Utilisation d’un SIG pour l’évaluation des caractéristiques physiques du bassin versant d'Oujda et leurs influences sur l’écoulement des eaux.

MASTER Management de Ressources Hydriques,
Minières et Energétiques - option Génie de l’Eau.
NAIT-SI Hassan 1
Table des matières
I. Introduction...........................................................................................................................................2
II. Présentation de la zone d’étude. ......................................................................................................2
III. Méthodologie, Données et matériels utilisées. ................................................................................3
IV. Résultats et discision.........................................................................................................................3
1. Les caractéristiques de forme. .........................................................................................................3
a. La surface et le périmètre. ...........................................................................................................3
b. La forme. .......................................................................................................................................4
c. Le rectangle équivalent. ...............................................................................................................4
d. Le relief..........................................................................................................................................4
e. La pente moyenne du bassin versant. .........................................................................................7
f. L'indice de pente IP :..................................................................................................................10
2. Le réseau hydrographique.............................................................................................................12
a. La topologie : structure du réseau et ordre des cours d'eau...................................................12
b. La longueur et les pentes caractéristiques du réseau. .............................................................14
V. Conclusion. ......................................................................................................................................18
VI. Bibliographie...................................................................................................................................18

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I. Introduction.
Avant, l’étude du complexe physique d’un Bassin Versant sont basées essentiellement sur des
méthodes manuelles, qui prend beaucoup du temps et avec des résultats obtenus généralement
sont incorrects. Maintenant, l’apparition des outils d’informatiques facilite beaucoup le travail,
grâce à l’outils tel que les SIG et Télédétection, il est devenu très facile de déterminer les
paramètres physiques du Bassin Versant, avec des bons résultats et avec gain du temps, et
comme vous savez le temps c’est de l’Or.
Grace à l’utilisation de ces nouvelles techniques a permis de faire des études sur l’exploitation
des eaux souterrains et superficielles et la prévention contre les risques d’inondation.
II. Présentation de la zone d’étude.
Le bassin versant de Moulouya constitue l’un des plus importants bassins hydrauliques en
superficie du Royaume, s’étendant sur une superficie de 74000 Km2
. Il est situé au NNE du
Maroc (partie oriental du territoire national), est caractérisé par un climat de type aride à sec
avec des tendances vers un climat méditerranéen dans le NE.
Cette région est connue par une faiblesse des précipitation annuelles moyennes sont de
200mm/an.
Notre bassin versant d’étude Oujda-Angad se situe au NNE du bassin versant de Moulouya
(fig.1), soit approximativement entre (002° 44’ 47’’ et 001° 46’ 07’’ W) de longitude et entre
(34° 53’ 57’’ et 34° 35’ 16’’ N) de latitude.
Figure 1 : Bassin Versant
de Moulouya (ABH).

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III. Méthodologie, Données et matériels utilisées.
Au cours de cette étude, on a utilisé les images DEM (Digital Elevation Model), pris par la
NASA le 17 octobre 2011, avec une résolution de 30m, ses images son valable gratuitement sur
le site earthexplorer.usgs.gov, on a aussi utilisé 2 cartes topographiques de Berkane et Oujda,
à une échelle de 1/100000.
Nous avons géoréférencé les 2 cartes topographique, pour affecter un emplacement spatial à
des entités cartographiques, la possibilité de localiser des entités géographiques correctement
est fondamentale dans les SIG.
On a utilisé les DEM, pour faire un modèle numérique de terrain et de demandé à logiciel de
dessiné les courbes de niveau et élaboré les courbes hydrographiques, nous avons utilisé les
cartes topographiques comme fond cartographique pour avoir est ce que les courbes
hydrographiques des cartes topographiques sont superposé sur les courbes hydrographiques
réalisé par ARCGIS à l’aide du DEM. Généralement en trouve qu’il y’a un petit décalage entre
les deux courbes hydrographiques, cela est normale car les cartes topographiques on était réalisé
manuellement et elles sont très ancien, donc les courbes hydrographiques du DEM sont plus
précises.
L’utilisation du DEM aide à limiter le bassin versant d’étude et de l’extraction automatique
des paramètres caractérisant le relief.
Utilisation du logiciel ARCGIS est très nécessaire pour développer cette étude.
IV. Résultats et discision.
Nous avons utilisé dans le cadre de cette étude, des techniques automatiques qui facilitent
l’extraction des indices morphométriques d’un bassin, ces indices va nous aider de caractériser
l’environnement physique et leur influence sur l’écoulement superficiel sur notre bassin
d’étude.
1. Les caractéristiques de forme.
La forme d'un bassin versant influence l'allure de l'hydrogramme à l'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 à l'exutoire plus importants,
par contre, les bassins en forme d'éventail, présentant un temps de concentration plus court,
auront les plus forts débits de pointe.
a. La surface et le périmètre.
Le bassin versant étant l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau,
les débits vont être en partie reliés à sa surface.
Nous avons mesuré la surface de notre bassin d’étude à l’aide de ARCGIS, par des techniques
de digitalisation et limitation.

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La surface du bassin d’étude est de : 116.5 Km2.
Le périmètre du bassin est de : 71.2 Km.
b. La forme.
L’indice de compacité de Gravelius (1914) KG, défini comme le rapport du périmètre du
bassin au périmètre du cercle ayant la même surface :
Avec : KG est l'indice de compacité de Gravélius, A : surface du bassin versant [km2
], P : périmètre du
bassin [km].
Cet indice est proche de 1 pour un bassin versant de forme quasiment circulaire et supérieure
à 1 lorsque le bassin est de forme allongée.
Dans notre étude nous avons trouvé que KG=1.84, on peut conclure que notre bassin d’étude
présente une forme allongée, cette forme va influencée sur le début de pointe de crue, donc
notre bassin a un faible débit de pointe de crue.
c. Le rectangle équivalent.
La notion de rectangle équivalent ou rectangle de Gravelius, introduite par Roche (1963),
permet de comparer facilement des bassins versants entre eux, en ce qui concerne l'influence
de leurs caractéristiques sur l'écoulement.
Si L et l représentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle équivalent, alors :
Le périmètre du rectangle équivalent vaut : 𝑃 = 2 ∗ (𝐿 + 𝑙) ; la surface :𝐴 = 𝐿 ∗ 𝑙 ;
le coefficient de compacité :
En combinant ces trois relations, on obtient :
Pout notre bassin d’étude, nous avons trouvé que L=31.9 Km et l=3.6 Km. Les dimensions
du rectangle équivalent traduisent que la longueur est grande 9 fois que la largeur.
d. Le relief.
L'influence du relief sur l'écoulement se conçoit aisément, car de nombreux paramètres
hydrométéorologiques varient avec l'altitude (précipitations, températures, etc.) et la
morphologie du bassin. En outre, la pente influe sur la vitesse d'écoulement. Le relief se
détermine lui aussi au moyen d'indices ou de caractéristiques suivants :

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La courbe hypsométrique.
La courbe hypsométrique représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction
de son altitude. Elle fournit une vue synthétique de la pente du bassin.
rowid from to Altitude Périmètre_km surface_km²_1 pourcentage
pourcentage
cumulée %
1 407 488 488 36.1 20.4 17.5 100.00
2 488 550 550 54.7 19.5 16.7 82.50
3 550 650 650 66.2 19.7 16.9 65.76
4 650 750 750 76.2 17.5 15.0 48.82
5 750 850 850 80.4 11.9 10.2 33.82
6 850 950 950 64.6 8.3 7.1 23.63
7 950 1050 1050 49.3 5.3 4.5 16.53
8 1050 1150 1150 40.0 6.1 5.2 12.01
9 1150 1260 1260 31.1 5.4 4.7 6.81
10 1260 1449 1449 17.7 2.5 2.2 2.15
Les courbes hypsométriques peuvent servir à la détermination de la pluie moyenne sur un
bassin versant et donnent des indications quant au comportement hydrologique et hydraulique
du bassin et de son système de drainage.
Pour notre bassin d’étude la courbe hypsométrique (fig.2) est représentée sous forme concave,
elle indique que notre bassin est vieux.
407
607
807
1007
1207
1407
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Altitudem
Superficie Cumulée %
Courbe Hypsomètrique de notre Bassin d'étude
Figure 2 : Courbe Hypsométrique de notre Bassin d’étude.
Tableau 1 : Répartition du périmètre et la surface selon l’élévation de niveau

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 Les altitudes caractéristiques.
-Les altitudes maximale et minimale.
Sont obtenues directement à partir des techniques de la digitalisation du DEM faite par
ARCGIS, l’altitude maximale représente le point le plus élevé de notre bassin d’étude, par contre
l’altitude minimale considère le point le plus bas, généralement l’exutoire.
L’altitude maximale : 1449 m
L’altitude minimale : 407 m
-L’altitude moyenne.
L'altitude moyenne se déduit directement de la courbe hypsométrique ou de la lecture d'une
carte topographique. On peut la définir comme suit :
Avec :
Hmoy : altitude moyenne du bassin [m] ;
Ai : aire comprise entre deux courbes de niveau [km2
] ;
hi : altitude moyenne entre deux courbes de niveau [m] ;
A : superficie totale du bassin versant [km2
].
L’altitude moyenne de notre bassin est :
Hmoy= 704,94m
-L’altitude médiane.
L'altitude médiane correspond à l'altitude lue au point d'abscisse 50% de la surface totale du
bassin, sur la courbe hypsométrique. Cette grandeur se rapproche de l'altitude moyenne, dans
le cas où la courbe hypsométrique du bassin concerné présente une pente régulière.
Dans notre bassin d’étude, est à partir du courbe hypsométrique on a trouvé que l’altitude
médiane est :
Hmédiane= 745m

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e. La pente moyenne du bassin versant.
La pente moyenne donne une bonne indication sur le temps de parcours du ruissellement direct
donc sur le temps de concentration et influence directement sur le débit de pointe lors d'une
averse.
Plusieurs méthodes ont été développées pour estimer la pente moyenne d'un bassin. La
méthode proposée par Carlier et Leclerc (1964) consiste à calculer la moyenne pondérée des
pentes de toutes les surfaces élémentaires comprises entre deux altitudes données. Une valeur
approchée de la pente moyenne est alors donnée par la relation suivante :
Où on a :
Im : pente moyenne [m/km ou 0
/00],
L : longueur totale de courbes de niveau [km] égal à 516.3Km,
D : équidistance entre deux courbes de niveau [m] égal à 50m,
A : surface du bassin versant [km2
] égal à 116.5Km2
.
On trouve que :
Im= 221.59 m/Km.
Remarque : Cette méthode de calcul donne de bons résultats, dans le cas d'un relief modéré et
pour des courbes de niveau simples et uniformément espacées.

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Figure 2 : génération d'un MNT de notre bassin d’étude, à partir de la méthode
d'interpolation.

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Figure 3 : modèle numérique d'altitude de notre bassin versant d’étude.

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Figure 4 : MNT de notre bassin d'étude en 3D.
f. L'indice de pente IP :
Cet indice se calcule à partir du rectangle équivalent. Il est égal à la somme des racines carrées
des pentes moyennes de chacun des éléments pondérés par la surface intéressée, soit :
Indice de pente de roche Ip = 3.39%

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élévation
courbe de
niveau
Superficie entre
les deux courbe
KM2 ai
différence
d'altitude ai*di racine(ai*di)
407-488 20.39 0.18 18 3.15 1.77
488-550 19.51 0.17 62 10.38 3.22
550-650 19.73 0.17 50 8.47 2.91
650-750 17.49 0.15 50 7.50 2.74
750-850 11.86 0.10 50 5.09 2.26
850-950 8.27 0.07 50 3.55 1.88
950-1050 5.27 0.05 50 2.26 1.50
1050-1150 6.05 0.05 50 2.60 1.61
1150-1260 5.43 0.05 110 5.13 2.26
1260-1449 2.51 0.02 189 4.07 2.02
Tableau 2 : le volume partiel entre les altitudes et le volume total.
L’indice global de pente. Sur la courbe hypsométrique, on prend les points tels que la surface
supérieure ou inférieure soit égal à 5% de A. On déduit les altitudes H5% et H 95% entre
lesquelles s'inscrit 90% de l'aire du bassin et la dénivelée D = H5 – H 95.
L'indice global est égal à :
La dénivelée D = 1327 – 507
D = 820
Donc IG = 25.71
Calculée par la formule suivante : Ds = IG * racine (surface du bassin)
Ds= 277.5
Tableau 3 : classification de relief selon la
méthode de LORSTOM.

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A partir de la méthode de LORSTOM (tab.3), on déduire que notre bassin d’étude présent un
relief FORT.
2. Le réseau hydrographique.
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 à quatre facteurs principaux qui sont :
La géologie : par sa grande sensibilité à l'érosion, la nature du substratum influence sur la
forme du réseau hydrographique.
Le climat : le réseau hydrographique est dense dans les régions montagneuses très humides
et tend à disparaître dans les régions désertiques.
La pente du terrain : détermine si les cours d'eau sont en phase érosive ou sédimentaire.
Dans les zones de pente plus élevées, les cours d'eau participent souvent à l'érosion de la roche
sur laquelle ils s'écoulent. Au contraire, en plaine, les cours d'eau s'écoulent sur un lit où la
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 tracé originel du réseau hydrographique.
Afin de caractériser le réseau hydrographique, il est souvent utile de reporter son tracé en plan
sur une carte à une échelle adéquate. L'utilisation de l’imagerie spatiale est utile à cette
identification. Divers paramètres descriptifs sont utilisés pour définir le réseau hydrographique.
a. La topologie : structure du réseau et ordre des cours d'eau.
La topologie s'avère utile dans la description du réseau hydrographique notamment en
proposant une classification de ceux-ci. Cette classification est facilitée par un système de
numérotation des tronçons de cours d'eau (rivière principale et affluente). La codification des
cours d'eau est égalment utilisée pour le traitement automatique des données.
Il existe plusieurs types de classifications des tronçons des cours d'eau, dont la classification
de Strahler (1957) qui est la plus utilisée. Cette classification permet de décrire sans ambiguïté
le développement du réseau de drainage d'un bassin de l'amont vers l'aval. Elle se base sur les
règles suivantes :
-Tout cours d'eau dépourvu de tributaires est d'ordre un.
-Le cours d'eau formé par la confluence de deux cours d'eau d'ordre différent prend l'ordre du
plus élevé des deux.
-Le cours d'eau formé par la confluence de deux cours d'eau du même ordre est augmenté de
un.

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Figure 5 : Classification du réseau hydrographique de notre bassin d’étude selon le
système de strahler.

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b. La longueur et les pentes caractéristiques du réseau.
 La longueur caractéristique.
Un bassin versant se caractérise principalement par la longueur suivante :
La longueur du cours d'eau principal (L) est la distance curviligne depuis l'exutoire jusqu'à la
ligne de partage des eaux, en suivant toujours le segment d'ordre le plus élevé lorsqu'il y a un
embranchement et par extension du dernier jusqu'à la limite topographique du bassin versant.
Si les deux segments à l'embranchement sont de même ordre, on suit celui qui draine la plus
grande surface.
Figure 6 : cours d'eau principale
de notre bassin d’étude.

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 La pente moyenne d'un cours d'eau
La pente moyenne d’une cour d'eau détermine la vitesse avec laquelle l'eau se rend à l'exutoire
du bassin donc le temps de concentration. Cette variable influence donc le débit maximal
observé. Une pente abrupte favorise et accélère l'écoulement superficiel, tandis qu'une pente
douce ou nulle donne à l'eau le temps de s'infiltrer, entièrement ou en partie, dans le sol.
Le calcul des pentes moyennes et partielles du cours d'eau s'effectue à partir du profil
longitudinal du cours d'eau principal et de ses affluents. La méthode la plus fréquemment
utilisée pour calculer la pente longitudinale du cours d'eau consiste à diviser la différence
d'altitude entre les points extrêmes du profil par la longueur totale du cours d'eau.
Où :
Pmoy : pente moyenne du cours d'eau [m/km].
DHmax : dénivellation maximale de la rivière [m] (différence d'altitude entre le point le plus
éloigné et l'émissaire).
L : longueur du cours d'eau principal qui égal à 27.98 km.
P moy = 443/27.985 = 15.83 m/Km
 La densité de drainage.
La densité de drainage, introduite par Horton, est la longueur totale du réseau hydrographique
par unité de surface du bassin versant :
Avec :
Dd : densité de drainage [km/km2].
Li : longueur des cours d'eau [km] d’où L1=44.39Km, L2=30.88 et L3=33.88Km.
A : surface du bassin versant qui égal à 116.5 km2.
Donc Dd= 0.89 Km/Km2.

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La densité de drainage dépend de la géologie (structure et lithologie) des caractéristiques
topographiques du bassin versant et, dans une certaine mesure, des conditions climatologiques
et anthropiques.
En pratique, les valeurs de la densité de drainage varient de 3 à 4 pour des régions où
l'écoulement n'a atteint qu'un développement très limité et se trouve centralisé, elles dépassent
1000 pour certaines zones où l'écoulement est très ramifié avec peu d'infiltration.
Selon Schumm, la valeur inverse de la densité de drainage, C=1/Dd, s'appelle « constante de
stabilité du cours d'eau ». Physiquement, elle représente la surface du bassin nécessaire pour
maintenir des conditions hydrologiques stables dans un vecteur hydrographique unitaire
(section du réseau).
Au niveau de notre Bassin Versant d’étude, on trouve que la densité de drainage est égal à
0.89 Km/Km2, ceci traduit que le bassin présente dans son ensemble une formation géologique
perméable, on déduire que l’écoulement est plutôt limité et centralisé ainsi que l’infiltration
est augmentée.
 La densité hydrographique.
La densité hydrographique représente le nombre des cours d’eau par unité de surface.
Où :
F : densité hydrographique [km-2
] ;
Ni : nombre des cours d'eau qui égal à 120.
A : superficie du bassin qui égal à 116.5km2.
Donc F=1.03 Km-2
Donc le bassin d’étude présente une région à substratum perméable, à couvert végétal
important et à relief peu accidenté.

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 Le rapport de confluence.
Sur la base de la classification des cours d'eau, Horton (1932) et Schumm (1956) ont établi
différentes lois :
Avec :
RC : rapport de confluence des cours d'eau ("bifurcation ratio").
RL : rapport des longueurs des cours d'eau.
u : ordre d'un cours d'eau u varie entre 1 et w (w est l'ordre du cours d'eau principal,
classification selon Strahler).
Nu : nombre des cours d'eau d'ordre u ;Nu+1 : nombre des cours d'eau d'ordre suivant.
Lu : longueur moyenne des cours d'eau d'ordre u.
Ordre Nombre RC
1 68 2.27
2 30 1.36
3 22
Tableau 4 : Rapport de confluence de notre bassin d'étude.
Ordre Nombre
Longueur
Total(Km)
Longueur
Moyenne(Km) RL
1 68 44.39 0.652794118
2 30 30.88 1.029333333 1.58
3 22 27.98 1.271818182 1.24
Tableau 5 : Rapport de longueur de notre bassin d'étude.
Le rapport de confluence est un nombre sans dimension exprimant le développement du réseau
de drainage. Il varie suivant l'ordre considéré. C'est un élément important à considérer pour
établir des corrélations d'une région à une autre. Selon Strahler (1964), le RC varie de 3à 5
pour une région où la géologie n'a aucune influence.
 La fréquence des cours d’eau.
Elle représente le rapport du nombre du cours d’eau d’ordre 1 à la surface du bassin versant
d’étude.
F = 68/116.5 = 0.583Km-2
D’après cette valeur on remarque que le bassin versant présente une fréquence faible, ce qui
traduit que le réseau hydrographique présente une hiérarchisation faible.

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 Le coefficient de torrentialité :
C’est le rapport entre la fréquence des cours d’eau d’ordre 1 avec la densité de drainage
Ct= Dd * F
Pour notre bassin d’étude, on trouve que Ct=1.53 Km/Km4.
Cette valeur traduit que le bassin ne représente pas des caractéristiques morphométriques
adapté à l’écoulement, ainsi qu’il est constitué par des formations perméables dont l’infiltration
est importante.
V. Conclusion.
Dans notre rapport, nous avons déduire les caractéristiques géomorphologiques et
hydrométriques de notre Bassin Versant d’étude, à partir d’un modèle numérique de terrain.
Nous avons utilisé l’outil SIG (ArcGis), pour extraire automatiquement les paramètre
géomorphologique et hydrométrique, cette outil nous favorise un gain de temps et de l’effort.
Les résultats obtenus à la fin, montrent la précision et les capacités des systèmes
d’informations géographiques et les modèles numériques de terrain dans le calcul des
paramètres qui influencent sur l’écoulement des eaux de surface.
L'évaluation de ces paramètres qui intervenant dans le comportement hydrologique de notre
Bassin Versant d’étude, nous a permis d'obtenir les résultats suivants :
Notre Bassin Versant d’étude présente une surface de 116.5Km2
et un périmètre de 71.2Km,
avec une longueur de 31.9Km et une largeur de 3.6Km, nous avons trouvé que KG=1.84 donc
notre bassin présente une forme allongée, et à partir de notre courbe hypsométrique nous avons
déduit que notre bassin est vieux, avec une altitude moyenne de 704.9m et une altitude médiane
de 745m, un relief faible, une formation dans son ensemble perméable et avec un relief peu
accidenté, ainsi qu’un temps de concentration de ruissellement faible. Ces caractéristiques
favorisent aux eaux superficielles le temps de s’infiltrer.
Nous avons trouvé que la longueur du cours d’eau principale est de 27.98Km, avec une pente
moyenne du cours d’eau faible égal à 15.83m/Km et que l’ordre de Strahler de notre bassin est
égal à 3. Le réseau hydrographique de notre bassin présente une hiérarchisation faible, et que
notre bassin constitué par des formations perméables dont l’infiltration est importante.
VI. Bibliographie
BENTEKHICI, N : l’évaluation des caractéristiques physiques d’un bassin versant et leurs
influences sur l’écoulement des eaux (bassin versant d’Oued El Maleh, Nord-Ouest d’Algérie).

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