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Introduction du numéro thématique : « Hydro-géomorphologie quantitative »

Cyril Fleurant, Johnny Douvinet and Daniel Delahaye
p. 3-6
This article is a translation of:
Introduction to the thematic issue: "Quantitative hydro-geomorphology" [en]

Editor's notes

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

Full text

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.

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Bibliography

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References

Bibliographical reference

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

Electronic reference

Cyril Fleurant, Johnny Douvinet and Daniel Delahaye, Introduction du numéro thématique : « Hydro-géomorphologie quantitative »Géomorphologie : relief, processus, environnement [Online], vol. 19 - n° 1 | 2013, Online since 10 June 2013, connection on 29 March 2024. URL: http://journals.openedition.org/geomorphologie/10081; DOI: https://doi.org/10.4000/geomorphologie.10081

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About the authors

Cyril Fleurant

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

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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)

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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)

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