Trois types de données ont été utilisés pour reconstituer l’évolution verticale du lit du Cher : - des profils de lignes d’eau levés à différentes dates (1855-1859, 1932-1935, 1989, 2005-
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- des profils en long du lit (1856 et 2010),
- des chroniques de hauteurs d’eau tenues au niveau d’échelles hydrométriques (1910-2012).
1.1. P
ROFILS DE LIGNE D’
EAU DE1856
A2005
La reconstitution de l’évolution diachronique du plancher du lit mineur d’un cours d’eau fait fréquemment appel, notamment pour des linéaires étendus, à des profils de ligne d’eau d’étiage levés à des dates différentes (Trimble et Cooke, 1991 ; Trimble, 1998 ; Gurnell et al., 2003 ; Landon et al., 1998 ; Nabet, 2013). Quatre profils ou séries de profils ont été ici utilisés (Tableau 5.19, Figure 5.38).
Tableau 5.19 Date de réalisation et système de nivellement des profils de ligne d’eau utilisés.
Date des profils Producteur Réseau de nivellement Lieu de conservation
1855 à 1859 Service des Ponts et Chaussées Bourdaloue régional Archives dptles Cher 1932 à 1935 Service du Nivellement
Général de la France Lallemand IGN (site web)
1989 Cabinet Bodin NGF 69 DREAL Centre
2005 et 2008 DREAL Centre NGF 69 DREAL Centre
Figure 5.38 Exemple de profil en long levé en1934 entre Vallon-en-Sully (km 31) et Orval (km 65). (Source : IGN).
La comparaison des profils deux à deux ne présente aucune ambigüité aux seules conditions qu’elle soit effectuée en des lieux identiques et pour des débits similaires. Pour chaque profil, il a ainsi fallu d’une part, s’assurer de la correspondance spatiale des points comparés, et donc déterminer précisément leur localisation, et, d’autre part, corriger les altitudes des lignes d’eau en fonction des différences de débits observées entre deux profils. Enfin, des corrections ont également été apportées afin que les données de chacun des profils soient exprimées dans un seul et même système de nivellement.
1.1.1. CORRESPONDANCE SPATIALE
La correspondance des points entre deux dates peut généralement se faire en se reportant au point kilométrique auquel est rattaché chacune des cotes altimétriques levées. Un problème de taille
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se pose néanmoins lorsque les levés ont été effectués à des dates très éloignées puisqu’il n’est alors pas rare, comme sur le Cher, que le système de points kilométriques diffère d’un profil à l’autre. Dans ce cas de figure, la correspondance des points entre deux dates peut alors être assurée en exploitant la toponymie. En l’absence de repères toponymiques, il est parfois possible de mesurer la distance séparant chacune des cotes levées. Cette distance est directement indiquée sur les profils des années 1850. Pour celui de 1932, elle est reconstituée à partir de repères équidistants de 100 m matérialisés sur le profil. Un tel procédé n’est cependant autorisé que pour les tronçons dont le tracé est resté relativement stable entre les deux dates considérées. Ces distances étant par ailleurs souvent assez imprécises, la comparaison ne peut se pratiquer que pour des points peu éloignés d’un repère commun. Pour le profil de 2005, mais aussi pour les profils antérieurs lorsque les sources sont disponibles, ces distances peuvent aussi être directement mesurées à partir de documents géoréférencés : cartes (cartes d’Etat-Major pour les profils des années 1850, cartes topographiques IGN pour les années 2000), photographies aériennes et images satellites (Géoportail, Google Earth).
Au final, seuls les points présentant une très forte probabilité de correspondance spatiale entre deux dates ont été conservés pour le calcul des évolutions verticales du lit.
1.1.2. SYSTEME DE NIVELLEMENT
Comme les profils utilisés ont été levés dans trois systèmes de nivellement différents (Tableau 5.19), les données ont été converties dans un système unique, le NGF69.
1.1.3. DEBITS ET MARGE D’ERREUR
Pour que deux profils puissent être comparés et pour que les évolutions calculées soient représentatives de celles du lit, les débits à chacune des dates doivent être le plus faible et le plus proche possible.
Pour les profils des années 1850, aucun débit et aucune date ne sont disponibles. Ils sont cependant présentés comme ayant été levés à l’étiage.
Pour le profil des années 1930, seules deux stations hydrologiques existaient alors. La première est située en tête de bassin, à Chambonchard, bien à l’amont du barrage de Rochebut. La seconde est située sur la partie terminale du Cher non canalisée, à Selles-sur-Cher. Sur ces deux stations, les débits sont suffisamment faibles pour que la ligne d’eau soit ici aussi considérée comme levée à l’étiage. Seul le secteur situé entre Vierzon (km 149) et Selles-sur-Cher (km 203) fait exception puisque les levés y ont été effectués lors d’une crue. Il a donc été exclu de l’analyse.
Enfin, pour les profils de 1989 et de 2005, les débits enregistrés aux différentes stations hydrologiques présentes sur l’intégralité du linéaire de la rivière indiquent un niveau d’étiage.
Comme les lignes d’eau utilisées ont été levées pour des débits différents (Tableau 5.20), une incertitude est nécessairement associée à la comparaison des altitudes entre deux dates (Tableau 5.21). Cette incertitude a été estimée pour chacun des couples de ligne d’eau à partir du barème de tarage 2005-2008 de la station de Selles-sur-Cher.
Idéalement, l’incertitude aurait dû être calculée pour chacune des stations hydrologiques existantes en se référant au barème de tarage en vigueur au moment de la réalisation de chacun des profils. Malheureusement, à l’exception des profils de 1989 et 2005, très peu de stations hydrologiques étaient en service. Au final, celles de Chambonchard et Selles-sur-Cher étaient les seules pour lesquelles nous disposions d’une part, de données hydrologiques pour l’ensemble des
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profils, celui de 1856 excepté, et d’autre part, d’un barème de tarage pour au moins l’un des profils (2005-2008). Le calcul des évolutions entre deux dates a par conséquent impliqué deux types d’approximations. La première revient à considérer que le barème de 2005 peut être appliqué comme référence pour la comparaison des profils de 1856 et 1932 et pour la comparaison des profils de 1932 et 1989. La seconde consiste à poser comme postulat que ce barème peut être appliqué à l’intégralité du linéaire étudié. Seul le barème de Selles a été retenu car il est le plus représentatif du secteur du Cher étudié.
Au final, on dispose donc au plus en chaque point de trois valeurs d’évolution : la différence brute entre les cotes de lignes d’eau ainsi que cette valeur corrigée avec une incertitude positive et avec une incertitude négative.
Est exposé ci-dessous pour chaque couple de profils étudié le détail de la méthodologie employée pour l’estimation de l’incertitude.
Tableau 5.20 Gamme de débits (en m3.s-1) à la station de Selles-sur-Cher au moment des levés des
lignes d’eau.
Q Module Q Août QMNA5*
1856 2-60
61,8 16,9 7
1932 11,9-23,3 1989 5,6-9,75 2005 5,45-6,79
* QMNA5 : débit mensuel minimal ayant la probabilité 1/5 de ne pas être dépassé une année donnée. o 1856-1932 (Tableau 5.21)
En l’absence de valeurs de débits disponibles en 1856, on ignore tout de l’amplitude et du sens des écarts de débits entre 1856 et 1932. Deux cas de figure ont alors été considérés pour 1856 : un débit très faible et un débit élevé. Deux valeurs d’incertitude ont ainsi été calculées. La première, positive, correspond à l’écart d’altitude entre le débit maximal supposé de 1856 et le débit minimal enregistré en 1932. L’autre, négative, correspond à l’écart d’altitude entre le débit minimal supposé de 1856 et le débit maximal enregistré en 1932.
L’erreur positive est vraisemblablement largement surestimée puisqu’il apparait peu probable que la ligne d’eau de 1856 ait été levée pour un débit aussi élevé.
Par ailleurs, sur la partie du linéaire de la rivière (entre les km 35 et 95) pour laquelle on dispose de la cote du fond du lit de 1856, la différence entre cette altitude et celle de la ligne d’eau de 1932 a été calculée. Ce delta fournit une estimation a minima de l’évolution verticale dans les cas d’incision. Lorsqu’elle était disponible, cette valeur a été retenue comme erreur positive.
o 1856-1989 (Tableau 5.21)
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o 1932-1989 (Tableau 5.21)
Les débits à Chambonchard et à Selles-sur-Cher sont systématiquement supérieurs en 1932. Une seule valeur d’incertitude, positive, a donc été ici retenue. Elle correspond à l’écart d’altitude entre le débit maximal enregistré en 1930 et le débit minimal enregistré en 1989.
o 1989-2005 (Tableau 5.21)
Sur l’intégralité des stations, les débits de 1989 sont systématiquement supérieurs. Une seule valeur d’incertitude, positive, a donc aussi été retenue. Elle correspond à l’écart d’altitude entre le débit maximal enregistré en 1989 et le débit minimal enregistré en 2005.
Tableau 5.21 Bornes inférieures et supérieures de l’incertitude appliquée à l’évolution altitudinale brute du lit (en m).
Incertitude positive Incertitude négative
1856-1932 0,7 -0,5 1856-1989 0,9 -0,25 1856-2005 0,8 -0,15 1932-1989 0,4 / 1932-2005 0,4 / 1989-2005 0,15 /
Enfin, les variations altitudinales absolues de ligne d’eau inférieures à 0,1 m ont été considérées comme non significatives. En effet, même pour des conditions d’étiage, il est possible d’observer des variations non négligeables de l’altitude de la ligne d’eau au cours d’une même journée, notamment en raison de la survenue de lâchers d’eau au niveau du barrage de Rochebut.
1.2. C
OTE ALTIMETRIQUE DU LIT–
1856
ET2010
Sur les sept derniers km du secteur 1 et sur l’intégralité du secteur 2, nous disposons en un certain nombre de points de la cote du fond du lit de 1856 et de la cote de la ligne d’eau d’étiage de 2010.
Pour 1856, les données sont issues des profils en long de la ligne d’eau sur lesquels étaient également reportées entre les km 35 et 95 les altitudes du fond du lit et des berges. Pour 2010, les données proviennent de levés de ligne d’eau réalisées au GPS différentiel dans des conditions d’étiage marqué. La comparaison de ces 2 jeux de données permet de s’affranchir, ou tout du moins de grandement diminuer, la forte incertitude associée à la comparaison des lignes d’eau de 1856 et 1989 ou 2005.
L’altitude du fond du lit de 2010 est estimée puisque nous ne disposons que de la cote de la ligne d’eau. Cette estimation est d’autant plus précise que la différence entre altitude de la ligne d’eau et altitude du fond du lit est faible. Seuls les points remplissant cette condition, c’est-à-dire ceux situés en tête de seuil, ont donc été retenus. Pour chaque point de 2010, on dispose de deux valeurs. La première correspond à une estimation haute de l’altitude du lit. Elle est égale à l’altitude de la ligne d’eau. La seconde correspond à une estimation basse. Elle est égale à l’altitude de la ligne d’eau abaissée de 40 cm. Ces 40 cm correspondent à l’épaisseur maximale de la tranche d’eau observée en tête de seuil lors du levé de la ligne d’eau.
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Pour 1856, la grande majorité des points utilisés indique un positionnement au niveau de hauts fonds (seuils), puisque la différence entre altitude de la ligne d’eau et altitude du lit excède rarement les 50 cm. Dans les rares cas où cette différence est bien plus élevée, si l’altitude du lit a été levée au niveau d’une mouille par exemple, elle conduit, dans le contexte présent d’incision quasi-généralisée du lit, à une sous-estimation de l’enfoncement.
Par ailleurs, la comparaison entre les deux dates n’est valable qu’à la seule condition de porter sur des points localisés au même emplacement. Si le positionnement pour 2010 ne pose aucun problème, celui de 1856 apparait en revanche plus équivoque. Pour replacer les points levés en 1856 par rapport à ceux de 2010, nous avons mesuré la distance les séparant de points connus localisés sur les profils. Ces distances ont ensuite été reportées sur la carte d’Etat-Major de 1841-1842.
En raison de l’incertitude pesant sur la position des points de 1856, chaque point levé à cette date a été comparé, lorsque cela était possible, aux points de 2010 situés immédiatement à l’amont et à l’aval (200 m au maximum). De ce fait, on dispose pour la grande majorité des points de 2 valeurs d’évolution verticale. La première (point de 2010 en amont du point de 1856) sous-estime cette évolution en cas d’incision et la surestime en cas d’exhaussement ; à l’inverse, la seconde (point de 2010 en aval du point de 1856) surestime l’évolution en cas d’incision et la sous-estime en cas d’exhaussement.
1.3. M
INIMUM ANNUEL AUX STATIONS HYDROMETRIQUESL’évolution verticale du lit a également été reconstituée par l’intermédiaire du suivi du minimum annuel (par exemple Wyzga, 1991, 1993, 2001 ; Korpak, 2007) entre 1910 et 2012 au niveau de la station hydrométrique de Saint-Amand-Montrond, située au commencement du secteur 2. Les données utilisées proviennent de la chronique journalière de hauteur d’eau tenue à cette station. Sur les autres secteurs aucune information n’était disponible. Ces observations ont localement permis de compléter l’approche fondée sur la comparaison des lignes d’eau ou des cotes altimétriques du lit et de dater précisément les processus décrits.