L’eau, ce bien commun si précieux et si capricieux

Publié par Encyclopédie Environnement, le 16 avril 2019   590

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Avec la fonte des neiges le débit de nombreux cours d’eau donne lieu à des crues, qui peuvent être amplifiées par les pluies printanières. Dans les régions montagneuses, les débits des torrents et des rivières souterraines deviennent alors importants. Au fond des vallées, la morphologie des cours d’eau risque d’être bouleversée. En plaine, des méandres se forment et s’amplifient. Comment les eaux de surface et celles des nappes souterraines sont-elles reliées ? Comment utiliser au mieux ces eaux ? Peut-on prévoir les risques d’inondation ? Quels sont les aménagements susceptibles de limiter l’ampleur d’un tel phénomène, voire d’éviter qu’il devienne catastrophique ?

 

La morphologie du lit d’un cours d’eau

Le débit d’un torrent, d’une rivière ou d’un fleuve peut varier fortement et la forme de son lit reflète ces aléas souvent saisonniers. Schématiquement, on distingue un lit d’étiage où se concentrent les basses eaux, un lit mineur où l’eau circule la plupart du temps, limité par des talus qui constituent les berges, et un lit majeur ou lit d’inondation dont les limites sont celles des plus hautes eaux connues, en général celles des crues centennales.

 

Illustration schématique du lit d’un cours d’eau [Source: © Hervé Piegay] ]


 

Ce lit véhicule avec l’eau divers matériaux, graviers, galets, végétaux, tronc d’arbres, arrachés quelque part à l’amont, où la pente et la vitesse sont fortes, et déposés à l’aval, quelques fois à des centaines de kilomètres, dans une plaine à faible pente où la rivière s’étale, élargit son lit et dépose sa charge solide. Alors qu’à l’amont la puissance du torrent lui permet de se creuser un chenal presque rectiligne, à l’aval son parcours devient sinueux et donne lieu à des méandres. Ceux-ci résultent d’une instabilité du lit. Dès qu’une courbure est amorcée, la force centrifuge pousse les matériaux les plus lourds vers le côté convexe et, comme des boutoirs, ceux-ci attaquent et creusent la berge, augmentant ainsi un peu plus à chaque crue l’amplitude du méandre. Au contraire, du côté concave, la vitesse est plus faible, le sable et les galets se déposent et forment les plages bien visibles en période d’étiage. Cette dynamique fluviale peut conduire à la formation d’îles et de chenaux qui constituent un système en tresses où se développent des habitats variés sur les dépôts aérés comme l’aulne blanc, le peuplier noir, l’argousier et la myricaire (Voir l'article Paysages alluviaux alpins et biodiversité).
                


Les méandres de l’Ain. Dans cette plaine alluviale interviennent également des échanges entre les flux d’eau, les flux de sédiments et la végétation. Un très forte biodiversité est observée dans cet écosystème avec des habitats stabilisés et des communautés végétales adaptées aux variations du niveau et du lit fluvial [Source : R. Montagnon pour UMR 5600 EVS].


L’eau que l’on voit s’écouler dans les rivières ou stagner dans des lacs est souvent associée à une nappe souterraine, sorte de réservoir pour l’alimentation en eau potable et pour l’irrigation. Entre ces deux domaines les échanges ne sont pas à sens unique. En toute saison des infiltrations à travers les sols alimentent les nappes. En été des remontées par capillarité permettent d’apporter aux plantes un élément essentiel à leur croissance ; en hiver l’écoulement se fait des nappes aquifères vers les rivières.

 

Les crues

Deux catégories de crues affectent les plaines alluviales. Certaines résultent de pluies continues sur l’ensemble d’un bassin versant et conduisent par infiltration à une alimentation excessive des nappes souterraines. Ces crues s’accompagnent à la fois d’un débordement des cours d’eau et d’une évacuation impossible dans les sols saturés en eau. La hauteur d’eau dans les zones inondées dépend essentiellement des capacités d’évacuation par écoulement vers l’aval. Il s’agit par exemple des crues de la Seine, particulièrement importantes avant la création en amont de barrages et de réservoirs, ou de celle du Danube en 2013. Ces crues n’ont pas que des effets dévastateurs, elles peuvent régénérer des tiges et des branches enfouies dans les sédiments. Certaines plantes comme les saules et les peupliers font mieux que résister aux contraintes imposées par les crues puisqu’elles profitent d’elles pour disséminer leurs graines et se reproduire (Voir l'article Paysages alluviaux alpins et biodiversité). 

L’autre catégorie de crues comprend celles de type cévenol, typiques du Bassin Méditerranéen. Elles résultent de la présence d’un front entre, d’une part une dépression marine venant du sud amenant des masses d’air humides et chaudes, et d’autre part une masse d’air froid présente sur les reliefs. La basse température et la basse pression au voisinage des sommets provoquent une condensation, la formation de lourds nuages et des pluies. Lorsque cette situation météorologique se bloque pendant plusieurs jours sur un territoire d’étendue assez limitée on peut obtenir des cumuls de pluies de 500 à 600 l/m2 qui conduisent à des crues localisées très violentes et dévastatrices, comme celle de Nîmes en 2002 ou celles subies par la vallée de l’Aude en octobre 2018. Ces phénomènes dévastateurs peuvent devenir catastrophiques, tout particulièrement dans les pays en voie de développement, qui ne disposent pas des infrastructures nécessaires pour y faire face.

 

Des barrages sur les torrents et le long des fleuves

Dans le cas des torrents l’origine des aléas est liée à un excès de transport solide plutôt qu’à un excès de débit liquide (voir l'article Des barrages sur les torrents, pourquoi ?). Les conséquences (coulées de boue, inondations, dépôts sédimentaires, ravinements) résultent d’une fourniture sédimentaire dépassant la capacité de transport de l’écoulement, qui est elle-même fortement corrélée à la pente des tronçons. Le reboisement fut longtemps le moyen de protection le plus utilisé, mais depuis la fin du 19e siècle la construction de barrages de petite taille, adaptés aux crues torrentielles, s’est imposée. Elle permet de retenir des sédiments dans le tronçon amont, de consolider les versants en ralentissant les glissements de terrains, et de réguler le transport solide vers l’aval.

 

Barrages de rétention des dépôts morainiques dans le ravin des Arandelys en amont de l’Arve.


Le long des fleuves les barrages ont des fonctions multiples, depuis la régulation de leur débit, jusqu’à des usages très complémentaires pour la production d’énergie hydroélectrique, pour l’irrigation des terres arables voisines, pour la navigation et pour le tourisme. Ils sont quelques fois grandioses comme ceux construits le long du Rhône depuis la seconde guerre mondiale qui ont profondément transformé cette vallée devenue un immense verger. Ce fleuve initialement fantasque aux crues parfois dévastatrices est devenu une voie navigable, accessible aux péniches de gabarit européen, ainsi qu’un couloir autoroutier à grand débit, lui aussi à l’échelle européenne.


Barrage de Donzère-Mondragon, construit par la Compagnie nationale du Rhône entre 1947 et 1952, équipé de 8 turbines Kaplan qui peuvent produire 2140 GWh/an, doté d’une écluse au gabarit européen ainsi que d’une passe à poissons permettant à la faune de passer le barrage dans les deux sens. [Source : Iguanebobo [Public domain]]


   

La mesure du débit des rivières

C’est à la fin du Moyen-âge que Léonard de Vinci a réalisé les premières mesures et c’est au 18e siècle que les premiers relevés systématiques de niveau et de vitesse furent effectués. En 1732 Henri Pitot inventait le tube de Pitot, dispositif qui permit notamment de jauger la Seine lors de la grande crue de 1910 et qui équipe aujourd’hui les avions les plus modernes. Mais cette mesure quasi-ponctuelle ne fournit pas le débit, quantité globale et fortement variable. Ainsi celui du fleuve africain Chari, dont la valeur moyenne est proche de 1200 m3/s à son débouché dans le lac Tchad, peut passer de 150 à 3000 m3/s au cours d’une même année.

 

À gauche schéma d’un déversoir permettant de déduire le débit d’une mesure de l’épaisseur de la lame située sous la flèche rouge ; à droite une image de cet écoulement marqué par la présence d’un ressaut hydraulique situé à l’aval du seuil, producteur de remous et d’une grande perte d’énergie [Source: crédit photo EDF DTG]


 

Or la connaissance des débits des rivières est devenue une nécessité, aussi bien pour permettre de dimensionner les ouvrages, comme les barrages et les digues, qui permettent de maîtriser les cours d’eau, que pour la protection des biens et des personnes par l’annonce des crues. Seule cette connaissance permet d’optimiser le partage de l’eau entre différents usages : énergie, irrigation, préservation des milieux naturels, eau potable, loisirs. Des techniques à la fois sophistiquées et précises ont donc été développées, résumées dans un article de l’encyclopédie de l’environnement cité dans la légende de la figure ci-jointe. Le nom d’hydrométrie a été donné à cette discipline scientifique plus complexe qu’on ne pourrait le penser qui aboutit à une estimation du débit à partir de quelques mesures.  

Au cours des dernières décennies, dans les pays développés, des techniques d’enregistrement permanent et de télétransmission ont été mises au point, de sorte que les données sont centralisées dans des services publics de façon à gérer au mieux ce bien commun qu’est l’eau, à anticiper les crues pour limiter leurs conséquences catastrophiques, mais aussi à parer aux éventuelles sécheresses par des stockages préventifs appropriés. Dans de nombreux pays soumis aux moussons (Inde, Pakistan, Viet-Nam, à titre d’exemples), la maîtrise de l’eau constitue une sorte de préalable à leur développement.

 

L’eau cause de conflits

La presse nous rappelle souvent que ce bien commun peut être la source de conflits importants, lorsqu’un partage de la ressource en eau entre États ou entre usagers est nécessaire. Concernant les États, sont particulièrement concernés les problèmes de droits d’eau qui résultent de la construction de barrages. Ceux-ci permettent des prélèvements à l’amont et limitent le débit et l’alimentation dans les territoires situés à l’aval. Citons, par exemple, les régions frontalières entre Turquie–Irak pour l’Euphrate, Soudan–Egypte pour le Nil, Chine–Laos pour le Mékong, Jordanie-Israël pour le Jourdain. Pour tous les usages de l’eau (industrie, agriculture, alimentation domestique, pêche, tourisme), ces prélèvements sont souvent favorables aux territoires situés à l’amont, mais au contraire défavorables à ceux situés à l’aval. En revanche, ces derniers peuvent être protégés des crues.

 

 

Ce billet a été proposé par  

René Moreau,
Professeur émérite, membre de l’Académie des sciences et de l’Académie des technologies, laboratoire SIMaP, UGA, et Georges Vachaud, Directeur de recherche émérite, IGE, UGA, co-éditeurs de http://www.encyclopedie-environnement.org




Ce travail a été réalisé grâce au soutien financier d'UGA Éditions dans le cadre du programme "Investissement d'avenir", géré par l'Agence nationale de la Recherche.