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L’évaporation / l’évapotranspiration
L’évaporation se définit comme étant le passage de la phase liquide à la phase vapeur, il s’agit de l’évaporation physique. Les plans d’eau et la couverture végétale sont les principales sources de vapeur d’eau. On parle de sublimation lors du passage direct de l’eau sous forme solide (glace) en vapeur. Le principal facteur régissant l’évaporation est la radiation solaire.
Le terme évapotranspiration englobe l’évaporation et la transpiration des plantes. Il subdivise :
• l’évapotranspiration réelle (ETR) : somme des quantités de vapeur d’eau évaporées par le sol et par les plantes quand le sol est à une certaine humidité et les plantes à un stade de développement physiologique et sanitaire spécifique.
• l’évapotranspiration de référence (ET0) (anciennement évapotranspiration potentielle): quantité maximale d’eau susceptible d’être perdue en phase vapeur, sous un climat donné, par un couvert végétal continu spécifié (gazon) bien alimenté en eau et pour un végétal sain en pleine croissance. Elle comprend donc l’évaporation de l’eau du sol et la transpiration du couvert végétal pendant le temps considéré pour un terrain donné.
L’évaporation est une des composantes fondamentales du cycle hydrologique et son étude est essentielle pour connaître le potentiel hydrique d’une région ou d’un bassin versant. En général, des analyses spécifiques d’évaporation devront être faites pour des études de bilan et de gestion de l’eau par les plantes. Cependant, ces analyses approfondies sont moins nécessaires pour les études de projets d’aménagement où l’eau est plutôt considérée sous un aspect.
Le bassin versant hydrologique
Le bassin versant est défini par la ligne de crête délimitant le bassin versant par l’exutoire.
Si le sol est imperméable, il est évident que la limite du bassin est définie topographiquement par la ligne de crête la séparant des bassins voisins. Pour les sols perméables, le bassin versant réel peut différer pour le bassin topographique. En pratique, la plupart des temps le bassin versant coïncide avec le bassin topographique.
Le bassin versant fonctionne comme un collecteur chargé de recueillir les pluies et les transforment en écoulement vers l’exutoire. Pendant la transformation, les pertes en eau dépendent des conditions climatiques régnant sur dans le bassin versant mais aussi les caractéristiques physiques de ces derniers.
Le bilan hydrique
On peut schématiser le phénomène continu du cycle de l’eau en trois phases :
• les précipitations,
• le ruissellement de surface et l’écoulement souterrain,
• l’évaporation.
Il est intéressant de noter que dans chacune des phases on retrouve respectivement un transport d’eau, un emmagasinement temporaire et parfois un changement d’état. Il s’ensuit que l’estimation des quantités d’eau passant par chacune des étapes du cycle hydrologique peut se faire à l’aide d’une équation « hydrologique » qui est le bilan des quantités d’eau entrant et sortant d’un système défini dans l’espace et dans le temps. Le temporel introduit la notion « d’année hydrologique ». En principe, cette période d’une année est choisie en fonction des conditions climatiques. Ainsi en fonction de la situation météorologique des régions, l’année hydrologique débute au mois de Novembre. Au niveau de l’espace, il est d’usage de travailler à l’échelle d’un bassin versant mais il est possible de raisonner à un autre niveau (zone administrative, entité régionale, etc.).
L’équation du bilan hydrique se fonde sur l’équation de continuité et peut s’exprimer comme suit, pour une période et un bassin donnés : P + S = R + E + (SS) ou P = R + ES (1)
Avec :
P : précipitations (liquide et solide) [mm],
S : ressources (accumulation) de la période précédente (eaux souterraines, humidité du sol) [mm],
R : ruissellement de surface et écoulements souterrains [mm],
E : évaporation (y compris évapotranspiration) [mm],
S +S : ressources accumulées à la fin de la période [mm].
S: variation de stock [mm].
Généralement, les termes du bilan hydrique sont exprimés en hauteur d’eau (Par commodité en mm par exemple), nous parlons alors de lame d’eau (précipitée, écoulée, évaporée, stockée, etc.). Cette équation exprime simplement que la différence entre le débit d’eau entrant et le débit d’eau sortant d’un volume donné (par exemple un bassin versant) au cours d’une période déterminée est égale à la variation du volume d’eau emmagasinée au cours de la dite période. Elle peut s’écrire encore sous la forme simplifiée suivante :
Avec :
E : évaporation [mm] ou [m3],
I : volume entrant [mm] ou [m3],
O : volume sortant [mm] ou [m3],
ΔS : variation de stockage [mm] ou [m3].
Si le bassin versant naturel est relativement imperméable, la variation de stock sur une période donnée peut être considérée comme nulle (DS=0). Dès lors, nous pouvons introduire le déficit d’écoulement D dans l’équation qui s’écrit : I – O = D (Cf. E =I – OS) (3)
Ce déficit d’écoulement représente essentiellement les pertes dues à l’évaporation. Il peut être estimé à l’aide de mesures ou de méthodes de calcul. A titre illustratif, les formules de Turc, Coutagne et Thornthwaite sont les suivantes :
1. Formule de Turc
Avec : D : déficit d’écoulement [mm],
P : pluie annuelle
T : température moyenne annuelle [°C].
L=300+25T+0.05T3.
2. Formule de Coutagne
Avec : D : déficit d’écoulement [mm],
P : pluie annuelle [mm],
m= 1/ (0.8 + 0.16 T) : coefficient régional (m=0.42).
T= température moyenne annuelle [°C].
La connaissance du déficit d’écoulement permet d’évaluer le comportement du système ou la fiabilité des données sensées le décrire, par comparaison entre les valeurs du déficit calculées directement et les valeurs estimées dans un bassin versant plus grand.
Limite et caractéristiques de bassin versant
L’analyse hydrologique emploie des méthodes diverses, dont certaines parmi les plus utilisées ont fait l’objet de développement dans ce sous paragraphe. Cette méthode a recours à des degrés variés aux calculs mathématiques en général, à l’appareil statistique en particulier.
L’objet est d’illustrer l’aspect pratique de cette méthode de mesure des paramètres du milieu physique, en insistant plus particulièrement sur les paramètres géométriques de relief et morphométrie dont la détermination repose sur l’emploi des cartes topographiques et des photos aériennes.
Bassin versant
Pour avoir un tracé du périmètre réel du bassin, nous allons adopter la méthode suivante :
– Analyse stéréoscopique des photos aériennes mises à l’échelle exacte de 1/50 000.
– Traçage à la main sur la carte topographique la ligne de crête du bassin versant en identifiant le chevelu hydrographique.
Caractéristiques du bassin versant
Les caractéristiques du bassin versant dépendent de la mesure des paramètres géométrique et de relief.
A titre de rappel, les principaux paramètres de ce groupe, ce qui est devenu classique à mesurer :
° Comme paramètres géométriques la superficie A du bassin, son périmètre P, son indice de forme ou du compacité C, les côtés de son rectangle équivalent.
° Comme paramètre de relief l’indice de pente Ip de ROCHE et l’indice global Ig qui requièrent la connaissance de la répartition hypsométrique (pourcentages de la superficie entre les courbes de niveau connues) et de la dénivelée utile D = Hmin – Hmax
Fokontany d’Analavory
La détermination de ces divers paramètres s’effectue à la chaîne : les uns sont obtenus directement sur la carte par planimétrage et la mesure de longueur au curvimètre, les autres se calculent à partir des premiers.
Toute la mesure et par conséquent la précision de celle-ci dépend de la carte utilisée, de la précision des indications qu’elles contiennent et de la précision propre au planimètre et au curvimètre.
L’indice de compacité se calcule en appliquant la formule de Graveluis :
Il est égal à 1 pour un bassin circulaire et croît d’autant plus que la compacité diminue.
Le rectangle équivalent est tel que 2 x (L+l) = P et L x l = A ; il se réduit à un carré pour une compacité C = 1.12. Sa notion est admissible car pratiquement très peu de bassins ont des compacités inférieures à 1.12.
Débits d’eaux pluviales – Méthode ponctuelle
Le modèle mis au point par M CAQUOT dérive d’une méthode plus générale dite « formule rationnelle » qui repose sur le concept du temps de concentration et suppose une linéarité de la transformation de la pluie en débit. La formule rationnelle mise au point au XIX siècle aux Etats-Unis, donne le débit de pointe Q (Г) de période de retour (Г) à l’exutoire d’un bassin versant de surface A et de coefficient de ruissellement Cr pour une averse ayant une durée égale au temps de concentration t et d’intensité moyenne i (t, G) de période de retour Г.
Table des matières
Introduction
Première partie : Considérations théoriques
I.1 Facteur hydrologique
I.2.Facteur géologique
I.3 Facteur hydrogéologique
I.4 Photo aérienne
I.5 Télédétection
I.6 Description des travaux à réaliser
I.7 Traitement des eaux
I.8 Réservoir
I.9 Conclusion
Deuxième partie : Présentation de la zone d’études
II.1 Situation géographique
II.2 Géomorphologie
II.3 Géologie
II.4 Hydrologie
II.5 Ressource en eau
II.6 Situation démographique
II.7 Demande en eau
II.8 Situation sanitaire
II.9 Conclusion
Troisième partie : Cas d’Analavory
III.1 Site, son environnement et choix du site
III.2 Limites administratives
III.3 Périmètre de projet
III.4 Urbanisme et habitat
III.5 Plan d’urbanisme
III.6 Infrastructures et services
III.7 Calcul du bilan hydrique, caractéristiques physiques et les débits d’eau pluviale du bassin versant d’Analavory
III.8 Photo-interprétation
III.9 Télédétection
III.10 Implantation des ouvrages
III.11 Qualités des eaux
III.12 Interprétation des données
III.13 Traitement
III.14 Les réalisations d’ouvrage
III.15 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexes
ANDRIHERINDRAINY
