elements d`hydrologie de surface

Université de Nice - Sophia Antipolis Centre National de la Recherche Scientifique
U.M.R. 5651 "Espace" du C.N.R.S.
Equipe "Gestion et Valorisation de l'Environnement"
U N S A
U.F.R. Espaces et Cultures
ELEMENTS D'HYDROLOGIE DE SURFACE
Par J.P. LABORDE
Professeur à l'Université de Nice - Sophia Antipolis
Ingénieur hydraulicien de l'ENSEEIH Toulouse
Ingénieur hydrogéologue de l'ENSG Nancy
Docteur es Sciences en Hydrologie
Edition 2000

Avertissements
Ce cours correspond essentiellement aux enseignements dispensés à l'Ecole Nationale
Supérieure de Géologie de Nancy (Institut National Polytechnique de Lorraine) et à l'Ecole
National du Génie de l'Eau de Strasbourg. Certaines parties sont également aux programmes de
multiples enseignements de formation initiale (Maîtrises, D.E.A., et D.E.S.S. de l'Université de Nice
- Sophia Antipolis) et de formation continue (C.N.F.P.T., Centre International de l'Eau de Nancy,
Office International de l'Eau …).
La version 2000 de ce cours remplace et corrige les versions antérieures. Mais malgré le soin
apporté, il ne fait aucun doute que des fautes de frappe et des anomalies persistent. Voici donc
quelques :
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que je laisse le lecteur placer où bon lui semblera !
Afin que ce cours puisse s'améliorer au fil des temps, je serais très reconnaissant aux lecteurs
de me faire fart des erreurs ou anomalies qu'ils auraient détectées à mon adresse électronique :
[email protected]
Enfin, ce cours s'inspire essentiellement d'ouvrages, d'articles, de communications, de notes
internes aux auteurs multiples. Qu'ils me pardonnent de ne pas les citer tous !
"… Le plagiat est à la base de toutes les littératures, sauf la première… qui d'ailleurs est
inconnue ! "
Jean Giraudoux (Siegfried)

Eléments d'Hydrologie de Surface - I -
SOMMAIRE
I - INTRODUCTION A L'HYDROLOGIE DE SURFACE..........................................................................................1
I - 1 : DÉFINITIONS: ......................................................................................................................................................1
I - 2 : SCIENCES UTILISÉES ..........................................................................................................................................1
I - 3 : DOMAINES D'APPLICATIONS .............................................................................................................................1
I - 4 : LES MÉTHODES DE TRAVAIL EN HYDROLOGIE DE SURFACE ........................................................................1
I - 5 : GRANDES DIVISIONS DU COURS .......................................................................................................................2
II - LE CYCLE DE L'EAU ..............................................................................................................................................3
II - 1 : ETATS ET SITUATIONS DE L'EAU......................................................................................................................3
II - 2 : STOCKS, FLUX ET INERTIE DES SYSTÈMES.....................................................................................................3
II. 2 . 1 : Volumes......................................................................................................................................................3
II - 2 - 2 : Flux...........................................................................................................................................................3
II- 2 - 3 : Inertie des systèmes....................................................................................................................................3
II - 3 : CYCLE DE L'EAU................................................................................................................................................4
III - LE BASSIN VERSANT............................................................................................................................................5
III.1 - NOTION DE "BASSIN VERSANT".......................................................................................................................5
III.1.1 - Bassin versant topographique......................................................................................................................5
III.1.2 - Bassin versant hydrogéologique ..................................................................................................................5
III.2 - CARACTÉRISTIQUES MORPHOMÉTRIQUES......................................................................................................5
III.2.1 - Caractéristiques de la disposition dans le plan ...........................................................................................5
III.2.1.1 - Surface A.................................................................................................................................................................5
III.2.1.2 – Longueur ................................................................................................................................................................5
III.2.2 - Caractéristiques des altitudes (hypsométrie)...............................................................................................7
III.2.3 - Les indices de pente .....................................................................................................................................7
III.2.3.1 – La pente moyenne...................................................................................................................................................7
III.2.3.2 - Indice de pente de Roche Ip....................................................................................................................................7
III.2.3.3 - Indice de pente globale Ig.......................................................................................................................................8
III.2.3.4 - Dénivelée spécifique Ds..........................................................................................................................................8
III.2.3.5 - "Reliefs ratios"........................................................................................................................................................9
III.2.4 - Les Modèles Numériques de Terrain............................................................................................................9
III.3 - CARACTÉRISTIQUES DU RÉSEAU HYDROGRAPHIQUE...................................................................................9
III.3.1 - Hiérarchisation du réseau............................................................................................................................9
III.3.2 - Les lois de Horton......................................................................................................................................10
III.3.3 - Autres caractéristiques du chevelu.............................................................................................................10
III.3.3.1 - La densité de drainage Dd.....................................................................................................................................10
III.3.3.2 - La fréquence des thalwegs d'ordre 1 : F1..............................................................................................................10
III.3.3.3 - La courbe aire-distance.........................................................................................................................................10
III.3.3.4 - Endoréisme............................................................................................................................................................10
III.3.4 - PROFILS EN LONG .........................................................................................................................................10
III.4 - CARACTÉRISTIQUES GÉOLOGIQUES ..............................................................................................................11
III.5 - LE COUVERT VÉGÉTAL ...................................................................................................................................11
III.6 - CARACTÉRISTIQUES GLACIOLOGIQUES ........................................................................................................11
IV - L'ATMOSPHERE...................................................................................................................................................13
IV.1 - CONSTITUTION DE L'ATMOSPHÈRE ...............................................................................................................13
IV.1.1 - Composition de l'atmosphère.....................................................................................................................13
IV.1.1.1 - Atmosphère sèche.................................................................................................................................................13
IV.1.1.2 - Mélange air-eau ....................................................................................................................................................13
IV.1.2 - Champ vertical des pressions.....................................................................................................................14
IV.1.3 - Champ vertical des températures...............................................................................................................14
IV.1.3.1 - Champ vertical moyen ..........................................................................................................................................14
IV.1.3.2 - Gradient vertical de l'adiabatique sèche................................................................................................................15
IV.1.3.3 - Gradient vertical de l'adiabatique humide.............................................................................................................15
IV.1.3.4 - Gradient vertical du point de rosée .......................................................................................................................15
IV.1.4 - Stabilité et instabilité atmosphérique.........................................................................................................15
IV.1.5 - Etude des précipitations.............................................................................................................................15
IV.1.5.1 - Les nuages.............................................................................................................................................................15