notice de lecture de la carte de l'indice de développement

Notice de lecture de la cartede l'indice de

développement etpersistance des réseaux

(IDPR) pour le bassinRhone Méditerranée Corse

Rapport final

BRGM/RP-52935-FROctobre 2003

Etude réalisée dans le cadre desopérations de Service public du BRGM

Vincent MARDHEL

Notice de lecture de la carte del'indice de développement et

persistance des réseaux (IDPR) pourle bassin Rhone Méditerranée Corse

Rapport final

BRGM/RP-52935-FROctobre 2003

Étude réalisée dans le cadre des opérations

Vincent MARDHEL

Calcul de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR) pour le bassin RhôneMéditerranée Corse

BRGM/RP-52935 -FR 2

Mots clés :Vulnérabilité, Rhône Méditerranée Corse, Cartographie

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :Calcul de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR) pour le bassinRhône Méditerranée Corse

© BRGM, 2003, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Calcul de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR) pour le bassin RhôneMéditerranée Corse

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Synthèse

ans le cadre des travaux en cours sur le bassin Rhône-Méditerranée-Corse pourla mise en œuvre de la Directive cadre européenne sur l'eau, il est nécessaire

d'élaborer d'une cartographie de l'estimation des modes de flux de pollution éventuellevers les eaux souterraines ou les eaux superficielles.

L’indice de développement et persistance des réseaux (IDPR), développé par leBRGM, traduit de manière indirecte ces notions de flux.

La méthodologie de calcul de l'IDPR a été développée pour permettre d'initier unecartographie régionale de vulnérabilité. Elle permet d'approcher l’aptitude desformations du sous-sol à laisser s'infiltrer ou ruisseler les eaux météoritiques.

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Calcul de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR)Bassin Rhône Méditerranée Corse

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Sommaire

1. Introduction................................................................................................................. 5

Méthodologie .................................................................................................................. 6

Géologie et rivières ........................................................................................................... 6

Indice de développement et persistance des réseaux (IDPR) ................................. 8

Eléments de calcul de l'IDPR........................................................................................... 9

Structure du réseau théorique et ordre des talwegs ..................................................9Modèle numérique de terrain (MNT)...........................................................................9Calcul du réseau des talwegs...................................................................................12

Calcul de l'IDPR............................................................................................................ 15

Interprétation de l'IDPR .................................................................................................. 15

Agrégation des données par unité fonctionnelles................................................... 17

Matrice de calcul.....................................................................................................18

Documents restitués.................................................................................................... 26


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Liste des figures

Figure 1 - Modèle de Horton............................................................................................10

Figure 2 - Modèle de Strahler..........................................................................................10

Figure 3 - Modèle de Shreeve.........................................................................................10

Figure 4: Carte du réseau des talwegs hiérarchisé selon Stralher.................................14

Figure 5 : Carte IDPR établie à partir du réseau hydrographique naturel ......................18

Figure 6: Coupe ESE-WNW d'après SITTLER, 1965, in DEBELMAS - Géologie de laFrance) ..............................................................................................................20

Figure 7 : Carte IDPR établie à partir du réseau hydrographique naturel pérenne........21


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Liste des annexes

CDROM contenant

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRb.

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRp.

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRc

– le réseau des talwegs hiérarchisé selon Strahler


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Introduction

Les travaux en cours sur le bassin Rhône-Méditerranée-Corse pour la mise en œuvrede la Directive cadre européenne sur l'eau nécessitent l'élaboration d'une cartographiede l'estimation des modes de flux de pollution éventuelle vers les eaux souterraines oules eaux superficielles.L’indice de développement et persistance des réseaux (IDPR), développé par leBRGM, traduit de manière indirecte ces notions de flux.La méthodologie de calcul de l'IDPR a été développée pour permettre d'initier unecartographie régionale de vulnérabilité. Elle permet d'approcher l’aptitude desformations du sous-sol à laisser s'infiltrer ou ruisseler les eaux météoritiques.


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Méthodologie

GEOLOGIE ET RIVIERES

La recherche d'éventuelles corrélations entre la forme du réseau hydrographique et lesformations géologiques a suscité un grand nombre de travaux. L'hypothèse principalequi les sous tend suppose que les réseaux hydrographiques conservent, dans leursformes, la signature des phénomènes endogènes (Deffontaines (B.)) ou exogènes.

Prud'homme Robert1 est l'un des précurseurs français en matière d'analyse desréseaux hydrographiques. Dans sa thèse, Il montre l'intérêt de ces types d'analysepour les études géologiques, car : "les caractères du réseau hydrographique sontextrêmement dépendants au cours de leur évolution de l'état du bassin versant"3, etajoute : "les trois paramètres dont les variations nous semblent les plus importantesdans l'étude des réseaux hydrographiques sont la topographie, les structuresgéologiques et la composition lithologique du sous-sol".Prud'homme Robert expérimente donc l'analyse cartographique des réseauxhydrographiques et donne un certain nombre de corrélations très pertinentes. KimWoo-Gwan2, poursuit les travaux de Prud'homme et consacre à l'analyse des réseauxhydrographiques une grande partie de son travail.

Deffontaines3 établit des corrélations3 et insiste sur l'intérêt du réseau hydrographiquepour une approche morphostructurale : "Le réseau hydrographique est principalementmodifié par la lithologie et la fracturation".

Riazanoff4 propose des méthodes automatiques d'extraction et d'analyse de réseauxhydrographiques, en faisant apparaître quelques corrélations qui ouvrent les portes àune analyse automatisée et informatique du réseau hydrographique.

1 Prud’homme (R.) (1972), Analyse morphostructurale appliquée en Aquitaineoccidentale et augolf de Gascogne - Définition d'une méthodologie cartographique interprétative, Thèse,UniversitéBordeaux I, 364 pages, 1972.

2 Kim (W.G.) (1978), Analyse cartographique du bassin de Nak-Dong (Corée), Thèse,UniversitéBordeaux I, 95 pages, 1978.

3 Deffontaines (B.) (1990), Développement d'une méthodologie morphonéotectonique- Analysedes surfaces enveloppes du réseau hydrographique et des MNT, Thèse, UniversitéParis VI, 225pages, 1990.

4 Razianoff (S.) (1989), Extraction et analyse automatique des réseaux à partir deMNT, Thèse,Université Paris VII, 89 pages, 1989.


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Enfin, très récemment, Delcaillau5 étudie la morphométrie des principaux bassinsversants de Taiwan à l'aide des réseaux hydrographiques, pour approchergéomorphologiquement la genèse de cette île en cours de formation.

Le tracé du réseau hydrographique résulte d'interactions complexes. Si l'eau parnature est incompressible et s'écoule par le chemin le plus court du point haut(sommet, crête,..) au point bas (mer, lac, fleuve...), durant son parcours, les conditionsde son cheminement influent sur son tracé. Parmi ces facteurs, les causes d'originesuniquement géologiques sont nombreuses et peuvent se décomposer de la manièresuivante :

La lithologieLa lithologie est l'étude de la nature des roches issues d'une formationgéologique. La nature des roches intervient dans les modifications du relief.

- la nature physique : l'épaisseur, la dureté, la compétence, laperméabilité, la porosité.- la nature chimique : la sensibilité à la dissolution, la qualité des eauxinterstitielles, les phénomènes de cristallisation ou de diagenèse3.

En fonction de la lithologie, le comportement du réseau et son organisation vontêtre différents.

La structureLa géologie structurale (ou tectonique régionale) s'attache à l'étude des déformationsdes roches. Elle s'intéresse à l'agencement originel des roches, incluant les pendages.Les alternances géologiques, les discordances, les déformations en cours ouphénomènes néotectoniques affectent la lithosphère et modifient la topographie etfaçonnent considérablement le réseau hydrographique

D'autres facteurs interviennent et sont la résultante d'une combinaison de contraintesde nature diverse. Leur importance diffère selon l'échelle à laquelle on observe leréseau hydrographique.

La pente régionaleLa pente régionale est définie par un sens, une direction puis une inclinaison. La penteest un élément déterminant dans l'orientation et l'organisation des cours d'eau.

Le rajeunissementLe rajeunissement est le début d'un nouveau cycle d'érosion. Il y a alors une reprise del'érosion sur un relief pénéplané ou aplani, par abaissement du niveau aval des coursd'eau ou par surrection du niveau amont. Le déclenchement d'un tel phénomène a lieulors d'une augmentation de la pente longitudinale du cours d'eau qui accroît sadynamique et rompt son profil d'équilibre.

L’eustatisme

5 Delcaillau (B.) (1997), Les fronts de chaîne active - Genèse des reliefs et relationstectonique -érosion-sédimentation, Thèse, Université de Caen, 300 pages, 1997.


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Il s'agit ici du phénomène responsable des variations générales du niveau moyen desmers. De telles variations agissent sur le potentiel érosif d'un cours d'eau et donc sursa morphologie. L'eustatisme est l'une des causes du rajeunissement.

Indice de développement et persistance des réseaux (IDPR)

L'idée qui sous tend l'IDPR découle de ces travaux. Cette approche suppose unpostulat initial que contredisent, les travaux précités: l'organisation du réseauhydrographique est indépendante des formations géologiques qui le supportent, seulela pente et la morphologie des reliefs guident la mise en place des cours d'eau.

A ce postulat, un postulat inverse est confronté; il suppose, à juste titre, un rôle desstructures géologiques et de la composition lithologique du sous-sol, dansl'établissement des réseaux hydrographiques naturels. En effet, la nature des surfacesdes bassins a un rôle primordial sur le comportement hydrologique de ceux-ci. Lesparamètres qui interviennent sont la pente, la lithologie, la pédologie et la couverturevégétale. Ces paramètres influencent grandement la perméabilité et la rugosité de lasurface, qui conditionnent à leur tour la vitesse du ruissellement et le rapport del'écoulement sur l'infiltration, appelé aussi coefficient d'écoulement. Mais la géologie aune influence primordiale sur la morphométrie du bassin et son comportementhydrologique. La densité de drainage est un indicateur révélateur de la géologie. Unbassin formé de matériaux très perméables aura en général une densité de drainagefaible. A l'inverse, un bassin formé de roches imperméables mais meubles etérodables, comme des marnes ou des argiles, va souvent présenter une densité dedrainage élevée.

L'IDPR devient ainsi un le moyen de quantifier ce rôle en comparant un réseauthéorique indépendant (indice de développement ID), au réseau naturel mis en place(de persistance des réseaux PR). L'indice de développement et de persistance desréseaux présente une métrologie de l'écart constaté entre les deux réseaux.

Le réseau hydrologique naturel, utilisé dans la démarche de calcul de l'IDPR provientdes données de la BD CARTHAGE IGN©. Les arcs décrits dans la couched'information HYA99 et les plans d'eau ou zones larges des cours d'eau de cette basede données cartographique décrivent la géométrie des axes hydrographiques.

Les attributs exploités pour l'analyse de l'IDPR sont : l'état des axes• 0 Inconnu;• 1 Ecoulement permanent;• 2 Ecoulement intermittent;• 3 Axe fictif (crée pour assurer la continuité des cours d'eau);• 4 Canal abandonné, à sec;

et leur nature• 0 Inconnue;• 1 Cours d'eau à berges non maçonnées• 2 Cours d'eau à berges maçonnées• 3 Canal (larg.>15m)• 4 Aqueduc• 5 Fossé• 6 Autre• 7 Estuaire principal


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La nature des axes et l'état des axes hydrographiques conditionnent plusieursapproches distinctes du milieu qui dépendent étroitement de la qualité desd'informations intégrées à BD CARTHAGE©

ELEMENTS DE CALCUL DE L'IDPR

Structure du réseau théorique et ordre des talwegs6

Le réseau théorique des écoulements est fondé sur l'analyse des talwegs. Il supposeune lame d'eau météoritique et un récepteur imperméable homogène. Il s'établit àpartir de l'analyse numérique du modèle de terrain.

La demande de données spatiales s'est accrue ces dernières années car l'on saitdésormais qu'il est essentiel de connaître la distribution spatiale de la réponsehydrologique pour bien comprendre les processus sous-jacents de la génération del'écoulement. Aujourd'hui, le développement de techniques modernes d'acquisition etde mise à disposition d'informations digitales a rendu possible la représentation de latopographie du milieu par le biais de modèles numériques d'altitude (MNA) et deterrain (MNT). Cette information sert de plus en plus à la description descaractéristiques physiques des bassins versants.

A partir de la densité locale de courbes de niveau ou de traitement stéréoscopiqued'images satellitaires, il est possible de produire une spatialisation du milieu (MNA) qui,in fine, aboutit à l'élaboration de modèles numériques de terrain (MNT). Ce MNT estune expression numérique de la topographie, sous forme matricielle ou vectorielle..

Modèle numérique de terrain (MNT)

C'est une expression numérique de la topographie. Elle existe sous forme matricielleou vectorielle. La forme vectorielle peut être constituée des courbes de niveaunumérisées ou d'un réseau de triangles irréguliers qui relient les points cotés. Enmodélisation hydrologique et environnementale, les MNT utilisés sont habituellementde forme matricielle. Les fichiers qui le constituent sont les altitudes (MNA ou DEM),les pentes, l'orientation et l'éclairage simulé.Le MNT constitue souvent la base des travaux de modélisation hydrologique, car ilpermet de traiter chaque cellule comme une unité dans laquelle on peut calculer lebilan hydrique et l'écoulement. La généralisation de l'usage des MNT permet unedescription plus quantitative des propriétés des bassins. Elle remplaceprogressivement des descriptions plus qualitatives des formes des bassins et unepartie des indices décrits ci-dessus.

6 Ligne du fond d'une vallée ou lieu géométrique du point le plus bas de chaque sectiontransversale d'une vallée.


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TopologiePar topologie, on entend l'étude des propriétés géométriques se conservant aprèsdéformations continues. Par extension, la topologie étudie les notions de voisinage etde limite. Appliquée à l'hydrologie, la topologie s'avère utile dans la description duréseau hydrographique notamment en proposant une classification de ceux-ci. A titred'exemple, on trouve les types dendritiques, en treillis, en parallèle, rectangulaire, àméandre, anastomosé, centripète, etc. La classification est facilitée par un système denumérotation des tronçons de cours d'eau (rivière principale et affluents). L'ordre descours d'eau est donc une classification qui reflète la ramification du cours d'eau. Lacodification des cours d'eau est également utilisée pour la codification des stations demesures, permettant ainsi un traitement automatisé des données. Trois méthodes sontcouramment utilisées, toutes fondées sur la position hiérarchique, au sein d'un réseau,des segments de cours d'eau compris entre les confluences

Horton• Tout cours d'eau primaire en tête est de rang 1.• Tout cours d'eau ayant un affluent de rang x est

lui-même de rang x+1.• On étend le rang obtenu à la confluence du

cours d'eau principal vers l'amont.

Figure 1 - Modèle de Horton

StrahlerMême chose que Horton mais sans extension versl'amont. La classification de Strahler (1957) est la plus

utilisée.

Cette classification permet de décrire sansambiguïté le développement du réseau de drainaged'un bassin de l'amont vers l'aval. Elle se base surles règles suivantes:• Tout cours d'eau dépourvu de tributaires est

d'ordre un.• Le cours d'eau formé par la confluence de deux

cours d'eau d'ordre différent prend l'ordre du plusélevé des deux.

• Le cours d'eau formé par la confluence de deuxcours d'eau du même ordre est augmenté de un.

Figure 2 - Modèle de Strahler

Un bassin versant a l'ordre du plus élevé de ses coursd'eau, soit l'ordre du cours d'eau principal à l'exutoire.

ShreeveMéthode rendant compte de la magnitude.Totalisation de proche en proche qui tient comptede tous les affluents d'un réseau. Peu utilisée,mais probablement la meilleure lorsqu' il s'agit dedonner une image descriptive du réseau.

Figure 3 - Modèle de Shreeve



Calcul du réseau des talwegs

Seule l'altitude est fournie de manière "brute" par le MNT. On ne peut en extraire quedes réseaux de talwegs.La plupart des logiciels de systèmes d'information géographique permettent de générerautomatiquement des limites de bassins versants à partir d'un MNT. Les traitementsexploités dans le cadre de cette étude ont été développés pour l'application ArcView©.Les procédures utilisées proviennent de l'Université du Texas à Austin. Elles ont étédéveloppées pour Arcviews par le CRWR (Center for Research in Water Resources)L'extraction automatique de réseaux (de talwegs ou de crêtes) exploité dans cetteétude peut être assimilée à une démarche structuraliste inspirée du modèle physiquedu ruissellement de l'eau sur un relief.Elle se fonde sur trois étapes :La première utilise un algorithme basé sur la recherche de "points de talwegs".Dans une fenêtre centrée sur le pixel à traiter, on examine le voisinage afin de détecterun changement de pente concave ou un extremum positif de la dérivée seconde.

La seconde étape calcule le "graphe dérivé" du MNT qui attribue à chaque point ladirection de la maille voisine suivant la plus grande pente.Cet ensemble de "cellules de drainage" décrit un bassin versant lorsque l'exutoire estsitué sur le bord du MNT, ou un "bassin de dépression" lorsque tous les cheminsdécrits en suivant les cellules aboutissent en un minimum local.

Enfin l'application trace dynamiquement des lignes, en partant de certains pointschoisis et en suivant la ligne de plus grande pente jusqu'à arriver soit en bord d'image,soit en un minimum local, soit enfin jusqu'à rencontrer une ligne déjà tracée.

La majeure partie des données issues des MNT est précise, cependant il peut existerdans les modèles des surfaces causant des dépressions pour lesquelles aucunexutoire n'est possible ou des zones plane pour lesquelles la détermination d'un talwegs'avère impossible.Il est nécessaire de traiter artificiellement ces zones afin de rétablir un écoulementpotentiel et permettre la détermination des talwegs.

Prétraitement du MNT - zones de dépression

Les solutions sont généralement basées sur l’hypothèse suivante : si l’eau s’écoule ensurface et s’il y a une dépression naturelle, l’eau remplit préalablement celle ci avantde continuer sa route vers l’aval.La première des techniques de traitement des dépressions considère les dépressionscomme des artéfacts altimétriques ne représentant aucune forme réelle ([Jenson etDomingue 1998]). De ce fait, certains auteurs procèdent au comblement desdépressions après avoir déterminé l’exutoire de la dépression : c’est la technique ditedu « bouche-trous ». Dans ce cas, on détermine la cellule exutoire et on affecte àtoutes les cellules de la dépression l’altitude de cet exutoire.

La seconde, décrite par Fairfield et Leymarie (1991), vise à déterminer l’exutoire de ladépression puis à inverser le chemin d’écoulement entre le fonds de la dépression etcet exutoire. Ceci aura pour effet de rendre la continuité du réseau hydrographique.Pour déterminer quelle cellule représente l’exutoire, il faut trouver, parmi toutes lescellules ne recevant pas d’eau d’une autre cellule et s’écoulant vers le fond de ladépression, laquelle possède l’altitude la plus basse.



Enfin, une dernière méthode répandue consiste à identifier une zone d’altitude forteentre deux dépressions et à creuser cette zone de façon à ce que l’eau de ladépression puisse s’écouler en aval.

A l'usage, ces techniques offrent toutes des résultats comparables. L’algorithme detraitement des dépressions n’influence donc pas de manière significative le réseauobtenu par extraction automatique. Cependant, c'est au niveau de la modification duMNT que se situent les différences essentielles de ces méthodes. En effet, si laseconde technique indiquée ci-dessus est sans effet sur les altitudes, les deux autresvont les modifier et fournir une information importante quant à la qualité des donnéesinitiales.

Par souci de simplification des outils mis en œuvre, la première méthode est celleretenue pour le processus de calcul de l'IDPR.

Pré traitement du MNT - zones planes

Le problème des zones plates, peut se régler d’une manière quasiment similaire autraitement des dépressions. Il suffit de rechercher, parmi tous les pixels adjacents de lazone plate, le pixel le plus proche du pixel traité, possédant une altitude inférieure àcelui ci. Ce pixel peut être considéré comme le pixel exutoire. Après avoir déterminél’exutoire, il faut créer un chemin hydrographique allant du pixel traité au pixel exutoirede façon à rétablir la continuité du réseau. Cette opération doit se répéter pour tous lespixels de la zone plate. L’inconvénient de cette méthode est de créer des cheminshydrographiques parallèles et d’empêcher la convergence des eaux avant l’exutoire dela zone plate.

Il existe un moyen de remédier à cet artefact supposant que les cheminshydrographiques situés sur une zone plate, en plus de s’écouler en direction del’exutoire, doivent s’éloigner le plus possible des pixels d’altitudes plus élevées(Garbrecht et Martz7). Cela permet de concentrer les écoulements à l’amont de lacellule exutoire et au centre de la zone plate. Cet algorithme8 n'a pas été intégré dansle cadre de la méthode IDPR. Sur les reliefs peu marqués, un tel algorithme detraitement des zones plates s'avérerait décisif.

7 Automated Extraction of Drainage Network and Watershed Data From Digital Elevation Models Lawrence W. Martzand Jurgen Garbrecht Volume 29, No. 6, pp. 901-908, December 1993

8 Lacroix, M., Martz, L.W., Kite, G.W. and Garbrecht, J. 2002. Using digital terrain analysis modelling techniques for theparameterization of a hydrologic model. Environmental Modelling and Software



Réseau de Talweg

Le réseau de drainage obtenu représente la hiérarchisation de la réponse d'un milieuimperméable soumis au ruissellement d'une lame d'eau.La figure suivante présente la restitution cartographique du calcul du réseau destalwegs hiérarchisé selon Stralher.

Les données numériques sont fournies sur CDROM en annexe de ce rapport sousformat ARCVIEW 3.x. Le système de projection utilisé est celui du "Lambert IIEtendue".

Figure 4: Carte du réseau des talwegs hiérarchisé selon Stralher.



Calcul de l'IDPR

L’aptitude des formations du sous-sol à laisser s'infiltrer les eaux de surface vers lemilieu souterrain et réciproquement est déduite de la comparaison entre les réseauxhydrographiques réels et calculés.Les données relatives à l'hydrologie de surface proviennent des données de la basecartographique BDCARTHAGE IGN©.

Trois calculs distincts seront menés,

• le premier prend en compte l'ensemble du réseau hydrographique natureldécrit dans la base BD CARTHAGE (IDPRb)Le réseau hydrographique utilisé est donc composé des axes d'écoulementdes eaux superficielles à l'exclusion de tout ouvrage artificiel. Il mêle lesécoulements pérennes et non pérennes et se fonde ainsi sur un milieunaturel où le contexte hydrogéologique décrit doit être voisin d'un état dehautes eaux.

• le second ne tient compte que des écoulements pérennes (IDPRP).Le réseau hydrographique utilisé est toujours composé des axesd'écoulement des eaux superficielles à l'exclusion de tout ouvrage artificiel.Il ne conserve que les écoulements pérennes et peut être de la sorteassimilé à un contexte hydrogéologique de basses eaux.

• le troisième est dérivé des deux premiers calculs et intègre au calcul del'IDPRb une pondération issue de IDPRP.

INTERPRETATION DE L'IDPR

L'IDPR permet de rendre compte de la capacité intrinsèque du sol à laisser infiltrer ouruisseler les eaux de surfaces. Cette fonction d'infiltration dépend de la perméabilitéqui permet de rendre compte de la capacité d’un sol à laisser passer un fluide (de hauten bas ou inversement. Très variable ce paramètre dépend essentiellement de lalithologie de la formation considérée.

L'IDPR résulte de la comparaison à partir d'un point quelconque de l'espace entre:• La distance au plus proche cours d'eau réel,• La distance au plus proche cours d'eau calculé.

Après le calcul des équidistances à la rivière ou au talweg de tous les points, le rapportdes distances à la rivière du réseau calculé sur le réseau réel constitue l'IDPR qui varieselon une échelle comprise entre 0 et n. Par souci de simplification du critère, n estarbitrairement limité à 2000.



IDPR est inférieur à 1000 quand le réseau théorique n’est pas repris par une rivièreréelle. Ce rapport indique alors une infiltration majoritaire des eaux. Inversement.Quand le réseau réel est plus dense que le réseau calculé, on est en zone deruissellement majoritaire, IDPR tend vers 2.

IDPR Interprétation

<1000

Infiltration majoritairepar rapport auruissellement

superficiel

Il y a non-conformité entre la disponibilité des axesde drainage liés aux talwegs et les axeshydrologiques observés. L'eau ruisselant sur lesterrains naturels rejoints un axe de drainage définitpar l'analyse des talwegs sans que celui-ci ne seconcrétise par l'apparition d'un axe hydrologiquenaturelDéveloppement d'un réseau de talweg de densitésupérieure à l'expression du réseau de drainagenaturel.

=1000I

Infiltration etRuissellement

superficielde même importance

Il y a conformité entre la disponibilité des axes dedrainage liés au talweg et les axes hydrologiques enplace

>1000

Ruissellementsuperficiel

par rapport àl'infiltration vers lemilieu souterrain

L'eau ruisselant sur les terrains naturels rejoints trèsrapidement un axe hydrologique naturel sans que laprésence de celui-ci soit directement justifiée par untalweg. Le réseau de drainage naturel est de densitésupérieure à celui du réseau des talwegs.

>2000

Majoritairementassimilable à desmilieux humides

Un IDPR supérieur ou égal à 2000 traduit unestagnation permanente ou transitoire des eaux,menant à deux interprétations différentes. Quand laZNS est faible, par exemple au niveau des coursd’eau et des zones humides, l’eau ne s’infiltre pas carle terrain est saturé. Dans le cas d’une ZNS plusimportante, le refus d’infiltration semble montrer uneimperméabilité des terrains naturels. On posel’hypothèse que des valeurs d’IPR supérieures à2000 sont majoritairement assimilables à des milieuxhumides9 induisant la possibilité d’inondation par effetde barrière hydraulique.

9 Les milieux humides en tant qu'hydrosystèmes font partie intégrante des systèmes aquatiques auxquels il sont reliés :soit une nappe phréatique, soit un cours d'eau dont ils sont les prolongements latéraux, soit une zone lacustre dont ilsconstituent les bordures. A ce titre ces milieux humides ne peuvent être, d'un point de vue hydrologique, isolés desautres hydrosystèmes avec lesquels ils sont connectés et aux variations de stocks auxquels ils réagissent.



Agrégation des données par unité fonctionnelles

Le résultat du calcul de l'IDPR peut être affecté à des unités spatiales de référence afinde permettre leur intégration dans les outils SIG usuels.

L'unité de référence, à l'échelle régionale, est constituée de l'intersection de troisréférentiels que sont :

1. Le référentiel des entités hydrogéologiques version 12. La carte géologique à l'échelle du million3. Le référentiel des zones hydrographique de la BD CARTAGE IGN© (plus ou

moins assimilable à des bassins versants)



Matrice de calculDeux calculs distincts de l'IDPR ont été effectués, ils portent sur la comparaison duréseau de talwegs avec l'état du réseau hydrographique naturel décrit par la BDCARTHAGE.

IDPRb

IDPRb est la matrice résultante de la comparaison : Talwegs/Reseau hydrographiquenaturel (pérenne et non pérenne)

Figure 5 : Carte IDPR établie à partir du réseau hydrographique naturel

Deux secteurs du territoire d'étude, la Bresse et le massif du Vercors ont été détaillédans la figure suivante



La Bresse (colonne de gauche sur la figure précedente, cf coupe géologiquesommaire) , est caractérisé par des dépôts tertiaires conglomératiques de faibleperméabilité (1). L'IDPR traduit bien ce caractère peu perméable en mettant enexergue un gradient de perméabilité est-ouest où ces faciès conglomératiquesdisparaissent (2 et 3). L'approche par unité fonctionnelle de milieu (4) permet depréciser le zonage obtenu par l'analyse numérique en individualisant les zoneshumides du centre de la Bresse

Figure 6: Coupe ESE-WNW d'après SITTLER, 1965, in DEBELMAS - Géologie dela France)

Le Vercors présente une alternance de versants verticaux, correspondant à l'érosiondes calcaires durs (le calcaire urgonien forme l'ossature des plateaux du Vercors) , etde versants obliques, correspondant à l'érosion des marnes tendres (1). Le massifkarstique du Vercors est nettement identifié par l'IDPR (2 et 3). L'approche par unitéfonctionnelle de milieu (4) permet de préciser le zonage obtenu par l'analysenumérique en individualisant le karst et les faciès peu perméables des marnes tendresqui limitent ces formations.



IDPRp

IDPRp est la matrice résultante de la comparaison Talwegs/Reseau hydrographiquenaturel pérenne uniquement

Figure 7 : Carte IDPR établie à partir du réseau hydrographique naturel pérenne



A nouveau, les deux secteurs de la Bresse et du massif du Vercors sont détaillés dansla figure suivante



Comparativement à la carte de l'IDPR précédemment proposée, ce résultat tend àexagérer le caractère infiltrant des formations. Ainsi la Bresse, décrite comme peuinfiltrante dans le traitement initial, apparaît privilégier ce mode de transfert des eaux.Une explication possible à cette observation réside dans le fait que le fonctionnementhydrologique des étangs de la Bresse est soumis à une forte influence anthropique(gestion des étangs), le caractère pérenne ou non pérenne des cours d'eau en estprofondément altéré.

En revanche, les formations karstiques du Vercors ne présentent pas ou peu demodifications.

Compte-tenu des incertitudes liées à la définition du caractère pérenne ou non pérennedu réseau naturel, la priorité est donnée au calcul de l'IDPRb. Les résultats du calcul nefaisant intervenir que le réseau supposé pérenne sont alors intégrés pour en pondérerles valeurs initiales

Le résultat de cette combinaison est donné sous la forme de la matrice de calculIDPRc.



IDPRc

IDPRc est la matrice résultante de la comparaison des matrices IDPRb et IDPRp



A nouveau, les deux secteurs de la Bresse et du massif du Vercors seront détaillésdans la figure suivante.



Documents restitués

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRb.

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRp.

– une grille au pas de 100 mètres qualifiée par les valeurs de l'IDPRc

– le réseau des talwegs hiérarchisé selon Strahler

Le système de projection utilisé est celui du "Lambert II Etendue", les donnéesseront fournies sur céderom au format export d'ArcView 3.x

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