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Le régime des cours d’eau

Vous êtes ici : » » Le régime des cours d’eau ; écrit le: 26 mars 2012 par abir modifié le 17 novembre 2014

Le régime des cours d'eau

Pour décrire complètement les différents états d’une rivière, en un point quelconque de son cours ou dans sa totalité, plusieurs éléments sont à considérer : sa richesse hydrologique, les conditions d’écoulement, les transports solides… mais, principale­ment, les variations dans le temps de son débit et les causes naturelles ou artificielles de ces variations, en un mot : son régime.



Parmi les fluctuations du débit, les unes sont en liaison étroite avec le cadre mor­phologique et géologique du bassin, d’autres avec les oscillations et les répétitions régulières de certaines composantes du climat ; d’autres variations sont, au contraire, apparemment fortuites, exceptionnelles et imprévisibles. C’est donc sur un ensemble de traits permanents et accidentels que doit se fonder l’étude du régime, sur la fré­quence et la variabilité des états du cours d’eau, sur les répartitions saisonnières, jour­nalières, voire horaires de cette fréquence et de cette variabilité.

Les variations interannuelles du débit

Le premier type de variations en fonction du temps se rapporte aux fluctuations du débit d’une année à l’autre ou d’une série d’années à une autre.

Dans de longues séries de débit, 30 à 50 années et plus, il arrive que les modules tendent à se grouper en suites de plusieurs années, hydrologiquement plus ou moins abondantes, suivant des oscillations pluvio-thermiques de grande ampleur. Les phases répétées de graves déficits d’écoulement au Sahel, du Sénégal à l’Ethiopie, dans les années 1910-1916, puis dans les années 1940 et celles de 1968 à 1972-1973, sont de ce type. Cependant, les nombreuses recherches, menées à toutes latitudes et sur nombre de bassins fluviaux, sur la durée et les écarts de telles variations n’ont pas permis, jusqu’à présent, de les qualifier strictement de « périodiques » ou « cycliques » et laissent sceptique sur les régularités prétendues par certains.

L’indice d’irrégularité R, le plus facile à calculer, est le rapport, pour la période connue, des modules extrêmes :

R = Qannuel max. / Q_annuel min.

Il est très petit, 1,2 à 2, pour les cours d’eau qui bénéficient de très grosses accu­mulations lacustres, le Saint-Laurent (1,4) et le Nil Victoria par exemple, ou souter­raines (Nera ou Pescara de l’Apennin calcaire). Le fleuve Columbia, aux Etats-Unis, doit à la traversée de lacs et de plateaux basaltiques très fissurés un indice R de 2,2 à The Dalles, Oregon (BV: 614000 km2). Les cours d’eau alimentés par des glaciers sont également très réguliers car la rétention amortit l’irrégularité des précipitations, et la fusion est réglée par la température qui oscille assez régulièrement d’une année à l’autre. Dans de très grands bassins où des pluviosités ou des mises en réserves régio­nales peuvent se compenser, l’indice n’excède pas 3 (Amazone: 1,3, Zaïre: 1,7, Danube: 2,3, Mississippi: 2,5). D’une manière générale, les modules qui oscillent le plus, d’une année à l’autre, sont les modules spécifiques les plus faibles, par exemple dans les domaines subtropicaux méditerranéen ou texan où l’indice peut largement dépasser 10 et atteindre 50 pour des cours d’eau pérennes. En région tempérée océa­nique non montagnarde, les chiffres sont de l’ordre de 5 à 10 : 5 pour la Meuse, 7,6 pour la Weser, 8 pour la Loire et pour la Seine à Paris, 8,1 pour le Douro. Les régimes fluviaux des régions tropicales soumises à l’action très erratique des cyclones sont aussi très irréguliers, tels ceux du littoral oriental de Madagascar ou les régions asiatiques de la mousson d’été (Godaveri, en Inde, 7.6).

Dans les années 1950-1960, des hydrologues travaillant en Afrique ont mis au point un autre indice, K3 = Q_90% / Q_10%, rapport du premier décile au dernier décile des modules rangés dans l’ordre décroissant. C’est, en d’autres termes, le rap­port du module de l’année humide de fréquence décennale au module de l’année sèche de même fréquence. Cet indice est moins sujet que le précédent aux erreurs d’échantillonnage puisqu’il exclut les valeurs extrêmes.

L’hydraulicité, c’est-à-dire, pour chaque cours d’eau, le rapport du module d’une année particulière (ou la moyenne d’un groupe d’années particulières) au module « normal » est une valeur capitale en hydrologie. Soit, par exemple, pendant une seule année, un module de 283 m3.s-l pour la Loire (en 1949) et, pour une autre année (1966), un module de 1310 m3.s-l, alors que le débit moyen annuel de 130 ans vaut 900 m3.s-l. Les hydraulicités des deux années en question seront, respectivement, de 0,31 et de 1,45.

Enfin, le coefficient de variation (CV), rapport de l’écart-type à la moyenne de la série des modules, caractérise numériquement l’importance de la dispersion autour de la moyenne. C’est la valeur relative la plus utile pour comparer entre elles les varia­bilités interannuelles, dès lors qu’est admise l’hypothèse d’une distribution « normale » (au sens statistique, c’est-à-dire ajustée à la loi de Gauss) des modules, hypothèse le plus souvent confirmée dans les bassins où la vérification a été faite. Le CV permet aussi de comparer commodément la variabilité des débits à celle des précipitations.

 Les variations saisonnières du débit

La répartition des débits selon les mois de l’année est le trait le plus souvent retenu pour une classification complète des régimes, tant les alternances habituelles de hautes et basses eaux sont apparentes et de grande conséquence pour les utilisateurs. Elle est fondée sur les moyennes mensuelles des débits. Pour faciliter les comparai­sons, on calcule le coefficient mensuel de débit, rapport, pour chacun des douze mois de l’année, du débit mensuel moyen au module. Le rapport est supérieur à 1 en période de hautes eaux et inférieur à 1 en basses eaux. Leur expression graphique par des courbes d’évolution au cours de l’année est simple, éminemment pédagogique et irremplaçable en hydrologie comparée.

De grands écarts au module, dans un sens ou dans l’autre ou dans les deux à la fois, caractérisent l’immodération dont les rivières de haute montagne, alimentées par les glaciers aux latitudes moyennes, donnent un exemple classique. Pendant l’hiver, les coefficients mensuels les plus faibles avoisinent 0,05 et 0,10; les coefficients les plus élevés, 3 à 3,5, correspondent au maximum de la fusion, en juillet dans l’hémisphère Nord, en janvier dans l’hémisphère Sud, ce rythme se reproduisant avec une grande régularité d’une année à l’autre. Des régimes saisonniers aussi fortement contrastés, avec des basses eaux exsangues confinant à l’assèchement, se rencontrent également dans la zone climatique tropicale à longue saison sèche, le maximum annuel étant régulier quant à la date mais irrégulier quant aux débits. A l’opposé, de faibles écarts mensuels au module expriment une pondération du régime saisonnier, comme, par exemple, la Seine à Paris ou le Rhône à Beaucaire .

Les cours d’eau du monde offrent une immense variété de fluctuations saison­nières car les combinaisons possibles sont innombrables, en différents bassins, d’une quantité de facteurs climatiques, morphologiques et biogéographiques qui interfèrent comme dans tout hydrosystème. L’analyse et le classement des régimes saisonniers de Pardé, la plus ancienne et la plus cohérente, pose un premier principe de classement, uniquement descriptif. Les régimes sont «simples» ou «complexes».

Ils sont dits simples quand ils présentent une seule alternance annuelle de hautes et basses eaux, que ce caractère soit dû à la prépondérance d’un mode d’alimentation ou que la combinaison de plusieurs influences leur confère une simplicité apparente. Ainsi en est-il des régimes glaciaire alpestre, nival de plaine des fleuves canadiens ou sibériens, pluvial tropical du Niger amont, évapo-pluvial océanique tempéré de plaine de la Tamise et de la Seine…

Les régimes sont complexes quand plusieurs phases hydrologiques se succèdent dans l’année : deux ou trois saisons d’abondance, deux saisons de pénurie au moins relative. Quand la complexité apparaît dès la source, elle est originelle (rivières pyré­néennes ou méditerranéennes de montagne, influencées par la neige, la pluie et l’éva­poration). Quand la complexité a pour cause soit la confluence de rivières différentes, soit la modification du régime d’amont en aval, elle est combinée ou changeante. Cependant, dans cette dernière catégorie à laquelle appartiennent tous les grands fleuves, les combinaisons ou les successions de régimes d’amont en aval sont trop variées pour que se dégage de chaque fleuve un type homogène dominant. Le Rhône, le Danube, le Zaïre, l’Amazone en sont des exemples particulièrement représentatifs.

Au sein de ces deux grandes catégories de régimes simples et complexes, des types et des sous-types sont distingués avec précision par référence d’abord à l’influence cli­matique qui gouverne les fluctuations saisonnières, ensuite par référence à la situation géographique en latitude ou en altitude. L’appartenance aux régions chaudes (en deçà  de 35° de latitude dans les deux hémisphères) d’une part, ou aux régions tempérées et froides d’autre part, est capitale : dans le premier cas, les différences thermiques sai­sonnières sont insignifiantes et les régimes hydrologiques sont, en gros, calqués sur les régimespluviométriques dans le second cas, les fluctuations thermiques entre été et hiver règlent l’évaporation et l’évapotranspiration ainsi que les rétentions nivale et glaciaire.

Tout autant que l’écart entre les moyennes mensuelles, les variations journalières, voire horaires, du débit contribuent à caractériser l’immodération ou la pondération d’un régime. Il n’est pas indifférent de savoir si le débit moyen mensuel est dû à la succession de journées calmes et égales ou à des pulsations brutales dans un lit presque toujours à sec. Sur l’île de la Réunion, par exemple, la variété des types de temps excessifs et irréguliers prive les moyennes mensuelles de toute valeur représentativeCette typologie des régimes saisonniers est toujours utilisée avec profit dans des études comparatives à petite et grande échelle et sert de base aux études les plus récentes, notamment celles réalisées sous l’égide de l’UNESCO. Cependant, elle n’est pas parfaite ; les seules variations saisonnières ne suffisent à décrire ni tous les régimes ni l’ensemble des régimes classés. Fondée exclusivement sur les moyennes des débits moyens mensuels de nombreuses années, elle conserve du régime des traits saillants encore qu’atténués et elle néglige ce qui peut être le plus utile à connaître. Ainsi, autre lacune, elle donne une image infidèle des phénomènes de stockage et de déstockage des réserves souterraines et lacustres et de leur influence sur les débits si l’écoulement est influencé par le jeu de grosses réserves souterraines et que la corrélation entre pluie et débit ne peut être valablement établie en année particulière.

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