Retour Semaine 1 - Ecoulement de l’eau dans un

bassin versant
Bonjour à tous,

Merci aux personnes qui ont participé activement aux fils de discussion des différentes
séquences et à l’activité forum de fin de semaine.

Ce document vise à mettre en avant certains de vos échanges et à vous orienter vers des
documents bibliographiques susceptibles d’apporter des réponses à vos interrogations.

Tout d’abord, nous suggérons aux apprenants néophytes qui ont rencontré des difficultés de
consulter le site Méli Mélo et leurs vidéos au contenu très pédagogique sur la thématique de l’eau.

1.1 Envasement des barrages réservoirs

Vous êtes plusieurs à s’être interrogés sur les chasses hydrauliques d’un barrage. Il faut savoir
qu’un barrage est composé généralement de:
● déversoir ou évacuateur de crues, dispositif qui laisse passer l’eau des crues que le
barrage ne peut stocker ;
● vanne de fond, qui permettent de gérer le niveau d’eau dans la retenue et de la vider lors
des chasses d’entretient
● dispositif d’auscultation, destiné à l’acquisition régulière de mesures pour suivre le
comportement de l’ouvrage et de sa fondation.
Il faut bien distinguer deux types de sédiment: grossiers et fin. Les sédiments fins seront évacués
lors d’un abaissement du niveau d’eau du barrage par ses différents organes d’évacuations car
ils sont en suspensions dans des zones de faible vitesse d’écoulement. Les sédiments grossiers
sont charriés au fond du barrage et donc évacués par la vidange du fond du barrage. Un
document très complet sur les Recommandations relatives aux travaux et opérations impliquant
des sédiments aquatiques explique plus en détails les chasses et curages d’un barrage.
La densité des sédiments évoquée dans cette séquence, 550 kg/m3, correspond à la masse
volumique d’un échantillon de sédiments après séchage. Elle se distingue de la masse volumique
d’un échantillon de sédiments humide qui intégrerait l’eau et serait donc supérieure à 1 000 kg/m3.
Pour imager cette distinction, penser à la différence de poids entre une éponge sèche et une
éponge gorgée d’eau.
Cette masse volumique sèche de sédiments est à distinguer également de la masse volumique
des particules solides, de l’ordre de 2 500 kg/m3 (densité de la roche). En effet, le terme de
sédiments fait référence ici à la matière en suspension qui se compose de particules minérales
(sables, limons, argiles) mais aussi de matière organique. Il faut également intégrer le fait que
ces sédiments n’ont pas été compactés et présentent des pores.
Enfin, la discussion a été lancée sur l’impact du déficit sédimentaire à l’aval d’un barrage, ce
qui a donné lieu à plusieurs réactions et commentaires. Cette discussion trouvera à nouveau toute
sa place dans la semaine 3 mais également en semaine 4 consacrée à la géomorphologie. D’ici
là et pour aiguiser votre argumentaire nous vous recommandons la lecture de deux ouvrages
techniques de l’ONEMA sur l’hydromorphologie fluviale et la gestion du transport solide en rivière
et en complément un recueil d'expériences sur l'hydromorphologie des cours d'eau.

1.2 Eutrophisation des barrages réservoirs

La question des stratégies de contrôle de l’eutrophisation a été abordée à plusieurs reprises.

Voici quelques précisions complémentaires aux réponses déjà postées sur le forum.
L'eutrophisation touche effectivement toutes les masses d'eau: lacs et réservoirs, rivières et
également zones côtières (marée verte en Bretagne ou encore dépôt de Sargasse en
Guadeloupe). Les processus de contrôle de l'eutrophisation sont la réduction des apports en
nutriments. Le débit en rivière peut atténuer le développement des algues mais fréquemment,
l'eutrophisation apparaît en aval des cours d'eau (où en amont de barrages au fil de l'eau) où la
vitesse de l’écoulement est très réduite. De plus certes une circulation amont aval de l'eau peut
apporter de l'O2 mais aussi et surtout des nutriments qui sont les éléments principaux du
contrôle de l'eutrophisation. Pour que la croissance des algues puisse être optimale, il faut que
les éléments C (carbone) et nutritif (N et P) respectent un ratio molaire C/N/P de 106/16/1 (ce
qu'on appelle aussi le rapport de Redfield). C (carbone) n'est jamais limitant et c'est finalement
le rapport N/P qui est intéressant. Quand N/P > 16, c'est P qui est limitant (ce qui est
actuellement le cas dans les principaux systèmes eutrophisés en eaux douces). Quand N/P <
16, c'est N qui est limitant (ce qui est observable en zones côtières).
Depuis les années 1960 et l’identification du P comme principal facteur limitant de l’eutrophisation
en eaux douces, les efforts se sont concentrés sur la collecte et le traitement des eaux usées en
station d’épuration (le cas du lac Léman posté en cours de semaine en vidéo complémentaire à
la séquence 1.2 est très illustratif). Puis avec la réduction des sources de P d’origine domestique,
les apports en P provenant de l’érosion des sols agricoles sont devenus importants en proportion.
Plusieurs posts ont soulignés l’intérêt du maintien et de la restauration des zones humides et
rivulaires et autres bandes enherbées comme zone tampon entre les terres agricoles et les cours
d’eau. Reste que le contrôle de l’eutrophisation est surtout une question de réduction du P à la
source (collecte et traitement des eaux usées, réduction des polyphosphates dans les lessives et
rationalisation des fertilisants).
On a bien vu dans le cas d’étude au Mexique, que cette problématique est d’actualité puisque au
moment de l’étude (2007-2010) aucun système de traitement des eaux usées n’existait en amont
du barrage de Coinztio.
L’actualité récente montre que l’eutrophisation côtière reste un problème environnemental
majeur non solutionné en France (algues vertes en Bretagne au cœur de l’actualité). Pour aller
plus loin dans cette discussion, les deux liens ci-après vous apporteront de nombreux
compléments:
1) Etude eutrophisation INRAe
2) Phosphore et eutrophisation
3) Limnologie des lacs et des plans d’eau (étude de l’Agence de l’Eau)
4) Vulgarisation Eutrophisation
 5)

1.3 Eaux de surface/subsurface

La compréhension de la technique de séparation hydrogramme reste délicate pour de

nombreux apprenant. Pensez bien à regarder la vidéo de complément qui donne plus de détails
que la séquence vidéo principale. Noter que cette méthode est valable pour les petits bassins
versants (1 - 1 000 km²).
La question du partage des eaux est également revenue plusieurs fois. Il est important de retenir
qu’il s’agit là d’une notion complexe associée au cycle de l’eau, et que chaque situation est
spécifique. Quand il pleut, une partie de l’eau va ruisseler et une autre s'infiltrer jusqu'à saturer le
sol. Une fois le sol saturé, l’infiltration n’est plus possible et c’est toute l'eau qui va ruisseler. Par
ailleurs, lorsque l'intensité de pluie est très importante, l'eau n'a pas le temps de s'infiltrer dans le
sol et va donc ruisseler. Ainsi, les proportions d'eau ruisselée/infiltrée peuvent être très variables
selon les propriétés du sol (capacité d'infiltration du sol), l’état de surface avant la pluie (saturation
du sol), mais aussi selon la dynamique de la pluie (intensité de la pluie).
Pour compléter cette séquence 1.3 et répondre plus en détails à vos interrogations, nous vous
invitons à consulter les différents chapitres du cours d’hydrologie de l’EPFL.

1.4 Instruments de mesure

De nombreux échanges ont porté sur les dépôts grossiers dans les bilans sédimentaires et
sur comment évaluer le charriage. Les contributions ont été très pertinentes dans ce fil de
discussion. Il est vrai que dans le cas d’étude du réservoir de Mexico, l’enjeu principal concerne
les sédiments fins. La question de la mesure des sables, du charriage et leur prise en compte
dans les bilans sédimentaires concerne les ouvrages en aval de rivières à graviers. Cette question
du charriage sera abordée largement en semaine 3. Nous sommes convaincus que les échanges
seront aussi riches à ce moment-là du MOOC.
De nombreux échanges ont concerné les différentes techniques de mesures. Ce point a été repris
et synthétisé dans la section 1.6 de ce document. On remercie Philippe Belleudy pour l’article de
la DRIEE qui présente de façon générale l’hydrométrie.
Merci à un participant de la session 2 pour le document sur l’échantillonnage et la mesure de
débit en rivière qui est vraiment pertinent et que nous recommandons vivement aux praticiens.
Concernant la notion de courbe de tarage et d’estimation des débits, vous pouvez trouver
des réponses dans la vidéo très pédagogique de T. Morlot (soutenance de thèse).

1.5 Séries temporelles de mesures

D'une manière générale, il est recommandé d'acquérir des mesures à haute fréquence pendant
au moins une année hydrologique avant de définir une stratégie d'échantillonnage adaptée. Pour
allez plus loin, vous pouvez télécharger l'article complet ayant inspiré la réalisation de cette
séquence: Duvert et al., 2011 Subdaily variability of suspended sediment fluxes.
Pour bien comprendre les notions de MS2% et TS50%, nous vous recommandons de bien
reprendre la vidéo de cette séquence et la lecture du graphique du débit solide classé cumulé.
Ici, les débits sont d’abord classés des plus faibles aux plus hauts débits indépendamment de
leur chronologie. L’échelle des abscisses est une échelle temporelle soit ‘absolue’ de durée
équivalente à celle de la chronique de mesure d, soit ‘relative’ allant de 0 à 100% de d. Ainsi, le
débit classé correspondant au jour n n’aura pas été dépassé pendant n jours sur la période d.
Les débits classés sont ensuite cumulés.
Pour le calcul du MS2% et du TS50%, on s’intéresse aux périodes les plus productives de l’année,
sur la base des débits classés (à droite sur l’axe des abscisses). Ainsi, le MS2% correspond à la
masse de sédiments exportée entre 98% et 100% et le TS50% est le temps ‘minimal’ requis pour
exporter 50% des sédiments.

1.6 Activité de fin de semaine: Avez-vous déjà été confronté(e) à un choix

méthodologique pour la mesure de débits en rivière?

Lors de la séquence 1.4, nous n’avons pas été exhaustifs sur les méthodes de mesures. C’est
pourquoi nous vous avons proposé d’échanger autour de la mesure de débit en rivière. A la
lecture globale des contributions au forum, ont été particulièrement appréciés les posts où les
objectifs et les contraintes de mesure étaient clairement explicités.
Un court bilan sur les méthodes de mesure de débit évoquées (ou non) dans les discussions
est dressé ci-après.
1) Vous êtes plusieurs à avoir parlé de la mesure par moulinet. Il s’agit d’une mesure par
exploration du champ de vitesses plutôt en écoulement laminaire.
2) Vous êtes également plusieurs à avoir parlé de la mesure par jaugeage au flotteur qui
permet de se faire une idée du débit lorsqu’on ne dispose pas d’instrument de mesure (cf.
le guide de l’ONEMA Contrôle des débits réglementaires p.65).
3) La mesure par dilution d’un traceur (ex: NaCl, Rhodamine Water Tracer), détaillée dans
la séquence 1.4, a également été mentionnée. Celle-ci est adaptée au petit cours d’eau
turbulent (optimal pour le mélange).
4) La mesure par ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), abordée dans la séquence 1.4,
a été mentionnée. C’est une technique acoustique adaptée aux fleuves et rivières peu
turbulents, mais pas lorsqu’ils sont très chargé en sédiment. Vous trouverez des
renseignements sur cette méthode dans l’article de la Houille Blanche Le Coz et al. 2007,
Emplois de l’aDcp en rivière : une revue de synthèse.
5) On peut évoquer les mesures non intrusives telles que la mesure par diffraction radar
(SVR, Surface Velocity Radar) ou la mesure par analyse d’image (LSPIV, large-scale
particle image velocimetry) qui permettent d’effectuer des mesures à distance en estimant
le champs de vitesse en surface (cf. Dramais et al. 2011, Mesures sans contact des débits
de crue : avancées et perspectives).
6) Pour les très grandes rivières et les fleuves, la mesure par hydrologie spatiale, abordé
en séquence 1.4, se développe notamment depuis les années 2000 avec les travaux sur
l’Amazone. Vous trouverez plus d’informations sur cette méthode sur la page Principe de
l’altimétrie spatiale.

Nous vous recommandons le guide technique de l’ONEMA (Contrôle des débits réglementaires)
qui reprend chacune des méthodes en détails et introduit aussi les notions d’incertitudes liées à
chaque méthode. Enfin, pour aller plus loin, nous vous renvoyons vers les articles publiés dans
la Houille Blanche.

Rémi Saillard, Coraline Bel, Julien Némery, Nicolas Gratiot et toute l’équipe du MOOC “des
rivières et des hommes”