Définition: étant donné un réseau d'évac - Hal

BASSIN VERSANT 1- Définition. Etant donné un réseau d'évacuation des eaux pluviales,
naturel et ou artificiel, enterré et ou de surface, on appelle bassin
versant l'ensemble constitué par ce réseau et les surfaces qui
potentiellement contribuent à l'alimentation de ce réseau, par
ruissellement de surface des eaux d'origine météorique [1]. Compléments. Un bassin versant est caractérisé par trois composantes
principales:
1- sa limite, l'enveloppe des surfaces potentiellement drainantes et les
extrémités avales du réseau de drainage;
2- son organisation qui peut être reliée à la structure du réseau, à la
distribution surfacique des éléments de drainage etc.;
3- sa composition, les types de recouvrement de surface, et quelques
grandeurs géométriques associées. Le domaine de l'hydrologie urbaine couvre les bassins versants plus ou
moins urbanisés, possédant un réseau de drainage totalement ou
partiellement artificiel, de surface et ou enterré. Il n'existe pas de
limites évidentes entre bassins urbanisés et bassins non urbanisés. Les
agglomérations urbaines se caractérisent plutôt par un continuum du centre
vers la périphérie (si tant est que ces notions de centre et de périphérie
aient encore un sens), avec une diminution de la densité d'urbanisation.
C'est ainsi que la frontière entre hydrologie urbaine et hydrologie
générale, fluviale, de surface, etc., tend à s'amenuiser. Si différence il
y a, elle provient pour une bonne part des domaines de validité pour
lesquels certains modèles ou approches ont été calés [2]. Les réseaux de drainage urbain, qu'ils soient de type séparatif ou non,
drainant des eaux d'origine météorique (la pluie) et des eaux usées
(domestiques et industrielles), le bassin versant est le siège de cinq
phénomènes de base appartenant au cycle de l'eau; la réévaporation, le
stockage en surface, la pénétration en sous sol, le ruissellement de
surface et les écoulements en réseaux. En considérant la circulation et
l'évacuation des eaux pluviales, le bassin versant est un système au sein
duquel se réalise un processus qui transforme une pluie précipitée en
débits évacués par un réseau de drainage artificiel ou non. Ce processus
est classiquement représenté par deux opérateurs, une fonction de
production qui détermine la part de l'eau pluviale recueillie par le réseau
de drainage, une fonction de transfert qui représente le rôle du réseau sur
l'écoulement de cette eau vers l'aval du bassin versant [3]. Précisons que cette notion de bassin versant est à distinguer des notions
classiques en hydrologie de surface, que sont les bassins expérimentaux et
les bassins représentatifs [4]
L'urbanisation croissante des bassins versants a eu un impact considérable
sur le cycle de l'eau, tant au niveau quantitatif qu'au niveau qualitatif.
L'imperméabilisation des sols favorise le ruissellement de surface au
détriment d'une infiltration en direction des nappes phréatiques,
augmentant ainsi la part des volumes précipités, recueillie par les réseaux
de drainages naturels et artificiels. Cette imperméabilisation et le
remplacement des réseaux naturels par des réseaux artificiels ont
considérablement accru les vitesses de propagation, par diminution des
temps de concentration [5]. Les réseaux d'égouts concentrent dans le temps
et dans l'espace les effluents d'origine météorique; cela se traduit par de
forts débits de pointe, associés aux événements pluvieux plus ou moins
importants.
D' un point de vue qualitatif, l'urbanisation des bassins versants a un
impact sans cesse croissant sur la qualité des eaux d'origine météorique,
qui par lavage du sol urbain, concentre brutalement tout un ensemble de
polluants (métaux lourds, matières en suspension, etc..).
Le bassin versant, tout en étant l'unité de base de l'hydrologie urbaine,
tant quantitative que qualitative, devient un élément essentiel des
politiques urbaines, chargées de maîtriser les impacts environnementaux de
l'urbanisation. 2- Historique. Rappelons brièvement que l'Encyclopédie de Diderot du dix-
huitième siècle ne fait pas mention de la notion de bassin versant;
l'hydrologie est "cette partie de l'histoire naturelle qui s'occupe de
l'examen des eaux en général, de leur nature et propriété" [6]. La notion
de bassin versant fut forgée de façon quasi définitive au cours du dix-
neuvième siècle, avec le développement de l'hydrologie de surface. En effet
cette notion fut bâtie afin de pouvoir élaborer un schéma expliquant
l'apparition des débits et volumes d'eau, mesurés et observés sur les
réseaux fluviaux; les premières mesures de débits en réseaux fluviaux
datent de cette époque: premier jaugeage du Rhin en 1867[7]. Il s'en suit
l'élaboration des premières formules de calcul permettant de relier
intensités pluvieuses et débits écoulés en une section d'un réseau de
drainage ( formule rationnelle dit "américaine" par exemple, basée sur la
multiplication d'une valeur d'intensité moyenne de pluie par une valeur de
surface, tout ou partie de celle du bassin versant considéré). C'est au
cours de ce siècle, que vont naître les premières formules et méthodes
autorisant une approche rationalisée pour la conception et la réalisation
du tout à l'égout. Ces méthodes et formules sont à la base de l'hydrologie
urbaine [8]. Elle empruntera à l'hydrologie de surface la notion de bassin
versant, le réseau d'égouts remplaçant tout ou partie des réseaux de
drainage "naturel" afin d'améliorer l'assainissement urbain. Si la notion
même de bassin versant, qualifié de bassin d'apport par P. Koch (cf. note
8), est quasi stable depuis le siècle dernier, par contre l'évolution de la
modélisation des phénomènes hydrologiques, le développement de nouvelles
technologies de calcul, les questions nouvelles auxquelles est confronter
la science de l'hydrologie urbaine, la complexité de la morphologie des
réseaux de drainage artificiel, vont sensiblement modifier l'intérêt de
cette notion, sans pourtant en diminuer la portée. En effet, si l'on s'en
réfère à l'hydrologie de surface, la notion de bassin versant est associée
à un réseau de drainage (naturel), dont la structure est ramifiée,
débouchant ainsi sur un seul élément de drainage (l'exutoire), auquel est
associé un bassin d'apport, qui englobe cet élément et tout son réseau
aval. La définition que nous avons donnée du bassin versant est référée à
cette origine historique. Si l'on considère la seule morphologie des
réseaux de drainage artificiel urbain, surtout lorsqu'ils sont de type
unitaire, il faut bien convenir que leur structure s'est quelque peu
éloignée de cette forme strictement ramifiée. Le principe du maillage
s'étant développé, étant même constitutif des premiers grands réseaux
d'égouts urbains, la notion élémentaire de bassin versant ne peut plus être
appliquée avec la même rigueur. Un réseau urbain peut présenter de
multiples exutoires, à chacun desquels il est quasiment impossible
d'associer une surface d'apport clairement définie; à moins de considérer
le tout, c'est à dire l'ensemble des exutoires et le réseau qui les
dessert. Pour rendre compte de cette complexité structurelle, il faut faire
appel à une définition complémentaire du bassin versant qui s'apparente
plus à celle élaborée et proposée par l'hydraulique, qu'à celle proposée
par l'hydrologie fluviale. Le bassin versant devient alors un objet dont la
structure d'écoulement est configurée par un réseau de drainage fortement
maillé, avec plusieurs exutoires et éventuellement de multiples entrées
situées à l'amont, si le réseau considéré est un sous réseau, constitué par
un ensemble de coupures amont sur un réseau englobant afin d'en délimiter
une zone particulière d'étude. Le développement des nouvelles technologies
de calcul, l'usage de modèles de propagation issus de l'hydrodynamique, la
construction de modèles de transfert de flux s'appuyant sur une approche
"réservoir" autorisent la constitution de tels ensembles (réseaux plus
surfaces drainantes) qui ne coïncident plus avec la définition classique
que nous avons donnée du bassin versant qui, rappelons le, en hydrologie de
surface, est un tout possédant un seul exutoire [9]. 3- Intérêt. En hydrologie urbaine, la notion de bassin versant présente au
moins deux intérêts.
Tout d'abord, le bassin versant est l'unité spatiale à partir de laquelle
est définie l'organisation globale d'un réseau de drainage d'une
agglomération urbaine. En effet, les réseaux qu'ils soient séparatifs ou
non, ont un fonctionnement hydrologique et hydraulique dont le moteur
traditionnel est la gravité. L'espace urbain est alors découpé en bassins
versants, définis comme étant le lieu géométrique des points de l'espace où
les précipitations sont susceptibles de contribuer au ruissellement en
direction du réseau de drainage qui possède ou possèdera un ou plusieurs
exutoires situés à l'aval du réseau. Cette définition du bassin versant
qui, par exemple, sert à concevoir l'organisation d'un réseau eau pluviale
urbain, s'apparente fort logiquement à la définition donnée par
l'hydrologie générale. Le découpage en bassins versants relève d'une
approche topographique et hydrographique du milieu. Il instrumentalise la
notion de limite; un bassin versant est délimité en amont par ses lignes de
crêtes (mouvement anticlinal) et à l'aval par ses lignes de thalweg
(mouvement synclinal). Cependant il faut bien convenir que