4.2 Analyse des régimes pluviométriques et hydrologiques
4.2.2 Régimes hydrologiques
Les régimes hydrologiques auxquels sont soumis les bassins tests ont été caractérisés à l'aide de l'ensemble des données de débit disponibles (cf. 2.2.3). Afin d'avoir une vue d'ensemble de ces régimes, nous avons tracé sur la Figure 4.4 l'évolution des débits mensuels moyens observés aux stations hydrométriques des différents sous-bassins de la Saône et de la Seine. Les débits ont été exprimés en débit spécifique (l/s/km²) pour qu'ils soient comparables entre les bassins.
Figure 4.4 : Evolution des débits mensuels moyens, exprimés en l/s/km², évalués sur les périodes de disponibilité des données, pour les sous-bassins de la Saône (D-N : Doubs à Neublans ; S-LC : Saône à Le Chatelet ; S-C : Saône à Couzon) et de la Seine (L-E : Loing à Episy ; M-F : Marne à La Ferté ; S-B : Seine à Bazoches ; S-P : Seine à Paris ; Y-C : Yonne à Courlon).
Les débits spécifiques les plus forts sont observés pour le Doubs à Neublans, tandis que la station hydrométrique du Loing à Episy enregistre les débits les plus faibles. Nous retrouvons ici des débits en moyenne plus importants sur le bassin de la Saône que sur le bassin de la Seine, du fait d'une pluviométrie globalement plus importante (la Figure 4.4 est à comparer avec la Figure 4.2 a)). Les forts débits s'observent typiquement entre les mois de décembre et de mars, tandis que la phase d'étiage est maximale au mois d'août. Ils révèlent un régime hydrologique de type pluvial au sens de Pardé (1933). Nous ne décelons pas à l'échelle mensuelle d'influence particulière de la fonte de la neige. Le manteau neigeux n'est pas suffisamment étendu et régulier d'une année sur l'autre pour induire un comportement pluvio- nival.
Nous avons caractérisé plus particulièrement les régimes de crues de chaque bassin. Afin de caractériser la dynamique de crue, nous avons identifié pour chaque station différents hydrogrammes selon le débit maximal atteint au cours de chaque année hydrologique (01/09- 31/08). Nous les avons ensuite normés par le débit maximal observé de chaque événement.
Les hydrogrammes obtenus pour chaque station sont indiqués sur la Figure 4.5 (courbes grisées). L'hydrogramme médian est représenté en noir.
Nous pouvons déduire de chaque hydrogramme médian la durée caractéristique de crue.
Celle-ci est exprimée par la médiane des durées de dépassement de la moitié du débit de pointe de chaque crue. Les durées caractéristiques et les nombres d'épisodes considérés sont reportés dans le Tableau 4.5.
-40 -20 0 20 40 60
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
La Seine à Bazoches
-10 -5 0 5 10 15 20 25
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
L'Yonne à Courlon
-5 0 5 10 15
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
Le Loing à Épisy
-20 0 20 40
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
La Marne à la Ferté
-20 0 20 40
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
La Seine à Paris [Austerlitz]
-10 -5 0 5 10 15 20
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
La Saône à Lechatelet
-5 0 5 10
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
Le Doubs à Neublans
-20 -10 0 10 20 30 40
0.00.40.8
TEMPS (JOUR)
Q/QMAX
La Saône à Couzon
Figure 4.5 : Hydrogrammes de crue normés sélectionnés sur la période de disponibilité des données (courbes grises). La courbe noire représente l'hydrogramme médian.
Tableau 4.5 : Durées caractéristiques des hydrogrammes de crue médians et nombres d'épisodes considérés.
Station [cours d'eau] Durée caractéristique (jour) Nombre d'épisodes
Le Châtelet [Saône] 17 45
Neublans [Doubs] 7 44
Couzon [Saône] 32 89
Episy [Loing] 17 61
La Ferté [Marne] 35 17
Bazoches [Seine] 60 28
Paris [Seine] 38 36
Courlon [Yonne] 17 52
Le nombre d'épisodes est assez faible pour les stations de la Seine à Bazoches et de la Marne à La Ferté en raison des nombreuses lacunes présentes dans les données. L'examen du Tableau 4.5 indique que la dynamique de crue la plus rapide est observée pour le Doubs à Neublans, avec une durée caractéristique de sept jours seulement. En revanche la dynamique est bien plus lente pour la Saône à Couzon avec une durée de 32 jours, ce qui justifie le fait que ce bassin soit considéré comme un bassin à crue lente. Les sous-bassins de la Seine sont soumis à des dynamiques variées. Ainsi la dynamique est moins lente sur l'Yonne à Courlon et le Loing à Episy avec une durée caractéristique de 17 jours. La dynamique de la Seine à Paris est beaucoup plus lente, tandis que celle de la Seine à Bazoches est extrêmement lente. Ainsi en moyenne pour cette station, le débit est supérieur à la moitié du débit de pointe de crue durant 60 jours. Ces nuances sont partiellement dues à l'existence de stocks tampons (nappe d'accompagnement, lac-réservoir) qui ralentissent les écoulements de manière naturelle ou artificielle.
Outre la dynamique des crues, il est également intéressant d'analyser leur intensité. Nous avons estimé les quantiles de débit de crue associés à différentes périodes de retour (Tableau 4.6). Pour cela, nous avons d'abord formé, pour chaque station, un échantillon représentatif des débits de crue. Nous avons privilégié la méthode d’échantillonnage par valeur supérieure à un seuil (sup-seuil). Cette méthode est jugée plus fiable que la méthode des maxima annuels avec des valeurs d'échantillon plus homogènes, même si l’extraction des valeurs selon l’approche sup-seuil nécessite une analyse complémentaire pour éliminer les valeurs liées et une étude de sensibilité sur le choix du seuil (Lang et al., 2006). Nous avons choisi un nombre moyen d’événements de deux par an. Nous avons ensuite testé deux lois recommandées par la théorie des valeurs extrêmes : la loi exponentielle (EXPO) et la loi de Pareto Généralisée (GPD). Nous avons privilégié la loi exponentielle ; cependant cette dernière s’est révélée inadaptée pour certains échantillons (les quantiles semblent être bornés supérieurement). Les lois d'ajustement sont reportées dans le Tableau 4.6 pour chaque station. La Figure 4.6 présente, à titre indicatif, les échantillons de valeurs de débit supérieures au seuil prédéterminé ainsi que les ajustements aux lois EXPO (noir) et GPD (rouge).
Tableau 4.6 : Quantiles de débit (m3/s) associés à différentes périodes de retour T (an), obtenus par l'ajustement des débits supérieurs à un seuil à une loi (EXPO ou GDP selon le sous-bassin).
Station
[cours d'eau] Bazoches
[Seine] Courlon
[Yonne] Episy
[Loing] La Ferté
[Marne] Paris
[Seine] Le Chatelet
[Saône] Neublans
[Doubs] Couzon [Saône]
Loi ajustée GPD GPD EXPO GPD GPD EXPO EXPO EXPO
T (an)
1 147 378 72 282 889 720 936 1443
2 205 484 108 342 1139 890 1105 1694
5 271 600 156 386 1401 1114 1329 2025
10 314 672 193 403 1557 1283 1498 2276
20 352 733 229 413 1685 1452 1668 2527
0.1 0.5 5.0 50.0
100400
T (an)
Débit (m3/s)
La Seine à Bazoches
0.1 0.5 5.0 50.0
200800
T (an)
Débit (m3/s)
L'Yonne à Courlon
0.1 0.5 5.0 50.0
50200350
T (an)
Débit (m3/s)
Le Loing à Épisy
0.1 0.5 5.0 50.0
100400700
T (an)
Débit (m3/s)
La Marne à la Ferté
0.1 0.5 5.0 50.0
5002000
T (an)
Débit (m3/s)
La Seine à Paris [Austerlitz]
0.1 0.5 5.0 50.0
5001500
T (an)
Débit (m3/s)
La Saône à Lechatelet
0.1 0.5 5.0 50.0
5001500
T (an)
Débit (m3/s)
Le Doubs à Neublans
0.1 0.5 5.0 50.0
10002500
T (an)
Débit (m3/s)
La Saône à Couzon
Figure 4.6 : Echantillon de valeurs de débit sup-seuil (points) et ajustements aux lois EXPO (noir) et GPD (rouge) obtenus pour chaque station hydrométrique des bassins de la Saône et de la Seine.