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Compte rendu

L.J. Bull and M.J. Kirkby (ed.), Dryland rivers, hydrology and geomorphology of semi-arid channels

John Wiley & Sons, London, 388 p.
André Weisrock

Texte intégral

1L’ouvrage, suivi d’un index des mots-clefs et géographique, comporte quatre parties : une vue générale introductive sur les cours d’eau des régions arides (2 chapitres, 54 pages) ; l’étude des processus dans les bassins versants arides (5 chapitres, 172 pages) ; le développement des réseaux hydrographiques (3 chapitres, 100 pages) ; les crues dans les chenaux à écoulements éphémères (2 chapitres, 56 pages). Les chapitres consistent en contributions qui émanent de recherches menées dans le cadre du programme européen MEDALUS, mais aussi d’autres sources variées. Elles ont évidemment trait à l’aire méditerranéenne surtout, mais aussi à des milieux plus lointains, américains et australiens.

2Dans la partie introductive, le premier chapitre (L.J. Bull et M.J. Kirkby) rappelle les clefs essentielles de compréhension du fonctionnement des cours d’eau en régions arides et présente une brève revue des thèmes majeurs développés habituellement : rôle des cours d’eau dans le façonnement des paysages en régions arides, étude de leurs héritages géomorphologiques  pour les reconstitutions paléoenvironnementales, et surtout étude des ressources en eau avec leurs implications pour les habitants. Constatant que les études manquent souvent de données fiables, les auteurs indiquent que l’effort a porté dans cet ouvrage sur l’acquisition d’observations précises dans des espaces bien définis, pour une meilleure compréhension des interrelations entre les processus par des modélisations devant contribuer à un aménagement plus efficace, notamment dans la prévention des effets dévastateurs des crues.

3Le chapitre 2 (G.C. Nanson, S. Tooth et D. Knighton) est une revue des caractères distinctifs des cours d’eau des régions arides, à la lumière d’expériences variées, et particulièrement australiennes, ce qui entraîne les auteurs à nuancer quelque peu les affirmations habituelles sur la morphologie fluviale « aride », qui ont été établies principalement en régions méditerranéennes, où les montagnes couvrent de 35 à 50 % des surfaces. On a coutume de penser que les chenaux tressés, larges et peu profonds, à faible sinuosité, seraient la caractéristique principale des cours d’eau des régions arides. Or, la montagne occupe moins de 18 % des déserts australiens, et il y existe en fait une grande variété de cas, liés aux transitions nombreuses entre écoulements éphémères, intermittents et pratiquement pérennes, liés aussi aux variations de pentes, à la nature de la charge et de la végétation. Sur la plaine d’inondation de la Cooper Creek, on observe ainsi quatre types différents de chenaux : tressés, réticulés, à méandres et anastomosés, et enfin des chenaux s’écoulant dans des rides parallèles. Les auteurs insistent également sur le rôle de la végétation, des indurations et des interférences avec les systèmes éoliens avant de conclure sur l’importance de l’échelle d’étude des phénomènes.

Fig. 1 – Relations entre dunes et cours d'eau : l'exemple de la Cooper Creek, sud de l'Australie
Fig. 1 –River and aeolian dune interactions : the Cooper Creek example, South Australia

Fig. 1 – Relations entre dunes et cours d'eau : l'exemple de la Cooper Creek, sud de l'AustralieFig. 1 –River and aeolian dune interactions : the Cooper Creek example, South Australia

in Nanson et al. d'après une image Landsat TM de 1996. Le cours actuel de la Cooper Creek est un chenal unique à méandres (en noir) dirigé vers l'ouest. Il a succédé à une série de paléo-chenaux du Quaternaire moyen et récent visibles sur la moitié ouest de l'image, associés à des sables bordiers et des dunes transverses. Lors du dernier maximum glaciaire et de l'Holocène, la déflation au sein de ce premier complexe a  poussé vers le nord des dunes linéaires (en gris clair), qui ont interféré avec le cours de la Cooper Creek. Le vaste champ de dunes du sud-est de l'image ne dérive pas des alluvions quaternaires.
in Nanson et al., after a 1996 Landsat TM image. The present course of Cooper Creek is the well-defined dark channel meandering to the west. In the past, it flowed across much of the western half of the image, leaving a serie of mid- to late-Quaternary palaeochannels and juxtaposed source bordering or transverse dunes. During the last glacial maximum and Holocene, linear dunes have been deflated northwards from these, interacting with the  channels of Cooper Creek. The extensive dunefield to the southeast was not derived  from Quaternary alluvium.

4L’étude des processus dans les bassins versants arides occupe la partie principale de l’ouvrage, en mettant l’accent sur la nécessité de les modéliser pour contourner l’écueil du manque de données. Elle débute par une contribution de près de 50 pages sur la genèse du ruissellement dans les régions semi-arides et l’établissement de modèles mathématiques pour l’aménagement (K. Beven). Après avoir souligné la difficulté de l’établissement de modèles hydrologiques, due essentiellement à la discontinuité des phénomènes et à notre relative ignorance sur la part des flux souterrains, l’auteur examine d’abord la question d’un point de vue « perceptif » plus complexe que le modèle hortonien classique (ruissellement généré par excès de précipitation par rapport aux capacités locales d’infiltration du sol). L’apparition du ruissellement est fonction de l’intensité des précipitations, de leur répartition spatiale extrêmement discontinue, de la nature du sol et de la végétation et du rôle des événements pluvieux antérieurs. Dans les régions arides, les taux d’infiltration sont affectés principalement par les encroûtements qui réduisent la perméabilité des sols, tandis que les fentes de dessication peuvent localement l’accentuer. De très nombreuses études montrent aussi le contrôle dominant qu’exercent la végétation (elle-même directement liée aux infiltrations) ainsi que les pratiques culturales sur la genèse du ruissellement. Enfin, même si l’évapotranspiration potentielle excède normalement le volume d’eau infiltrée, il peut y avoir des périodes où les flux de subsurface peuvent influencer le ruissellement : des exemples précis en sont donnés, à partir de résultats d’observations sur des parcelles expérimentales. L’auteur souligne la difficulté d’introduire ces divers facteurs dans les équations et de passer des observations stationnelles à l’échelle du bassin versant, notamment à cause de l’effet de perte par transmission. Il propose néanmoins plusieurs modèles mathématiques pouvant approcher au mieux la complexité des phénomènes et pouvant servir aux prédictions, à la fois sur l’établissement des conditions de départ du ruissellement en un point donné et l’intégration de ces résultats ponctuels à l’échelle du versant, puis du bassin. Des études de cas américains, australiens et méditerranéens sont discutés, mettant en œuvre des modèles tels que SHETRAN et TOPMODEL. L’auteur conclut que les modèles fondés sur l’étude de processus dans les petits bassins versants sont les plus performants.

5Vient ensuite un court chapitre sur la dynamique sédimentaire des cours d’eau éphémères (I. Reid), qui expose en fait aussi le cas des cours d’eau méditerranéens pérennes. Après une revue des expérimentations sur les charges de fond et en suspension menées surtout en Israël, en Espagne et en Italie, l’auteur rappelle que ces cours d’eau produisent les records observés en charges de fond (en moyenne six fois plus élevées qu’en régions humides), en dépit du phénomène complexe de pavage qu’ils entretiennent. Ceci tient à la fois à l’intense alimentation de cette charge de fond par des versants raides et dénudés, et à l’existence de ravinements au sein même des lentilles de galets des chenaux. La charge en suspension est également forte, sans être une caractéristique exclusive des régions arides ; elle entraîne une durée de vie très courte pour les réservoirs qui y sont installés.

6La modélisation des flux et du transport des sédiments, fondée sur l’observation du bassin versant du Rambla de Nogalte (Murcie) dans le cadre du programme MEDALUS, fait l’objet du chapitre suivant (J. Shannon, R. Richardson et J. Thornes). L’équipement particulier (7 jauges, une station météorologique, 2 piézomètres) de ce bassin versant de 33 km de long a permis d’établir deux sortes de modèles, l’un pour la simulation des flux de crue et des inondations corrélatives, l’autre pour le mode de propagation de ces flux et leurs conséquences géomorphologiques, où cinq cas essentiels sont considérés. Le premier type de modèle bénéficie des progrès récents de la CFG (Computational Fluid Dynamics) et aboutit à des équations à sept ou neuf variables (débit, temps, surface de ruissellement, distance parcourue vers l’aval, accélération de la pesanteur, profondeur, forces de frottement…) ; leur application à la crue du 29 septembre 1997 a révélé une bonne corrélation avec la réalité des écoulements observés, mais sur un espace restreint. Le second type consiste en l’élaboration d’un modèle 3D du bassin, avec un maillage aussi fin que possible ; les flux sont calculés pour chaque maille, ainsi que leurs transferts possibles d’une maille à l’autre. Les vagues sédimentaires issues des chenaux de premier ordre lors d’un événement météorologique donné peuvent ainsi être suivies sur l’ensemble du système, ce qui peut être précieux pour la prévention.

7La morphodynamique des cours d’eau éphémères (J. Hooke et J. Mant) procède des mêmes circonstances (MEDALUS, études sur le bassin de Guadalentin, Murcie) et du même esprit, mais cherche à établir une transition entre les processus actuels et le passé. Un paragraphe intéressant concerne l’impact des crues ponctuelles, puis des séquences de crues, avec l’importance du ravinement des mouilles dans les lits : 2 m dans le Guadalentin, surtout à l’aval des confluences et des dépôts corrélatifs grossiers, juste à l’aval des mouilles ; dépôts fins de débordement hors berges). Certains secteurs connaissent une aggradation nette après une crue, sans qu’il soit possible d’expliquer leur localisation par la seule présence de végétation. Des exemples d’élargissement des chenaux et de leurs modifications en plan sont également fournis. A propos des dommages causés, la sédimentation est jugée ici plus destructrice que l’inondation. Les modifications morphologiques entraînées dépendent essentiellement de trois caractéristiques : la morphologie du chenal et l’état de la végétation avant la crue ; le volume, la vitesse et la nature de la charge lors de la crue ; le passage de la vague sédimentaire à travers le chenal et l’apport de matériel immédiatement à l’aval. Une brève revue des métamorphoses fluviales à l’échelle historique est ensuite dressée, ne voilant pas les lacunes immenses qui persistent à ce sujet dans le domaine méditerranéen.

8Fidèle à ses centres d’intérêts, A. Harvey se penche sur les relations entre les chenaux et les cônes de déjection correspondants au sein des montagnes méditerranéennes. Après avoir rappelé le double rôle des cônes (transmission ou tampon), entre montagne et piedmont, il indique que c’est le premier qui est fondamental dans ce chapitre traitant des chenaux. L’étude est fondée sur les observations menées depuis près de trente ans sur 95 cônes du sud-est de l’Espagne, lesquels sont très conformes aux propriétés morphométriques générales (la surface du cône augmente et sa pente diminue avec l’augmentation de la surface du bassin versant). La comparaison de la valeur des pentes des chenaux en fonction des surfaces drainées montre une différence importante entre les « chenaux de cônes » et les autres, plus raides, ce qui est à mettre en relation avec la dissection des cônes à l’aval du point d’intersection. La largeur des chenaux semble devenir plus grande à l’aval pour les chenaux de cônes, davantage sujets au tressage. Quinze cônes et leurs chenaux ont ensuite été choisis pour établir des profils complets, ainsi que des relevés de la largeur des chenaux et de la taille des sédiments. Les situations sont variables selon les divers degrés de dissection, parfois générée par la trame tectonique régionale, ou par l’oscillation du niveau de base, mais le plus souvent par la variation du rapport charge-débit. La plupart des cônes du sud-est de l’Espagne ont connu une aggradation au Pléistocène supérieur et connaissent une dissection qui s’amplifie depuis l’Holocène. Les cônes à croûte calcaire sont particulièrement sensibles à cette dissection une fois que les chenaux s’y sont enfoncés.

9La troisième partie sur le développement des chenaux débute par une étude sur le ravinement (J. Poesen, L. Vandekerckhove, J. Nachtergale, D. Oostwood Widjenes, G. Verstreaten et B. Van Wesemael) menée également dans le cadre de MEDALUS. Elle comporte d’utiles définitions et une typologie des ravins (gullies) pris comme éléments de transition entre les rills élémentaires et les chenaux, même si des limites chiffrées restent difficiles à fixer. Le ravinement est jugé responsable de 50 à 80 % du total de la production de sédiments en régions arides. C’est pourquoi il est crucial de connaître le détail des processus du fonctionnement des différents types de ravins, en particulier leur initiation, le passage des ravins éphémères, qui peuvent disparaître après des labours, vers des ravins permanents, par soutirage, « fluting », glissement en masse… Ceci nécessite le développement de stations d’observation standardisées pour une plus grande précision, ce qui fait en partie l’objet des deux chapitre suivants.

10La contribution de L.J. Bull et M.J. Kirkby porte sur l’origine et l’extension des chenaux par recul de leurs têtes. Les auteurs définissent dix types de têtes de chenaux en fonction de la dénivellation créée et du type de ruissellement, les deux cas extrêmes et fréquents étant une pente graduelle et une entaille  abrupte. Puis ils examinent les processus en insistant sur les seuils limites qui font passer du ruissellement (superficiel et de sub-surface) simple à la mise en mouvement des sédiments (impact des gouttes de pluie, déchaussement des racines, propriétés lithologiques, etc.). L’incision apparaît pour des valeurs critiques de la contrainte de cisaillement estimée soit en fonction de la vitesse de cisaillement et de la densité de l’eau d’une part, soit en fonction de la densité de l’eau, de l’accélération de la pesanteur, du rayon hydraulique et de la pente, d’autre part. Ces valeurs doivent excéder celles du seuil de résistance, ainsi que l’effet d’autres processus (impact de la pluie, cycles humidification-dessication, gel) qui tendent à remplir les incisions. Le soutirage est l’un des processus les plus importants pour l’initiation des têtes de ravins en régions arides ; il est contrôlé par la présence de matériel limono-argileux sujet à l’apparition de fentes de dessication ou contenant des sels solubles, par l’existence de cycles dessication-humidification contrastés, avec des orages brefs et violents sur des pentes fortes dépourvues de végétation. Pour que le système fonctionne, il faut aussi que les matériaux érodés puissent être évacués vers l’aval, parfois par l’intermédiaire de tunnels. Les têtes de ravins sont ensuite entretenues par les écoulements et s’agrandissent latéralement et régressivement par éboulements en masse, dont les auteurs rappellent également les différents types de fonctionnement. Le chapitre se termine par une revue des différentes théories d’ensemble sur le développement des têtes de ravins (Horton, 1945 ; Wilgoose et al., 1991 ; Kirkby, 1994 ; Howard 1994 ; Smith et al., 1997 ; Kirkby et Bull, 2000) et sur l’influence des processus à l’échelle du bassin versant (Schumm et Hadley, 1957 ; De Ploey, 1992 ; Bull, 1997). Les principaux problèmes en suspens concernent la compréhension des causes de la localisation et des dimensions des têtes de ravins, ainsi que leur évolution sur le long terme, de même que l’évaluation des taux d’incision.

11Le chapitre suivant est logiquement consacré aux systèmes de badlands en Méditerranée (F. Gallart, A. Solé, J. Puigdefabregas et R. Lazaro). Il s’appuie sur l’étude de quatorze cas pour la plupart induisant la formation et le développement de badlands, après une revue des conditions physiques favorables. Sont donc évoqués classiquement les altérations, les types de sols favorables, l’infiltration, le ruissellement, les processus érosifs, ce qui répète quelque peu le précédent chapitre. Plus neufs et intéressants sont les paragraphes sur les taux d’incision et surtout le rôle de la végétation sur l’évolution des badlands (nature et répartition détaillée de la végétation des badlands méditerranéens, facteurs affectant la régénération et la survie des plantes, relations végétation-ruissellement à des échelles très fines). Ceci conduit les auteurs à classer les badlands en trois catégories climatiques : badlands arides (moins de 200 mm de précipitations) où la végétation ne joue aucun rôle, badlands semi-arides (entre 200 et 700 mm), à végétation discontinue, typiquement dissymétriques (versants ensoleillés nus et versants ombragés couverts), et badlands humides, avec plus de 700 mm annuels, où les versants sont normalement végétalisés et où les badlands sont récents et liés aux activités anthropiques.

12La quatrième et dernière partie est consacrée aux écoulements dans les chenaux éphémères et comporte deux chapitres. Le premier expose les résultats d’études menées dans le cadre de MEDALUS sur la magnitude et la fréquence des écoulements éphémères des ramblas sur le versant méditerranéen espagnol (F. Lopez-Bermudez, C. Conesa-Garcia et F. Alonso-Sarria). Trois périodes ont connu par le passé de fortes activités : les xvie-xviie siècles, le dernier tiers du xviie et le milieu du xixe. Les événements catastrophiques plus récents, notamment de 1960 à 1990, sont classés en fonction du nombre de victimes et du montant des dégâts matériels. En combinant ces observations temporelles aux valeurs estimées des débits de pointe, les auteurs montrent que, sur les ramblas, les seuils majeurs impliquant une modification du système fluvial, établis également pour le Segura et le Guadalentin sur la fréquence des débits à plein-bord, ont un retour de 3,5 à 6 ans. Les crues sont presque toujours automnales (plus de 40 % des crues historiques).

13Le second chapitre, des mêmes auteurs, présente les conditions synoptiques conduisant à la production de pluies intenses dans la même région. L’étude de dix cas récents de fortes précipitations montre qu’elles se produisent presque toutes en automne ou à la fin de l’été. Les basses pressions sont alors extrêmement creusées sur la Méditerranée occidentale et la position géographique de la Péninsule joue un rôle important sur la répartition des précipitations, le flux humide venant de l’est, renforcé par les brises de mer et la disposition des vallées ; la chaleur qui a précédé ces événements renforce l’intensité des précipitations.

14Ce type d’ouvrage collectif présente les défauts habituels inhérents au genre, avec de nombreuses redites, des parties assez artificiellement articulées ou présentées dans un ordre discutable (le titre mettant résolument l’accent sur la morphologie climatique, pourquoi rejeter à la fin le seul chapitre climatologique ?) et surtout l’absence quasi-totale de référence hors langue anglaise. Malgré ces défauts, c’est un ouvrage qui suscite la réflexion. De plus, sa présentation est soignée, bien illustrée, et il constitue un recueil d’exemples et de références indispensable à qui s’intéresse à la morphologie fluviale en régions arides.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Relations entre dunes et cours d'eau : l'exemple de la Cooper Creek, sud de l'AustralieFig. 1 –River and aeolian dune interactions : the Cooper Creek example, South Australia
Légende in Nanson et al. d'après une image Landsat TM de 1996. Le cours actuel de la Cooper Creek est un chenal unique à méandres (en noir) dirigé vers l'ouest. Il a succédé à une série de paléo-chenaux du Quaternaire moyen et récent visibles sur la moitié ouest de l'image, associés à des sables bordiers et des dunes transverses. Lors du dernier maximum glaciaire et de l'Holocène, la déflation au sein de ce premier complexe a  poussé vers le nord des dunes linéaires (en gris clair), qui ont interféré avec le cours de la Cooper Creek. Le vaste champ de dunes du sud-est de l'image ne dérive pas des alluvions quaternaires.in Nanson et al., after a 1996 Landsat TM image. The present course of Cooper Creek is the well-defined dark channel meandering to the west. In the past, it flowed across much of the western half of the image, leaving a serie of mid- to late-Quaternary palaeochannels and juxtaposed source bordering or transverse dunes. During the last glacial maximum and Holocene, linear dunes have been deflated northwards from these, interacting with the  channels of Cooper Creek. The extensive dunefield to the southeast was not derived  from Quaternary alluvium.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/111/img-1.png
Fichier image/png, 268k
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Référence électronique

André Weisrock, « L.J. Bull and M.J. Kirkby (ed.), Dryland rivers, hydrology and geomorphology of semi-arid channels », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 12 - n° 4 | 2006, mis en ligne le 01 juillet 2007, consulté le 26 juin 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/111

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Auteur

André Weisrock

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