Effet de la longueur de versant

A l’échelle de la parcelle, le volume de ruissellement collecté n’évolue pas de manière pro-portionnelle avec la longueur de versant, c’est-à-dire que le ruissellement par unité d’aire n’est pas le même quelque soit la longueur récoltée. La figure 1.7 (Joel et al., 2002) montre pour différents évènements pluvieux sur des parcelles au Chili que le ruissellement par unité d’aire est plus faible pour la grande parcelle que pour la plus petite. Cet effet de la longueur de versant sur le ruissellement a été montré dans plusieurs études sous pluies naturelles (Lal, 1997; van de Giesen et al., 2000; Joel et al., 2002; Esteves et Lapetite, 2003; Parsonset al., 2006). La figure 1.8, rassemblant plusieurs études sous pluies naturelles, montre que le ruissellement par unité d’aire diminue clairement avec la longueur de versant.

La première hypothèse pour expliquer cet effet est la variabilité spatiale des paramètres du sol, en particulier de la conductivité (Sharma et al., 1980; Dubreuil, 1985; Yair et Lavee, 1985; Williams et Bonell, 1988; Julien et Moglen, 1990). Le phénomène invoqué est la réinfiltration : en supposant une répartition aléatoire de l’infiltration, l’eau ruisselante venant du haut de la parcelle doit parcourir un chemin plus long pour arriver à l’exutoire que l’eau venant du bas de la parcelle et donc à plus de «chance» de rencontrer une zone ayant une capacité d’infiltration plus importante (van de Giesenet al., 2000; Wainwright et Parsons, 2002). L’infiltration globale de la parcelle est donc, selon cette idée, plus importante pour une parcelle plus longue.

Suite au raisonnement développé au paragraphe 1.3.6, Dunneet al.(1991) observent à l’aide d’un modèle que la lame d’eau est plus importante pour une grande longueur de parcelle que pour une petite et donc inonde des zones plus élevées de la microtopographie ; augmentant ainsi l’infiltration des plus grandes parcelles par rapport au plus petites (Fig. 1.6).

24 Chapitre 1. Etat des connaissances

Figure ^{1.7 – Ruissellement par unité d’aire moyenné pour chaque événement pour deux types} de parcelles : 0.5m x 0.5m (S-plot) et 5m x 10m (L-Plot). D’après Joel et al. (2002).

Figure ^{1.8 – Effet de la longueur de versant sur le ruissellement. Les valeurs issues de Sharma} (1986), Duley et Ackerman (1934) et Lal (1983) correspondent aux coefficients de ruissellement moyens annuels. Les valeurs issues de Joel et al. (2002) et de Gomi et al. (2008) (points no-tés «This study») sont basées sur la moyenne de tous les évènements ruisselants. Les valeurs issues de Parsons et al. (2006) sont estimées à partir des coefficients de ruissellement moyen de Parsons et al.(2006, Fig. 5). D’après Gomi et al. (2008).

1.3. Influence des facteurs de contrôle sur le ruissellement 25 Q Q Q t t t Q Q Q t t t Parcelle longue Parcelle courte A B C A B C

Figure ^{1.9 – Schéma montrant l’évolution au cours du temps du débit à l’exutoire de deux} parcelles de tailles différentes pour trois différentes durées de pluie. La flèche indique l’arrêt de la pluie, le triangle l’atteinte du régime permanent. D’après van de Giesen et al. (2000).

Julien et Moglen (1990) ont défini, à l’aide d’un modèle numérique, la longueur minimale au-dessus de laquelle le ruissellement est sensible à la variation spatiale des paramètres du sol et donc au-dessus de laquelle on observe un effet de la longueur de parcelle sur le ruissellement. Cette longueur dépend en particulier de la durée et de l’intensité de la pluie selon Julien et Moglen (1990). En outre, ils remarquent que, quand le rapport de la durée de la pluie sur le temps nécessaire pour atteindre le régime permanent augmente, la variation spatiale des paramètres a une plus faible influence sur le ruissellement. Ceci soulève la question de l’importance de la dynamique de la pluie sur l’effet de la longueur de versant sur le ruissellement.

Stomph et al. (2001) ont montré par des expériences en laboratoire que l’effet de longueur n’existait pas en régime permanent, c’est-à-dire que le ruissellement par unité d’aire en régime permanent est identique quelque soit la longueur des parcelles. Cela les incite à penser que cet effet est dû à la dynamique des pluies et non à la variabilité spatiale de l’infiltration.

La figure 1.9, issue de van de Giesen et al. (2000), met en évidence l’effet théorique de la durée d’un créneau de pluie sur le ruissellement pour deux tailles de parcelle différentes. La parcelle la plus courte atteint le régime permanent avant la parcelle la plus grande car le temps de parcours depuis le haut de la parcelle est plus long sur une plus grande parcelle. Dans le cas B (régime permanent atteint pour la petite parcelle mais non atteint pour la grande), le ruissellement moyen par unité d’aire produit par la petite parcelle sera donc plus fort que pour la grande parcelle. Dans le cas d’une pluie naturelle, le régime permanent n’est jamais atteint mais cela montre que le temps de réaction de la parcelle à la pluie a une influence sur le volume de ruissellement.

26 Chapitre 1. Etat des connaissances

Conclusion

Ce chapitre a été l’occasion de présenter les bases de la physique du sol puis l’état des connaissances en matière de ruissellement. Le ruissellement est sensible à de nombreux facteurs dépendant de la nature de la parcelle (sol, longueur, pente, microtopographie, végétation, etc...) ainsi que de la nature des précipitations (intensité, durée, etc...). Les processus mis en jeu lors du ruissellement restent cependant décrits de manière incomplète et sont difficilement quantifiables. La dynamique des pluies semble cependant jouer un rôle prépondérant sur le ruissellement, en particulier par l’augmentation de l’infiltration avec l’intensité de pluie ou avec la longueur de parcelle. A l’aide d’expérimentations sur le terrain (Chap. 3 et 4) et en laboratoire (Chap. 5), l’effet de la dynamique des précipitations sur le ruissellement sera évalué. Il s’agira donc par la suite d’essayer d’améliorer notre connaissance de ces processus hydrologiques.

Chapitre

2

Le site du Pradel

Introduction

Une partie des expériences effectuées se sont déroulées au lieu-dit du Pradel. Par sa localisa-tion (Bas Vivarais), son infrastructure et les moyens humains présents, il a été choisi comme l’un des sites-pilotes de l’Observatoire Hydro-Météorologique Cévennes-Vivarais. En tant que tel, il est le lieu privilégié d’expérimentations pour nos mesures de ruissellement sous pluies naturelles et sous pluies simulées. Ces expériences font suite aux travaux de thèse de Monique Leonard sur l’érosion hydrique des sols effectués sur le même vignoble (Leonard, 2003). Ce site a donc été équipé pour collecter et mesurer le ruissellement ainsi que les précipitations. Il s’agit dans ce chapitre de présenter le site, puis de décrire plus précisément les caractéristiques des parcelles utilisées et enfin de détailler les installations.