Les écoulements de surface
La vidange des nappes fournit l’alimentation « de base » des cours d’eau, et assure la permanence des écoulements dans les régions où ces nappes sont elles-mêmes pérennes. Mais les débits des cours d’eau ne sont pas réguliers et les précipitations génèrent un écoulement plus immédiat et plus rapide, responsable, entre autres, des crues. C’est la somme de ces écoulements lents et rapides qui assurent les débits des cours d’eau, autrement dit les écoulements de sur face.
On verra en premier lieu comment les écoulements rapides se forment à partir de la pluie tombée sur les versants, puis comment ils s’organisent dans le réseau hydrographique. La connaissance des volumes de débits, qui passe par leur mesure, permet d’étudier les rythmes annuels et interannuels des écoulements, autrement dit le régime des cours d’eau. La manière dont l’eau façonne son lit, en fonction de son abondance propre, de sa charge solide et des contraintes géomorphologiques sera abordée par la dynamique fluviale. Ensuite, on verra comment est envisagée la prévision des débits et, enfin, quel outil la modélisation peut fournir pour l’étude des relations «pluie-débit».
La formation des écoulements rapides
L’eau qui parvient au sol finit toujours soit par s’évaporer, soit par s’écouler. Si les écoulements proviennent des pluies, il peut se produire un décalage temporel assez grand, voire très grand, entre le moment où l’eau touche le sol et celui où elle apparaît dans le cours d’eau: la relation «pluie-débit» est loin d’être simple, même à l’échelle des écoulements annuels .
La mauvaise corrélation entre les pluies et les débits, observée sur l’hydrogramme annuel, se rencontre aussi à l’échelle d’un événement pluvieux. Certains orages ou certains épisodes de pluie intense ne vont donner que de faibles écoulements, alors que d’autres, moins violents, vont provoquer de fortes crues. Il va s’agir de comprendre la relation qui existe entre les pluies et les écoulements qu’elles engendrent, autrement dit les processus qui permettent de passer des pluies aux débits.
Très longtemps, on a pensé que seul le ruissellement (c’est-à-dire l’eau circulant exclusivement à la surface du sol) expliquait la formation des crues. Mais les recherches de la dernière moitié du XXe siècle, utilisant, entre autres, des techniques de traçage de la molécule d’eau, ont montré que l’eau qui apparaissait dans le cours d’eau était en majorité de l’eau ayant séjourné dans le sol. Il existe des situations où l’eau (ou tout du moins une partie de l’eau) ne peut pas pénétrer dans le sol. On ne retient pas ici les situations où la surface réceptrice est imperméabilisée, soit par le gel (ce processus est marginal dans les conditions climatiques prises en compte dans cet ouvrage) soit par des actions humaines (macadam, toitures), qui concernent des problèmes spécifiques d’hydrologie urbaine.
Si on exclut ces cas de figure, deux types de situations sont susceptibles de permettre la formation d’un ruissellement :
– Lorsque l’intensité des précipitations est plus forte que la capacité d’infiltration du sol (on parle de «ruissellement par dépassement d’un seuil d’infiltration»),
– Lorsque le sol est déjà saturé («ruissellement par dépassement d’un seuil de saturation»).
Vidéo : Les écoulements de surface
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