Approche géomatique pour simuler l'érosion hydrique et le transport des sédiments à l'échelle des petits bassins versants agricoles.

L'érosion hydrique est un phénomène naturel qui peut s'aggraver sous l'action combinée de
\nconditions climatiques et anthropiques particulières. L'importance de cette forme de pollution
\ndiffuse est souvent mesurée par les quantités de sédiments exportés à l'exutoire .des bassins
\nversants. De façon générale, l'érosion hydrique dépendra de l'importance et de la fréquence des
\nagents d'érosion (pluie et ruissellement), des types de sols, de la topographie et de l'occupation
\ndu territoire. L'utilisation des modèles mathématiques permet de tenir compte de ces paramètres.
\nPlusieurs travaux effectués sur l'érosion et le transport des sédiments portent sur des parcelles
\nou des champs. Des efforts restent cependant à être déployés en ce qui concerne les études de
\nmodélisation à l'échelle des bassins versants compte tenu des masses d'informations
\nhétérogènes qu'il faut alors manipuler. L'évaluation de l'érosion hydrique et du transport des
\nsédiments à l'échelle d'un bassin versant demande donc d'investir dans des études de simulation
\nqui tiennent davantage compte de la dimension spatiale et temporelle. Pour effectuer ces études,
\non se doit de quantifier le mouvement de l'eau et des sédiments à travers le bassin versant. Une
\ntelle investigation nécessite le développement d'une approche analytique multidisciplinaire qui
\nvise à simuler la production et le cheminement de l'eau (débit et ruissellement) et des sédiments
\n(érosion et solides en suspension) de l'amont vers l'aval d'un bassin versant. Cette procédure
\nexige l'emploi d'outils d'analyse de plus en plus sophistiqués. Le recours aux modèles
\nhydrologiques à distribution spatiale et aux systèmes d'information géographique (SIG) est alors
\nde mise. Par l’utilisation conjointe de ces outils, il devient possible d'analyser une grande quantité
\nde données susceptibles de définir l'environnement physique d'un bassin versant.
\nL'objectif principal de ce projet de recherche consiste à développer et appliquer une approche
\ngéomatique de simulation qui vise à évaluer, dans le temps et l'espace, l'impact du climat et
\nde l'occupation du territoire sur l'érosion hydrique et le transport des sédiments vers l'exutoire
\nd'un petit bassin versant agricole. Elle rend également possible l'identification des secteurs du
\nbassin versant les plus touchés par le problème d'érosion/sédimentation et où un effort local
\nd'évaluation et d'intervention pourrait éventuellement être porté afin de réduire les pertes de sols.
\nUn modèle d'érosion hydrique et de transport des solides en suspension (MODÉROSS) a été
\ndéveloppé et couplé au modèle hydrologique CEQUEAU. Le modèle MODÉROSS a été construit
\nà partir d'algorithmes provenant de différents modèles d'érosion hydrique déjà existants. Le
\nproduit final de ce couplage (progiciel CEQÉROSS) simule la production et le transfert de l'eau
\net des sédiments, de l'amont vers l'aval d'un bassin versant. Un effort a été prodigué afin
\nd'automatiser l'acquisition et la gestion des données utiles au fonctionnement de CEOÉROSS.
\nLes macro-commandes du système d'information géographique IDRISI ainsi que son système
\nde gestion de données ont été largement utilisés à cette fin.
\nLes principales étapes de la démarche géomatique de simulation sont: segmentation du bassin
\nversant en unités spatiales de calcul relativement homogènes (i.e. USC); détermination des
\ncaractéristiques climatiques, hydrologiques, topographiques, pédologiques et d'occupation du
\nterritoire des USC; définition du réseau de drainage; évaluation de la production de sédiments
\nau sol et en rivière; estimation de la capacité de transport de l'écoulement; estimation de la
\ncharge et de la concentration des solides en suspension et transfert des sédiments vers l'aval
\ndu bassin versant. Les calculs s'effectuent au niveau de l'USC et de la journée. La procédure
\nproposée nécessite le calage de paramètres de façon à reproduire le mieux possible les débits,
\nles charges et les concentrations de solides en suspension mesurées quotidiennement.
\nLa démarche méthodologique proposée a été appliquée sur un petit bassin versant agricole de
\n78 ha localisé à Lennoxville, dans la région de Sherbrooke, au Québec (Canada). Les valeurs
\ncalculées (i.e simulation) des débits, des concentrations et des charges solides en suspension
\nont été comparées, graphiquement et statistiquement, aux valeurs mesurées (i.e. observation)
\nà l'exutoire du bassin versant au cours des années hydrologiques d'octobre 1991 à septembre
\n1992 (période de calage) et d'octobre 1992 à septembre 1993 (période de validation). L'examen
\ndes hydrogrammes et des sédimentogrammes journaliers pour ces périodes révèle un excellent
\najustement des débits et des charges solides simulés et observés. La comparaison des
\nconcentrations journalières de solides en suspension observées et simulées montre cependant
\ndes écarts considérables dûs à la grande variabilité naturelle du transport sédimentaire à l'échelle
\ndes petits bassins versants. Ces écarts sont toutefois réduits si on ramène la comparaison à une
\néchelle temporelle (i.e. mensuelle, annuelle) mieux adaptée au contexte d'une gestion de la
\npollution diffuse à l'échelle des bassins versants agricoles.
\nL'approche géomatique de simulation proposée dans cette thèse peut donc être utilisée pour
\névaluer l'impact du climat et de l'occupation du territoire sur l'érosion hydrique et le transport de
\nsolides en suspension d'un petit bassin versant. Localement, cette approche permet de cibler les
\nsecteurs d'un bassin• versant les plus touchés par ces phénomènes et où une intervention à court
\nou moyen terme peut s'avérer adéquate pour réduire les problèmes de pollution diffuse. De plus.
\nle modèle d'érosion hydrique et d~ transport de solides en suspension développé dans le cadre
\nde ce projet reproduit convenablement le comportement saisonnier de "érosion hydrique et du
\ntransport sédimentaire à l'embouchure du bassin versant étudié. Finalement, nous croyons que
\ncette approche s'inscrit favorablement à l'intérieur d'un ensemble d'outils d'analyses destinés à
\ngérer globalement les ressources eau et sol à l'échelle des petits bassins versants ruraux.
\n

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