Paysages virtuels et analyse de scénarios pour évaluer les impacts ...

Fonctionnements hydrologique, pédologique et agricole du
bassin versant
Les flux d’eau à l’échelle du paysage
Un grand nombre d’étapes du cycle hydrologique se déroulent dans le paysage agricole (Fig. I.4.a) et les flux
d’eau qui y ont lieu sont les moteurs de transferts conséquents d’azote (N) et de phosphore (P) (Carpenter et
al., 1998 ; Sharpley et al., 2000 ; Hart et al., 2004). Les précipitations peuvent générer du ruissellement de
surface lorsque le sol est complètement saturé (ruissellement sur zone contributive) (Kirkby, 1978), ou
lorsque l’intensité de la pluie et supérieure à la capacité d’infiltration du sol (ruissellement hortonien)
(Horton, 1933). Ces ruissellements s’écoulent en surface par gravité, avec d’éventuelles infiltrations et
exfiltrations, jusqu’à rejoindre le cours d’eau. Les éléments du paysage agricole susceptibles de perturber
significativement les ruissellements de surface sont les haies, qui peuvent détourner le parcours des
ruissellements ou forcer leur infiltration par effet de barrage (Mérot et al., 1995), et les fossés de parcelles
qui modifient leur cheminement (Moussa et al., 2002).
Quant aux eaux infiltrées, elles s’écoulent principalement verticalement en milieu non saturé jusqu’à
rencontrer une couche imperméable du sous-sol. Les nappes d’eau formées par accumulation s’écoulent
ensuite essentiellement latéralement jusqu’en fond de vallée où elles peuvent rejoindre le cours d’eau. La
surface contribuant, grâce à ces écoulements de surface et de sub-surface, aux flux d’eau débités à un
exutoire définit son bassin versant (Fig. I.4.b).
Dresser la liste des modèles hydrologiques développés à ce jour serait fastidieuse, Beven y a lui-même
renoncé avec humour (2001), constatant la « pléthore » de modèles pluie-débit. Par contre, on retient que :
– la majorité des approches de modélisation hydrologique suit une démarche de compartimentation de
l’espace dont la résolution spatiale horizontale peut aller du pixel de quelques mètres carrés au sous-
bassin versant ;
– la topographie est une information essentielle, utilisée ne serait-ce que dans la délimitation des
contours des bassins versants, mais aussi pour simuler la propagation des écoulements de surface,
voire de sub-surface ;
– lorsque les modèles simulent les flux d’eau de sub-surface, une compartimentation verticale s’ajoute
au maillage horizontal, et les écoulements sont modélisés par des vidanges verticales et latérales de
ces compartiments les uns dans les autres ;
– le choix d’un maillage 3D plus ou moins fin est généralement la conséquence du souhait de simuler
l’évolution temporelle du système hydrologique (notamment la saturation en eau de ces
compartiments), afin de reproduire des variations fines de débit ou de hauteur de nappe dans le
temps ;
I. Modélisation intégrée et fonctionnelle des paysages et des pratiques agricoles – p. 31