Quantification de l’évapotranspiration

10 × T^a × L

avec I indice thermique annuel, T la température moyenne mensuelle, L le nombre d’heures d’ensoleillement journalier rapporté à la durée du jour, a étant un coefficient fonction de I.

II.7.1.2 méthode de Turc

Elle prend en compte de manière plus complète l’influence des radiations solaires globales (Rg en cal/cm²/jour) et de l’insolation journalière (Rf) :

ETP (mm/jour) = 0,031 × C × (Rg + 209) ×

( )

C est un facteur dépendant de l’insolation journalière. Cette méthode surestime d’environ 20% les valeurs réelles d’ETP en milieu humide (e.g. Petrescu Maftei, 2002).

II.7.1.3 méthode de Hargreaves

Elle nécessite la connaissance de données thermiques mais fournit une bonne estimation (e.g. Grimbert, 2003), à telle enseigne qu’elle a été choisie comme référence par la CEE en 1992 (réf. EUR 14223).

ETP (mm/décade) = 0,0023N

×

×

×

avec N le nombre de jours dans la décade, L la chaleur latente de vaporisation (J/kg), T la température moyenne, Tx la température maximale et Tn la minimale.

II.7.1.4 méthode de Penman

C’est une combinaison d’équations de transfert de masse et de conservation d’énergie thermique, qui fournit la meilleure approche possible de l’évapotranspiration. Les données d’ETP Penman ont été obtenues à partir de la station Météo-France d’Andrézieux-Bouthéon.

II.7.2 Quantification de l’évapotranspiration

Les évaporations n’étant importantes que pour les eaux de surface, dont les temps de recharge sont plus faibles que ceux des sources minérales, tous les lieux où des informations pluviométriques sont disponibles n’ont pas fait l’objet de calculs d’ETP. Seules les stations d’Andrézieux-Bouthéon (station Météo-France donnant l’ETP de Penman), de Tarentaise et

de St-Just-St-Rambert ont été utilisées dans les estimations en utilisant les méthodes de Hargreaves, Thornthwaite et Turc. Les comparaisons entre les différents résultats permettront de déterminer la méthode la plus appropriée, choisie pour calculer l’évapotranspiration maximale et définir une limite supérieure aux variations isotopiques.

II.7.2.1 Procédures de calcul

Pour être précis, les calculs d’ETP s’effectuent sur des données journalières. L’obtention de telles données (pluviométrie, températures minimales et maximales) couvrant les années 2000 à 2003 n’a été possible que pour Tarentaise, grâce au concours de l’Université du Mans (laboratoire GREGUM). Pour Andrézieux-Bouthéon, seuls les mois de septembre 2000 à juillet 2001 sont au pas de temps journalier (pas décadaire ensuite). Par contre, le jeu de données obtenu pour Andrézieux-Bouthéon est plus complet, et inclut notamment l’ETP calculée selon Penman et l’insolation. Nous admettrons arbitrairement l’insolation comme constante dans la zone géographique étudiée. Nous l’utiliserons comme représentant l’ensoleillement à St-Just-St-Rambert (5km de distance, altitude identique) et à Tarentaise (incertitude plus grande car située à 25km et 700m plus haut). Enfin, les calculs pour St-Just-St-Rambert sont effectués à partir de données de températures minimales et maximales de l’eau lors d’un évènement pluvieux, et non sur les températures de l’air. Dans ce cas, les données sont à pas de temps journalier, mais elles sont cependant temporellement limitées et minimisent l’évapotranspiration potentielle calculée sur 365 jours.

Pour les stations à mesures journalières, l’ETP de Thornthwaite a été calculée à partir de la formule citée par Hörmann (2002 ; cf méthodologie). Ces données ont été sommées pour obtenir les évaluations à pas décadaire et mensuel. Dans le cas d’Andrézieux-Bouthéon, les données disponibles incluant l’insolation étant décadaires, la formule donnée par exemple par Petrescu Maftei (2002) est utilisée, et le paramètre L estimé en rapportant les durées d’insolation aux durées astronomiques de la décade correspondante (éphéméride

http://ephemeride.com/).

Ce rapport durée d’insolation / durée d’insolation maximale est aussi au cœur des deux formules utilisées pour déterminer l’ETP de Turc, l’une à pas décadaire, l’autre à pas mensuel. Les radiations Rga issues du rayonnement extra-terrestre ont été déterminées à partir

des valeurs mensuelles fournies par Beauchamp (2002). Une approximation a été faite pour les estimations décadaires, en divisant les quantités reçues par trois.

Pour les calculs selon Hargreaves, le programme ETP version 1.0.2 de M. Acutis est utilisé (http://www.acutis.it/eng_versonframes.htm). Il permet un calcul à pas journalier ou décadaire ; les données mensuelles sont alors les sommes des données discrètes.

II.7.2.2 Comparaisons

Les ETP journalières sont fortement dépendantes de l’amplitude thermique. A titre d’exemple, la figure 17 présente les variations de l’ETP de Hargreaves pour Tarentaise (1080m). La corrélation à la température est très nette : les valeurs hivernales sont minimales et augmentent pour atteindre leur apogée durant les chaudes périodes estivales. Ces tendances peuvent cependant être perturbées par un couvert nuageux réduisant les flux thermiques reçus en surface et les quantités d’eau réinjectées dans le cycle atmosphérique.

Fig. 17 : évolution journalière à Tarentaise de l’évapotranspiration calculée selon la formule de Hargreaves.

A plus grande échelle, les évolutions définies selon les diverses méthodes de calcul sont heureusement similaires ; à cet effet l’on pourra consulter la figure A.2 en annexe qui rend compte de l’évolution décadaire des ETP calculées par les méthodes auparavant exposées. La figure 18 reflète ces évolutions à échelle mensuelle.

Fig. 18 : évolution mensuelle de l’évapotranspiration calculée pour les stations d’Andrézieux-Bouthéon (400m ; sauf Penman donnée Météo-France) et de Tarentaise (1080m) ; les calculs effectués pour St-Just-St-Rambert ont

Plusieurs points importants apparaissent (Fig. 18) :

- l’ETP calculée selon Penman, qui décrit au mieux les conditions physiques de l’atmosphère, possède des valeurs très proches de celles de Hargreaves (Tab. 11). Les écarts sont faibles en automne et au printemps (≤ 5%), plus forts en hiver (ETP Hargreaves ≈ 90% ETP Penman) et en été (ETP Hargreaves ≈ 105 à 110% ETP Penman). L’estimation de l’ETP par la méthode de Hargreaves est donc un bon compromis (Grimbert, 2002).

- les évapotranspirations de Hargreaves – Penman donnent les valeurs les plus élevées en été et en hiver, toutes les méthodes donnant des résultats semblables au printemps et en automne. Par contre, la première formule se révèle inefficace avec l’emploi des températures des précipitations : Turc et Thornthwaite donnent des résultats annuels représentant 67 à 69% de l’ETP de Penman mesurée à Andrézieux-Bouthéon (5 km de distance), alors que l’écart est énorme avec Hargreaves (6 à 33%).

- les évapotranspirations calculées en utilisant les formules de Turc et Thornthwaite donnent des valeurs plus faibles (Tab. 11), qui diffèrent seulement en été. Les augmentations printanières sont plus tardives que celles données par les méthodes de Hargreaves et Penman, alors que les baisses automnales sont synchrones. En été, St-Just-St-Rambert et Andrézieux-Bouthéon présentent des ETP Thornthwaite plus fortes que les ETP Turc, la situation à Tarentaise étant contraire. Cet écart peut s’expliquer par l’approximation faite sur les durées d’insolation lors du calcul par la méthode de Turc. En effet, ces données n’étant pas disponibles à Tarentaise, les valeurs d’ Andrézieux-Bouthéon ont été utilisées. De ce fait le calcul de l’ETP de Turc se traduit par une incertitude plus importante, les deux sites de Tarentaise et Andrézieux se distinguant par leur altitude et leur contexte (massif / plaine).

- la comparaison des ETP Penman d’Andrézieux-Bouthéon et Hargreaves de Tarentaise fait apparaître un écart stable de 7,2 à 9,7% suivant les années, conséquence de la diminution de la température atmosphérique avec l’augmentation d’altitude. En atmosphère standard (http://www.ae.su.oz.au/aero/atmos/atmos.html), la différence de température entre les deux stations (différence d’altitude 680m) est de 4,42°C, soit un gradient de –0,65°C/100m. Les mesures de températures 2000 à 2003 conduisent à un

gradient moindre de –0,52°C/100m. Si l’on impute à la seule variation de température l’écart d’ETP constaté, on peut donner une variation moyenne annuelle de –21mm d’ETP pour une diminution de 1°C de la température atmosphérique (–17mm/°C en atmosphère standard). En altitude, ceci correspond à un gradient de –11mm d’ETP par élévation de 100m.

Les valeurs d’évapotranspiration calculées selon la méthode de Hargreaves seront donc considérées comme étant la meilleure approximation des quantités réelles maximales potentiellement évaporables.

lieu année Harg. Turc Thorn. Pen. Turc/Pen. Thorn./Pen. Harg./Pen. pluviométrie

Andrézieux-Bouthéon 2000 182 (septembre à décembre) 603 682 875 (184) 69% 78% 99% (septembre à décembre) 728 2001 586 (janvier à juillet) 575 665 839 (565) 69% 79% 103% (janvier à juillet) 829 2002 584 677 846 69% 80% 872 2003 651 767 973 67% 79% 593 St-Just-St-Rambert 2001 97 506 560 860 2002 94 512 583 993 2003 77 504 653 556 Turc/Harg. Thorn./Harg. Tarentaise 2000 790 643 599 81% 76% 1064 2001 775 619 590 80% 76% 1095 2002 770 613 598 80% 77% 1392 2003 898 716 633 80% 70% 978

Tab. 11 : comparaison des valeurs d’ETP calculées par différentes méthodes par rapport aux références Hargreaves et Penman ; pour St-Just-St-Rambert les températures employées sont celles des précipitations ; les cumuls annuels sont en mm/an ; entre italique sont indiquées les valeurs partielles : septembre à décembre 2000

et janvier à juillet 2001.

II.7.3 Influence théorique de l’évapotranspiration sur la composition isotopique de