Navigation – Plan du site

Introduction du numéro thématique : « Hydro-géomorphologie quantitative »

Cyril Fleurant, Johnny Douvinet et Daniel Delahaye
p. 3-6
Cet article est une traduction de :
Introduction to the thematic issue: "Quantitative hydro-geomorphology"

Notes de la rédaction

Article soumis le 22 novembre 2012, accepté le 23 novembre 2012.

Texte intégral

Les co-éditeurs associés souhaitent remercier les auteurs qui ont répondu à cet appel à publications ainsi que les dix-huit relecteurs anonymes qui ont permis l’évaluation de ces six articles présentés dans ce numéro. Nos remerciements vont également à Gilles Arnaud-Fassetta, rédacteur en chef de la revue Géomorphologie : relief, processus, environnement pour sa confiance et sa disponibilité.

1Les hydro-géomorphologues utilisent de plus en plus des outils d’analyse quantitative pour estimer les flux, hydriques ou solides, qui transitent à l’échelle des bassins versants. Ils portent leur attention sur les interactions amont/aval et sur les nombreuses relations verticales/horizontales qui agissent sur la réponse hydrologique. Ils cherchent également à mieux appréhender et modéliser les processus opérant depuis les échelles fines (en m²) jusqu’aux échelles globales (de 10 km² à plus de 100 000 km² dans certains cas) pour révéler les emboitements d’échelles spatiales et temporelles qui gouvernent la dynamique des hydrosystèmes. Ces méthodes connaissent un tel regain d’intérêt depuis la fin des années 1980 qu’il serait vain de vouloir en dresser un inventaire exhaustif. Cette contribution collective vise néanmoins à présenter quelques unes de ces démarches, avec des outils répondant à des problématiques spécifiques et très diversifiées.

2En se focalisant non seulement sur les processus géomorphologiques – intimement liés à la mise en place et à l’altération du relief – et hydrologiques – les écoulements liquides et/ou solides transitant au sein des cours d’eau (Rasmussen, 2012) mais aussi sur les formes en découlant – e.g, incision de berge, dépôt sédimentaire en rive convexe, formation d’une plaine deltaïque –, les hydro-géomorphologues portent un regard interdisciplinaire au carrefour des cycles de la Terre et de l’eau. Ils mènent également des recherches à vocation sociétale puisque les flux observés peuvent représenter des risques importants pour les sociétés et leur environnement (e.g, Piégay, 1996 ; Delahaye, 2002 ; Reid, 2004 ; Arnaud-Fassetta et al., 2009 ; Gaume et al., 2009).

3A.E. Scheidegger (1972) définit pour la première fois l’« hydro-geomorphology » comme l’étude des formes produites par les actions de l’eau. Pourtant, les bases et les concepts de cette discipline émergent dès les années 1960 (e.g, Hack et Goodlett, 1960 ; Tsukamoto, 1961 ; Leopold et Langbein, 1962 ; Kirkby et Chorley, 1967 ; Shreve, 1969). Au départ, de nombreux indices morphométriques ont été développés pour caractériser la géométrie des bassins et les liens avec leurs comportements hydrologiques (e.g, Gravelius, 1914 ; Jovanovic, 1940 ; Rodriguez-Iturbe and Rinaldo, 1997 ; Delahaye, 2008 ; Douvinet, 2008). Mais l’utilisation seule de ces indices reste peu efficace dans la compréhension de la fonction de transfert pluie/débit.

4La structure et l’organisation hiérarchique des réseaux hydrographiques ont également été étudiées de façon précise (Horton, 1945 ; Schumm, 1956 ; Strahler, 1957 ; Shreve, 1969) et un grand nombre de travaux expérimentaux sur ces réseaux a montré l’implication de leurs propriétés scalantes dans la modélisation du fonctionnement d’un bassin-versant (Labarbera et Rosso, 1990 ; Tarboton et al., 1990 ; Rosso et al., 1991 ; Duchesne et al., 1997 ; Rodriguez-Iturbe et Rinaldo, 1997 ; Delahaye, 2002 ; Fleurant et al., 2006). Cette prise en compte de la géométrie des bassins versants et des réseaux a permis des avancées considérables. Ces études ont d’ailleurs perduré avec l’essor de la géométrie fractale et de la théorie de la complexité (Dauphiné, 2003).

5Parallèlement, les travaux expérimentaux sur les dynamiques actuelles des processus et des formes se sont développés (e.g, Davy et Lague, 2009 ; Tucker et Hancock, 2010) tout comme les approches temps long (e.g, Lespez et al., 2008). Les remblaiements de fond de vallée d’aujourd’hui sont bien les produits de l’érosion d’hier. Les sédiments stockés constituent une source d’information fondamentale pour comprendre, entre autres, les relations entre les dynamiques fluviales et sédimentaires à différentes échelles (e.g, Nicholas et al., 1995 ; Lane et Richards, 1997 ; Beel et al., 2011) ou les influences de l’occupation du sol sur les dynamiques hydrologiques et sédimentaires (e.g, Chatterjea, 1994 ; McDowell et al., 2002 ; Notebaert et al., 2011).

6La quantification des processus s’est développée au début des années 1980 pour trois raisons principales : 1) l’essor de matériels d’expérimentation performants – moyens de mesures des débits liquides et solides, par DOPLER ou de la topographie par LIDAR terrestre et aéroporté par exemple, voire l’utilisation de disdromètre pour mieux connaître la taille des gouttes de pluie au départ des processus d’érosion ; 2) une mise à disposition d’informations géographiques de plus en plus riches – imagerie satellitaire, BD topo, BD carto, banque hydro ; 3) l’augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs à la fin des années 1980, qui permet l’avènement de nouvelles technologies aussi innovantes que performantes – système d’information géographique, outils de télédétection, modélisation distribuée et semi-distribuée. Ces outils ont permis une quantification plus fine des processus dans l’espace – par une meilleure densité spatiale des données – et dans le temps – par la prise en compte des hautes fréquences qui permettent de mieux comprendre les sauts d’échelles observés. Les termes de « crise », « rupture », « seuil » ou « discontinuité », qui à l’origine étaient largement utilisés dans les sciences de la complexité, sont couramment utilisés aujourd’hui.

7Si l’hydro-géomorphologie fait appel à de nombreuses méthodes numériques, elle reste néanmoins très attachée à une approche « naturaliste » (pragmatique et empirique). Le terrain est toujours le premier support de réflexion et de construction des hypothèses, des protocoles d’expérimentation et de validation des résultats (e.g, Biggs et al., 2006 ; Berger et al., 2010 ; Millares et al., 2012).

8Sans chercher l’exhaustivité, les six articles composant ce numéro thématique traduisent à eux seuls la pluralité des outils et des démarches innovantes recherchées aujourd’hui, en France mais pas uniquement. De manière générale, les articles s’intéressent à l’influence des formes sur les flux hydriques (quatre articles) et sur les sédiments associés (deux articles). Ces contributions s’inscrivent dans la dynamique des travaux internationaux en « hydro-géomorphologie quantitative » et construisent des pistes de recherche majeures de la discipline. J. Aouissi et al. (ce numéro) montrent comment, par le biais du logiciel Hydrostruct, on peut faire le lien entre la morphométrie du réseau hydrographique et la réponse hydrologique du bassin-versant. L’exemple donné sur le bassin de Merguellil (192 km²), en Tunisie centrale, indique comment les paramètres structurels extraits des réseaux hydrographiques peuvent alimenter un modèle pluie-débit. V. Bonhomme et al. (ce numéro) proposent une nouvelle méthode de description de la forme d’un bassin-versant en utilisant les transformées elliptiques de Fourier. Leur analyse sur 75 bassins versants, ayant des surfaces supérieures à 50 km² sur la côte Est d’Haïti, a pour ambition d’aborder sous un nouvel angle les relations entre la forme d’un bassin et son fonctionnement hydrologique. J. Douvinet et al. (ce numéro) exposent une méthode de quantification de la connectivité hydro-morphologique d’un réseau afin de détecter un potentiel de dommages inhérents à des crues rapides. Leur étude sur cinq bassins versants (entre 2,8 et 27,9 km²) dans le nord du Bassin parisien est basée sur l’utilisation d’un automate cellulaire (Ruicells) et montre l’intérêt de comparer un indice de concentration (théorique) à la réalité du terrain (localisation des dégâts localisés après un événement). D. Maréchal et al. (ce numéro) s’intéressent aussi à ces liens entre la forme d’un bassin et sa réponse hydrologique. Ainsi, après une analyse morphométrique de deux bassins cévenols (0,6 et 0,9 km²), basée sur une extraction des propriétés du réseau via un modèle numérique de terrain, les auteurs mettent en évidence les différences de fonctionnement hydrologique au sein d’un bassin qu’ils nomment de type « versant » ou « réseau ». A.-J. Rollet et H. Piégay (ce numéro) présentent de leur côté une méthodologie de quantification du bilan sédimentaire de la basse vallée de l’Ain. Sur la base d’une cartographie fluviale, de calculs de surfaces érodées/d’accumulation et d’un bilan sédimentaire précis, les auteurs mettent en exergue l’importance de l’échelle d’étude dont il faut tenir compte pour définir, ensuite, un plan de gestion durable du cours d’eau. Enfin, W. Zglobicki (ce numéro), dans son travail sur le plateau de Lublin (Pologne), estime à partir de 53 datations au carbone 14 les vitesses moyennes de sédimentation. Il émet l’hypothèse que l’augmentation de ces vitesses moyennes depuis 8000 ans peut être directement imputée aux activités anthropiques, notamment la déforestation.

Haut de page

Bibliographie

Arnaud-Fassetta G., Astrade L., Bardou E., Corbonnois J., Delahaye D., Fort M., Gautier E., Jacob N., Peiry J.-L., Piégay H., Penven M.-J. (2009) – Fluvial geomorphology and flood-risk management. Géomorphologie : relief, processus, environnement 2, 109-128.

Beel C.R., Orwin J.F., Holland P.G. (2011) – Controls on slope-to-channel fine sediment connectivity in a largely ice-free valley, Hoophorn Stream, Southern Alps, New Zealand. Earth Surface Processes and Landforms 36, 981-994.

Berger C., Schulze M., Rieke-Zapp D., Schlunegger F. (2010) – Rill development and soil erosion : a laboratory study of slope and rainfall intensity. Earth Surface Processes and Landform 35, 1456-1467.

Biggs T.W., Dunne T., Muraoka T. (2006) – Transport of water, solutes and nutrients from a pasture hillslope, southwestern Brazilian Amazon. Hydrological Processes 20, 2527-2547.

Chatterjea K. (1994) – Dynamics of fluvial and slope processes in the changing geomorphic environment of Singapore. Earth Surface Processes and Landforms 19, 585-607.

Dauphiné A. (2003)Les théories de la complexité chez les géographes. Anthropos, Paris, 248 p.

Davy P., Lague D. (2009) – The erosion/transport equation of landscape evolution models revisited. Journal of Geophysical Research 114, F03007.

Delahaye D. (2002) Apport de l’analyse spatiale en géomorphologie. Modélisation et approche multi-scalaire des risques. Mémoire d’habilitation à Diriger des Recherches, Université de Rouen, 2 tomes, 471 p.

Delahaye D. (2008) – Modelling the watershed as a Complex Spatial System : A review. In Guermond Y. (Ed.) Modeling Process in Geography. Wiley, Chichester, 191-213.

Douvinet J. (2008)Les bassins versants sensibles aux crues rapides dans le nord de la France (Bassin Parisien) – Analyse de la structure et de la dynamique de systèmes spatiaux complexes, Thèse de géographie, Université de Caen, 325 p.

Duchesne J., Cudennec C., Corbierre V. (1997) – Relevance of the H2U model to predict the discharge of a catchment. Water Science and Technology 36, 169-175.

Fleurant C., Kartiwa B., Roland B. (2006) – Analytical model for a geomorphological instantaneous unit hydrograph. Hydrological Processes 20, 3879-3895.

Gaume E., Bain V., Bernardara P., Newinger O., Barbuc M., Bateman A., Blaskovicova L., Bloschl G., Borga M. Dumitrescu A., Daliakopoulos I., Garcia J., Irismescu A., Kohnova S., Koutroulis A. Marchi L., Matreat S., Medina V., Preciso E., Sempre-Torres D., Strancalie G., Szolgay J., Tsnais I., Velasco D., Viglione A. (2009) – A compilation of data on European flash floods. Journal of Hydrology 367, 70-78.

Gravelius H. (1914)Flusskunde. Goschen'sche Verlagshandlung, Berlin.

Hack J.T., Goodlett J.C. (1960) – Geomorphology and forest ecology of a mountain region in the central Appalachians. United States Geological Survey Professional Papers, 347.

Horton R. (1945) – Erosional development of streams and their drainage basins ; hydrological approach to quantitative morphology. Bulletin of the Geological Society of America 56, 275-370.

Jovanovic P.S. (1940) – Les Profils Fluviatiles en Long, leurs Formes et leur Genèse : essai de méthodes morphogénétiques nouvelles. In Zavoianu I. (Ed.) Morphometry of Drainage Basins. Developments in Water Science 20, 1985, 238 p.

Kirkby M.J., Chorley R.J. (1967) – Throughflow, overland flow and erosion. Bulletin of the International Association of Scientific Hydrology 12, 5-21.

Labarbera P., Rosso R. (1990) – On the fractal dimension of stream networks. Water Resources Research 26, 2245-2248.

Lane S.N., Richards K.S. (1997) – Linking river channel form and process : Time, space and causality revisited. Earth Surface Processes and Landforms 22, 249-260.

Leopold L.B., Langbein W.B. (1962) – The concept of entropy in landscape evolution. United States Geological Survey Professional Papers 500-A.

Lespez L., Clet-Pellerin M., Limondin-Lozouet N., Pastre J.-F., Fontugne M., Marcigny C. (2008) – Fluvial system evolution and environmental changes during the Holocene in the Mue valley (W France). Geomorphology 98, 55-70.

McDowell R.W., Sharpley A.N., Chalmers A.T. (2002) – Land use and flow regime effects on phosphorus chemical dynamics in the fluvial sediment of the Winooski River, Vermont. Ecological engineering 18, 477-487.

Millares A., Gulliver Z., Polo M.J. (2012) – Scale effects on the estimation of erosion thresholds through a distributed and physically-based hydrological model. Geomorphology 153-154, 115-126.

Nicholas A.P., Ashworth P.J., Kirkby M.J., Macklin M.G., Murray T. (1995) – Sediment slugs : Large-scale fluctuations in fluvial sediment transport rates and storage volumes. Progress in Physical Geography 19, 500-519.

Notebaert B., Verstraeten G., Ward P., Rensen H., Van Rompaey A. (2011) – Modeling the sensitivity of sediment and water runoff dynamics to Holocene climate and land use changes at the catchment scale. Geomorphology 126, 18-31.

Piégay H. (1996) – La forêt d'inondation des rivières à forte énergie, un patrimoine écologique à gérer. Annales de Géographie 590, 347-368.

Rasmussen K.R. (2012) – Geomorphology : Flow and form. Nature Geosciences 5, 164-165.

Reid I. (2004) – Flash flood. In Goudie A. (Ed.) Encyclopedia of Geomorphology. Routledge, London, 1156 p.

Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo A. (1997)Fractal river basins, chance and self-organization. Cambridge University Press, Cambridge, 547 p.

Rosso R., Bacchi B., Labarbera P. (1991) – Fractal relation of mainstream length to catchment area in river networks. Water Resources Research 27, 381-387.

Scheidegger A.E. (1972) – Hydrogeomorphology. Journal of Hydrology 20, 193-215.

Schumm S. (1956) – Evolution of drainage system and slopes in badlands at Pearth Amboy. Bulletin of the Geological Society of America 87, 597-646.

Shreve R. (1969) – Stream lengths and basin areas in topologically random channel networks. Journal of Geology 77, 397-414.

Strahler A. (1957) – Quantitative analysis of watershed geomorphology. Transactions of the AGU 38, 913-920.

Tarboton D., Bras R., Rodriguez-Iturbe I. (1990) – Comment on ‘On the fractal dimension of stream networks’ by P. LaBarbera and R. Rosso. Water Resources Research 26, 2243-2244.

Tsukamoto Y. (1961) – An experiment on subsurface flow. Journal of the Japanese Forestry Society 43, 62-67 (in Japanese).

Tucker G.E., Hancock G.R. (2010) – Modelling landscape evolution. Earth Surface Processes and Landforms 35, 28-50.

Haut de page

Pour citer cet article

Référence papier

Cyril Fleurant, Johnny Douvinet et Daniel Delahaye, « Introduction du numéro thématique : « Hydro-géomorphologie quantitative » », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 19 - n° 1 | 2013, 3-6.

Référence électronique

Cyril Fleurant, Johnny Douvinet et Daniel Delahaye, « Introduction du numéro thématique : « Hydro-géomorphologie quantitative » », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 19 - n° 1 | 2013, mis en ligne le 10 juin 2013, consulté le 23 août 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/10081

Haut de page

Auteurs

Cyril Fleurant

Université d’Angers – UMR CNRS 6554 LETG – Angers LEESA – 2, boulevard Lavoisier – 49045 Angers Cedex 01 (cyril.fleurant@univ-angers.fr)

Articles du même auteur

Johnny Douvinet

Université d’Avignon – UMR CNRS 7600 ESPACE – Avignon – 74, rue Louis Pasteur, case 17 – 84029 Avignon Cedex 01 (johnny.douvinet@univ-avignon.fr)

Articles du même auteur

Daniel Delahaye

Université de Caen Basse-Normandie – UMR CNRS 6554 LETG – Caen Géophen – Campus 1, bâtiment A, étage 2 – Esplanade de la Paix – BP 5186 – 14032 Caen Cedex (daniel.delahaye@unicaen.fr)

Articles du même auteur

Haut de page

Droits d’auteur

© Groupe français de géomorphologie

Haut de page
  • Logo CNRS - Institut des sciences humaines et sociales
  • Logo Groupe français de géomorphologie
  • Revues.org