Stratégie adoptée et synthèse des données disponibles

Les facteurs contrôlant la variabilité des bilans d’érosion dans les bassins versants mondiaux ont été étudiés par de nombreux auteurs (Milliman et Meade, 1983 ; Milliman and Syvitsky, 1992 ; Ludwig et Probst, 1998 ; Meybeck et al., 2003 ; Syvitsky, 2003). Parmi ces facteurs, le débit spécifique et l’altitude maximale du bassin versant ont été identifiés comme les facteurs déterminants (Walling, 1983 ; Milliman et Syvitsky, 1992 ; Summerfield et Hulton, 1994 ; Meybeck et al., 2003). Néanmoins, la comparaison globale des bilans d’érosion est délicate, car les études ont été réalisées à différentes échelles de temps et d’espace. De nombreux travaux ont utilisé des données mensuelles ou semestrielles, alors que les données haute fréquence sont préférables pour l’identification du rôle des différents facteurs régissant les bilans d’érosion (Li et al., 2005 ; Laignel et al., 2006).

C’est ce que nous avons voulu montrer en utilisant des mesures haute fréquence acquises sur les petits bassins versants régionaux (< 1000 km²). Pour cela, trois objectifs ont été dégagés: (1) étudier la représentativité de ces bilans d’érosion à l’échelle globale et régionale, en comparant ces données haute fréquence avec les données de 214 rivières du monde entier, dont les deux rivières majeures drainant l’Ouest du Bassin de Paris : la Seine et la Somme, (2) caractériser les régimes hydro-sédimentaires à l’échelle régionale, en calculant le pourcentage de temps nécessaire pour transporter la moitié du flux hydro-sédimentaire sur les petits bassins versants et la Seine,

(3) illustrer l’importance de la variabilité climatique interannuelle et du contexte hydrologique dans la détermination des bilans d’érosion, en comparant les chroniques pluriannuelles de la Seine avec les chroniques annuelles des petits bassins versants.

Les bilans régionaux utilisés sont issus des mesures haute fréquence réalisées en 2005 sur les bassins versants littoraux de l’Yères, du Dun et de la Ganzeville et en 2002 sur l’Andelle et Austreberthe (Laignel et al., 2006). Comme décrit précédemment (cf. Partie 2), des préleveurs automatiques et des sondes multi-paramètres ont été installées à l’aval des bassins versants (Figure 70) afin de mesurer le débit et la charge solide toutes les 30 minutes. Les concentrations de MES ont été estimées à partir des mesures de turbidité des sondes, après calibration au laboratoire des échantillons d’eaux prélevés en rivière toutes les 16 h. En

une échelle de résolution temporelle très fine. Ce dispositif est particulièrement adapté au suivi en continu de la charge solide des eaux souterraines (Massei, 2001) et des eaux superficielles (Steegen et al., 2000; Bordalo et al., 2001).

Figure 70: Localisation des 5 petits bassins versants, leur station d’instrumentation aval (S) et le barrage de Poses dans l’Ouest du Bassin de Paris.

Afin d’intégrer la variabilité climatique interannuelle régionale et le contexte hydrologique, les données haute fréquence acquises pendant une année sur les cinq petits bassins versants ont été comparées aux données pluriannuelles disponibles pour la Seine. Pour cette analyse, les données journalières de débit et de concentrations de MES collectées par le Service de la Navigation de la Seine (S.N.S) au barrage de Poses (Figure 70) ont été acquises sur la période 1980-2005. Barrage de Poses Andelle (S: Radepont) Yères (S: Criel) Dun (S: Bourg-Dun) Ganzeville (S: Ganzeville) Seine La Manche Altitude (m) Rouen Austreberthe (S: Duclair) Paris

Pour caractériser le régime hydro-sédimentaire des petits bassins versants et de la Seine, le pourcentage de temps nécessaire pour transporter 50% du débit liquide et solide annuel a été déterminé (Meybeck et al., 2003). Ces indicateurs de variabilité temporelle correspondent au pourcentage de temps de l’année étudiée (2002 ou 2005) nécessaire pour que la moitié des débits liquides et solides cumulés soit transportée, les débits liquides et solides étant rangés par ordre décroissant sur la période étudiée. La valeur théorique maximum de 50% correspond à un transport constant de la charge liquide et solide ; plus le pourcentage de temps pour transporter 50% de la charge cumulative liquide ou solide est faible, plus la contribution des périodes de crue est grande, entraînant une distribution des écoulements liquides et solides au cours du temps d’autant plus convexe. A l’échelle régionale, ces indicateurs temporels ont été comparés en 2002 et 2005.

Afin de vérifier la représentativité de nos données à l’échelle globale et pour identifier les facteurs globaux contrôlant les bilans d’érosion en rivière, les résultats régionaux ont été confrontés aux résultats de deux études mondiales (Milliman et Syvitsky, 1992 ; Meybeck et

al., 2003). En utilisant des données journalières, Meybeck et al. (2003) ont calculé le débit

spécifique (l km^-2 s^-1) et les bilans d’érosion (kg km^-2 j^-1) pour 60 bassins versants mondiaux. Milliman et Syvitsky (1992) ont collecté les débits spécifiques (mm an^-1), les débits solides (t an^-1) et les bilans d’érosion (t km^-2 an^-1) de 280 fleuves mondiaux. Ces deux sets de données incluent différents types de bassins versants, présentant des surfaces, des régimes d’écoulement, des climats et des topographies variés. Il est néanmoins intéressant de noter que les données présentées dans ces deux études ont été obtenues en utilisant des données brutes acquises selon différentes méthodologies et pour des périodes variables.

Seules les données renseignées à la fois pour le débit spécifique et le bilan d’érosion ont été extraites de ces deux études (i.e., 213 bassins versants, Annexe 3). Le débit spécifique pouvant être exprimé en mm an^-1 ou en l km^-2 s^-1 (W*), il a été calculé pour ces deux dimensions sur tous les bassins sélectionnés. Les données journalières de la Seine et les données haute fréquence des petits bassins versants ont été moyennées sur la période étudiée pour obtenir le débit annuel spécifique et le bilan annuel d’érosion, ce qui a permis une comparaison avec les autres données mondiales. Enfin, le débit moyen (W, l s^-1) et la charge solide (S, t an^-1) ont été calculés pour tous ces bassins en multipliant le débit spécifique (W*, l km^-2 s^-1) et le bilan d’érosion (S*, t km^-2 an^-1) par la surface des bassins versants correspondants. Ainsi, la synthèse des données mondiales et régionales est composée de 219 rivières et fleuves pour lesquels le débit moyen (W, l s^-1), le débit spécifique (R, mm an^-1 et

disponibles (Annexe 3). En outre, puisque les deux études globales fournissent des informations sur l’altitude maximale des bassins versants, les rivières régionales dont l’altitude maximale est inférieure à 300 m ont été spécifiquement regroupées avec 32 autres bassins versants mondiaux ayant une altitude maximale de 500 m, notés ici « bassins versants < 500 m » (Tableau 26).