Approche géomatique pour simuler l'érosion hydrique et le transport des sédiments à l'échelle des petits bassins versants agricoles.

Duchemin, Marc (2000). Approche géomatique pour simuler l'érosion hydrique et le transport des sédiments à l'échelle des petits bassins versants agricoles. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 334 p.

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Résumé

L'érosion hydrique est un phénomène naturel qui peut s'aggraver sous l'action combinée de conditions climatiques et anthropiques particulières. L'importance de cette forme de pollution diffuse est souvent mesurée par les quantités de sédiments exportés à l'exutoire .des bassins versants. De façon générale, l'érosion hydrique dépendra de l'importance et de la fréquence des agents d'érosion (pluie et ruissellement), des types de sols, de la topographie et de l'occupation du territoire. L'utilisation des modèles mathématiques permet de tenir compte de ces paramètres. Plusieurs travaux effectués sur l'érosion et le transport des sédiments portent sur des parcelles ou des champs. Des efforts restent cependant à être déployés en ce qui concerne les études de modélisation à l'échelle des bassins versants compte tenu des masses d'informations hétérogènes qu'il faut alors manipuler. L'évaluation de l'érosion hydrique et du transport des sédiments à l'échelle d'un bassin versant demande donc d'investir dans des études de simulation qui tiennent davantage compte de la dimension spatiale et temporelle. Pour effectuer ces études, on se doit de quantifier le mouvement de l'eau et des sédiments à travers le bassin versant. Une telle investigation nécessite le développement d'une approche analytique multidisciplinaire qui vise à simuler la production et le cheminement de l'eau (débit et ruissellement) et des sédiments (érosion et solides en suspension) de l'amont vers l'aval d'un bassin versant. Cette procédure exige l'emploi d'outils d'analyse de plus en plus sophistiqués. Le recours aux modèles hydrologiques à distribution spatiale et aux systèmes d'information géographique (SIG) est alors de mise. Par l’utilisation conjointe de ces outils, il devient possible d'analyser une grande quantité de données susceptibles de définir l'environnement physique d'un bassin versant. L'objectif principal de ce projet de recherche consiste à développer et appliquer une approche géomatique de simulation qui vise à évaluer, dans le temps et l'espace, l'impact du climat et de l'occupation du territoire sur l'érosion hydrique et le transport des sédiments vers l'exutoire d'un petit bassin versant agricole. Elle rend également possible l'identification des secteurs du bassin versant les plus touchés par le problème d'érosion/sédimentation et où un effort local d'évaluation et d'intervention pourrait éventuellement être porté afin de réduire les pertes de sols. Un modèle d'érosion hydrique et de transport des solides en suspension (MODÉROSS) a été développé et couplé au modèle hydrologique CEQUEAU. Le modèle MODÉROSS a été construit à partir d'algorithmes provenant de différents modèles d'érosion hydrique déjà existants. Le produit final de ce couplage (progiciel CEQÉROSS) simule la production et le transfert de l'eau et des sédiments, de l'amont vers l'aval d'un bassin versant. Un effort a été prodigué afin d'automatiser l'acquisition et la gestion des données utiles au fonctionnement de CEOÉROSS. Les macro-commandes du système d'information géographique IDRISI ainsi que son système de gestion de données ont été largement utilisés à cette fin. Les principales étapes de la démarche géomatique de simulation sont: segmentation du bassin versant en unités spatiales de calcul relativement homogènes (i.e. USC); détermination des caractéristiques climatiques, hydrologiques, topographiques, pédologiques et d'occupation du territoire des USC; définition du réseau de drainage; évaluation de la production de sédiments au sol et en rivière; estimation de la capacité de transport de l'écoulement; estimation de la charge et de la concentration des solides en suspension et transfert des sédiments vers l'aval du bassin versant. Les calculs s'effectuent au niveau de l'USC et de la journée. La procédure proposée nécessite le calage de paramètres de façon à reproduire le mieux possible les débits, les charges et les concentrations de solides en suspension mesurées quotidiennement. La démarche méthodologique proposée a été appliquée sur un petit bassin versant agricole de 78 ha localisé à Lennoxville, dans la région de Sherbrooke, au Québec (Canada). Les valeurs calculées (i.e simulation) des débits, des concentrations et des charges solides en suspension ont été comparées, graphiquement et statistiquement, aux valeurs mesurées (i.e. observation) à l'exutoire du bassin versant au cours des années hydrologiques d'octobre 1991 à septembre 1992 (période de calage) et d'octobre 1992 à septembre 1993 (période de validation). L'examen des hydrogrammes et des sédimentogrammes journaliers pour ces périodes révèle un excellent ajustement des débits et des charges solides simulés et observés. La comparaison des concentrations journalières de solides en suspension observées et simulées montre cependant des écarts considérables dûs à la grande variabilité naturelle du transport sédimentaire à l'échelle des petits bassins versants. Ces écarts sont toutefois réduits si on ramène la comparaison à une échelle temporelle (i.e. mensuelle, annuelle) mieux adaptée au contexte d'une gestion de la pollution diffuse à l'échelle des bassins versants agricoles. L'approche géomatique de simulation proposée dans cette thèse peut donc être utilisée pour évaluer l'impact du climat et de l'occupation du territoire sur l'érosion hydrique et le transport de solides en suspension d'un petit bassin versant. Localement, cette approche permet de cibler les secteurs d'un bassin• versant les plus touchés par ces phénomènes et où une intervention à court ou moyen terme peut s'avérer adéquate pour réduire les problèmes de pollution diffuse. De plus. le modèle d'érosion hydrique et d~ transport de solides en suspension développé dans le cadre de ce projet reproduit convenablement le comportement saisonnier de "érosion hydrique et du transport sédimentaire à l'embouchure du bassin versant étudié. Finalement, nous croyons que cette approche s'inscrit favorablement à l'intérieur d'un ensemble d'outils d'analyses destinés à gérer globalement les ressources eau et sol à l'échelle des petits bassins versants ruraux.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Lachance, Marius
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Morin, Guyet Lagacé, Robert
Mots-clés libres:	MODÉROSS; CEQUEAU; CEQÉROSS; bassin versant agricole; érosion; modélisation
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	20 août 2012 19:02
Dernière modification:	05 mai 2023 13:46
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/316

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