Débit (hydrologie)

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Seuil de mesure du débit d'un cours d'eau dans le parc de Yellowstone (États-Unis)
Pour un débit constant, illustration de la relation entre la section d'écoulement et la vitesse du flux, et avec sa dilution/compression (barrage de Srisailam (Inde)

Le débit d'un cours d'eau est le volume d'eau liquide traversant une section transversale de l'écoulement, par unité de temps[1]. Il comprend tout ce qui est transporté avec cette eau, comme les matières solides en suspension (exemples : le sable, les sédiments), les produits chimiques dissous (exemples : le calcaire, les sels dont les nitrates, sulfates, chlorures et phosphates), des éléments biologiques (exemple : les diatomées).

Sans autre précision il s'agit du débit instantané, mais il peut aussi s'agir du module inter-annuel.

Histoire du mot[modifier | modifier le code]

Dans le domaine de l'hydraulique et de l'hydrologie, le mot « débit » est utilisé au moins depuis le début du XIXe siècle[2],[3] avec les notions de vitesse d'écoulement et de géométrie transversale.

Signification du débit d'un bassin versant[modifier | modifier le code]

Inséré dans le cycle de l'eau et après ruissellement, le débit instantané d'un cours d'eau en un lieu particulier dépend directement d'une part des caractéristiques du bassin versant au-dessus de ce lieu, comme sa superficie, sa pente moyenne, son temps de concentration (présence de barrage), ses types de couverture (végétale, agricole, urbaine), de sa géologie (perméabilité des couches de terrain, présence de nappes / aquifère, circulation d'eau souterraine, ...), d'autre part de la météorologie récente et passée (précipitations / pluviométrie, évapotranspiration) en intensité et en durée, et enfin des usages de l'eau (prélèvements d'eau domestique, agricole / irrigation, industrielle) dans ce bassin versant.

En hydraulique fluviale, l'hydrogramme indique comment le débit instantané varie dans le temps après une précipitation (pluie, orage, cyclone etc.) à un point donné d'un cours d'eau. Le flux d'eau monte alors plus ou moins rapidement jusqu'à un débit de pointe (pic de crue correspondant au niveau d’eau maximal atteint), puis descend relativement lentement. L'estimation de ce débit de pointe est déterminante pour l'étude des inondations. L'analyse de la relation entre l'intensité et la durée des précipitations (par exemple 10 mm/h sur 2 heures puis 25mm sur une heure) et la réponse en termes de débits de ce cours d'eau s'établit dans une série d'hydrogrammes représentatifs. Les précipitations historiques réelles peuvent alors être modélisées mathématiquement pour se caler aux caractéristiques des inondations historiques. Puis à l'aide des périodes de retour des précipitations il devient possible d'estimer des niveaux d'inondation.

Les forts débits transportent vers l'aval beaucoup plus de sédiments et de plus grands éléments (graviers / cailloux / blocs, branches / arbres) que les petits débits. Ils peuvent également éroder les berges et endommager les infrastructures publiques.

Détermination du débit[modifier | modifier le code]

Modalités de calcul[modifier | modifier le code]

En hydrologie et dans une première approximation, on ne considère que la composante Eau, avec un écoulement uniforme (intensité de la vitesse de l'écoulement constante dans une section , normale au champ de vitesse). Dans ce cas, le débit volumique se calcule[4] à partir des seules vitesse et section droite  :

en m3/s

Mesure[modifier | modifier le code]

L'hydrométrie est la science de la mesure du débit des eaux continentales, superficielles ou souterraines. Le débit des cours d'eau s’exprime en m³/s pour les fleuves, en m³/h pour les cours d'eau plus modestes

Le débitmètre est l'appareil qui permet la mesure directe du débit dans une section constante (exemple: un tuyau). Il en existe de différents types. Le limnimètre permet d'accéder au débit d'un cours d'eau grâce à une courbe de tarage.

L'unité de mesure dérivée du Système international d'unités d'un débit volumique est le mètre cube par seconde (m3/s). Le litre par seconde (l/s) est aussi utilisé pour les sources et les ruisseaux[1]. Les valeurs sont données le plus souvent avec 3 chiffres significatifs.

L'action de mesure du débit d'un cours d'eau s'appelle un « jaugeage ». Elle s'effectue souvent dans un lieu équipé de façon adéquate que l'on appelle « station de jaugeage » avec une section géométrique d'écoulement bien établie.

La lettre Q est aussi souvent utilisée pour signifier le débit, en particulier à l'international[5].

La courbe graphique du débit selon le temps s'appelle un hydrogramme. Ses formes sont variées.

Différents types[modifier | modifier le code]

Pour un même cours d'eau, à un même endroit de jaugeage, à partir d'un ensemble de données, sur une période de référence indiquée par un chiffre, on peut calculer statistiquement différents débits :

  • le débit moyen : journalier[1],[6] (QMJ), mensuel[1], annuel[1],[6], pluriannuel (2, 5, 10, 30, 50, 100, 1000, etc.), inter-annuel (= module)[6],
  • le débit maximal instantané en crue : instantané (QIX), ou journalier (QJX) ; Exemples : QIX100 : débit instantané maximal centennal, QJX10 débit journalier maximal décennal,
  • le débit minimal en étiage[6] : annuel (QMNA) ou pluriannuel (exemple : QMNA30 débit minimal trentennal), ou sur 3 jours consécutifs sur un mois considéré (VCN3)[6], ou le débit caractéristique d'étiage (DCE) au-dessous duquel l'écoulement descend statistiquement dix jours par an (pas forcément consécutifs) sur une longue série d'années (exemple : DCE10 : décennal),
  • le débit spécifique[1],[6] du bassin versant (QSP), en l/s/km2.

D'autre part certains débits sont distingués :

  • selon les éléments transportés : débit liquide[6], débit solide[6],
  • pour mieux établir l'impact biologique / écologique d'un aménagement : débit minimal[6] / débit réservé[6], débit naturel[6], débit affecté[6], débit contrôlé[6], débit de crue utile (DCU)[6], débit écologique[6],
  • dans un cadre de risques naturels et de gestion des inondations : débit de crue[6], débit de seuil d'alerte (DSA)[6], débit de crise (DCR)[6].

Utilisations[modifier | modifier le code]

Le débit en hydrologie s'utilise essentiellement dans :

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a b c d e et f http://hydro.eaufrance.fr/glossaire.php
  2. Pierre, Louis, Georges Du Buat, Principes d'hydraulique et de pyrodynamique : vérifiés par un grand nombre d'expériences, t. Troisième, Paris, Firmin Didot, , 638 p., p. 279, 282
  3. Arthur Jules, M. Morin, Hydraulique, Paris, Hachette, , 638 p., p. 74, 89, 94, 147, 253
  4. a b et c Benoît Hingray, Cécile Picouet et André Musy, Hydrologie 2 : Une science pour l'ingénieur, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, coll. « Ingénierie de l'environnement », , 600 p. (ISBN 2880747988), p. 7, 88, 283
  5. Walter H. Graf, Hydraulique fluviale : écoulement et phénomènes de transport dans les canaux à géométrie simple, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, , 629 p. (ISBN 2880744423), p. 88
  6. a b c d e f g h i j k l m n o p q et r « débit », sur Glossaire Eau & Milieux aquatiques, Office international de l'eau (consulté le 4 novembre 2019)
  7. a et b Michel Lang et Jacques Lavabre, Estimation de la crue centennale pour les plans de prévention des risques d'inondation, Quae, , 215 p. (ISBN 2759200671), p. 27, 101 et suivantes
  8. Pierre-Alain Roche, Jacques Miquel et Eric Gaume, Hydrologie quantitative : Processus, modèles et aide à la décision, Paris, Springer, , 590 p. (ISBN 2817801059), p. 276 et suivantes
  9. Freddy Vinet, Le risque inondation : Diagnostic et gestion, Lavoisier, coll. « Tec & Doc », , 318 p. (ISBN 2743018275), p. 49-50

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]