Le cycle et le bilan hydrologiques

Introduction

L'eau, source de toute vie, se présente dans la nature sous trois états :

• solide : neige et glace,
• liquide : eau chimiquement pure ou chargée en solutés,
• gazeux : à différents degrés de pression et de saturation.

Les changements de phase de l'eau dépendent essentiellement de la température et de la pression.

Dans l'atmosphère terrestre, l'eau se retrouve sous ses trois formes.

Les eaux circulent en permanence sur la terre et subissent des changements d'état. L'importance de ces modifications fait de l'eau le principal agent de transport d'éléments physiques, chimiques et biologiques.

Définition et composante du cycle hydrologique 

La notion de cycle hydrologique englobe les phénomènes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la terre. Cette définition implique que les mécanismes régissant le cycle hydrologique surviennent conjointement. Le cycle hydrologique n'a donc ni commencement, ni fin.

Définition du cycle de l'eau.

Les éléments qui composent le cycle de l'eau sont respectivement :

• Les précipitations : eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, sous forme liquide (bruine, pluie, averse) et / ou solide (neige, grésil, grêle) ainsi que les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre,...).
• L'évaporation : passage de la phase liquide à la phase vapeur, il s'agit de l'évaporation physique.
• L'évapotranspiration : englobe les processus d'évaporation et de transpiration de la végétation
• L'interception : processus selon lequel la pluie (ou dans certains cas la neige) est retenue par la végétation, et repart par évaporation directe, sans entrer dans le cycle d'eau du bassin versant.
• Le stockage dans les dépresssions : processus au cours du quel l'eau est retenue dans les creux et les dépressions du sol pendant une averse.
• Le ruissellement ou écoulement de surface : mouvement de l'eau sur ou dans les premiers horizons du sol (écoulement de subsurface), consécutif à une précipitation.
• L'infiltration : mouvement de l'eau pénétrant dans les couches superficielles du sol.
• La percolation : mouvement profond de l'eau dans les sols faisant suite à l'infiltration.

La répartition des eaux 

La répartition des eaux peut se faire d'une manière quantitative et qualitative à l'échelle du globe, et par rapport aux différentes composantes du cycle hydrologique.

A l'échelle continentale et selon les zones géographiques, on se doit de noter d'énormes disparités entre les régions quasiment dépourvues d'eau et celles qui en bénéficient à l'excès.

Le bilan hydrique

Le cycle de l'eau peut-être analysé schématiquement selon les trois éléments suivants :

• Les précipitations,
• le ruissellement ou écoulement de surface et l'écoulement souterrain,
• l'évaporation.

Dans chacune des phases on retrouve respectivement un transport d'eau, un emmagasinement temporaire et parfois un changement d'état.

L'estimation des quantités d'eau passant par chacune des étapes du cycle hydrologique peut donc se faire à l'aide d'une équation de bilan appelée "bilan hydrologique" qui représente le bilan des quantités d'eau entrant et sortant d'un système défini dans l'espace (entité naturelle en générale) et dans le temps, à savoir l'année hydrologique (période d'une année très souvent différente de l'année civile).

Sous sa forme la plus générale et pour une période déterminée (mois, année), ce bilan peut s'écrire encore sous la forme simplifiée suivante :

E : évaporation [mm] ou [m3/s], I : flux d'eau entrant [mm] ou [m3/s], O : flux d'eau sortant [mm] ou [m3/s], DS :variation de stockage [mm] ou [m3/s].

Si l'on consière que la variation de stock est nulle d'une année à une autre, la différence entre les débits entrants (les précipitations) et sortants correspond au déficit d'écoulement. Ce déficit d'écoulement représente essentiellement les pertes dues à l'évaporation.

Il peut être estimé à l'aide de mesures (pluies et débits) ou de méthodes de calcul (formules de Turc et Coutagne).