Du ruissellement sur les versants aux écoulements de crue

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Les crues résultent de l’arrivée rapide de l’eau dans le fleuve ou la rivière, provoquant une montée brutale de son niveau. Il est clair que le ruissellement, qui permet une circulation rapide de l’eau sur les versants, est un processus important de genèse des crues. Mais ce n’est pas le seul, et le ruissellement qui se produit sur les versants ne participe pas toujours aux écoulements de crue.
Si on considère l’ensemble d’un bassin versant, et qu’on s’intéresse, d une part à la façon dont l’eau y circule lors des épisodes pluvieux et, d’autre part, à la manière dont se forment les écoulements de crues, on peut distinguer des surfaces « actives » et des surfaces «contributives» (Ambroise, 1998) :
– Les surfaces actives sont celles sur lesquelles un ruissellement se forme («ils’y passe quelque chose»),
– Les surfaces contributives sont celles qui génèrent des écoulements qui participent directement aux écoulements de crue («il s’y produit quelque chose»).
C’est donc l’organisation de l’espace et l’emboîtement des différents terroirs qui expliquent le fonctionnement d’un bassin versant, autant que les propriétés des surfaces particulières qui le composent.

Des crues sans ruissellement sur les versants

Si le ruissellement peut contribuer aux écoulements de crue, il peut aussi se produire des crues sans ruissellement sur les versants. Ceci est vrai lorsque les surfaces génératrices sont limitées aux zones saturées de fond de vallée. Mais, même dans ce cas, les processus ne sont pas simples.
Des travaux, basés à la fois sur la décomposition isotopique de l’eau (qui permet de connaître l’origine de l’eau et le traçage de sa chute à son écoulement) et sur le suivi de sa composition chimique (qui permet d’identifier le «réservoir» dont elle provient – eau de pluie, eau du sol ou eau de la nappe) montrent que l’eau qui s’écoule est majoritairement de l’eau déjà présente dans le bassin avant la pluie.
Ces observations obligent à faire intervenir des transferts de pression dans la nappe : la pluie qui pénètre dans le sol et rejoint la nappe « pousse » l’eau préexistante, aboutissant à l’exfiltration rapide de l’eau de la nappe dans le cours d’eau. Cette eau de nappe participe à l’augmentation des débits autant, sinon plus, que l’eau de pluie elle-même.La surface en grisé clair indique la limite des hypothèses haute et basse. On voit que, dans tous les cas, l’eau qui s’écoule est majoritairement de l’eau présente dans le bassin avant la pluie considérée.
Lorsque les crues sont générées par ce processus, et non par un ruissellement qui proviendrait des versants, on parle de « surfaces contributives saturées » : l’écoulement résulte de toute la pluie sur une partie du bassin, alors que, lorsque le ruissellement de type Horton est à l’origine des écoulements de crue, c’est une partie de la pluie, sur toute la surface, qui s’écoule.
Cette étude montre que la formation des crues est loin de suivre le cheminement simple qu’on lui a longtemps attribué. S’il arrive que le ruissellement qui se forme sur les versants se concentre et parvient par voie de surface jusqu au cours d eau, le plus souvent les crues résultent du transfert rapide de pression dans la nappe et de l’arrivée dans le drain d’une eau poussée par l’eau de pluie, mais qui n’est pas 1 eau de pluie : si la pluie est bien à l’origine des crues, ce n’est pas souvent majoritairement l’eau de la pluie qui vient de tomber qu’on retrouve dans la rivière. Ceci est fondamental tant pour comprendre la formation des crues que pour envisager des aménagements destinés à en limiter l’ampleur, d’autant plus que ce processus est largement dominant en régions tempérées océaniques, tant que le sol n’est pas mis à nu.
Mais, quelles que soient les conditions de genèse et de transfert des écoulements rapides dans l’espace du bassin versant, une fois que l’eau de pluie a rejoint le réseau hydrographique, les processus hydrologiques deviennent fondamentalement différents. Il s’agit alors d’écoulements concentrés.