IV.- METHODOLOGIE DU TRAVAIL
Ce travail qui contribue à la caractérisation
hydrologique du micro bassin versant de la ravine Boulmier sous l'influence de
la variabilité pluviométrique et de l'état de son bassin
versant a résulté d'un ensemble d'étapes
méthodologiques. Il s'agit entre autres de : la recherche
bibliographique, les visites d'exploration, la collecte des données, la
vérification des données, la cartographie et la
photo-interprétation, l'analyse des données
pluviométriques, l'évaluation du ruissellement et l'analyse de
l'expression des débits théoriques au niveau de la section de
contrôle.
4.1. Méthode de travail
4.1.1. Recherche bibliographique
À ce niveau, un ensemble de documents disponibles sur
le bassin versant ont été consultés. Il s'agit notamment
du mémoire de fin d'études de B. Grellier, document
relatif à l'évaluation de l'érosion au niveau du MBVB; des
documents d'hydrologie (Complément d'hydrologies par Dr.
Gonomy; Introduction et traitement de données en hydrologie par
Ch. Obled et al.); le bassin versant et son complexe etc. Aussi, des
documents relatifs à ces termes dans d'autres pays ou continents ont
été également consultés. Cette étape a
permis de rassembler les informations générales relatives
à ce travail.
4.1.2. Visite d'exploration
Étant donné qu'il s'agit d'un travail de
recherche à but exploratoire, sa réussite dépend en grande
partie d'une bonne connaissance du milieu d'étude et de la collaboration
active des habitants de la zone. De ce fait, on a parcourue la zone
d'étude du micro bassin versant afin d'avoir une vue globale de la zone.
On a eu des entretiens informels avec des résidents ainsi que le
coordonnateur de terrain, l'Ing.-Agr. Gédéon BERTRAND. Cette
étape a permis d'avoir certaines informations sur l'histoire de la zone,
et de confronter les données cartographiques aux réalités
du terrain.
4.1.3. Collecte de données
Les données climatologiques sont en
général recueillies par des organismes publics tels que le
SNRE/MANRDR, le FIC. Des données pluviométriques ont
été collectées auprès
29
du MARNDR, et du DDAS ainsi que des données
cartographiques auprès du CNIGS. Les données d'actualisation des
cartes ont été collectées sur le terrain. Ces
données ont permis de situer le MBVB, le délimiter et de faire
des analyses afin d'avoir une meilleure compréhension du comportement
hydrologique du MBVB.
4.1.4. Vérification des données
En général, les mesures sont effectuées
avec soin. Néanmoins, il convenait normalement de procéder
à une vérification de l'homogénéité des
données recueillies afin d'éliminer ou de corriger les
relevés défectueux.
Ceci se faisait en comparant les relevés de la station
aux données connues de la région. Pour les pluies, il a fallu
examiner les totaux mensuels et annuels. Par la suite, on vérifie la
constance de la relation des relevés de la station étudiée
par rapport à une station voisine suffisamment fiable pour être
prise comme référence. La méthode utilisée, la plus
usitée, fut la méthode des doubles masses qui peut porter sur des
données relevées sur des intervalles de temps divers tels que
l'année, le mois, la décade, la semaine.
En négligeant ces vérifications, on risquerait
de travailler sur une série non homogène, comportant des
éléments de plusieurs populations statistiques, et les
conclusions seraient erronées.
4.1.5. Cartographie et
photo-interprétation
4.1.5.1. Réalisation des cartes et extraction
du réseau hydrographique
Une carte topographique et des ortho photos ont
été utilisées pour obtenir une vision globale sur la zone
d'étude de manière à recueillir les premières
informations. La délimitation du micro bassin et la réalisation
des cartes (géomorphologie, occupation de sol, etc.) sont
effectuées sur le logiciel ArcGIS.
4.1.5.2. Détermination des
paramètres physiographiques du MBVB
Certains paramètres descriptifs tels que le
périmètre, l'aire, des altitudes (maximale, moyenne et
médiane), la longueur de la rivière principale et celle des cours
d'eau secondaires sont directement déterminées à partir du
logiciel ArcGIS. Les autres paramètres tels que l'indice de
compacité de Gravélius, la pente moyenne du micro
30
bassin, la pente moyenne de la rivière principale, la
densité de drainage et la densité hydrographique sont
calculés à partir des formules présentées dans le
tableau suivant. Tableau 6 : Symbole et formules des paramètres
descriptifs du MBVB
|
Caractéristiques
|
Symbole
|
Formules
|
|
Superficie du micro bassin :
|
A
|
-
|
|
Périmètre du micro bassin :
|
P
|
-
|
|
Longueur totale des courbes de niveau équidistant de 5 m
:
|
? ?? ??
|
Lc1 + Lc2 +....+ Lcn
|
|
Indice de Compacité de Gravélius :
|
KG
|
0.28??
|
|
v??
|
|
Longueur du rectangle équivalent :
|
L
|
KGvA (1.12 2
[1 v1 ) ]
+ -
|
|
1.12 KG
|
|
Largeur du rectangle équivalent
|
L
|
KGvA (1.12 2
[1 v1 ) ]
- -
|
|
1.12 KG
|
|
Altitude maximale :
|
Altmax
|
-
|
|
Altitude moyenne :
|
Hmoy
|
-
|
|
Altitude médiane :
|
Altmed
|
-
|
|
Pente moyenne du micro bassin :
|
imoy
|
??. ????
|
|
??
|
|
Pente moyenne du cours d'eau principal :
|
Pmoy
|
?????????
|
|
??
|
|
Densité de drainage :
|
Dd
|
? ????
|
|
??
|
|
Densité hydrographique :
|
F
|
? ????
|
|
??
|
|
Longueur du bassin versant :
|
Lbv
|
-
|
|
Longueur du cours d'eau principale :
|
L
|
-
|
|
Autres
|
|
|
Lc : Longueur d'une courbe de niveau ; Li : Longueur d'un
cours d'eau ; Ni : Nombre de cours d'eau
4.1.6. Analyse et traitement des données
pluviométriques
Cette étape a permis de définir la
variabilité de la pluie dans le temps au niveau de ce bassin versant. Il
se faisait sur une période plus ou moins longue des dernières
pluies mensuelles moyennes et maximales incidentes au niveau du MBVB.
4.1.6.1. Choix du type de
données
Le choix du type de données est une étape
très importante dans les projets hydrologiques. Ce choix dépend
surtout de l'objectif poursuivi. Dans le cadre de cette étude
réalisée pour le PMDN, dont l'objectif concerne surtout la
protection des versants
L'ajustement est valide pour une probabilité au
dépassement de la valeur calculée du ÷2 supérieure
à la valeur du seuil classique de rejet recommandé en Hydrologie,
qui est de
31
et si possible la construction de retenue sur le BV, les
échantillons d'intérêt sont ceux des pluies maximales et
des pluies moyennes.
4.1.6.2. Choix des lois statistiques et leurs
tests d'ajustement
Le traitement des données en hydrologie fait appel
à un ensemble de familles de lois. Le choix d'une loi est une
opération assez méthodologique en ce sens qu'il faut tester
quelle loi interprète idéalement la tendance de
l'échantillon. Ça passe par l'appréciation de
l'attachement plus ou moins fidèle entre la courbe de la distribution
empirique de l'échantillon et celle de la distribution théorique
de la loi appliquée à cet échantillon-là. Il s'agit
d'un test d'ajustement de cette loi. Ainsi, on a procédé à
des tests sur plusieurs lois. Suite au jugement des faits, on a retenu la loi
normale de « Gauss » pour les pluies moyennes et celle des
extrêmes de « Gumbel » pour les pluies maximales.
4.1.6.3. Test d'adéquation des lois
choisies
Le test d'adéquation de la loi est
réalisé pour voir si l'échantillon peut raisonnablement
être considéré comme tiré d'une population ayant une
certaine distribution de probabilité de cette loi. Si c'est le cas, (si
l'hypothèse est vérifiée) cette distribution de
probabilité pourra être facilement utilisée pour calculer
des valeurs x de probabilité donnée ou les probabilités
associées à des valeurs de x fixées (Obled, 2010).
Pour réaliser ce test, on a choisi le Test Chi 2 de
Pearson. Ce test consiste à comparer l'histogramme empirique de
l'échantillon à l'histogramme que donnerait la loi à
tester. La définition de l'histogramme se fait en divisant
l'échantillon en k classes, en définissant la position et la
probabilité au dépassement à leurs bornes.
On calcule Vi = N [F(x) - F(x-1)], l'effectif donné par
cette loi pour la classe j. Avec F(x), la fonction de
répartition de la loi à tester et N la taille de
l'échantillon. On a défini par la
suite une distance D = ÷2 = ? (????-íi)
2
?? entre les deux histogrammes. Avec nj, le
??=0 íi
nombre d'éléments de la classe j. il
advient que cette distance est d'autant plus grande que l'écart est
grand entre les deux distributions (Obled, 2007).
32
5% pour X = k-1-p degrés de liberté. Avec k, le
nombre de classe, et p le nombre de paramètres de la loi choisie.
4.1.6.4. Traitement statistiques des
données
Le traitement statistique des données consistait
surtout, par l'application des lois qualifiées à
l'échantillon, à la détermination les valeurs des pluies
pour des fréquences de 5 ans, 10 ans, 25 ans, 50 et 100 ans et la
construction des courbes IDF correspondantes.
Normalement, la construction des courbes IDF se fait en
traitant des séries de pluies journalières ainsi que leur
durée, enregistrées sur une longue période (Dr. Gonomy,
Com. Pers.). Malheureusement ces données y font défaut. Puisqu'on
ne dispose pas de données suffisantes sur la pluviométrie
journalière et le temps des pluies, notre construction est basée
sur une analyse statistique des pluviométries mensuelles et des nombres
de jours de pluies par mois disponibles. La pluie journalière est
obtenue en divisant la hauteur de la pluie mensuelle par le nombre moyen
d'épisodes pluvieux par mois. Les séries de pluies mensuelles
moyennes et maximales ont été traitées en utilisant les
lois statistiques de Gauss et de Gumbel pour la détermination des
valeurs de pluies a des fréquences de 5 ans, 10, 25, 50 et 100 ans
habituellement adoptées pour la construction d'ouvrages hydrauliques.
L'hypothèse qu'une hauteur de pluie de fréquence donnée
pouvait avoir lieu à partir d'intensités de pluies
différentes a été considérée. Pour la
construction de la courbe IDF, des durées de pluies différentes
ont été choisies, soit de 15 min, 30 min, 1 h 3h, 6 h, 12 h, 18 h
et 24 h.
4.1.7. Évaluation des
ruissellements
L'évaluation du ruissellement a été faite
dans le but d'étudier la réaction du MBVB face à une
sollicitation. Cette évaluation a été faite par la
détermination d'un coefficient de ruissellement pondéré en
fonction de l'étendue des sous-micros BV, de la couverture
végétale dominante et la pente dominante au niveau de chaque
sous-micro BV. Pour se faire, deux approches ont été
utilisées; l'une basée sur les données
expérimentales et l'autre basée sur les recommandations qui
permettent de fixer le coefficient de ruissellement en fonction de
l'état de surface et de la pente. La détermination du
33
coefficient de ruissellement expérimental a
été faite en divisant le volume qui ruisselle réellement
par le volume d'eau que reçoit le micro BV au cours de
l'épisode.
4.1.8. Estimation des débits de pointes de pluies
périodiques
En fonction des formules mettant en relation le débit (Q)
et la hauteur de la précipitation (P), on a pu déterminer les
débits susceptibles d'être générés par les
pluies périodiques
(P5, P10, P25, P50, P100). Le calcul a été fait
suivant la formule ????(????
????(??)* ????*??(????)
????
?? ) =
où, PT est la pluie mensuelle de période de
retour T et, Cr, A et tp sont respectivement le coefficient de ruissellement
pondéré du micro BV, l'aire du micro BV et la durée de la
pluie. Du fait qu'on n'a eu à notre disposition que des pluies
mensuelles dont la plupart est issue d'extrapolations, on a du
considérer un certain nombre de jours pluvieux par mois. Ce choix a
été surtout basé sur l'historique d'une série de 14
années de pluies au niveau de la région des Cayes (2000-2013).
Entre temps, pour les débits de pointe des pluies moyennes, on a
considéré la moyenne des nombres moyens de jours pluvieux par
mois entre les années. Alors que pour les débits de pointe des
pluies maximales, on a utilisé la moyenne du nombre minimal de jour
pluvieux par mois (les plus fortes intensités possibles). Compte tenu du
fait qu'il peut exister une multitude de possibilités concernant le
temps de la pluie, on se contentait d'y affecter des durées variables
supérieures au temps de concentration théorique. On a
considéré des temps de 15, 30, 45, 60,120 et 180 minutes.
4.1.9. Construction de la courbe de tarage
hauteur-débit
La disposition d'une courbe de tarage hauteur-Débit
caractérisant le comportement hydrologique du BV est très
importante pour l'analyse des rapports entre les pluies probables et les
hauteurs correspondantes au niveau de la section de contrôle. La
construction de cette courbe a été réalisée,
grâce à l'application des formules de détermination des
vitesses de Manning, en faisant varier la hauteur (h) aux centimètres
près au niveau de la section de contrôle, ce qui engendre une
variation proportionnelle du débit (Q).
34
4.1.10. Analyse de l'expression des débits
théoriques à la section de contrôle
Grace à la courbe de tarage hauteur-débit et de
l'échelle limnimétrique au niveau de la section de contrôle
à l'exutoire du micro BV, une relation assez étroite y a
été établie entre la hauteur de l'écoulement et le
débit transité. Le débit maximal correspondant à la
hauteur maximale de la section a été estimé de
façon à identifier ceux pour lesquels il y aurait
débordement. Donc, même après un épisode pluvieux,
il reste possible d'identifier le débit de pointe qui y passait
grâce à la lecture de la marque de l'eau sale sur l'échelle
limnimétrique, encore mieux grâce à un limnigraphe.
4.2. Matériels utilisés
4.2.1. Les équipements de terrain
Ø Un pluviomètre à auget basculeur ;
Ø Une sonde à pression pour la mesure des hauteurs
de l'écoulement ;
Ø Une échelle limnimétrique pour
l'appréciation des hauteurs d'eau ;
Ø Un courantomètre électronique3
pour la mesure des vitesses des écoulements ;
Ø Un ruban métrique, ficelle et marqueur, un
cahier, crayons et plumes ;
Ø Un théodolite et accessoires pour
l'évaluation de la pente moyenne du réseau ;
Ø Un récepteur GPS Garmin et une caméra
numérique.
4.2.2. Les équipements de bureau
Ø Un ordinateur.
4.2.3. Des logiciels d'exploitation et de traitements
des données
Ø OTT-Orphéus mini pour le paramétrage de
la sonde de pression ;
Ø HOBOware pour le paramétrage et l'exploitation
du pluviomètre ;
Ø ArcGis pour la cartographie.
3 Un courantomètre électronique de
marque OTT-MF Pro
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| 
