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Page sur 14 Chap 10 ELEMENTS DE BASE DE L’HYDROLOGIE (HUMIDITE, PRECIPITATION, REGIME, DEBIT…) - Décrire et expliquer le cycle de l’eau ; Décrire et expliquer le mécanisme de formation des précipitations ; Présenter les types de précipitations ; Présenter les différents régimes de cours d’eau ; INTRODUCTION L’hydrologie est une science qui a pour objet l’étude de l’eau et de sa circulation naturelle la surface de la Terre L’hydrologie étudie l’eau sous ses trois états (liquide, solide, gazeux) : l’eau liquide s’évapore, la neige se sublime1 ou retourne l’état liquide, la vapeur d’eau se condense et les précipitations tombent en pluie ou en neige qui alimentent les cours d’eau et les glaciers ; ceux-ci s’écoulent la surface des continents et ramènent l’eau l’océan mondial En hiver ou dans les régions froides (hautes montagnes ou hautes latitudes), le sol peut contenir de l’eau congelée Le cycle de l’eau est commandé par ses changements d’états incessants I- LE CYCLE DE L’EAU Cycle de l'eau (schéma global) Sous l'action de l'énergie solaire, l'eau, dans un mouvement incessant, s'évapore et retombe sous forme de pluie, de neige ou de grêle, s'infiltre ou ruisselle sur les continents ; après un temps de séjour plus ou moins long (stockage) dans les végétaux, les sols, les nappes souterraines, les glaciers et les cours d'eau, elle rejoint l'océan, qui présente une immense surface d'ộvaporation â Microsoft Corporation Tous droits rộservộs Microsoft đ Encarta đ 2009 â 1993-2008 Microsoft Corporation Tous droits rộservộs Sublimation : chimie transformation directe (d'un corps) de l'état solide l'état gazeux sans passage intermédiaire l'état liquide Page sur 14 A- Définition C’est la circulation continue et permanente de l’eau dans l’atmosphère, la surface et dans le sous-sol de la Terre Le cycle hydrologique est un concept qui englobe les phénomènes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la terre Cette définition implique que les mécanismes régissant le cycle hydrologique ne surviennent pas seulement les uns la suite des autres, mais sont aussi concomitants Le cycle hydrologique n'a donc ni commencement, ni fin B- Le mécanisme Sous l'effet du rayonnement solaire, l'eau évaporée partir du sol, des océans et des autres surfaces d'eau, entre dans l'atmosphère L'élévation d'une masse d'air humide permet le refroidissement général nécessaire pour l'amener saturation2 et provoquer la condensation3 de la vapeur d'eau sous forme de gouttelettes constituant les nuages, en présence de noyaux de condensation Puis la vapeur d'eau, transportée et temporairement emmagasinée dans les nuages, est restituée par le biais des précipitations aux océans et aux continents Une partie de la pluie qui tombe peut être interceptée par les végétaux puis être partiellement restituée sous forme de vapeur l'atmosphère La pluie non interceptée atteint le sol Suivant les conditions données, elle peut alors s'évaporer directement du sol, s'écouler en surface jusqu'aux cours d'eau (ruissellement de surface) ou encore s'infiltrer dans le sol Il peut aussi y avoir emmagasinement temporaire de l'eau infiltrée sous forme d'humidité dans le sol, que peuvent utiliser les plantes Il peut y avoir percolation vers les zones plus profondes pour contribuer au renouvellement des réserves de la nappe souterraine Un écoulement partir de cette dernière peut rejoindre la surface au niveau des sources ou des cours d'eau L'évaporation partir du sol, des cours d'eau, et la transpiration des plantes complètent ainsi le cycle Le cycle de l'eau est donc sujet des processus complexes et variés parmi lesquels nous citerons les précipitations, l'évaporation, la transpiration (des végétaux), l'interception, le ruissellement, l'infiltration, la percolation, l'emmagasinement et les écoulements souterrains qui constituent les principaux chapitres de l'hydrologie Ces divers mécanismes sont rendus possibles par un élément moteur, le soleil, organe vital du cycle hydrologique Le cycle de l’eau peut être décomposé en quatre processus distincts : stockage, évaporation, précipitation et ruissellement L’eau peut être stockée temporairement dans le sol, les océans, les lacs et les rivières, ainsi que dans les calottes glaciaires et les glaciers Elle s’évapore depuis la surface terrestre, se condense en nuages, retombe sous forme de précipitations (pluie ou neige) sur les continents et les océans, puis s’écoule, ruisselle et, nouveau, est stockée ou s’évapore dans l’atmosphère 1- Les précipitations Sont dénommées précipitations toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (bruine4, pluie5, averse6) que sous forme solide (neige7, grésil8, grêle9) et les précipitations déposées ou occultes (rosée10, gelée blanche11, givre12, ) Etat dans lequel vapeur et liquide peuvent coexister en équilibre Exemple : la saturation de l'air Passage de l'état gazeux l'état solide Exemple : la condensation de la vapeur d'eau Processus par lequel le volume d'un gaz diminue et sa densité augmente, en général par liquéfaction, comme dans le cas de la buée, condensée partir de la vapeur d'eau En météorologie : pluie fine et froide La brume est un amas de vapeurs plus ou moins dense qui flotte audessus de la surface de la terre ou de la mer Le brouillard est un nuage produit près du sol par la concentration de fines gouttelettes d'eau en suspension dans l'air Précipitation atmosphérique sous forme de gouttes d'eau Précipitation atmosphérique abondante, soudaine et qui ne dure pas longtemps Page sur 14 Elles sont provoquées par un changement de température ou de pression La vapeur d'eau de l'atmosphère se transforme en liquide lorsqu'elle atteint le point de rosée13 par refroidissement ou augmentation de pression Pour produire la condensation14, il faut également la présence de certains noyaux microscopiques, autour desquels se forment des gouttes d'eau condensées La source de ces noyaux peut être océanique (chlorides, en particulier NaCl produit par l'évaporation de la mer), continentale (poussière, fumée et autres particules entrnées par des courants d'air ascendants) ou cosmiques (poussières météoriques) Le déclenchement des précipitations est favorisé par la coalescence des gouttes d'eau L'accroissement de poids leur confère une force de gravité suffisante pour vaincre les courants ascendants et la turbulence15 de l'air, et atteindre le sol Enfin, le parcours des gouttes d'eau ou des flocons de neige doit être assez court pour éviter l'évaporation totale de la masse Les précipitations sont exprimées en intensité (mm/h) ou en lame d'eau précipitée (mm) (rapport de la quantité d'eau précipitée uniformément répartie sur une surface) En moyenne, les précipitations quotidiennes représentent environ 300 km3 Approximativement deux tiers s’évaporent nouveau dans l’atmosphère, le reste alimentant le débit des rivières avant de retourner l’océan Des orages 16 isolés peuvent donner d’énormes quantités de précipitations Ainsi, si un système de basses pressions hivernales provoque, pendant sa durée de vie de plusieurs jours, la chute de quelque 100 km3 d’eau sur la Terre, un violent orage peut déverser 0,1 km3 d’eau en l’espace de quelques heures sur une région très limitée 2- Evaporation et évapotranspiration Précipitation de cristaux de glace transparents qui tombent des nuages en flocons blancs et légers La neige se forme autour de noyaux de congélation — poussières ou d'autres petites particules dans l'atmosphère — quand la vapeur d'eau se condense des températures situées en dessous du point de congélation Les cristaux partiellement fondus se collent les uns aux autres pour former des flocons de neige, qui peuvent parfois mesurer de 10 cm de diamètre Précipitation hivernale formée de pluie partiellement gelée type de précipitation formée de pluie partiellement gelée Par temps froid, quand la pluie pénètre une couche d'air très froid proximité du sol, elle gèle et se convertit en neige fondue Cependant, la pluie ne gèle pas entièrement avant d'atteindre le sol La neige fondue est habituellement accompagnée de pluie givrante ou de neige Quand ce type de précipitation tombe sur les câbles téléphoniques ou les branches d'arbre glacées, elle forme une couche de glace blanc opaque Précipitation sous forme de grains de glace et de neige habituellement associées en couches alternées 10 Condensation de la vapeur d'eau sous forme de gouttelettes déposées sur les surfaces froides, le plus souvent pendant les nuits frches des saisons chaudes de l'année 11 Abaissement de la température entrnant la congélation de l'eau 12 Mince couche de glace qui se forme par cristallisation de l'humidité dans l'air 13 On appelle point de rosée la température laquelle la rosée (condensation de la vapeur d'eau sous forme de gouttelettes déposées sur les surfaces froides, le plus souvent pendant les nuits frches des saisons chaudes de l'année.) commence se former dans une masse d'air donnée contenant de la vapeur d'eau L'air, une température donnée et pression normale, ne peut contenir qu'une certaine quantité de vapeur d'eau Cette quantité autorisée augmente lorsque la température s'élève, et diminue quand la température baisse Dans la soirée, après une journée chaude, la température de l'air chute, ce qui provoque la saturation de l'air qui ne peut plus contenir une telle quantité de vapeur d'eau C'est pourquoi l'excès de vapeur d'eau se condense alors sous forme de rosée sur toutes les surfaces, comme celle d'un brin d'herbe ou d'une vitre 14 Processus par lequel le volume d'un gaz diminue et sa densité augmente, en général par liquéfaction, comme dans le cas de la buée, condensée partir de la vapeur d'eau 15 Agitation de l'atmosphère qui se manifeste notamment par des tourbillons 16 Perturbation violente de l'atmosphère, accompagnée de pluie, de vent, de tonnerre et d'éclairs Page sur 14 L’évaporation est le processus par lequel l’eau se transforme en vapeur d’eau et, sous cette forme gazeuse, entre dans l’atmosphère Le passage direct de la glace l’état gazeux s’appelle sublimation Les végétaux perdent de l’eau par les pores des feuilles (évapotranspiration) Quotidiennement, environ 200 km3 d’eau s’évaporent des océans, des surfaces des continents, des plantes, des glaciers et des calottes glaciaires ; une quantité presque identique retombe sous forme de précipitations Si l’évaporation ne compensait pas l’eau perdue par les précipitations, l’atmosphère deviendrait entièrement sèche en 10 jours La vitesse d’évaporation crt avec la température, l’intensité du rayonnement solaire, la vitesse du vent, l’importance du couvert végétal et le degré d’humidité du sol Elle décrt quand l’humidité de l’air crt Le taux d’évaporation varie de quasiment zéro aux pôles plus de m par an au niveau du Gulf Stream La moyenne est de m par an Avec ce taux d’évaporation, et si précipitations et ruissellement cessaient, le niveau de la mer baisserait d’environ m par an 3- L'interception et le stockage dans les dépressions La pluie (ou dans certains cas la neige) peut être retenue par la végétation, puis redistribuée en une partie qui parvient au sol et une autre qui s'évapore La partie n'atteignant jamais le sol forme l'interception Son importance est difficile évaluer et souvent marginale sous nos climats, donc souvent négligée dans la pratique La quantité d'eau susceptible d'être interceptée varie considérablement Si la végétation offre une grande surface basale ou foliaire, donc un important degré de couverture, la rétention d'eau peut atteindre jusqu'à 30% de la précipitation totale pour une forêt mixte, 25% pour les prairies et 15% pour les cultures Le stockage dans les dépressions est, tout comme l'interception, souvent associé aux pertes On définit l'eau de stockage comme l'eau retenue dans les creux et les dépressions du sol pendant et après une averse Les volumes d’eau impliqués dans le cycle de l’eau sont énormes On estime 1,4 milliard de km3 le volume d’eau total sur Terre Réparti de faỗon uniforme la surface du globe, il lui correspondrait une épaisseur moyenne de km Plus de 97 p 100 de ce volume est constitué par l’eau des océans (eaux salées) L’ensemble des eaux douces représente environ 41 millions de km3 — 33 millions de km3 sous forme de glaciers, millions de km3 d’eaux souterraines17, 100 000 km3 contenus dans les lacs, 70 000 km3 dans les eaux des sols L’atmosphère contient quant elle en permanence environ 13 000 km3 d’eau, cette quantité étant destinée augmenter si le processus de réchauffement de la Terre persiste, dû l’effet de serre 4- L'infiltration et la percolation 17 Toutes les eaux souterraines s’accumulent, en fait, dans les minuscules vides ou fissures présents dans le soussol et dans les roches Une infime quantité d’eau est stockée dans des grottes souterraines À proximité de la surface terrestre, la majeure partie des sols et des roches sédimentaires sont tellement poreux que l’eau peut occuper 20 40 p 100 de leur volume À mesure que crt la profondeur et la pression, les pores et autres vides dans les roches se referment Il en résulte que la majeure partie des eaux souterraines se trouvent dans les 16 km supérieurs de la croûte terrestre Page sur 14 L'infiltration désigne le mouvement de l'eau pénétrant dans les couches superficielles du sol et l'écoulement de cette eau dans le sol et le sous-sol, sous l'action de la gravité et des effets de pression La percolation représente plutôt l'infiltration profonde dans le sol, en direction de la nappe phréatique Le taux d'infiltration est donné par la tranche ou le volume d'eau qui s'infiltre par unité de temps (mm/h ou m3/s) La capacité d'infiltration ou l'infiltrabilité est la tranche d'eau maximale qui peut s'infiltrer par unité de temps dans le sol et dans des conditions données L'infiltration est nécessaire pour renouveler le stock d'eau du sol, alimenter les eaux souterraines et reconstituer les réserves aquifères De plus, en absorbant une partie des eaux de précipitation, l'infiltration peut réduire les débits de ruissellement 5- Le ruissellement L’eau qui alimente ruisseaux et rivières est appelée ruissellement de surface Chaque jour, fleuves et rivières déversent quelque 100 km3 d’eau dans la mer L’Amazone, le fleuve au plus fort débit, fournit environ 15 p 100 de cette eau Le ruissellement n’est pas constant Il décrt au cours des périodes de sécheresse ou des saisons sèches, et augmente pendant la saison des pluies, les orages et les périodes de fonte des neiges et des glaces L’eau atteint les rivières en s’écoulant en surface ou après avoir transité par des aquifères Le ruissellement de surface se produit pendant et peu après les pluies torrentielles ou les périodes de rapide fonte des neiges et des glaces Il peut provoquer une hausse rapide du niveau des rivières et donner lieu des inondations Le niveau des rivières peut alors augmenter de plus de 10 m et inonder de larges régions Il y a dès lors variation du débit de cette rivière II- DEBIT ET REGIME DES FLEUVES ET RIVIERES (OU REGIMES HYDROLOGIQUES) Le régime hydrologique d'un cours d'eau résume l'ensemble de ses caractéristiques hydrologiques et son mode de variation ou mode d'alimentation, c'est-à-dire, la nature et l'origine des hautes eaux (pluviale, nivale ou glaciaire) Il se définit par les variations de son débit (le débit liquide correspond au volume d'eau écoulé en une seconde en un point donné d'un cours d'eau Il se mesure en m3/s) Les variations du débit d’un cours d’eau peuvent être interannuelles, saisonnières, journalières ; elles peuvent consister en des pulsations plus ou moins brutales dans un lit souvent presque sec Chacun de ces critères donne lieu la définition de plusieurs types de régimes Mais, la répartition des débits selon les mois de l'année (variation saisonnière du débit) est le plus souvent le seul trait retenu pour une classification complète des régimes, tant les alternances habituelles de hautes et de basses eaux sont apparentes et ont de conséquences pour les utilisateurs Page sur 14 A- Les régimes hydrologiques en fonction de l'apparition et de la fréquence d'événements hydrologiques extrêmes : crues et étiages18 Le dernier critère de définition des régimes consiste en l'apparition et la fréquence d'événements hydrologiques extrêmes, les crues et les étiages, qu'il ne faut pas confondre avec les hautes et les basses eaux saisonnières habituelles, même s'ils en sont parfois l'exacerbation Ces épisodes, difficiles prévoir, sont exceptionnels par leurs causes, leurs manifestations, leurs conséquences 1- Les crues19 Gonflements majeurs des cours d'eau, les crues peuvent résulter soit de paroxysmes pluviaux (de 100 200 mm en une heure sur 50 200 km2, de 150 200 mm en quelques heures sur 000 km2), soit d'averses remarquables par leur durée et leur extension (causes) Dans le premier cas, la montée des eaux est fulgurante (de 10 m en quelques heures), et le débit spécifique maximal énorme, comme au passage des cyclones tropicaux ou lors des déluges texans, japonais, ou simplement cévenols Dans le second cas, sur des fleuves longs et de pente modérée, Mississippi, Huanghe, Amazone , la montée est lente, le volume hydrique énorme (plusieurs milliards de mètres cubes pour le Yangzijiang), et les inondations catastrophiques (manifestations) Parmi les crues mémorables, celle du Yangzijiang, en 1931, aurait noyé ou écrasé 140 000 personnes ; plus modestement, les crues de la Garonne, au printemps de 1930, celle de la Seine, Paris, en janvier 1910, sont de ce type Dans des régions où sévit le gel, embâcles et débâcles de glace peuvent être l'origine d'ondes funestes, comme la célèbre crue du Danube de 1938 Budapest Ce même phénomène, accompagné d'une fusion nivale ou d'averses pluviales, donne lieu des débits exceptionnels sur l'Ienisseï ou la Dvina (manifestations) L'étude des crues est très importante puisqu'elles induisent la plupart du temps de grands changements au niveau de la morphologie du lit des cours d'eau Elles peuvent être l'origine de catastrophes naturelles, telles que les inondations Les crues sont souvent liées des situations météorologiques exceptionnelles, provoquant de très fortes précipitations ou une La forme du bassin versant influence le déroulement de la crue Un bassin versant arrondi induira une crue avec une pointe souvent bien marquée alors qu'un bassin plus étroit et allongé induira une crue d'une durée plus importante dont l'amplitude sera cependant plus réduite La nature géologique, la topographie ainsi que l'affectation des sols jouent également un rôle important sur le déroulement des crues 2- LES ÉTIAGES Débits exceptionnellement faibles des cours d'eau, les étiages sont dus des sécheresses prolongées qu'aggravent des températures élevées En l'absence de pluie, la seule alimentation étant celle des sources, un appauvrissement des nappes souterraines au cours des années ou des saisons précédentes contribue aussi la faiblesse des débits, ainsi que les prélèvements d'eau dans les rivières en ces périodes critiques Les étiages s'établissent lentement Au-dessous de débits déjà bas, la décroissance semble se faire sur une même rivière un rythme correspondant aux caractères hydrologiques du bassin et qui appart dans la courbe de tarissement 18 Les termes de crue et d'étiage qualifient les valeurs extrêmes de débit - respectivement les plus fortes et les plus faibles Les termes de hautes et basses eaux caractérisent les valeurs respectivement supérieures/inférieures au débit annuel moyen 19 La crue est un événement hydrologique ponctuel Elle ne doit pas être confondue avec les hautes eaux (débits supérieurs au débit annuel moyen) qui correspondent au gonflement annuel relativement régulier des cours d'eau Page sur 14 L'étiage correspond aux plus faibles débits d'un cours d'eau Comme les crues, il correspond un phénomène ponctuel et ne doit pas être assimilé aux basses eaux (débits inférieurs au débit annuel moyen) Les étiages ne sont pas d'une grande importance au niveau morphologique Par contre, ils influencent les biotopes et peuvent aller jusqu'à interrompre la navigation fluviale L'alimentation en eau des collectivités peut également poser problème B- Classification des régimes en fonction des variations saisonnières des débits Une autre classification des régimes des cours d'eau est basée d'une part sur l'allure de la fluctuation saisonnière20 systématique des débits qu'il présente, et d'autre part sur son mode d'alimentation, c'est-à-dire, la nature et l'origine des hautes eaux (pluviale, nivale ou glaciaire) L’application de ce critère de variation saisonnière du débit, appliqué aux rivières les plus simples, permet Pardé (1933) de distinguer trois types de régimes :   Régime simple : Régime mixte : maxima et minima, par an, correspondant plusieurs modes d'alimentation Régime complexe : plusieurs extremas et modes d'alimentation  1- Le régime simple Il est caractérisé par une seule alternance annuelle de hautes et de basses eaux (un maximum et un minimum mensuels au cours de l'année hydrologique) et, en général, traduit la prépondérance d’un seul mode d'alimentation (régime glaciaire, nival21 ou pluvial) Ce caractère peut cependant cacher la combinaison de plusieurs influences et confère ainsi aux régimes des rivières concernées une simplicité apparente 1.1 Le régime glaciaire Le régime glaciaire se retrouve en général quand 15 20% du bassin est occupé par des glaciers Sous nos climats, le régime glaciaire se caractérise entre autres par :       20 Ecoulement assez important (pour les régimes rencontrés en Suisse quelques dizaines l/s/km2 ) Débits très importants en été, par suite de la fonte de la glace ; en Suisse, le maximum annuel unique et très accentué se place en juillet-août Débits très faibles en fin d'automne, hiver, début du printemps (quelques l/s/km2) Amplitude des variations mensuelles des débits très grande (rapport entre les coefficients mensuels extrêmes), due au rapport crue/étiage très élevé Oscillations du débit entre le jour et la nuit en saison chaude (2 fois plus important le jour que la nuit) Grande régularité d'une année l'autre du régime car la température est de tous les paramètres météorologiques le moins irrégulier La répartition des débits selon les mois de l'année est le plus souvent le seul trait retenu pour une classification complète des régimes, tant les alternances habituelles de hautes et de basses eaux sont apparentes 21 Dû la neige Page sur 14 Suivant l'altitude moyenne des bassins versants, ces caractéristiques seront plus ou moins prononcées Par exemple l'amplitude des variations mensuelles de débits est supérieure 25 pour les bassins versants de haute altitude (altitude moyenne supérieure 2500 mètres),et varie de 12 35 pour les bassins de 2300 2600 mètres d'altitude moyenne Le Rhône en amont du lac Léman est caractérisé par un régime de type glaciaire (Fig 9.1 et Fig 9.3) 1.2 Le régime nival Le régime nival pur présente sous une forme atténuée certaines des caractéristiques du régime glaciaire Le maximum a lieu cependant plus tôt (juin) Il se subdivise en régime nival de montagne et nival de plaine a) Le régime nival de montagne, se retrouve dans les zones montagneuses où la majorité des précipitations arrive sous forme de neige Il est caractérisé par :   une fonte progressive de la neige, qui commence d'abord aux altitudes les plus basses et provoque une crue en mai-juin (pour l'hémisphère Nord) des basses eaux en été (températures élevées et forte ET0) La rivière Fraser Hope aux Canada (Fig 9.1) est caractérisée par ce régime b) Le régime nival de plaine intéresse les régions continentales et maritimes faible altitude du nord de l'Europe Ses caractéristiques sont les suivantes :      Crue violente et brève de printemps (en avril-mai) la suite de la fusion massive au printemps des neiges hivernales ; pour une même latitude, la crue en plaine arrive cependant plus tôt que celle de montagne Grande variabilité journalière Très grande variabilité au cours de l'année, due des basses eaux d'été très marquées (températures élevées et forte ET0) Grande variabilitộ interannuelle (les quantitộs de neige reỗues peuvent varier fortement d'une année une autre) Ecoulement important Les fleuves sibériens, comme la Lena (Fig 9.1) ont un régime nival de plaine c) On peut aussi distinguer le régime nival de transition que l'on rencontre sur les bassins versants d'altitude moyenne comprise entre 1200 et 1600 mètres Il se rapproche davantage d'un type complexe dans ce sens qu'il présente quatre saisons hydrologiques Ses caractéristiques sont les suivantes :    Courbe des coefficients mensuels des débits montrant deux maxima (fort en mai-juin, et plus modéré en novembre-décembre) et deux minima Coefficient minimum, en janvier, de l'ordre de 0,2 0,5 Après un étiage relatif en octobre, on observe en novembre, une légère hausse due la pluie, induisant un maximum secondaire de coefficient inférieur 1.3 Le régime pluvial pur (ou océanique) Page sur 14 Bien que le régime pluvial appartienne aux régimes simples, il présente des caractéristiques différentes de celles des régimes précédents Il se distingue par :    Des Hautes eaux (avec un maximum plus ou moins marqué) en hiver et des basses eaux en été Bien qu'il soit fréquent que les pluies de la saison de basses eaux soient égales ou supérieures celles de la saison des hautes eaux, les températures étant élevées, l'évaporation est importante) Une certaine irrégularité interannuelle ; l'époque du maximum de hautes eaux se déplace sensiblement d'une année l'autre suivant le " caprice " des pluies Ecoulement généralement assez faible (exemple la Seine: l/s/km2, cf Fig 9.1)) C'est le régime des cours d'eau de faible moyenne altitude (500 - 1000 mètres) Il se retrouve dans les régions tempérées sans neige 1.4 Le régime pluvial tropical On distingue le régime pluvial tropical dont l'allure des courbes de variation de Cm ressemble au régime glaciaire Il présente les caractéristiques suivantes :    Sécheresse de la saison froide et abondance des pluies de la saison chaude (de juin septembre) ; le maximum se place en fin d'été Une grande variabilité des débits au cours de l'année avec des minima pouvant atteindre des valeurs très faibles Par exemple Koulikoro (fleuve Niger), le débit instantané peut excéder 8000 m3/s en septembre mais rester inférieur 100 m3/s la fin du printemps (voir aussi Fig 9.1) Une relative régularité d'une année l'autre ; on observe cependant des années marquées par un net déficit des pluies (cas des années 1971 et 1973) en région subsaharienne Le fleuve Sénégal (Fig 9.1) et le Niger amont (Fig 9.1 et Fig 9.4) sont des rivières caractéristiques du régime tropical Le régime mixte (ou complexe originel) Les régimes sont dits complexes quand plusieurs phases hydrologiques se succèdent dans l'année : deux ou trois saisons d'abondance, deux saisons de pénurie, au moins relative Quand la complexité appart dès la source, elle est originelle, comme dans les rivières pyrénéennes ou méditerranéennes de montagne, influencées par la neige, la pluie et l'évaporation Il se caractérise par deux maxima et deux minima des coefficients mensuels au cours de l'année hydrologique Suivant les modes d'alimentation principaux on distingue le régime nivo-glaciaire, glacio-nival, nivo-pluvial, pluvio-nival 2.1 Le régime nivo-glaciaire Il présente les traits suivants :  Un seul vrai maximum annuel assez précoce (en mai-juin-juillet), correspondant la fonte nivale suivie de la fonte glaciaire Page 10 sur 14    Variations diurnes relativement élevées pendant la saison chaude Grandes variations d'une année l'autre, mais cependant moindres que pour le régime nival Ecoulement important 2.2 Le régime nivo-pluvial Il se caractérise par :     Deux maxima nets, l'un assez prononcé vers avril-mai la fonte des neiges, et l'autre en automne (vers novembre) plus modéré Ce second maximum, dépendant des pluies tombées en automne, peut être faible (de coefficient inférieur 1) Un étiage principal en octobre et un étiage secondaire en janvier, tous deux de l'ordre de 0,6 0,8 L'amplitude (rapport entre les coefficients mensuels extrêmes) est comprise entre et Variations d'une année l'autre pouvant être importantes Le haut-Mississippi (avant sa confluence avec le Missouri) présente ce maximum de printemps correspondant la fonte des neiges (Fig 9.1) En Suisse, l'Emme Emmenmat (Fig 9.1 et Fig 9.5) est un exemple typique de ce régime Selon l'Atlas hydrologiques de la Suisse, on classe ce régime suivant l'altitude moyenne, en nivo-pluvial supérieur (altitude moyenne entre 1000 et 1200 mètres, Préalpes suisses) et nivo-pluvial inférieur (altitude moyenne entre 750 et 1000 mètres, Jura) 2.3 Le régime pluvio-nival La tendance pluviale est d'autant plus marquée que le bassin se situe basse altitude (650 750 mètres) Le régime pluvio-nival est caractérisé par :    Deux maximums nets, mais c'est généralement le maximum pluvial en automne-hiver qui domine La fonte des neiges ne fait que prolonger la crue hivernale en lui donnant un sursaut au printemps Irrégularité d'une année l'autre importante Une amplitude plus ou moins faible La rivière Po en Italie présente un régime pluvio-nival (Fig 9.1) En Suisse, l'Orbe Orbe est caractérisé par un régime de ce type même si le maximum pluvial est du même ordre de grandeur que le maximum hivernal (Fig 9.6) Le régime complexe changeant La plupart des grands fleuves acquièrent un régime complexe changeant dans leur cours inférieur cause de la diversité des apports successifs Le Rhône, le Danube, le Congo en sont des exemples particulièrement représentatifs Le régime complexe est généralement rencontré sur les grands fleuves, dont les affluents, d'amont en aval, influencent de faỗon trốs diverse l'ộcoulement gộnộral Le rộgime des grands fleuves se présente comme une synthèse de ceux de leurs sous-bassins constitutifs, le plus Page 11 sur 14 souvent très variés du point de vue altitude, climat, etc Habituellement, ces influences diverses tendent atténuer les débits extrêmes et accrtre la régularité annuelle des débits moyens mensuels, de l'amont vers l'aval (voir Fig 9.1 pour le Rhin Rees et le Rhône l'aval du lac Léman Chancy) C’est le cas des rivières du Cameroun qui prennent leur source dans l’Adamaoua (voir p.35 Géographie : Le Cameroun, Hatier) C- Les facteurs des régimes hydrologiques Les facteurs climatiques (nature, abondance et régime des précipitations, température, évaporation), morphologiques (volume, altitude et formes du relief, nature des terrains, réserves d'eau souterraines) et biogéographiques (nature et densité du couvert végétal), qui interfèrent, comme dans tout hydrosystème III- L’HUMIDITE ATMOSPHERIQUE C’est la teneur en eau de l’atmosphère C’est la quantité de vapeur d’eau22 contenue dans l’atmosphère Cette vapeur d'eau provient de l'évaporation des océans, des lacs, des rivières, etc, de la sublimation des glaces et de la neige, de l'évaporation des précipitations et de l'évapotranspiration des animaux et des végétaux A- Une variation de la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère en fonction de la température de l’air L’atmosphère contient toujours une certaine quantité d’eau sous forme de vapeur d’eau Mais, il est une quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir Dès que l’air atteint cette quantité, on dit qu’il est saturé La concentration maximale de l’air en vapeur d’eau est fonction de la température La quantité de vapeur d’eau qui sature l’air augmente avec la température : 4,4 °C, elle est de kg pour 454 kg d’air humide ; 37,8 °C, elle est de 18 kg Lorsque l’atmosphère est saturée, le niveau d’inconfort est élevé car l’évaporation de la sueur, chargée de refroidir l’organisme, devient impossible La saturation de l’air entrne la condensation de la vapeur d’eau La condensation est le phénomène par lequel la vapeur d'eau se transforme en eau liquide La condensation solide correspond la transformation de vapeur d'eau en glace Quand il s'agit de vapeur d'eau, la température de saturation s'appelle point de rosée23 Supposons qu'à un endroit donné, en été, l'atmosphère inférieure contienne 15 g de vapeur d'eau par mètre cube Si l'air est, par exemple, 40°C, il partra sec; il influencera peu l'hygromètre ou l'hygroscope, parce que ces 15 g sont peu de chose comparés aux 50 g qu'il lui faudrait pour être saturé; son humidité relative sera 15/55 = 0,27 (Pour plus de commodité, on exprime ce 22 Fines gouttelettes d'eau en suspension dans l'air, générées par l'ébullition de l'eau En physique température laquelle la vapeur qui se trouve dans une masse d'air, en un lieu et une pression constante donnés, commence se condenser 23 Page 12 sur 14 rapport non en centièmes, mais en unités, sur une échelle de 100 : dans le cas actuel l'humidité relative serait 27) Pendant la fin de l'après-midi, l'air se refroidit graduellement Supposons-le 22°C, son humidité absolue étant toujours 15; cette température, il ne pourrait contenir au maximum que 20 g de vapeur d'eau : son humidité relative sera 15/20 = 0,75; il partra donc très humide Abaissons encore la température de 5° C, nous avons atteint le point de saturation, le point de rosée, correspondant l'humidité absolue 15, car l'air 15° ne peut contenir au maximum que 15 g par m3; son humidité relative est maintenant maximum : 15/15 =1, soit 100, sur l'échelle de l'hygromètre A partir de ce moment, si l'air continue se refroidir, il déposera son excédent sous forme de gouttelettes d'eau, nuage, brouillard ou rosée, et l'excédent augmentera tant que la température diminuera Le mécanisme est le suivant : Les molécules de vapeur d'eau contenues dans l'air vont se condenser en eau liquide au contact des noyaux de condensation24 ou encore se solidifier au contact des noyaux de congélation si la température est inférieure °C L'eau liquide condensée sur les particules microscopiques va par la suite s'évaporer et retourner dans l'air sous forme de vapeur d'eau Tant que le nombre de molécules de vapeur d'eau qui se condensent est égale au nombre de molécules qui s'évaporent d'une particule, il ne peut y avoir formation de gouttelette d'eau Cependant, lorsque la température de l'air est suffisamment basse, le nombre de molécules qui se condensent devient plus grand que le nombre de molécules qui s'évaporent À partir de ce moment, on dit que l'air est sursaturé25 de vapeur d'eau et il y a formation d'une gouttelette d'eau Les nuages sont formés de plusieurs millions de ces gouttelettes Les traités de météorologie donnent une table indiquant pour chaque poids de vapeur par m3 d'air le point de rosée correspondant, c.-à-d la plus basse température laquelle l'air puisse descendre sans perdre de son humidité sous forme d'eau Plus la quantité d'humidité est petite, plus le point de rosée est bas Un mètre cube d'air qui ne contiendrait que 1/2 g de vapeur ne déposerait d'eau - sous forme de cristaux de glace - qu'à 20°C et même davantage au-dessous de zéro Pour g de vapeur, son point de rosée serait 6°C au-dessus; pour 10 g, 11°C; pour 20 g, 17° C; pour 30 g, 29° C; pour 35 g, 32°C; pour 44 g, 36 °C, etc., en chiffres ronds B- Les grandeurs26 de l’humidité La teneur en vapeur d’eau d’un volume d’air donné s’exprime au moyen de diverses grandeurs : l’humidité relative et l’humidité absolue 1- L’humidité absolue L’humidité absolue est le nombre de grammes de vapeur d’eau par mètre cube On mesure l'humidité absolue d'une masse d'air par le nombre de grammes de vapeur d'eau contenus dans m3 de cet air, ou, ce qui est équivalent, par la tension en millimètres de mercure de la même vapeur 2- L’humidité relative a) La notion 24 Les surfaces planes, telle une vitre de voiture, servent également de noyaux de condensation et de congélation Etat d’un système deux phases (en général un fluide) dans lequel la concentration d’une des phases est supérieure celle correspondant la saturation 26 Quantité qui peut être mesurée 25 Page 13 sur 14 L’humidité relative, notion souvent utilisée en météorologie, est le rapport de la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère la teneur en vapeur d’eau de l’air saturé température égale L'humidité relative de l'air (ou degré d'hygrométrie), couramment notée φ, correspond au rapport de la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air sur la pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur) la même température Elle est donc une mesure du rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale en contenir dans ces conditions L'humidité relative est souvent appelée degré hygrométrique Elle est mesurée l'aide d'un hygromètre Si la température de l’atmosphère augmente et si aucune modification ne survient dans la concentration en vapeur d’eau de l’atmosphère, l’humidité absolue demeure identique, mais l’humidité relative diminue Une baisse de la température induit une hausse de l’humidité relative (voir Rosée) Un air qui semble très sec peut contenir des masses énormes de vapeur, s'il est une température élevée, au contraire, une température très basse, il pourra sembler très humide, même s'il en contient beaucoup moins La pression de vapeur saturante correspond la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air saturé La pression de vapeur saturante est une fonction croissante de la température Elle est la pression maximale de vapeur d'eau que peut contenir l'air une température et une pression déterminée L'humidité relative est donc le rapport entre la pression de vapeur d'eau vraiment présente dans l'air considéré (pression partielle de l'eau dans l’air ) et la valeur de pression saturante ( ) théorique Elle est exprimée le plus souvent en pourcentage et son expression devient: (Voir l’exemple donné au A) Cette expression supporte les interprétations suivantes :   Comme la pression de vapeur saturante augmente avec la température, pour une même quantité absolue d'eau dans l'air, de l'air chaud aura une humidité relative plus basse que de l'air froid Pour diminuer l'humidité relative d'un volume d'air fermé, il suffit donc de le réchauffer D'autre part, si on ajoute de la vapeur d'eau dans le volume sans changer sa température, une fois atteinte la saturation (100%), l'humidité relative ne varie plus dans de l'air sans particule liquide b) Les applications En milieu naturel, la rosée et l'apparition très rapide de moisissures sur la matière organique morte sont des indicateurs d'humidité relative élevée En milieu confiné, une humidité relative élevée favorise les allergies ou pathologies induites par la présence d'acariens et de spores de moisissures C'est un des éléments du phénomène dit de pollution intérieure Inversement une humidité trop basse est facteur de déshydratation des muqueuses et d'empoussièrement également néfastes la santé Page 14 sur 14 En météorologie, l'humidité mesure la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, sans compter l'eau liquide et la glace Pour que des nuages se forment, et qu'il y ait des précipitations, l'air doit atteindre une humidité relative légèrement supérieure 100% dans le voisinage des gouttelettes qui se forment Cette sursaturation est nécessaire pour vaincre la tension de surface des molécules d'eau et ainsi qu'elles s'unissent sur une poussière servant de noyau de condensation Après que les gouttelettes ont atteint un certain diamètre, l'humidité relative retombe 100% dans leur voisinage Ceci se produit normalement quand l'air s'élève et se refroidit Typiquement, la pluie tombe ensuite dans de l'air qui n'est pas nécessairement saturé (moins de 100% d'humidité relative) Une partie de l'eau des gouttes de pluie va donc s'évaporer dans cet air pendant sa chute, augmentant son humidité, mais pas toujours suffisamment pour que l'humidité relative atteigne 100% Il peut même arriver que les gouttes de pluie s'évaporent complètement avant d'arriver au sol si l'air est suffisamment sec, ce qui donne de la virga et aucune précipitation au sol L'évaporation de la pluie, en tombant dans l'air, refroidit également celui-ci, car l'évaporation nécessite un apport d'énergie qui est puisé dans l'environnement Si le refroidissement est suffisant au sol, la température de l'air peut atteindre le point de rosée de l'environnement, ce qui augmente l'humidité relative 100% On assiste alors la formation de brouillard ou de rosée Cependant, le déficit en eau de l'air sous forme de condensation fait baisser l'humidité absolue dans ce cas Finalement, le refroidissement de l'air par radiation (surtout la nuit) ou le passage sur une surface plus froide va faire descendre sa température La quantité de vapeur d'eau y restant constante, son humidité relative va donc augmenter et on assistera la formation de brume, brouillard ou rosée lorsque la saturation sera atteinte CONCLUSION