Le relief, les pentes et le temps de concentration

Deux bassins de même surface et de même forme peuvent réagir très différemment à la même pluie. La raison principale, c'est souvent le relief. Dans cette leçon, tu vas apprendre à décrire les altitudes d'un bassin avec une courbe hypsométrique, à calculer la pente de son cours d'eau principal et à estimer son temps de concentration. Ce dernier chiffre est très utilisé par les ingénieurs pour dimensionner les ouvrages. Tu vas voir aussi ses limites, car les formules qui le calculent ont été établies dans des conditions précises, souvent très différentes de celles de ton bassin.

Pour décrire le relief, commence par trois chiffres : l'altitude la plus haute, la plus basse, à l'exutoire, et l'altitude moyenne. Ensuite, construis la courbe hypsométrique. Découpe le bassin en tranches d'altitude, par exemple tous les 100 mètres, et mesure la surface de chaque tranche. Calcule pour chaque altitude le pourcentage de la surface qui se trouve au-dessus. Trace ces points : en abscisse le pourcentage, en ordonnée l'altitude. L'altitude lue à 50 % s'appelle l'altitude médiane. Avec un SIG et un modèle numérique de terrain, ce calcul se fait en quelques clics.

La courbe hypsométrique raconte l'histoire du bassin. Dans un bassin alpin suisse, une grande partie de la surface se trouve au-dessus de 2 000 mètres. En hiver, cette partie stocke la neige, qui fondra au printemps et en été. La courbe aide alors à estimer quelle surface est sous la neige à une date donnée. Dans un petit bassin sahélien du Burkina Faso, la courbe est presque plate : quelques dizaines de mètres séparent le point le plus haut de l'exutoire. Retiens aussi que l'altitude influence la pluie, souvent plus forte sur les reliefs, et la température, donc l'évaporation.

Le profil en long d'une rivière, c'est son altitude tracée en fonction de la distance depuis la source. Pour la pente moyenne, divise la dénivelée par la longueur. Prenons une rivière qui naît à 820 mètres d'altitude et atteint l'exutoire à 340 mètres, après 24 kilomètres. La dénivelée vaut 480 mètres. Divise par 24 000 mètres : la pente vaut 0,02 mètre par mètre, soit 2 % ou 20 mètres par kilomètre. Comme le haut du profil est souvent très raide, certains guides calculent la pente en laissant de côté les 10 % aval et les 15 % amont de la longueur. On l'appelle pente 85-10.

Le temps de concentration, c'est le temps que met l'eau tombée au point le plus éloigné, en temps de parcours, pour atteindre l'exutoire. Il existe beaucoup de formules pour l'estimer. Celle de Kirpich est très connue : tc égale 0,0195 fois L puissance 0,77 fois S puissance moins 0,385. Pour un petit bassin avec un cours d'eau de 2 500 mètres et une pente de 0,03, on trouve environ 31 minutes. Attention : Kirpich a établi sa formule sur de petits bassins agricoles. Les guides techniques recommandent de calculer tc avec plus d'une méthode : la diapo suivante t'en donne une deuxième, faite pour les bassins plus grands.

Kirpich a été calée sur de très petits bassins. Pour un bassin de plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres carrés, on utilise souvent la formule de Giandotti, publiée en Italie en 1934. Le temps de concentration, en heures, égale 4 fois la racine de la surface plus 1,5 fois la longueur du cours d'eau principal, le tout divisé par 0,8 fois la racine de la dénivelée entre l'altitude moyenne du bassin et l'exutoire. Pour notre bassin de 120 kilomètres carrés, avec la rivière de 24 kilomètres de l'exemple, une altitude moyenne de 560 mètres et un exutoire à 340 mètres, la dénivelée vaut 220 mètres : tu trouves environ 6,7 heures. La formule de Kirpich, appliquée hors de son domaine, donne environ 3,5 heures. Deux formules peuvent donc donner des résultats très éloignés : compare-les toujours à des crues observées.

Plus la pente est forte, plus l'eau ruisselle vite, moins elle a le temps de s'infiltrer et plus la crue arrive tôt et monte haut. Un oued qui descend du Haut Atlas marocain peut passer d'un lit sec à un torrent boueux en moins d'une heure, après un orage en montagne. Des habitants de la vallée peuvent être surpris alors qu'il ne pleut pas chez eux. À l'inverse, dans une plaine sahélienne presque plate, l'eau s'étale, remplit des mares et avance lentement. Le relief prépare donc la réponse du bassin. La pluie, le sol et la végétation décident du reste.

Teste-toi sur un cas concret : pour un ponceau qui draine 15 hectares de champs, puis pour une ville au bord d'une rivière de 300 kilomètres carrés, quelle formule de temps de concentration prendrais-tu ? Kirpich pour le premier, faite pour les petits bassins, Giandotti pour la seconde, en comparant toujours avec des crues observées. Garde aussi les deux autres outils du relief. La courbe hypsométrique montre comment la surface se répartit selon l'altitude, ce qui compte pour la neige, la pluie et la température. La pente moyenne d'un cours d'eau est la dénivelée divisée par la longueur. Dans la prochaine leçon, tu vas étudier le réseau des rivières lui-même : sa hiérarchie et sa densité.