BASSIN VERSANT:
Un bassin versant est une unité territoriale correspondant à l'ensemble du territoire qui alimente un cours d'eau en eau . Les limites du territoire d'un bassin versant sont appelées les lignes de partage des eaux et sont constituées des sommets qui séparent les directions d'écoulement des eaux de ruissellement.
La direction d’écoulement des eaux dans un bassin versant implique que ces eaux se dirigeront vers un exutoire commun (cours d’eau, lac, fleuve, océan). Les eaux souterraines, au même titre que les eaux de surface, font partie intégrante du bassin versant.
Dans un bassin versant, l’écoulement des eaux se fait de l’amont vers l’aval au travers d’un réseau hydrographique (réseau de drainage) d’ordre plus ou moins important. Il comprend un cours d’eau récepteur (cours d’eau principal) et ses tributaires (cours d’eau qui se jette dans un cours d’eau de plus grande importance ou dans un lac). Chaque bassin versant est composé de plusieurs sous-bassins versants qui, à leur tour, sont également composés de sous-bassins versants.
Son rôle = collecter les eaux de pluie et concentrer les écoulements vers les
cours d’eau.
Il permet ainsi la mise en relation des précipitations au sol et des débits
observés dans les cours d’eau.
CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES:
- AIRE ET PÉRIMÈTRE:
L’aire est la portion du plan délimitée par la ligne de crête, ou contour du bassin. Sa mesure est faite soit à l’aide d’un planimètre, soit par la méthode des petits carrés, et est généralement exprimée en 
.
.
Le périmètre est la longueur, généralement exprimée en km, de la ligne de contour du bassin; sa mesure est faite à l'aide d'un curvimètre. Pour certaines applications on trace le périmètre stylisé du bassin en lissant son contour.
- INDICE DE COMPACITÉ
L'indice admis par les hydrologues pour caractériser la forme d'un bassin versant est l'indice de compacité de GRAVELEUSE qui est le rapport du périmètre du bassin à celui d'un cercle de même surface.
Si A est la surface du bassin en et P son périmètre en km, le coefficient 
est égal à:
et P son périmètre en km, le coefficient est égal à:
.
est supérieur à 1 et d'autant plus voisin de cette valeur que le bassin est compact.- LE RECTANGLE ÉQUIVALENT:
Cette notion a été introduite pour pouvoir comparer des bassins entre eux du point de vue de l'influence de leurs caractéristiques géométriques sur l'écoulement.
Soit L et I la longueur et la largeur du rectangle, et P et A le périmètre et l'aire du bassin versant.
On a:
= 
d'où: L = 
CARACTÉRISTIQUES TOPOGRAPHIQUES:
- LE RELIEF:
Le relief d’un bassin est souvent caractérisé par la courbe de sa répartition hypsométrique.
Elle est tracée sur la figure 1.3 en reportant en ordonnée l’altitude Y, et, en abscisse le pourcentage de la surface du bassin dont l’altitude est à supérieure ou égale à Y, rapportée à la surface totale du bassin. La répartition hypsométrique est donnée par le pourcentage de la surface comprise entre les différentes courbes de niveau à la surface totale (tab. 1.1).
- LES PENTES:
On peut distinguer 4 types de pentes:
- la pente orographique;
- la pente topographique;
- la pente hydrographique;
- la pente stratigraphique.
. Pente orographique. La pente orographique caractérise le relief. Elle favorise l'élévation des masses d'air en mouvement au dessus des reliefs et provoque la condensation de l'humidité qu'elles contiennent.
. La pente topographique. C'est la pente qui influence l'écoulement superficiel des eaux: ruissellement de surface et écoulement hypodermique. Elle accélère le ruissellement sur les versants et détermine en partie le temps de réponse du cours d'eau aux impulsions pluviométriques.
La pente topographique se lit et se mesure sur la carte topographique à grande échelle ( >1/100000) ou à l'aide de M.N.T.
La pente hydrographique. La pente hydrographique, ou profil en long du cours d'eau, peut-être déterminée sur la carte ou mesurée sur le terrain par un nivellement de précision. Cette pente exprimée généralement en m/km conditionne:
- la vitesse de l'eau dans le chenal;
- la vitesse de l'onde de crue;
- le tirant d'eau de la rivière: pour un même débit et une même largeur une rivière plus pentue a une vitesse d'écoulement plus grande et donc, généralement, une profondeur plus faible.
La pente d'un cours d'eau varie beaucoup d'un type de cours d'eau à un autre: supérieurs à
m/km pour les torrents fortement pentus à 
m/km pour les grands fleuves. Elle conditionne la forme des hydrogrammes de crue, comme le montre la figure 1.5.
Fig. 1.4. Profils en long de l’Hérault et de la Vis.
. La pente stratigraphique. Elle contrôle le chemin des eaux infiltrées qui alimentent les aquifères. Elle détermine la direction de l'écoulement des eaux souterraines.
Fig. 1.5. Rôle de la pente sur la forme de l’hydrogramme.
. Les indices de pente :
- L’indice de pente Roche. L'indice de pente de Roche caractérise la pente globale du bassin versant. Il s'exprime par:
L: Longueur du rectangle équivalent,
où 
représente la fraction en % de la surface A comprise entre deux courbes de niveau voisines distantes de 
.
représente la fraction en % de la surface A comprise entre deux courbes de niveau voisines distantes de .- L’indice global de pente. Sur la courbe hypsométrique, on prend les points tels que la surface supérieure ou inférieure soit égale à 5% de A. On en déduit les altitudes
et
entre lesquelles s'inscrit 90% de l'aire du bassin et la dénivelée D =
-
= 
- Les modèles numériques de terrain. Le modèle numérique de terrain est établi à partir des courbes de niveau numérisées du bassin. Les altitudes sont calculées aux points d'une grille dont la taille d'une maille élémentaire détermine le pas du modèle. Différents paramètres sont calculés pour chacune des mailles: altitude moyenne, direction de drainage, pente moyenne, exposition, concavité, convexité etc. Le modèle numérique de terrain permet d'avoir une représentation en 3 dimensions du bassin versant. Il permet surtout d'étudier la distribution des paramètres précédents, de tracer automatiquement le réseau de drainage et de disposer de données descriptives quantifiées et précises pour réaliser une modélisation des écoulements distribuée dans l'espace.
LES CARACTÉRISTIQUES DU RÉSEAU HYDROGRAPHIQUES:
Le réseau hydrographique est l'ensemble des chenaux qui drainent les eaux de surface vers l'exutoire du bassin versant.
Un chenal peut-être défini comme l'inscription permanente dans l'espace d'un écoulement concentré plus ou moins permanent. A l'amont de tout chenal, les processus hydrologiques sont aréolaires, spatiaux, c'est-à-dire qu'ils intéressent une surface et non une ligne; dans le chenal ils deviennent linéaires.
Dans un bassin versant les chenaux sont organisés, hiérarchisés en un réseau qui concentre les eaux des rus dans les ruisseaux, celles des ruisseaux dans les rivières, celles des rivières dans les fleuves.
Un réseau hydrographique est donc l'ensemble des cours d'eau, affluents et sous-affluents d'une rivière ou d'un même fleuve. A l'état naturel tous les réseaux sont hiérarchisés, de nombreux auteurs ont proposé des classifications de ces réseaux.
- CLASSIFICATION DE HORTON
Tout cours d'eau sans affluent est d'ordre 1, tout cours d'eau ayant un affluent d'ordre x est d'ordre x + 1, et garde cet ordre sur toute sa longueur. A la confluence de deux talwegs d'importance égale, on donne l'ordre supérieur au plus long.
- CLASSIFICATION DE SCHUMM
Est d'ordre x + 1 tout tronçon de rivière formé par la réunion de deux cours d'eau d'ordre x.
- RAPPORT DE CONFLUENCE
est égal au quotient du nombre de talwegs d'ordre x par celui des talwegs d'ordre supérieur (x + 1).
Les réseaux hydrographiques sont toujours dendritiques, c'est-à-dire ramifiés comme les branches d'un arbre. Certains auteurs distinguent 3 principaux types de réseaux:
- chêne: la ramification est bien développée avec un espacement régulier des confluences. Le rapport
est inférieur à 5 (exemple Amazone);
- peuplier: le bassin versant nettement plus long que large, présente de nombreux affluents parallèles et un rapport de confluence élevé,
- pin: le bassin se caractérise par une concentration des confluences dans le secteur amont d'où sort un tronc qui ne reçoit plus d'affluents importants. Le rapport
Cette organisation est très importante pour la formation des crues du cours d'eau principal. Selon le type de géométrie du réseau, les crues des différents affluents confluent plus ou moins rapidement dans l'espace et dans le temps. Elles se superposent plus ou moins les unes sur les autres, ou au contraire se succèdent les unes après les autres. Les risques de superposition croissent du type peuplier au type pin parasol. Ceci est vrai pour les bassins qui sont globalement affectés par un événement pluvieux.
Les trois types présentés dans la figure 1.7 sont des types simples d'organisation de réseaux hydrographiques. L'histoire géomorphologique et la structure géologique sont à l'origine de réseaux d'organisation plus complexe.
Fig. 1.7. Types de bassins versants. - LA DENSITÉ DE DRAINAGE
C'est le quotient de la somme des longueurs de tous les cours d'eau 
à la superficie du bassin drainé:
à la superficie du bassin drainé:
.
La détermination de la densité de drainage suppose d'adopter certaines conventions quant à la définition des chenaux de drainage:
- talwegs nettement marqués et empruntés par des écoulements temporaires sur les rivières non pérennes;
- ou ruisseaux toujours en eau des grands bassins versants.
- ENDORÉISME
On peut distinguer deux types d’endoréisme:
- l'endoréisme de ruissellement: les apports des différents éléments du réseau se concentrent à la limite du bassin, s'infiltrent et peuvent cheminer encore longtemps dans le sol pour éventuellement se mêler aux nappes provenant d'autres bassins;
- l'endoréisme total: les apports se concentrent en un point situé à l'intérieur du bassin ou quelquefois à sa périphérie; ils forment en général un lac ou une mare permanente ou temporaire, sans infiltration notable vers l'extérieur du bassin. Dans ce cas, tous les apports sont consommés sur place par évapotranspiration.
- LE TERRAIN
Le terrain est au contact terre/atmosphère; on peut donc le schématiser par trois types de matériaux:
- le sol qui fixe et nourrit les plantes;
- le manteau de dépôts superficiels plus ou moins épais (altérites, colluvions, alluvions...);
- le substratum ou roche en place, structure géologique supérieure du bassin versant.
L'hydrologue s'intéresse à ces trois types de matériaux dans leur rapport avec le déroulement du cycle de l'eau. Nous ne traiterons pas du substratum, traité en hydrogéologie.
Le sol et le manteau exercent vis à vis de l'eau deux rôles principaux:
- un rôle de stockage => porosité;
- un rôle de transfert => perméabilité.
- LES SOLS
Le sol agit de différentes manières sur le régime d'une rivière. Sa nature et surtout sa couleur interviennent dans le bilan thermique. Par son influence sur le développement et la nature de la végétation, il agit indirectement sur l'évapotranspiration. Ce sont surtout les propriétés mécaniques du sol qui intéressent les hydrologues.
Un sol peut-être compact (roche) et est généralement imperméable, sauf en cas de fissures, diaclases etc. Il peut être meuble, et il est alors nécessaire de l'analyser pour connaître en particulier les proportions d'éléments plus ou moins fins ou grossiers qui le composent. En effet, la dimension des particules constituant le matériau est le facteur déterminant des phénomènes d'infiltration.
En schématisant on dira que plus les particules seront d'une taille importante, plus le terrain sera perméable, c'est-à-dire favorable à l'infiltration. On adopte généralement la classification suivante:
Diamètre des particules:
Gravier > 2 mm;
Sable grossier 2 à 0,2 mm;
Sable fin 0,2 à 0,02 mm;
Limon 0,02 à 0,002 mm;
Argile < 0,002 mm.
Ceci nous amène à définir quelques termes couramment utilisés:
Perméabilité: propriété d'un milieu solide poreux de se laisser traverser par l'eau.
Infiltration: passage d'un fluide de l'extérieur vers l'intérieur d'un milieu poreux. Pour qu'il y ait infiltration, il ne suffit pas que le milieu soit perméable, il faut que la surface qui le sépare de l'extérieur le soit aussi. En Hydrologie, cette remarque est très importante compte tenu du rôle joué par l'état de la surface du sol dans le processus du ruissellement.
Absorption: en hydrologie, processus général de rétention de l'eau précipitée sur un bassin versant, lorsque cette eau est définitivement soustraite au ruissellement. Elle comprend entre autres l'infiltration.
Le sol par le biais de sa capacité de rétention capillaire et de sa perméabilité joue un rôle de filtre entre l'atmosphère et le sous-sol. Il va partager les quantités d'eau précipitées entre ruissellement, stockage, et infiltration.
Le sol se recharge par la pluie et se vidange par ressuyage et par évapotranspiration.
Le manteau, surtout caractérisé par sa macro-porosité, se recharge par les apports dus au ressuyage du sol, et se vidange par écoulement gravitaire vers les nappes ou vers le bas du versant. Cette vidange est plus ou moins rapide en fonction de la perméabilité des matériaux.
On peut dire que sol et manteau représentent deux réservoirs qui contiennent plus ou moins d'eau.
Un même épisode pluvieux survenant sur ces réservoirs à des états différents de saturation va avoir des conséquences hydrologiques très différentes.
Enfin, le sol et le manteau sont soumis aux aléas météorologiques saisonniers:
=> gel => imperméabilisation du bassin versant
=> immobilisation de l'eau
=> dégel => destockage des eaux gelées
=> sécheresse => dessiccation du sol
=> dans certains cas déshydratation et
contraction des argiles (fentes de retrait des vertisols)
contraction des argiles (fentes de retrait des vertisols)
- LA COUVERTURE VÉGÉTALE
La couverture végétale d'un bassin versant joue un rôle primordial dans le déroulement du cycle de l'eau, souvent complexe et contradictoire.
La notion fondamentale est ici celle de couverture, plus ou moins continue, plus ou moins épaisse, plus ou moins efficace hydrologiquement.
La couverture végétale agit sur le cycle de l'eau par:
- sa biomasse aérienne qui:
- intercepte une plus ou moins grande partie des précipitations, et toute pluie faible en général;
- capte plus ou moins brouillard et rosée;
- protège plus ou moins efficacement le sol contre l'insolation donc l'évaporation et contre l'érosion pluviale;
- sa biomasse souterraine qui:
- pénètre la rhizosphère et structure celle-ci;
- pompe l'eau du sol et des nappes qu'elle peut atteindre;
- sa vie propre qui commande sa transpiration, proportionnelle à la biomasse totale;
- ses propres déchets enfin, par la litière produite, devenant humus et matière organique. Une abondante litière annuelle ameublit les sols lourds, donne du corps aux sols trop légers, parce qu'elle accroît leur teneur en matière organique et avec elle, leur capacité de rétention capillaire et leur macro-porosité.
On peut distinguer cinq principaux types de couverture végétale:
- la forêt;
- la prairie;
- les cultures;
- les tourbières;
- la végétation désertique.
Celui-ci se montre soucieux moins des types de végétation distingués par les botanistes que:
- des types de couvertures végétales;
- de l'efficacité de celles-ci face aux aléas météorologiques;
- de leur comportement hydrologique propre;
- de leur extension spatiale etc.
La forêt accroît les précipitations annuelles de 5 à 6% dans les pays tempérés océaniques:
- par effet topographique en pays plat;
- par effet thermique;
- par effet d'écran sur les brouillards;
- par sa masse même et sa puissance évaporatoire dans les grandes cuvettes forestières équatoriales.
- par interception d'une partie de la pluie, tranche de 1 à 5 mm qui se réévapore le jour même;
- par sublimation de la neige retenue sur le houppier des arbres;
- par rétention de la litière.
- par accroissement de la capacité de rétention du sol avec la litière devenant humus;
- par diminution de l'évaporation au sol;
- par une meilleure répartition de la couverture nivale au sol;
- par réduction de la sublimation de la neige tombée au sol;
- par une meilleure percolation des eaux gravifiques à travers les sols mieux aérés, rendus plus macroporeux par les conduits racinaires d'une rhizosphère généralement épaisse.
Il faut nuancer ces appréciations selon le type de forêt, mais dans l'ensemble on peut dire que:
- la forêt diminue la lame d'eau écoulée sous les climats pluviaux;
- la forêt accroît la lame d'eau écoulée sous les climats nivaux;
- déboiser ou reboiser perturbe toujours la structure hydrologique initiale.
La forêt régularise le régime des cours d'eau en jouant un rôle écréteur de crues. Surtout pour les couvertures forestières denses, couvrantes, protectrices de leur propre sol par leur sous-bois et le tapis herbacé sous forêt. L'efficacité des grands reboisements français dans les Alpes du Sud, les Pyrénées Centrales et Orientales, le massif de l'Aigoual (dont les sédiments se retrouvaient dans le port de Bordeaux et contribuaient pour une très large part à son envasement) le prouve.
1.6.2.2. Comportement hydrologique de la prairie. Un tapis herbacé bien enraciné brise aussi l'énergie pluviale, bloque l'érosion ruisselante et l'empêche de devenir ravinante.
Lui aussi joue un rôle régulateur quoique moindre que celui de la forêt:
- son ombre est moindre;
- son horizon racinaire moins épais;
- mais l'accumulation d'humus et de matière organique qu'il engendre accroît beaucoup la capacité de rétention du sol. Cette matière organique ne s'accumule pas sur le sol comme la litière forestière mais dans le sol, diffuse dans tout l'horizon racinaire parce que de nombreuses herbes sont des plantes annuelles dont les racines pourrissent dans le sol, et parce que la biomasse racinaire l'emporte sur la biomasse aérienne à la différence de la forêt.
- du travail d'ameublissement du sol plus ou moins poussé, plus ou moins fréquent, plus ou moins profond;
- de la méthode de travail du sol: à la houe, par traction animale, avec un matériel lourd, en suivant les isohypses ou non;
- de la protection plus ou moins efficace des plantes cultivées maïs < blé < fourrage;
- du stade végétatif de la plante au moment des fortes pluies;
- de la structure agraire:
- méga-parcelle englobant tout un versant, voire plusieurs;
- mini-parcelles morcelant un même versant avec rideaux.
1.6.2.4. Comportement hydrologique des tourbières: La tourbe, véritable formation éponge, peut contenir jusqu'à 80% de son volume en eau. Elle se comporte comme une éponge naturelle ou un spontex, gonflant en présence d'eau, en retenant une partie par capillarité, tandis que sa macro-porosité se sature avec la pluie et se vidange ensuite assez vite.
Par là, les tourbières, plus manteau que couverture végétale par le comportement, écrêtent les crues mais ne sauraient par elles-mêmes relever les étiages.
Elles jouent un rôle hydrologique important dans les pays froids et humides, elles y surélèvent les creux, tapissent les versants.
1.6.2.5. Déserts climatiques ou "déserts anthropiques". Dans les régions désertiques, seuls la localisation du substratum, la structure des sols et l'organisation des différents types de pentes déterminent la distribution de l'eau dans les divers compartiments:
- les calcaires et autres roches compactes donnent des surfaces rocheuses structurales lavées à chaque rare pluie;
- les sables donnent des dunes et des ergs modelés par le vent et absorbant toute pluie: ici s'observe l'aréisme absolu; (privé d’écoulement régulier);
- les argiles et marnes sont ravinées en bad-lands, ou nivelées en glacis.
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