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LE BASSIN VERSANT
1. Définition du bassin versant 
•Le bassin versantreprésente l'unitégéographique sur laquelle se base l'analyse du cycle hydrologique et de ses effets.
1. Définition du bassin versant 
•Plus précisément, le bassin versant est une surface élémentaire hydrologiquement close, c'est-à-dire qu'aucun écoulement n'y pénètre de l'extérieur et que tous les excédents de précipitations s'évaporent ou s'écoulent par une seule section àl'exutoire. 
•Le bassin versant, en une section droite d'un cours d'eau, est donc défini comme la totalitéde la surface topographique drainée par ce cours d'eau et ses affluents àl'amont de cette section.
1. Définition du bassin versant 
•Il est entièrement caractérisépar son exutoire, àpartir duquel on peut 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 àla ligne de crête. On parle alors de bassin versant topographique.
bassin versant (BV) = unitéspatiale de référence en hydrologieUn BV est toujours associéà: -un cours d’eau-une section de ce cours d’eau : l’exutoire ou émissaire 
BV = zone géographique drainée par ce cours d’eau àl’exutoire choisiSection exutoireBV
Toutefois, la délimitation topographique nécessaire àla détermination en surface du bassin versant naturel n'est pas suffisante. Lorsqu'un sol perméable recouvre un substratum imperméable, la division des eaux selon la topographie ne correspond pas toujours àla ligne de partage effective des eaux souterraines. Le bassin versant est alors différent du bassin versant délimitéstrictement par la topographie. Il est appelédans ce cas bassin versant réel.
2. Comportement hydrologique 
•L'analyse du comportement hydrologique d'un bassin versant s'effectue le plus souvent par le biais de l'étude de la réaction hydrologique du bassin face àune sollicitation (la précipitation). 
•Cette réaction est mesurée par l'observation de la quantitéd'eau qui s'écoule àl'exutoire du système. La représentation graphique de l'évolution du débit Qen fonction du temps tconstitue un hydrogrammede crue. 
•La réaction du bassin versant peut également être représentée par un limnigrammequi n'est autre que la représentation de la hauteur d'eau mesurée en fonction du temps.
•La figure ci-dessous fournit un exemple d'hydrogrammede crue résultant d'un hyétogrammedonné. Le hyétogrammeest la courbe représentant l'intensitéde la pluie en fonction du temps. Exemple de réaction hydrologique pour le bassin versant de Bois-Vuacoz(Haute-Mentue)
3. Caractéristiques physiques 
3.1 Caractéristiques géométriques 
•La surface 
–Le bassin versant étant l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau, les débits vont être en partie reliés àsa surface. 
•La forme 
–La forme d'un bassin versant influence l'allure de l'hydrogrammeàl'exutoire du bassin versant. Par exemple, une forme allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau àl'exutoire plus importants.
Effet de la formedu BV sur les écoulements (Musy, 2004)
•Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi de comparer les bassins versants entre eux. Citons àtitre d'exemple l'indice de compacitéde Gravelius(1914), défini comme le rapport du périmètre du bassin au périmètre du cercle ayant la même surface: KGest l'indice de compacitéde Gravélius, A: surface du bassin versant [km2], P: périmètre du bassin [km]. Cet indice se détermine àpartir d'une carte topographique en mesurant le périmètre du bassin versant et sa surface.
•Le relief 
•La courbe hypsométriquefournit une vue synthétique de la pente du bassin, donc du relief.Cette courbe représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude. Elle porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou au-dessous) de l'altitude représentée en ordonnée. Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le pourcentage de superficie, au-delàd'une certaine altitude. Aire du BVAltitudeAiAbv(km²) Ai/Abv100 (%) zizmaxzminAi : aire du BV dont l’altitude est au moins zi
•Les altitudes caractéristiques 
•Les indices de pente
3.2 Le réseau hydrographique 
•Le réseau hydrographiquese définit comme l'ensemble des cours d'eau naturels ou artificiels, permanents ou temporaires, qui participent àl'écoulement. Le réseau hydrographique est une des caractéristiques les plus importantes du bassin. Le réseau hydrographique peut prendre une multitude de formes. La différenciation du réseau hydrographique d'un bassin est due àquatre facteurs principaux.
–La géologie: par sa plus ou moins grande sensibilitéàl'érosion, la nature du substratum influence la forme du réseau hydrographique. Le réseau de drainage n'est habituellement pas le même dans une région oùprédominent les roches sédimentaires, par comparaison àdes roches ignées (i.e. provenant du refroidissement du magma). La structure de la roche, sa forme, les failles, les plissements, forcent le courant àchanger de direction. 
–Le climat: le réseau hydrographique est dense dans les régions montagneuses très humides et tend àdisparaître dans les régions désertiques.
–La pente du terrain:détermine si les cours d'eau sont en phase érosive ou sédimentaire. Dans les zones plus élevées, les cours d'eau participent souvent àl'érosion de la roche sur laquelle ils s'écoulent. Au contraire, en plaine, les cours d'eau s'écoulent sur un lit oùla sédimentation prédomine. 
–La présence humaine: le drainage des terres agricoles, la construction de barrages, l'endiguement, la protection des berges et la correction des cours d'eau modifient continuellement le tracéoriginel du réseau hydrographique.
•3.3 La topologie: structure du réseau et ordre des cours d'eau 
•3.4 Les longueurs et les pentes caractéristiques du réseau 
Profil en long d’un cours d’eau l :Longueur du cours d'eau (km) Z(l) :cote de la ligned'eau (m) Tronçon uniforme de pente I(i) de longueur L(i) Vue en planProfil en long• Originel1• M1l1Z(M1) Origineamontaval
•3.5 Le degréde développement du réseau 
–La densitéde drainage 
–Le rapport de confluence 
•3.6 L'endoréisme 
–Lac Tchad
4. Caractéristiques Pédo-géologiquesOccupation du sol-Couvert végétal →Interception d’une partie du volume des pluies →Limite l’érosionIndice de couverture forestière = Surface forêt / aire du BV-Surface urbanisée→Augmente volume écoulé→Augmente la vitesse de réaction du BV-Surface d’eau libre= lac, cours d’eau→Amortissement ou laminage des crues par stockage temporaire -Couverture neigeusesur les BV d’altitude→Effet cumulatif : pluie + fonte ⇒augmente les écoulementsMême indice que pour les couverture forestières
Ex : septembre 1958 sur le Vidourle –Influence de l’historique pluvieux 700.00710.00720.00730.00740.00750.00760.001840.001850.001860.001870.001880.001890.001900.00700.00710.00720.00730.00740.00750.00760.001840.001850.001860.001870.001880.001890.001900.000 mm50 mm100 mm150 mm200 mm250 mm300 mm350 mm400 mm450 mm500 mm600 mm1000 mm29 septembre 1958Lame de pluie 100 mm sur le Vidourle àMars. Sommières Qmax=300 m3/s –Cr=30-40% 03 octobre 1958Lame 100 mm sur le Vidourle àMarsillarguesSommières Qmax=1800 m3/s –Cr=70% 
Pour un sol de nature donnée, l’humiditédu sol avant la pluie influence la réponse du BV 
Humiditédu sol déduite des précipitations antérieures àune pluie : IPAHauteur de pluie tombée sur n jours avant l’événement pluvieux étudié
024681012051015202530temps Q m3/s sableargileExemple -influence de la nature de solBV de 540 km²soumis àune pluie donnée avec différents sols (modèle SCS + HU) 01234567051015202530temps Q m3/s BV naturel20% imperméabilisé
Géologie du sous-sol 
Perméabilitéou imperméabilitédu substratum →caractéristiques du substratum 
influençant les écoulements de surface 
Sous-sol ImperméablePerméablePour une même pluie Crue + rapide Crue -rapideDébit d’étiage-Important + important-de stock souterrain + de stockEn schématisant (hors Karst) :

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Le bassin versant

  • 2. 1. Définition du bassin versant •Le bassin versantreprésente l'unitégéographique sur laquelle se base l'analyse du cycle hydrologique et de ses effets.
  • 3. 1. Définition du bassin versant •Plus précisément, le bassin versant est une surface élémentaire hydrologiquement close, c'est-à-dire qu'aucun écoulement n'y pénètre de l'extérieur et que tous les excédents de précipitations s'évaporent ou s'écoulent par une seule section àl'exutoire. •Le bassin versant, en une section droite d'un cours d'eau, est donc défini comme la totalitéde la surface topographique drainée par ce cours d'eau et ses affluents àl'amont de cette section.
  • 4. 1. Définition du bassin versant •Il est entièrement caractérisépar son exutoire, àpartir duquel on peut 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 àla ligne de crête. On parle alors de bassin versant topographique.
  • 5. bassin versant (BV) = unitéspatiale de référence en hydrologieUn BV est toujours associéà: -un cours d’eau-une section de ce cours d’eau : l’exutoire ou émissaire BV = zone géographique drainée par ce cours d’eau àl’exutoire choisiSection exutoireBV
  • 6. Toutefois, la délimitation topographique nécessaire àla détermination en surface du bassin versant naturel n'est pas suffisante. Lorsqu'un sol perméable recouvre un substratum imperméable, la division des eaux selon la topographie ne correspond pas toujours àla ligne de partage effective des eaux souterraines. Le bassin versant est alors différent du bassin versant délimitéstrictement par la topographie. Il est appelédans ce cas bassin versant réel.
  • 7. 2. Comportement hydrologique •L'analyse du comportement hydrologique d'un bassin versant s'effectue le plus souvent par le biais de l'étude de la réaction hydrologique du bassin face àune sollicitation (la précipitation). •Cette réaction est mesurée par l'observation de la quantitéd'eau qui s'écoule àl'exutoire du système. La représentation graphique de l'évolution du débit Qen fonction du temps tconstitue un hydrogrammede crue. •La réaction du bassin versant peut également être représentée par un limnigrammequi n'est autre que la représentation de la hauteur d'eau mesurée en fonction du temps.
  • 8. •La figure ci-dessous fournit un exemple d'hydrogrammede crue résultant d'un hyétogrammedonné. Le hyétogrammeest la courbe représentant l'intensitéde la pluie en fonction du temps. Exemple de réaction hydrologique pour le bassin versant de Bois-Vuacoz(Haute-Mentue)
  • 9. 3. Caractéristiques physiques 3.1 Caractéristiques géométriques •La surface –Le bassin versant étant l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau, les débits vont être en partie reliés àsa surface. •La forme –La forme d'un bassin versant influence l'allure de l'hydrogrammeàl'exutoire du bassin versant. Par exemple, une forme allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau àl'exutoire plus importants.
  • 10. Effet de la formedu BV sur les écoulements (Musy, 2004)
  • 11. •Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi de comparer les bassins versants entre eux. Citons àtitre d'exemple l'indice de compacitéde Gravelius(1914), défini comme le rapport du périmètre du bassin au périmètre du cercle ayant la même surface: KGest l'indice de compacitéde Gravélius, A: surface du bassin versant [km2], P: périmètre du bassin [km]. Cet indice se détermine àpartir d'une carte topographique en mesurant le périmètre du bassin versant et sa surface.
  • 12. •Le relief •La courbe hypsométriquefournit une vue synthétique de la pente du bassin, donc du relief.Cette courbe représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude. Elle porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou au-dessous) de l'altitude représentée en ordonnée. Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le pourcentage de superficie, au-delàd'une certaine altitude. Aire du BVAltitudeAiAbv(km²) Ai/Abv100 (%) zizmaxzminAi : aire du BV dont l’altitude est au moins zi
  • 13. •Les altitudes caractéristiques •Les indices de pente
  • 14. 3.2 Le réseau hydrographique •Le réseau hydrographiquese définit comme l'ensemble des cours d'eau naturels ou artificiels, permanents ou temporaires, qui participent àl'écoulement. Le réseau hydrographique est une des caractéristiques les plus importantes du bassin. Le réseau hydrographique peut prendre une multitude de formes. La différenciation du réseau hydrographique d'un bassin est due àquatre facteurs principaux.
  • 15. –La géologie: par sa plus ou moins grande sensibilitéàl'érosion, la nature du substratum influence la forme du réseau hydrographique. Le réseau de drainage n'est habituellement pas le même dans une région oùprédominent les roches sédimentaires, par comparaison àdes roches ignées (i.e. provenant du refroidissement du magma). La structure de la roche, sa forme, les failles, les plissements, forcent le courant àchanger de direction. –Le climat: le réseau hydrographique est dense dans les régions montagneuses très humides et tend àdisparaître dans les régions désertiques.
  • 16. –La pente du terrain:détermine si les cours d'eau sont en phase érosive ou sédimentaire. Dans les zones plus élevées, les cours d'eau participent souvent àl'érosion de la roche sur laquelle ils s'écoulent. Au contraire, en plaine, les cours d'eau s'écoulent sur un lit oùla sédimentation prédomine. –La présence humaine: le drainage des terres agricoles, la construction de barrages, l'endiguement, la protection des berges et la correction des cours d'eau modifient continuellement le tracéoriginel du réseau hydrographique.
  • 17. •3.3 La topologie: structure du réseau et ordre des cours d'eau •3.4 Les longueurs et les pentes caractéristiques du réseau Profil en long d’un cours d’eau l :Longueur du cours d'eau (km) Z(l) :cote de la ligned'eau (m) Tronçon uniforme de pente I(i) de longueur L(i) Vue en planProfil en long• Originel1• M1l1Z(M1) Origineamontaval
  • 18. •3.5 Le degréde développement du réseau –La densitéde drainage –Le rapport de confluence •3.6 L'endoréisme –Lac Tchad
  • 19. 4. Caractéristiques Pédo-géologiquesOccupation du sol-Couvert végétal →Interception d’une partie du volume des pluies →Limite l’érosionIndice de couverture forestière = Surface forêt / aire du BV-Surface urbanisée→Augmente volume écoulé→Augmente la vitesse de réaction du BV-Surface d’eau libre= lac, cours d’eau→Amortissement ou laminage des crues par stockage temporaire -Couverture neigeusesur les BV d’altitude→Effet cumulatif : pluie + fonte ⇒augmente les écoulementsMême indice que pour les couverture forestières
  • 20. Ex : septembre 1958 sur le Vidourle –Influence de l’historique pluvieux 700.00710.00720.00730.00740.00750.00760.001840.001850.001860.001870.001880.001890.001900.00700.00710.00720.00730.00740.00750.00760.001840.001850.001860.001870.001880.001890.001900.000 mm50 mm100 mm150 mm200 mm250 mm300 mm350 mm400 mm450 mm500 mm600 mm1000 mm29 septembre 1958Lame de pluie 100 mm sur le Vidourle àMars. Sommières Qmax=300 m3/s –Cr=30-40% 03 octobre 1958Lame 100 mm sur le Vidourle àMarsillarguesSommières Qmax=1800 m3/s –Cr=70% Pour un sol de nature donnée, l’humiditédu sol avant la pluie influence la réponse du BV Humiditédu sol déduite des précipitations antérieures àune pluie : IPAHauteur de pluie tombée sur n jours avant l’événement pluvieux étudié
  • 21. 024681012051015202530temps Q m3/s sableargileExemple -influence de la nature de solBV de 540 km²soumis àune pluie donnée avec différents sols (modèle SCS + HU) 01234567051015202530temps Q m3/s BV naturel20% imperméabilisé
  • 22. Géologie du sous-sol Perméabilitéou imperméabilitédu substratum →caractéristiques du substratum influençant les écoulements de surface Sous-sol ImperméablePerméablePour une même pluie Crue + rapide Crue -rapideDébit d’étiage-Important + important-de stock souterrain + de stockEn schématisant (hors Karst) :