Implantation du dispositif multi-local

2.1.1 Stratégie d’échantillonnage dans le réseau hydrographique

Pour disposer les capteurs de niveau d’eau dans le bassin versant expérimental, nous avons cherché à développer un échantillonnage à caractère systématique du réseau hydrographique pour couvrir la totalité de sa topologie.

Les stations de mesure sont finalement disposées en bassins emboités pour localiser l’activité et la dynamique de transfert au sein de l’ensemble du réseau et pouvoir observer la connectivité des différentes portions de l’espace du bassin. Pour cela des critères de positionnement idéal des stations sont définis :

⇒ Suivre la topologie selon la nomenclature de Strahler en se focalisant sur les confluences pour observer l’agrégation des écoulements dans le réseau. Favoriser un découpage de l’espace le plus régulier possible pour faciliter la comparaison des réponses observées dans les différentes branches de réseau. Dans les confluences entre ordres n et n+x la priorité est donnée lorsque x = 1.

⇒ Veiller à ce que le découpage en bassins emboités intègre toutes les grandes catégories d’occupation du sol en favorisant si possible des répartitions très différentes entre bassins pour observer des entités spatiales aussi pures que possible en ce qui concerne l’occupation du sol, pour voir leur impact éventuel.

Conformément à cette stratégie de mesures spatialisées, le dispositif limnimétrique a été déployé dans le réseau hydrographique du bassin versant du Mercier. Néanmoins, des choix alternatifs auraient également permis d’observer la dynamique de drainage dans le réseau comme par exemple :

⇒ _{Un échantillonnage cyclique du réseau basé sur le déplacement de stations}

d’observation temporaires, pour assurer une forte densification des mesures sur des espaces plus restreints à l’intérieur du bassin versant. Cette hypothèse à l’avantage d’affiner la résolution spatiale pour la description du phénomène transitoire de charge et décharge dans le réseau hydrographique. L’inconvénient est la lourdeur du travail de terrain et l’impossibilité d’analyse globale du phénomène à l’échelle du bassin versant.

⇒ _{Un échantillonnage stratifié selon les valeurs prises par des indices}

spatialisés provenant de l’occupation du sol ou de la topographie, dérivés par exemple du MNT. Toutefois notre objectif n’est pas de valider des indices ou de cibler une structure spatiale plutôt qu’une autre mais en premier lieu d’observer le fonctionnement du réseau indépendamment de toute autre hypothèse.

136

2.1.2 Contraintes techniques lors de l’implantation des stations de mesure

Le réseau hydrographique extrait du MNT interpolé à partir des données topographiques standards de l’IGN est utilisé pour répartir les stations de mesure sur une carte. Cependant, lors de l’étape de localisation des stations de mesures dans le bassin versant, des compromis ont du être trouvés entre les critères de positionnement idéal et les difficultés rencontrées sur le terrain. Les principales contraintes pour le choix des stations d’observation ont été les suivantes :

Conditions d’accès :

Le critère d’accessibilité avec un véhicule à proximité des stations s’est imposé de manière à réaliser dans de bonnes conditions les tournées de collecte des données et les opérations de maintenance des capteurs. Plusieurs stations ont été décalées de leur positionnement idéal pour être rendues rapidement accessibles depuis une route ou un chemin carrossable.

Autorisation d’implantation dans le domaine privée :

Des accords avec les propriétaires fonciers et les exploitants agricoles ont été passés pour l’installation de certaines stations avec éventuellement des équipements pour éviter la dégradation par les animaux d’élevage. L’emplacement choisi est alors celui qui gène le moins les exploitants.

Perturbations du fonctionnement du capteur :

Selon les conditions locales d’humidité ou d’exposition au rayonnement solaire, un certain nombre de disfonctionnements ont conduit à ajuster la localisation de quelques stations.

Sensibilité au vol et au vandalisme :

Deux stations positionnées sur le domaine public ont rapidement fait l’objet de vols ou de dégradation. Par conséquent l’emplacement des stations intègre un critère de discrétion dans la mesure du possible.

A B

A B

Figure IV.1 : Exemple de stations limnimétriques dans le réseau hydrographique du Mercier : station « MercierAt » sur un talweg d’ordre 1 (A) et station « Confluence » sur un talweg d’ordre 4 de Strahler (B). Ces 2 stations sont localisées sur la carte de la Figure IV.2.

Caractéristiques des sections instrumentées :

La forme géométrique des sections est variable dans le réseau hydrographique. Les zones d’écoulement turbulent ou les trous d’eau trop profonds ont été évités pour implanter les stations. De plus certains talwegs d’ordre 1 ne possèdent aucun tronçon avec un chenal d’écoulement, c'est-à-dire avec un minimum

137

d’incision signe de la localisation d’un écoulement concentré. Dans ce cas le fonctionnement a été jugé extrêmement éphémère et impossible à mesurer en surface à l’aide des capteurs capacitifs utilisés dans cette expérimentation.

Sur un plan pratique, les stations sont fixées sur des ouvrages ou des arbres situés au voisinage immédiat du cours d’eau ou bien sur un piquet en bois enfoncé dans le lit du cours d’eau (Figure IV.1).

2.1.3 Description du dispositif mis en place

La cartographie des stations limnimétriques et pluviométriques sur fond d’occupation du sol est présentée en Figure IV.2. Les superficies et la répartition des thèmes d’occupation du sol dans les bassins emboités sont présentées dans le Tableau IV.I. Le dispositif mis en place est la résultante du compromis entre la stratégie idéale de positionnement des capteurs et les contraintes techniques d’installation des stations présentées plus haut.

Le dispositif inclut également des mesures pluviométriques. Les deux pluviomètres déjà présents à proximité du bassin du Mercier dans le cadre du dispositif métrologique piloté par l’IRSTEA de Lyon ont été exploités dans un premier temps. Le premier est situé tout près de l’exutoire du bassin versant (« Pollionnay »), le second en zone de crête située dans un bassin versant voisin au nord ouest du Mercier (« SPP »). Par la suite, pour mieux contrôler l’hétérogénéité spatiale des précipitations au sein du bassin versant du Mercier, deux pluviomètres supplémentaires ont été progressivement installés. Le premier (« MercierBS ») est situé dans la partie aval du bassin au sein de l’espace agricole et le second (« Camping ») sur les reliefs sud.

Figure IV.2 : Localisation des stations limnimétriques et des pluviomètres installés sur le bassin versant du Mercier ou à proximité. L’occupation du sol est issue d’un travail de photointerprétation à partir de la BD Ortho de l’IGN (UMR EVS, 2008).

138

Suivant la nomenclature topologique de Strahler le dispositif de stations limnimétriques installé correspond à 7 stations d’ordre 1, 4 stations d’ordre 2, 5 stations d’ordre 3 et 2 stations d’ordre 4 en comptant l’exutoire du bassin versant.

En-deçà de la confluence d’ordre 4, observée au niveau de la station ainsi nommée, le réseau hydrographique est scindé en deux branches d’ordre 3 :

⇒ au nord le bassin du ruisseau des Presles (3,3 km²), dans lequel sont implantées 10 stations, avec un exutoire observé par la station « PreslesAval ».

⇒ au sud le bassin du ruisseau du Mercier (2,3 km²) qui totalise 6 stations, dont l’exutoire se situe au niveau de la station « MercierAval ».

Au niveau de l’occupation du sol, ces deux sous bassins majeurs sont dominés par la forêt et par l’agriculture dans des proportions opposées avec respectivement 57% et 30% pour les Presles, 30% et 56% pour le Mercier. Cette répartition se traduit par des sous bassins amont très forestiers et pentus du côté Presles et des situations plus équilibrées avec les surfaces agricoles du côté Mercier.

Tableau IV.I : Caractéristiques physiques des sous bassins versants emboités dans le bassin du Mercier. Les stations (Figure IV.2) sont classées par surface drainée amont croissante. Pour les rangs de Strahler inférieurs à 4, les cellules sur fond gris distinguent les stations du sous bassin des Presles de celles du sous bassin du Mercier.

Stations/sous -bassins Surface drainée (km²) Part agricole (%) Part en foret (%) Part habitée (%) Part routes (%) Connect. fossé artificiel Pente moyenne (%) Rang Strahler Fossé Pollionnay ^{0,06 30 0 57 13 Directe 9 1} Fossé jardin 0,09 64 0 28 8 30m 7 1 Luère 0,11 6 87 0 7 10m 12 1 Mercier At 0,20 23 55 16 6 20m 15 1 BalmesAt 0,21 38 57 2 3 80m 16 1 Presles At 0,23 0 99 0 1 >>100m 16 1 Bouillon At 0,34 2 94 0 4 >>100m 21 1 Presles Etg 0,65 21 68 8 2 10m 14 2 Mercier Int 0,65 44 41 11 4 >>100m 14 2 Balmes Aval 0,88 49 41 6 4 100m 13 2 Bouillon 1,46 6 91 0 4 >>100m 18 2 Mercier D70 1,75 53 36 8 4 50m 13 3 Mercier Aval 2,27 56 31 10 3 >>100m 12 3 Presles D70 2,45 18 74 5 3 >>100m 16 3 Presles Inter 2,69 22 68 7 3 30m 15 3 Presles Aval 3,29 30 57 10 3 >>100m 13 3 Confluence 5,62 40 46 10 4 >>100m 13 4 Exutoire 6,60 46 40 10 4 10m 12 4

Les surfaces artificialisées sont plutôt réparties dans l’aval du bassin expérimental, par conséquent les zones habitées sont relativement plus présentes dans les sous bassins de grande taille. Ces zones ne sont pas constituées d’une majorité de surfaces imperméables. Par exemple, le sous

139

bassin du Mercier présente des proportions importantes classées en part habitée à cause de la présence d’un camping sur les hauteurs. La description très fine de l’occupation du sol a permis d’intégrer les proportions de surfaces imperméabilisées occupées par les routes. Ces surfaces sont présentes en proportions comparables sur les différents sous bassins. Parallèlement on observe que des connexions à des fossés (routes, parcelles agricoles) sont parfois très proches en amont des stations.

Les superficies des bassins sont assez équilibrées au sein d’un même rang de Strahler. Cependant les deux plus petits sous bassins observés à l’ordre 1 de Strahler représentent des particularités du dispositif car il s’agit des deux uniques confluences d’ordres n à n+x avec x>1, donc très dissymétriques. La raison de cet écart à la règle de positionnement des stations est que le profil d’occupation du sol est singulier avec une part importante de surfaces imperméables permettant d’observer les effets d’un ruissellement précoce sur la réponse hydrologique. Ainsi, la station « Fossé Pollionnay » est positionnée de façon à contrôler la contribution de l’unique sous bassin massivement urbanisé dont l’exutoire est à l’ordre 3. La station « PreslesInter » est positionnée dans l’espace agricole à l’ordre 3, à 30 mètres seulement en aval de cet exutoire notamment pour évaluer l’impact du ruissellement produit par la zone urbaine.