L'hydrométrie regroupe les techniques de mesure du débit des cours d'eau, indispensables pour établir le bilan hydrologique d'un bassin versant et pour dimensionner les ouvrages de captage. Ce chapitre présente le jaugeage, la courbe de tarage, l'hydrogramme de crue et l'équation du bilan hydrique, qui relie précipitations, écoulement, évapotranspiration et infiltration.
1. Le jaugeage et la mesure du débit
Le débit d'un cours d'eau est le volume d'eau qui traverse une section donnée par unité de temps. Le jaugeage est l'opération de mesure directe de ce débit à un instant donné, en une station donnée. La méthode la plus classique, le jaugeage au moulinet, consiste à mesurer la vitesse du courant en plusieurs points d'une section transversale (le moulinet compte le nombre de tours de son hélice par unité de temps, proportionnel à la vitesse), puis à intégrer vitesse et surface sur toute la section. Le jaugeage par dilution injecte un traceur (sel, colorant) à débit ou en masse connue et mesure sa dilution à l'aval : il convient bien aux cours d'eau turbulents où le moulinet est inutilisable.
Comme le jaugeage direct est ponctuel et coûteux, on établit à chaque station une courbe de tarage, qui relie la hauteur d'eau (facilement mesurée en continu par une échelle limnimétrique ou un limnigraphe) au débit (obtenu par une série de jaugeages couvrant toute la gamme des hauteurs observées). Une fois établie et régulièrement contrôlée, cette courbe permet de convertir en continu les hauteurs enregistrées en débits, sans jauger en permanence.
2. L'hydrogramme et la réponse du bassin
L'hydrogramme est la courbe du débit d'un cours d'eau en fonction du temps à une station donnée. Lors d'un épisode pluvieux, il présente une phase de montée (le débit augmente), un pic de crue, puis une décrue qui se prolonge par la courbe de tarissement, correspondant à la vidange progressive des réserves souterraines qui soutiennent le débit de base entre deux pluies. Le temps de concentration est le temps nécessaire à une goutte tombée au point le plus éloigné du bassin pour atteindre l'exutoire ; il dépend de la taille, de la forme et de la pente du bassin, ainsi que de son réseau hydrographique.
Le rapport entre le volume écoulé en surface et le volume précipité définit le coefficient de ruissellement, très variable selon l'occupation du sol, la pente et l'intensité de la pluie : il est faible sur un bassin très perméable et boisé, élevé sur un bassin imperméabilisé (zone urbaine, sols compactés).
3. Le bilan hydrologique d'un bassin versant
Le bilan hydrologique exprime, sur une période et un bassin donnés, l'égalité entre les entrées et les sorties d'eau, en tenant compte de la variation des réserves : P = ETR + R + I ± ΔS, où ΔS représente la variation du stock d'eau dans le bassin (sol, nappe, neige) entre le début et la fin de la période considérée. Sur une année hydrologique complète et pour un bassin sans échange souterrain notable avec l'extérieur, on considère souvent ΔS négligeable, ce qui simplifie le bilan à P = ETR + écoulement total.
L'établissement du bilan hydrique nécessite de connaître, en plus des précipitations et du débit mesuré à l'exutoire, une estimation fiable de l'évapotranspiration réelle — souvent la donnée la plus incertaine du bilan, car elle ne se mesure pas directement à grande échelle et doit être estimée par des formules empiriques ou déduite du bilan lui-même par différence.
Relation, établie par une série de jaugeages, entre la hauteur d'eau mesurée en continu à une station et le débit correspondant du cours d'eau.
Rapport entre le volume d'eau ruisselé en surface et le volume d'eau précipité sur le bassin ; il augmente avec l'imperméabilisation du sol et l'intensité des pluies.
| Méthode | Principe | Contexte d'usage |
|---|---|---|
| Moulinet | Vitesse ponctuelle × surface de section | Cours d'eau à écoulement régulier, accessible |
| Dilution d'un traceur | Mesure de la dilution d'un traceur injecté | Cours d'eau turbulents, torrents |
| Courbe de tarage | Hauteur ↔ débit, calée par jaugeages | Suivi continu en station |
Méthodes de jaugeage des cours d'eau
- Jaugeage = mesure ponctuelle du débit (moulinet ou dilution) ; courbe de tarage = conversion continue hauteur → débit.
- Hydrogramme : montée, pic de crue, décrue puis tarissement soutenu par les réserves souterraines.
- Temps de concentration = durée pour qu'une goutte du point le plus éloigné atteigne l'exutoire.
- Bilan hydrologique : P = ETR + R + I ± ΔS ; ΔS souvent négligé sur une année hydrologique complète.
- Coefficient de ruissellement élevé en zone imperméabilisée, faible en bassin perméable et boisé.
Les examens marocains demandent souvent d'écrire et de commenter l'équation du bilan hydrologique, et de justifier pourquoi ΔS peut être négligé sur un cycle annuel complet. Sais aussi décrire les phases d'un hydrogramme de crue et expliquer le principe de la courbe de tarage. Piège classique : confondre coefficient de ruissellement et coefficient d'infiltration, qui ne sont pas complémentaires à eux seuls (il faut aussi compter l'évapotranspiration).