ÉLÉMENTS D’HYDROLOGIE DE SURFACE

Objectif du cours : Transmettre la maîtrise des concepts physiques du cycle de l’eau, du comportement des bassins versants et des méthodes quantitatives permettant d’évaluer, de dimensionner et de gérer les ressources en eau de surface.

Description persuasive du cours

Le cours d’Éléments d’Hydrologie de Surface constitue un enseignement fondamental pour appréhender la dynamique des ressources en eau continentales. Face aux défis des changements climatiques, des inondations récurrentes, de la gestion des sécheresses et des besoins croissants en aménagements hydrauliques, ce module offre une compréhension rigoureuse de la transformation des précipitations en écoulement.

De la caractérisation morphométrique des bassins versants à la mesure des débits (jaugeage), en passant par la modélisation des crues et le calcul de bilans hydriques, ce programme prépare les futurs ingénieurs, géographes et environnementalistes à concevoir des ouvrages hydrauliques durables (barrages, ponts, réseaux d’assainissement) et à gérer rationnellement le patrimoine hydrique.

Informations clés

Compétences à acquérir

• Analyse d’un bassin versant : Caractériser les paramètres morphométriques (surface, périmètre, indice de Gravelius, hypsométrie).

• Quantification des composants du cycle de l’eau : Calculer les précipitations moyennes (méthodes de Thiessen, Isohyètes), l’évapotranspiration et l’infiltration.

• Mesure et traitement des débits : Réaliser et exploiter des jaugeages (courbes de tarage) et analyser les hydrogrammes de crue.

• Prévision et modélisation des crues : Appliquer les méthodes d’estimation des débits de pointe (Méthode Rationnelle, Hydrogramme Unitaire) pour le dimensionnement d’ouvrages.

Grand plan du module

1. Introduction et le cycle hydrologique de surface

   • Équation du bilan hydrique global et à l’échelle du bassin versant.

   • Composantes principales : précipitations, interception, évaporation, évapotranspiration, infiltration, ruissellement.

2. Le bassin versant : Cadre spatial de l’hydrologie

   • Délimitation des lignes de partage des eaux (topographique et phréatique).

   • Caractéristiques morphométriques : Indice de compacité de Gravelius ($K_c$), rectangle équivalent, courbe hypsométrique et profil en long des cours d’eau.

   • Caractéristiques du réseau hydrographique : Ordre de Strahler, densité de drainage et temps de concentration.

3. Précipitations et pertes au ruissellement

   • Mesure des précipitations (pluviomètres, pluviographes) et calcul de la lame d’eau moyenne (Moyenne arithmétique, Polygones de Thiessen, Isohyètes).

   • Évapotranspiration potentielle (ETP) et réelle (ETR) (Formules de Thornthwaite, Penman).

   • Infiltration et capacité d’infiltration (Modèles de Horton, Green-Ampt, méthode du SCS-CN).

4. Hydrométrie et analyse des écoulements

   • Méthodes de jaugeage (exploration des vitesses au moulinet, flotteurs, jaugeage par dilution).

   • Établissement et suivi des courbes de tarage ($H-Q$) et limnigrammes.

   • Décomposition de l’hydrogramme (ruissellement rapide vs écoulement souterrain/de base).

5. Hydrologie de crue et dimensionnement d’ouvrages

   • Méthode Rationnelle pour l’estimation du débit de pointe ($Q = C \cdot I \cdot A$).

   • Notion d’hydrogramme unitaire et temps de retour des pluies extrêmes (analyse fréquentielle, loi de Gumbel).

   • Applications : Dimensionnement de ponts, dalots, déversoirs d’orage et retenues d’eau.