CARACTERISTIQUES DES BOUCLES D’HYSTERESIS

Le tracé des seize (16) graphes temporels de la concentration et du débit permet de constater les caractéristiques types de chaque crue. La procédure de classement des crues sélectionnées est effectuée de la manière suivante :

a)- regrouper les mêmes orientations et la même forme ;

b)- séparer les boucles d’une même classe ayant différentes formes en analysant les critères mentionnés dans la bibliographie.

Les caractéristiques des crues classées sont présentées dans le tableau VIII.3 VIII.5 INTERPRETATIONS

Les résultats des tableaux VIII.2 et VIII.3 confirment bien que le rapport C/Q est le critère fondamental dans l’identification des boucles d’hystérésis (Benkaled et Remini, 2003 et Williams, 1989). Les autres paramètres (coefficients d’aplatissement et d’asymétrie) n’apportent que des détails concernant la largeur et l’orientation de la boucle.

CHAPITRE VIII Analyse de l’Effet d’Hystérésis sur la Relation Concentration-Débit

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Tableau VIII.3 Classement et caractéristiques des crues sélectionnées.

Classes Sous-classes

Crues Caractéristiques Formes et caractéristiques de la boucle

I ^{1 9,3} C/Q (montée) > C/Q (décrue) Cmax avant Qmax

Cs >0, Ap <0 pour C et Q

Sens des aiguilles d’une montre La largeur de la boucle est remarquable pour la crue 3

La boucle est moins large pour la crue 9 2 2, 13 C/Q (montée) > C/Q (décrue)

Cmax avec Qmax

Cs et Ap varie pour C et Q

Sens des aiguilles d’une montre La largeur de la boucle est remarquable pour la crue 02

II ^{1 15} C/Q (montée) < C/Q (décrue) Cmax avec Qmax

Cs >0, Ap varie pour C et Q

Sens contraire des aiguilles d’une montre La boucle est très étroite (rétrécie) et la montée est fortement linéaire

Sens contraire des aiguilles d’une montre La boucle est très étroite (rétrécie) et la montée est fortement linéaire

Boucle sous forme de huit et entièrement complète pour la boucle 5

Boucle rétrécie sous forme de huit incomplète

Boucle rétrécie sous forme de huit incomplète pour la cure 11 et entièrement complète pour la cure 8

CHAPITRE VIII Analyse de l’Effet d’Hystérésis sur la Relation Concentration-Débit

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La majorité des graphes temporels (figures VIII ; 1-16) analysés entre le débit (Q) et la concentration de sédiments en suspension (C) montrent des boucles d’hystérésis dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (figures VIII ; 4, 8, 10, 12, 14, et 15). Une boucle de cette forme indique la prédominance des sources des sédiments dans les versants par rapport à la vallée du bassin. Les caractéristiques géologiques et climatiques, en particulier, au centre du bassin Kébir-Rhumel favorise le transport des sédiments dans le lit, les rives et la vallée du bassin. Les résultats obtenus en 1997 par DiCenzo et Luk sur le bassin expérimental de Shenchong en Chine montrent le cas opposé, la prédominance des sources des sédiments est dans la vallée par rapport au versant du bassin.

Dans d’autres cas, dans les saisons d’Eté et d’Automne (figures VIII; 2 et 13) où l’intensité pluviométrique est importante, on peut observer des boucles d'hystérésis dans le sens des aiguilles d'une montre où les sédiments présentent des concentrations très élevées. Dans ce cas, la plus grande contribution des sédiments proviennent de la vallée du bassin, en raison des conditions climatiques (température élevée pendant la saison d'Eté et les premières gouttes de fortes pluies. Nous avons également observé différentes boucles d'hystérésis sous forme de huit qui présentent différents pics de concentration de sédiments en suspension (crues 5, 6 et 16). Les pics multiples de concentration des sédiments indiquent les différentes sources de sédiments et leurs délais d’arrivage (Piest et Spomer, 1968; Rapp et al, 1972). Une boucle de cette forme implique l’abondance des sources de sédiments dans les versants des collines par rapport aux vallées du bassin.

La majorité des crues analysées présente des pics des débits alors que la concentration maximale en sédiments n’est pas obtenue. Un temps de retard d’environ une demi-journée est observé dans plusieurs crues analysées (Crues 4, 8, 12 et 14). Ce retard a été mentionné également dans les travaux de DiCenzo et Luk (1997). L’étude de Piest et al., (1975) présente le cas contraire, la prédominance du transport des sédiments est dans la vallée du bassin. Il est montré que, parfois, l'extraction limité du transport des sédiments déposés précédemment et les caractéristiques des sédiments récents dans des lits larges et peu profonds comme également le cas des oueds algériens, le transport des sédiments n’arrive pas en même temps à la station de jaugeage même lorsque le débit d’écoulement est en maximum.

VIII.5.1 Analyse de l’hystérésis

Trois principales classes d’hystérésis sont analysées et comparées qualitativement.

Classe I (Boucle sens des aiguilles d’une montre).

Dans cette classe, l'observation montre que la concentration maximale des sédiments (Cmax) est obtenue toujours avant le débit d’écoulement maximal (Qmax).

Cette remarque a été motionnée par Colby (1956) est conforme à l’idée que les particules lâches de sol au début d’une averse sont érodées directement par le premier ruissellement en quantités appréciables. Cette situation peut être aussi obtenue

CHAPITRE VIII Analyse de l’Effet d’Hystérésis sur la Relation Concentration-Débit

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lorsqu’il ya une réduction des matériaux en suspension juste avant l’obtention du débit maximum (Arnbord et al., 1967 ; Wood, 1977 ; Benkhaled et Remini, 2003) ou une limitation d’approvisionnement des matériaux (Moog et Whiting, 1998). De plus elle est considérée comme une caractéristique commune aux petits bassins (Emmett, 1970 ; Walling, 1974). Les boucles dans ce sens, dans certains cas, ont la tendance à être plus fréquentes au cours de la première partie de la saison d’orage ou de ruissellement que durant la dernière partie (Sidle et Cambell, 1985). Dans ce cas, Arnbord et al., (1967) la plus grande contribution de sédiments provient entièrement de la vallée du bassin, en raison des conditions climatiques (température élevée pendant la saison d'été) et les premières gouttes de pluie intenses. A titre d’exemple, les crues 2 et 13 illustrent cet effet.

Classe II (Boucle dans sens contraire des aiguilles d’une montre)

D’une manière générale, les crues de cette classe sont caractérisées par une courte période lors de la montée, par rapport au temps de concentration du bassin et une forte concentration des sédiments.

Ce type de boucle peu être indicatif quant à l’érodabilité du sol du bassin l’instabilité des berges des cours d’eau principaux. Les causes de l’origine de cette classe dans le bassin Kébir-Rhumel peu être expliquée par l’instabilité des berges des cours d’eau (Marouf et Remini, 2011), ce qui provoque des concentrations maximales des sédiments même après avoir un débit maximum lors de la crue. La variation spatiotemporelle de précipitation est très remarquable entre le nord et le sud du bassin étudié, la station Oued-Messaouda au nord du bassin est caractérisée par une précipitation moyenne annuelle de 1300 mm par rapport à la station d’Ain Fakroun située au sud du bassin avec une précipitation moyenne annuelle de 350 mm.

Les caractéristiques hydrologiques irrégulières et la lithologie du bassin Kébir-Rhumel (Chapitre II) tels que l'instabilité du sol, pluies d'Eté et d'Hiver, les températures estivales élevées, et la saison de sécheresse s’étale parfois sur 6 mois de l’année allant du mois d’Avril au mois de Septembre ou Octobre ce qui favorisent l'augmentation véloce des sédiments dans ce bassin (Marouf et Remini, 2011).

Classe III (Boucles sous forme de huit)

Les boucles sous forme de huit est une combinaison des parties de la classe I (boucle dans le sens des aiguilles d’une montre) et de la classe II (boucle dans le sens contraire des aiguilles d’une montre). Le taux de l’augmentation de concentration était plus grand que le débit d’écoulement et la concentration des sédiments atteignent le pic avant le débit d’écoulement. Dans cette classe, les multiples pics de la concentration des sédiments ont été observés dans plusieurs crues analysées (crues 5, 6 et 16). Les multiples pics de la concentration des sédiments indiquent habituellement les différents sources et les délais d’arrivage de sédiments (Piest et Spomer, 1968 ; Rapp et al., 1972). La majorité des crues analysées présentent des

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débits d’écoulement (Qmax) même lorsque la concentration des sédiments (Cmax) n'est pas atteinte.