Le cycle de l'eau en moyenne montagne tempérée : apport des bassins versants de recherche vosgiens (Ringelbach, Strengbach, Fecht) - article ; n°581 ; vol.104, pg 64-87

De
Publié par

Annales de Géographie - Année 1995 - Volume 104 - Numéro 581 - Pages 64-87
The research catchments studied since 1975 by the C.E.R.E.G. in the Vosges mountains have permitted to precise the spatial and temporal variability of the main components of the water cycle and the controlling parameters in a temperate middle mountain environment. The main results concern the precipitations, the evapotranspiration, the soil water properties and the streamflow. A synthesis of the information available is in progress, using spatiaily semi-distributed and physically-based models. The interdisciplinary, systemic, dynamic approach used makes the results and models transposable to other catchments, environments and scales.
Les bassins versants de recherche vosgiens étudiés depuis 1975 par le C.E.R.E.G. ont permis de préciser la variabilité spatio-temporelle des composantes du cycle de l'eau et des paramètres qui les contrôlent en moyenne montagne tempérée. Les principaux résultats concernent les précipitations, l'évapotranspiration, les propriétés hydriques des sols et les écoulements. Une synthèse de ces informations sous forme de modèles spatialisés et à bases physiques est en cours. L'approche interdisciplinaire, systémique et dynamique utilisée rend ces résultats et modèles transposables à d'autres bassins, d'autres milieux et d'autres échelles.
24 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : dimanche 1 janvier 1995
Lecture(s) : 49
Nombre de pages : 25
Voir plus Voir moins

Bruno Ambroise
Anne-Véronique Auzet
Joël Humbert
G. Najjar
Jean-Luc Mercier
P. Paul
Daniel Viville
Le cycle de l'eau en moyenne montagne tempérée : apport des
bassins versants de recherche vosgiens (Ringelbach,
Strengbach, Fecht)
In: Annales de Géographie. 1995, t. 104, n°581-582. pp. 64-87.
Abstract
The research catchments studied since 1975 by the C.E.R.E.G. in the Vosges mountains have permitted to precise the spatial
and temporal variability of the main components of the water cycle and the controlling parameters in a temperate middle
mountain environment. The main results concern the precipitations, the evapotranspiration, the soil water properties and the
streamflow. A synthesis of the information available is in progress, using spatiaily semi-distributed and physically-based models.
The interdisciplinary, systemic, dynamic approach used makes the results and models transposable to other catchments,
environments and scales.
Résumé
Les bassins versants de recherche vosgiens étudiés depuis 1975 par le C.E.R.E.G. ont permis de préciser la variabilité spatio-
temporelle des composantes du cycle de l'eau et des paramètres qui les contrôlent en moyenne montagne tempérée. Les
principaux résultats concernent les précipitations, l'évapotranspiration, les propriétés hydriques des sols et les écoulements. Une
synthèse de ces informations sous forme de modèles spatialisés et à bases physiques est en cours. L'approche interdisciplinaire,
systémique et dynamique utilisée rend ces résultats et modèles transposables à d'autres bassins, d'autres milieux et d'autres
échelles.
Citer ce document / Cite this document :
Ambroise Bruno, Auzet Anne-Véronique, Humbert Joël, Najjar G., Mercier Jean-Luc, Paul P., Viville Daniel. Le cycle de l'eau en
moyenne montagne tempérée : apport des bassins versants de recherche vosgiens (Ringelbach, Strengbach, Fecht). In:
Annales de Géographie. 1995, t. 104, n°581-582. pp. 64-87.
doi : 10.3406/geo.1995.13868
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geo_0003-4010_1995_num_104_581_13868Le cycle de Veau
en moyenne montagne tempérée
apport des bassins versants
de recherche vosgiens
Ringelbach Strengbach Focht
Jean-Luc Bruno MERCIER AMBROISE Georges Centre Anne-Véronique NAJJAR tudes Patrice et de Recherches AUZET PAUL Joël Daniel Eco-Géographiques HUMBERT VIVILLE
Résumé Les bassins versants de recherche vosgiens étudiés depuis 1975
par le C.E.R.E.G ont permis de préciser la variabilité spatio-temporelle des
composantes du cycle de eau et des paramètres qui les contrôlent en
moyenne montagne tempérée Les principaux résultats concernent les préci
pitations évapotranspiration les propriétés hydriques des sols et les écou
lements Une synthèse de ces informations sous forme de modèles spatialisés
et bases physiques est en cours approche interdisciplinaire systémique
et dynamique utilisée rend ces résultats et modèles transposables autres
bassins autres milieux et autres échelles
Abstract The research catchments studied since 1975 by the C.E.R.E.G
in the Vosges mountains have permitted to precise the spatial and temporal
variability of the main components of the water cycle and the controlling
parameters in temperate middle mountain environment The main results
concern the precipitations the evapotranspiration the soil water properties
and the streamflow synthesis of the information available is in progress
using spatially semi-distributed and physically-based models The interdisci
plinary systemic dynamic approach used makes the results and models
transposable to other catchments environments and scales
Ann Gèo. no 581-582 1995 pages 64-87 Armand Colin CYCLE DE EAU EN MOYENNE MONTAGNE TEMP 65 LE
Mots clés cycle de eau moyenne montagne bassins versants de recherche
processus variabilité spatiale et temporelle topographie précipitations éva-
potranspiration hydrodynamique des sols écoulements modèles hydrolo
giques spatialisés
Key words water cycle middle mountains research catchments process
spatial and temporal patterns topography precipitations evapotranspiration
soil hydrodynamics streamflow semi-distributed hydrological models
Introduction
Les régions de montagne sont caractérisées par une importante
redistribution latérale eau énergie et de matière et par des hété
rogénéités spatiales considérables toutes les échelles échelle du
massif la topographie induit des gradients climatiques et écologiques
qui influent sur la structure spatiale des flux et des paramètres en jeu
échelle locale elle contrôle la répartition spatiale des apports eau
et énergie de humidité des sols et des écoulements Ces variabilités
limitent la représentativité spatiale de toute mesure ponctuelle des
variables et paramètres et rendent difficiles la compréhension et la
modélisation du fonctionnement de ces milieux Ambroise 1995]
Le thème général des travaux menés dans les Vosges depuis 1975
par le Centre tudes et de Recherches Eco-Géographiques est étude
quantitative du cycle de eau et de ses principales composantes en
moyenne montagne tempérée échelle de bassins versants emboîtés
en vue de la modélisation dynamique et systémique de leur fonction
nement hydrologique Plus précisément il agit de mesurer les flux
eau et énergie analyser les processus qui les gouvernent et les
propriétés du milieu qui les contrôlent leurs variations temporelles
divers pas de temps jour saison année) leur distribution spatiale et
leurs interactions fonctionnelles leur intégration progressive une
échelle autre station versant bassin élémentaire bassin versant
Un des objectifs majeurs est aboutir une modélisation la fois
spatialisée et base physique du cycle de eau en moyenne
montagne
Les travaux visent particulièrement préciser le rôle de la topogra
phie des types de sol et de végétation et des types de temps dans ces
variabilités spatio-temporelles Ils appuient sur des dispositifs de
terrain bien instrumentés et bien représentatifs de ces milieux les
bassins versants de recherche B.V.R. vosgiens Ringelbach Strengbach
Fecht Mercier 1982 Ambroise 1994e objectif est pas en faire 66 ANNALES DE OGRAPHIE
une étude de type monographique mais tester et mettre au point
des méthodes outils et modèles transposables autres bassins
autres échelles autres milieux
Cet article présente une brève synthèse de ces recherches climato-
hydrologiques Il est complété par quatre notes développant certains
aspects des recherches infra Il appuie largement sur plusieurs
synthèses et mises en perspective récentes Ambroise 1994a 1995
Humbert et Najjar 1992]
Au-delà de leur intérêt scientifique ces B.V.R contribuent aussi
largement la formation et par la recherche ainsi enseignement
universitaire dans le domaine du milieu naturel et de environnement
ils ont déjà servi de support une quinzaine de thèses et une
trentaine de mémoires D.E.A. maîtrise stages Erasmus .. sur ces
thématiques climato-hydrologiques ils accueillent chaque année des
étudiants de formation et origine variées pour un stage de terrain
intensif ils font objet chaque année de visites de groupes étudiants
de plusieurs filières de deuxième et troisième cycles ils fournissent
enfin un grand nombre exemples concrets utilisés pour illustrer les
enseignements théoriques dans les matières concernées cf par ex
Mercier 1992]
Contexte et démarche scientifiques
Les bassins versants imposent surtout en montagne comme des
unités fonctionnelles fondamentales pour étude du cycle de eau et
des flux couplés énergie biomasse solutés sédiments... et donc aussi
comme des unités de base pour la gestion aménagement et la
protection des ressources en eau Intéressant par les possibilités de
bilan il offre le concept de bassin versant surface drainée par
un cours eau en amont un point définissant son exutoire est
également intégrateur dans la mesure où il peut appliquer une
large gamme échelles spatiales depuis les bassins élémentaires jus
aux bassins des grands fleuves ainsi la plupart des types de
milieu
Cependant extrême imbrication des aspects physiques et biolo
giques leur grande variabilité spatio-temporelle rendent complexe
étude du fonctionnement hydrologique de ces bassins De nombreuses
lacunes subsistent dans nos connaissances du fait de important hiatus
existant encore entre les trois principales directions dans lesquelles se
sont développées ces recherches Ambroise et al. 1982
les hydrologues dépassant approche globale et descriptive ont
progressivement accordé plus attention aux mécanismes de transferts CYCLE DE EAU EN MOYENNE MONTAGNE TEMP 67 LE
internes mais en se contentant souvent une approche empirique
centrée sur la relation pluie-débit
les physiciens de la basse atmosphère et du sol les écophysio-
logistes les bioclimatologues ont exploré les mécanismes régissant les
flux dans le système sol-plante-atmosphère mais en se limitant souvent
étude de stations homogènes en terrain plat cette approche plus
verticale que tri-dimensionnelle des flux néglige la redistribution latérale
dans un bassin
les géomorphologues les pédologues les écologistes se sont
davantage intéressés analyse génétique et spatiale des formations
superficielles et de la végétation échelle du paysage en adoptant
une approche naturaliste proche de la réalité concrète mais générale
ment assez empirique peu quantifiée et de ce fait difficile intégrer
telle quelle dans des modèles hydrologiques
En fait ces trois approches apparaissent comme nécessaires et
complémentaires est en les combinant pour tirer un meilleur parti
de leurs acquis respectifs que pourra progresser notre compréhension
du milieu naturel notre aptitude modéliser son fonctionnement et
impact de toute perturbation humaine ou naturelle
les recherches hydrologiques situ ont conduit considérer
tout bassin comme un système complexe où interagissent de nombreux
processus intensité et de vitesse très variables dans espace et le
temps par lesquels les précipitations atmosphériques se redistribuent
entre plusieurs niveaux de stockage avant de retourner dans atmos
phère ou de écouler hors des limites du bassin
les progrès expérimentaux et théoriques réalisés par les physi
ciens et les physiologistes ont permis établir par des considérations
énergétiques les relations dynamiques de base régissant la plupart des
processus hydriques et identifier les variables et paramètres en jeu
quant approche naturaliste elle fournit des méthodes ob
servation et de découpage de espace utiles pour cartographier ces
processus variables et paramètres et leurs combinaisons et aboutir
terme une typologie unités et de fonctionnements hydrologiques
Pour dépasser les limites des approches précédentes et des modèles
correspondants il apparaît nécessaire adopter une approche interdis
ciplinaire dynamique et systémique associant étroitement observations
et mesures sur le terrain travail et expérimentation au laboratoire
effort de modélisation et de formalisation est ce type approche qui
été adopté dans étude des B.V.R vosgiens Ambroise Gounot et
Mercier 1982 Elle vise aboutir une modélisation du cycle de eau
qui soit la fois
fonctionnelle est-à-dire fondée sur une description déter
ministe simplifiée des processus réels tenant compte des acquis théo
riques dans le choix des variables et paramètres ANNALES DE OGRAPHIE 68
spatialisée est-à-dire fondée sur un découpage de espace
en unités fonctionnelles homogènes permettant intégrer la variabilité
interne de ces variables et paramètres
Elle appuie sur étude intensive de dispositifs de terrain plusieurs
échelles spatiales
des stations représentatives des principales unités de fonction
nement pour analyser les processus et estimer les variabilités
des bassins élémentaires homogènes pour établir des bilans et
analyser les interactions fonctionnelles et spatiales
des bassins emboîtés de taille croissante pour aborder intégra
tion spatiale et le changement échelle
Les Bassins Versants de Recherche vosgiens
Les Laboratoires de Géographie Physique et cologie Végétale
E.R.A 569 puis R.C.P 741 du C.N.R.S. de Université Louis Pasteur
de Strasbourg intégrés en 1986 au C.E.R-E.G ont créé en 1975
le B.V.R du Ringelbach Souitzeren Haut-Rhin pour mener des
recherches topo-climato-hydrologiques Ce petit bassin versant de 36 ha
est situé dans la vallée de la Fecht sur le versant oriental des Vosges
centrales km est de la ligne de crêtes principale Mercier 1982
Ambroise 1990 Ses altitudes varient entre 748 et 000 avec une
pente moyenne de 20 et une gamme expositions allant du S.S.E au
W.N.W Il est entaillé dans deux granités recouverts par des lambeaux
de grès sur les sommets arène granitique est recouverte de formations
de pente peu épaisses et de sols bruns texture très grossière La
végétation est une pelouse pâturée sur granité une pineraie sur grès
Dans le fond du vallon affleure une nappe permanente drainée par le
ruisseau Le climat est de type transitoire océanique avec en moyenne
des températures mensuelles variant de 156 des précipitations
annuelles de 230 mm/an et un module de débit annuel de l/s soit
222 l/s/km2 ou 700 exutoire Ce B.V.R est équipé pour
mesurer les flux eau et énergie dans les différents compartiments
fig 1)
apparition brutale été 1983 de symptômes de dépérissement
dans les forêts vosgiennes conduisit le Programme Deforpa Dépéris
sement Forestier attribué la Pollution Atmosphérique envisager
étude hydrobiogéochimique un petit bassin versant forestier Ceci
aboutit la création en 1985 du B.V.R du Strengbach Aubure Haut-
Rhin) par une collaboration entre le C.E.R.E.G. le Centre de Géochimie
de la Surface C.G.S./C.N.R.S. de Strasbourg et le de Recherches
Forestières C.R.F./LN.R.A. de Nancy Situé 16km au N.N.E du
B.V.R du Ringelbach ce petit bassin versant de 80 ha des altitudes Fig LE PETIT BASSIN VERSANT DE RECHERCHE DU RINGELBACH ET SON QUIPEMENT
THE SMALL RINGELBACH RESEARCH CATCHMENT AND ITS EQUIPMENT Vi
865 la VY ok
antenne TOF
piste
ruisseau -0 fitatinn tom ati fi
-qualité -meteorologie de ------- air(SOg N0 03 ........... limite du bassin
limite de parcelle
pluviographe pluviomètre VV Il de parcelle
tube totalisateur limite de commune
collecteur de précipitations piacene rouge ONF
captage de sources ISôu enclos grillagé
collecteur de sources jaugé interception seuil jaugeur limnigraphe II üè îä pluvio-lessivats solutions du sol préleveur ïéchantiTlons bilan hydrique
LE PETIT BASSIN VERSANT DE RECHERCHE DU STRENGBACH ET SON QUIPEMENT
THE SMALL STRENGBACH RESEARCH CATCHMENT AND ITS EQUIPMENT LE CYCLE DE LEAU EN MOYENNE MONTAGNE TEMP 71
variant entre 883 et 146 une pente moyenne de 15 et une gamme
expositions allant de S.E N.W Vivilîe et al. 1987 Probst et al.
1995 Il est incisé dans un granité dont arène peu épaisse est
recouverte de sols texture grossière de type brun acide ocre
podzolique La végétation est forestière épicéa sapin hêtre) avec de
la prairie dans les bas-fonds hydromorphes peu étendus Le
climat est océanique de montagne avec en moyenne des températures
mensuelles variant de -12 14 des précipitations annuelles de
400 mm/an et un module de débit annuel de 20 l/s soit 25 l/s/km2
ou 790 Ce B.V.R est équipé pour mesurer les flux eau
énergie et de solutés dans les différents compartiments fig 2)
Ces deux petits bassins aux végétations bien contrastées constituent
les plus petits une dizaine de bassins emboîtés étudiés par le
C.E.R.E.G depuis 1978 dans le bassin de la Fecht qui inclut les vallées
de la Weiss et du Strengbach Mercier 1982 Ambroise 1995 Ce
bassin de 450 km2 Ostheim des altitudes variant de 182 en
plaine Alsace 362 Hohneck Il est entaillé dans des granités
des grauwackes et des lambeaux de grès et couvert surtout de forêts
et de prairies Les sols appartiennent la série podzolique et sont
caractérisés par une texture grossière et une forte teneur en matière
organique 40 dans les horizons superficiels Il présente un
climat tempéré de montagne avec de forts gradients climatiques dus
sa position sous les vents pluvieux dominants de secteur ouest sur
une distance de 25 km les moyennes annuelles de température et de
précipitation dont 16 sous forme de neige varient de et
000 mm/an près des crêtes 10 et 550 mm/an en plaine La lame
eau moyenne écoulée est environ 560 en amont des cônes
vosgiens très filtrants mais seulement de 390 mm/an Ostheim Avec
son réseau climato-hydrologique relativement dense fig 3) cet ensemble
de B.V.R est utilisé pour étudier la variabilité des champs climatiques
et du bilan hydrique échelle du massif
Principaux résultats
Sans prétendre une compilation exhaustive des résultats de 20 ans
de recherche on se contentera ici de présenter rapidement quelques
résultats illustrant bien la démarche adoptée en prenant comme fil
conducteur le cycle de eau Trois grands types de problèmes ont en
fait été abordés qui correspondent des thèmes de recherche en
amont de la modélisation hydrologique selon état de nos connaissances
actuelles en chaque domaine
obtention de méthodes et modèles physiques simplifiés utili
sables échelle un bassin est par exemple le cas des recherches 72 ANNALES DE OGRAPHIE
ASTRENGBACH
Fig LE BASSIN VERSANT DE RECHERCHE DE LA FECHT ET SON QUIPEMENT
THE FECHT RESEARCH CATCHMENT AND ITS EQUIPMENT
sur la modélisation hydrique et hydrologique évapotranspiration les
relations entre propriétés hydriques et texturales des sols
estimation de la variabilité spatio-temporelle des variables pa
ramètres et processus prendre en compte dans des modèles spatia-
lisés est par exemple le cas des recherches sur les types de situations
météorologiques les champs de précipitations et évapotranspiration
la variabilité des propriétés hydriques des formations superficielles la
genèse et évolution des débits des cours eau
analyse de mécanismes encore mal connus et donc difficiles
modéliser est par exemple le cas des recherches sur les précipitations
et évapotranspiration sur pente interception et la transpiration fo
restière la genèse des débits les propriétés hydriques de la matière
organique la reptation

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.