ainsi que les éléments dissous ou en suspension tel que les sédiments ou les pollutions. Les écoulements convergent vers la section la plus basse du cours d’eau appelée exutoire, etqui peut prendre la forme d’un cours d’eau, d’un lac ou d’un océan. Un bassin versant peur être délimité par les limites naturelles à savoir les lignes de crêtes ou lignes de partage des eaux. Figure.1 Un bassin versant : Source [1] La topographie n’est pas toujours suffisante pour définir un bassin versant, il faut prendre en compte les sols (perméables ou non) et les écoulements souterrains, dans ce cas on parle de bassin versant réel. Quant au bassin versant topographique, ce dernier ne prend en compte que la surface du bassin versant (Fig.2). Pour les différencier, le bassin versant réel représente la totalité de la surface topographique drainée par ce cours d’eau et ses affluents à l’amont de cette section. Il est entièrement caractérisé par son exutoire, à partir duquel nous pouvons tracer le point de départ et d’arrivée de la ligne de partage des eaux qui le délimite. Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. On parle alors de bassin versant topographique. Figure.2 : Distinction entre bassin versant réel et bassin versant topographique : Source [2]  Délimitation d’un bassin versant – Pour un bassin versant topographique : Les terrains géologiques du bassin sont de nature imperméable, l’eau est alors acheminée selon la topographie. Dans ce cas les limites du bassin versant sont définies par la ligne de crêtes topographiques isolant le bassin versant d’un cours d’eau et de ses affluents (ligne de plus grande altitude) et par la ligne de plus grande pente. – Pour un bassin versant réel : Les terrains géologiques qui forment le bassin sont en totalité ou en partie perméables. Une partie des eaux de précipitation peut s’infiltrer et alimenter souterrainement un autre bassin. De même dans le cas contraire un bassin versant peut recevoir des eaux souterrainement à travers la frontière avec un autre bassin sous forme de sources. Dans ce cas la délimitation du bassin ne se base pas uniquement sur la topographie mais tient compte des limites réelles d’alimentation basées sur la nature géologique du terrain et le sens des écoulements souterrains. Dans le cas de bassin versant de grande taille, les apports et les pertes souterrains ont tendance à se compenser et le bassin versant hydrogéologique peut être confondu au bassin versant topographique.  Caractéristiques morphométriques d’un bassin versant La détermination des caractéristiques morphométriques (physiographiques), est nécessaire pour déterminer et analyser le comportement hydrologique d’un bassin versant.

 Dans le plan 

La surface La surface constitue l’aire de réception des précipitations qui alimentent un cours d’eau par écoulement. Elle peut être mesurée par planimétrage en utilisant un planimètre qui sert à mesurer une surface plane en superposant la surface à une grille dessinée sur papier transparent. Ou tout simplement, la surface sera déduite d’une formule en connaissant les autres paramètres physiographique d’un bassin versant. Mais le moyen le plus pratique de nos jours est de déterminer la surface d’un bassin versant par un model numérique, ce qui va être notre cas où l’on utilisera le model SWAT.  Le périmètre Le périmètre est la caractéristique de longueur la plus utilisée. Il peut être mesuré directement sur la carte topographique par curvimétrage (Fig.3) ou de manière indirecte en utilisant la longueur du rectangle équivalent. Ce dernier étant un rectangle de longueur L et de largeur l qui a la même surface et le même périmètre que le bassin versant. Figure.3 Planimètre: Source [1] Pour le rectangle équivalent, il s’agit de représenter le bassin réel dans un rectangle où la superficie et le périmètre seront conservés. Les courbes de niveau deviennent des droites parallèles au petit côté du rectangle. 

Les indices de pente

Plus la pente des versants est grande, plus les eaux ruissellent. C’est pour cela que, pour une averse donnée, les crues sont plus importantes dans une montagne que dans une plaine où les pentes sont beaucoup plus faibles. La pente peut être exprimée par plusieurs méthodes dont la pente moyenne, l’indice de pente de Roche, l’indice de pente globale. En étant simple à appliquer, prenons la méthode de l’indice de pente globale. 9 Ig= 𝐷 𝐿 D : Dénivelée Za% – Zb% définie sur la courbe hypsométrique entre 5% et 95% ou à l’œil sur la carte topographique L : Longueur du rectangle équivalent Selon le nombre de classe exigée, le relief peut être classé selon l’indice de pente global (Tableau 2). En voici un exemple : Pour une classification sur la base de l’indice global des bassins versants d’une surface de l’ordre de 25 km². Tableau 2: Caractéristiques d’un relief selon l’indice global Ig Pour un même bassin, l’indice global Ig décroît lorsque la surface augmente. C’est ainsi qu’on détermine manuellement les caractéristiques morphométriques d’un bassin versant. Mais dans la méthodologie qui suivra, nous allons utiliser le logiciel Arcgis avec son extension Arcswat pour étudier notre bassin versant qui est l’Alaotra. 

Le modèle hydrologique Swat

Dans l’Arcswat sous la plate-forme d’Arcmap, le modèle Swat est utilisé à divers fins techniques dans l’étude d’un bassin versant. Pour citer, il sert dans la gestion des risques en localisant les zones vulnérables à l’érosion d’un bassin versant. Comme les autres modèles hydrologiques qui obéissent au cycle de l’eau, il peut déterminer la quantité des pertes en sol et simuler les impacts des usages et des aménagements sur un bassin versant. Dans notre cas, nous l’utiliserons pour la délimitation et la caractérisation du bassin versant de l’Alaotra. Relief très faible Ig < 0.002 Relief faible 0.002 < Ig < 0.005 Relief assez faible 0.005 < Ig < 0.01 Relief modéré 0.01 < Ig < 0.02 Relief assez fort 0.02 < Ig < 0.05 Relief fort 0.05 < Ig < 0.1 Relief très fort 0.1 < Ig 10 SWAT n’est pas différent des autres modèles hydrologiques puisqu’il ne fait que reproduire le cycle de l’eau sur le bassin versant de manière simplifiée (Fig.6). Les modèles constituent toujours une représentation simplifiée de la réalité. Ils permettent d’analyser des systèmes complexes, servent de complément aux mesures, permettent une extrapolation dans le temps et dans l’espace et sont susceptibles de combiner différents facteurs.