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PREDETERMINATION DES PERTES A L'ECOULEMENT SUR PARCELLES

Dans le document PETITS THE8E (Page 140-147)

LOME

4.5 PREDETERMINATION DES PERTES A L'ECOULEMENT SUR PARCELLES

Nous avons décrit dans les paragraphes précédentslaméthodologie associée à l'utilisation d'un simulateur de pluie pour obtenir une évaluation expérimentale des pertes à l'écoulement sur les parcelles. Nous verrons dans la troisième partie de cette étude comment ces informations peuvent être utilisées dans l'application de modèles de ruissellement. Celà étant dit, les projets d'aménagements sur lesquels débouchent l'utilisation des modèles appellent souvent des réponses rapides, pour lesquelles on ne peut concevoir de mettre en oeuvre de telles expérimentations.

n

est donc important de préciser dans quelle mesure et à partir de quels critères on peut prédéterminer les caractéristiques hydrodynamiques des sols naturels rencontrés. La classification que nous avons proposée dans les paragraphes précédents apporte une première réponse à cette question. Elle reste néanmoins très partielle et circonstanciée aux quelques sites étudiés, et demande à être complétée par d'autres études similaires.

Casenave et Valentin (1988) ont étudié les caractéristiques hydrodynamiques des sols en milieu naturel. A partir de critères essentiellement pédologiques, ils en proposent une classification qu'il nous a paru intéressant de tester sur l'ensemble de nos parcelles étudiées en milieu urbain.

Laclassification proposée a été établie à partir de 77 parcelles situées au Burkina-Faso et au Niger. Les diverses classes définiessont au nombre de 11 (voir annexe 2) et correspondent à la prise en compte de facteurs prépondérants qui sont, en regard du ruissellement en zone sahélienne tout au moins :

le pourcentage de couvert végétal herbacé ;

l'activité faunique: vers de terre, fourmis, termites;

les réorganisations de surface: pellicules ou croûtes superficielles de battance.

A chacune des classes du référentiel sont associées des caractéristiques moyennes de ruissellement ou d'infiltration:

Lr : équation de la lame ruisselée, de forme Lr =A.Pu

+

B.Ik

+

C.Pu.Ik

+

D,

où Pu désignelahauteur de la pluie, et Ik un indice des précipitations antérieures, calculé par la formule récurrente Ikn

=

(pun_1

+

Ikn_1).exp(-ü,5.tr),avec tr égal àladurée entre le début delapluie n et la fmde la pluie n-1 ;

Ki : coefficient d'infiltration, en %, pour l'ensemble du protocole, égal à la somme des lames infiltréesrapportée à la somme des hauteurs de pluie de toutes les averses;

Deuxième partie 140 Chapilre4

coefficient d'infiltration, en %, pour une pluie deSOmm sur un sol sec, égal àlalame infiltrée aprèsSOmm de pluie, rapportée àlahauteur de pluie deSOmm, en % ;

coefficient d'infiltration, en %, pour une pluie de SO mm sur un sol dont l'humidité est mesurée par Ik=20,égal à la lame infiltrée aprèsSO mm de pluie, rapportée à la hauteur de pluie deSOmm,en% ;

intensité limite d'infiltration, en mm/h, correspondant dans notre cas à la valeur de FN obtenue dans des conditions initiales d'humidité du sol maximale;

Pis:

Pih :

pluie d'imbibition sur sol sec, en mm ;

pluie d'imbibition sur un sol très humide.en mm, mesurée lors de l'averse correspondant à la plus forte averse du protocole.

Pour le protocole que nous avons utilisé, les valeurs Ik sont fréquemment supérieures àSO, compte tenu de la proximité des pluies successives, et dépassent largement les valeurs pour lesquelles les caractéristiques moyennes de ruissellement et d'infiltration ont été établies par Casenave et Valentin.Lacomparaison de ces caractéristiques avec les valeurs expérimentales que nous avons obtenues en seraient faussées. Nous avons donc en définitiveprocédé aux tests d'adéquation sur les caractéristiques les moins sensibles aux différences des intensités de pluies et de l'espacement des pluies successives utilisées dans les divers protocoles, soit Ki' KiOet Il'

Les parcelles étudiées en milieu urbain se répartissent suivant six classes du référentiel ; la classe des surfaces élémentaires de type

sn

est majoritaire avec 13 représentants sur un total de 24. Le tableau 4-20 résume la composition des parcelles étudiées et compare les résultats observés et les résultats attendus correspondant àK~Kio' Il'

Pour chacune des caractéristiques étudiées, les proportions de valeurs prédites avec succès sont respectivement:

SO%pour Ki(Uvaleurs sur 24), 38 % pour Kio (8 valeurs sur 21), 54 % pour Il(Uvaleurs sur 22).

Les résultats les moins satisfaisants concernent KiO' qui traduit les conditions de ruissellement sur sol initialement sec. Dans une certaine mesure, cette différence s'explique par le comportement particulier des sols nus de Lomé, qui semblent subir après les premières pluies de profondes modifications . Si l'on se réfère aux pluies n° 4 et 5 du protocole complémentaire réalisé sur la parcelle n01 de Lomé, les valeurs de

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Tableau 4.20 : Comparaison des valeurs expérimentales et attendues de Ki, Kio et Il

Ki Kio

Il

Type Parcelle

ST3 NY4 20 15-25 27 25-40 6 0-5

NY5 22 28 4

NY6 21 34 6

OG2 9 21 1

OG4 10 24 1

OG6 11 26 1

LMl 30 52 7

LM3 26 49 11

LM5 24 68 9

YPl 8

-

1

YP2 7 13 1

YP3 6 8 2

YP6 10 14 6

G NY2 13 5-15 30 5-20 6 0-2

OGl 8 16 1

OG3 11 24 2

OG5 8 21 2

ERO NY3 11 10-20 16 15-30 1 0-2

LM2 23 48 11

ST2 NYl 40 40-55

-

60-75 11 5-15

LM4 56 63 18

DES YP5 78 60-75 99 80-90 10-20

DES (SSA) LM6 100 85-100 100 90-100 >30

C3 YP4 22 15-25

-

25-40 7 0-3

Deuxième panic 142 Cbapim4

KiOsont alors égales à 34 et 33 %, contre 52 % pour la pluie n01. Les valeurs observées correspondent alors aux valeurs attendues. En admettant que les parcelles n"2 et 3 présentent un comportement identiques, la proportion de valeurs prédîtes avec succès pour K

iOs'éléverait à 52 %, et correspondrait aux pourcentages obtenus pour~et Il.

Par ailleurs, on remarquera que les 6 parcelles de Ouagadougou ont été classées dans deux catégories dont les gammes de valeurs attendues pour ~sont nettement différentes:

sn

pour les parcelles n"2, 4 et 6(~

de 15à25 %), G pour les parcelles n01, 3 et 5(~de 5à15 %). Or, les valeurs expérimentales de ~sont toutes très voisines, variant de 8 à 11% :la prise en compte de 2 catégories distinctes n'est donc pas justifiée dansce cas. On peut ainsipenser, qu'en milieu urbain, lac1assification proposée accorde trop d'importance aux organisations superficielles, et que l'uniformité des horizons inférieurs rendrait mieux compte de l'homogénéité des résultats expérimentaux obtenus pour un site géographique donné.

Finalement, la probabilité de succès de la prédiction des valeurs d'infiltration et de ruissellement dans les fourchettes proposées par Casenave et Valentin peut être raisonnablement évaluée à50 % en milieu urbain.

L'application de la méthode conduit donc à une précision évidemment bien moindre que celle qu'on peut attendre des campagnes de simulation de pluies. Elle fournit néanmoins, à partir de critères descriptifs simples, une première approximation permettant de répondre rapidement aux problèmes posés par la modélisation du ruissellement et les aménagements qui en résultent.

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CONCLUSIONS:

Les résultats des campagnes de simulation de pluie effectuéesàNiamey,Ouagadougou, Lomé et Yopougon ont montré que les caractéristiques hydrodynamiques des sols y sont essentiellement déterminées par :

l'état de surface du sol : l'absence ou la présence de végétation conditionne l'existence des croûtes superficielles de battance, dont l'influence se traduit par une diminution importante de lacapacité d'infiltration des sols ;

l'état d'humidité du sol au moment oü survient la pluie: le protocole que nous avons utilisé a permis de fixer les conditions de ruissellement pour des états extrêmes d'humidité initiale des sols étudiés, sauf dans les cas de saturation par la remontée de la nappe ;

l'unité géographique considérée : les sols nus sablo-argileux étudiés présentent des aptitudes au ruissellement homogènes pour un site donné, mais variables d'un site à l'autre. Peut-être faut-il y voir l'influence des différents types pédologiques ou géologiques qui apparaissentdans les classifications indiquées dans le tableau 4-1.

Au sein des classes déterminées par ces facteurs, les caractéristiques hydrodynamiques des sols sont effectivement très homogènes, et laissent espérer, à l'échelle du bassin, une bonne représentativité des courbes médianes des pertes à l'écoulement que nous avons déterminées à partir des valeurs expérimentales.

Le protocole d'expériences réalisées fait intervenir des caractéristiques précises d'intensités de pluie et d'espacement des averses.

n

convient donc de s'interroger sur la représentativité des conditions de ruissellement auxquelles ces caractéristiques donnent lieu. Nous avons vu que l'intensité d'infiltration obtenue en régime permanent n'était pas influencée de façon significative par le choix de l'intensité de pluie.

Le régime permanent s'établissant après un temps suffisamment court pour négliger l'éventuelle influence de l'intensité de pluie sur les pertesà l'écoulement au cours des premières phases d'imbibition et de régime transitoire, nous admettrons que les courbes médianes qui décrivent les pertesà l'écoulement sur parcelle sont indépendantes des intensités de pluie choisies. Quant à l'espacement des averses, il a été conçu pour évaluer l'accroissement maximal que peuvent exercer les pluies antérieures sur le ruissellement. Cette démarche, choisie pour des raisons de simplicité de miseen oeuvre, ne permet pas d'évaluer précisément le ruissellement pour des conditions intermédiaires d'humidité du sol. Dans la mesure oü les variations du ruissellement restent faibles et ne dépassent pas 20 %, on pourra cependant, si les besoins l'exigent, interpoler sans grand risque d'erreur. Leprotocole utilisé, aussi bien au niveau du choix des intensités que de l'espacement des averses, établit donc des résultats que l'on peut espérer exploitables dans les conditions naturelles de saison des pluies.

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Pour des besoins immédiats, la classification des caractéristiques hydrodynamiques des sols naturels proposées par Casenave et Valentin permet d'obtenir une évaluation sommaire des pertes àl'écoulement sur parcelle, sans recourir àdes campagnes de simulation de pluie. Lesprédictions restent cependant peu précises, et l'importance accordée aux organisations superficielles est peut-être surestimée sur les sites urbains que nous avons étudiés.

Le tableau 4-21 résume fmalement, en regard de la classification que nous avons établi à partir des expériences de simulation de pluie, les principaux types de sols rencontrés sur les bassins pour lesquels nous disposons de mesures hydro-pluvîométriques exploitables.

Tableau 4-21 : Types des sols rencontrés sur les bassins étudiés.

Bassin Types de sol

Niamey n01 Sols nus sablo-argileux Niamey NiameynOZ Sols nus sablo-argileux Niamey Niamey n"3 Sols nus sablo-argileux Niamey Niamey n'a Sols nus sablo-argileux Niamey Ouagadougou n01 Sols nus sablo-argileux Ouagadougou Ouagadougou nOZ Sols nus sable-argileux Ouagadougou

Lomé n01 Sols nus sablo-argileux Lomé

Yopougon n01 Sols nus sable-argileux Yopougon Sols couverts de végétation herbacée Yopougon n05 Sols nus sablo-argileuxyopougon

Sols couverts de végétation herbacée Yopougon n06 Sols nus sablo-argileux Yopougon

Sols couverts de végétation herbacée Yopougon nO'] Sols nus sablo-argileux Yopougon

Sols couverts de végétation herbacée

Les produits des campagnes de simulation sont donc suffisants pour décrireladiversité des caractéristiques hydrodynamiques sur ces bassins. Pour le problème ultérieur delamodélisation des écoulementsàl'échelle d'un bassin urbain, la question qui reste posée est de savoir si l'hydrodynamique des parcelles peut représenter l'hydrodynamique du bassin, ou du moins de sa partie naturelle, et comment? Nous répondrons à cette question dans la troisième partie de l'étude, et devons auparavant établir de façon plus quantitative les proportions respectives des différents types de sols rencontrés sur les bassins.

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