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Hydrologie Roche et al .pdf



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Hydrologie quantitative
Processus, modeles et aide a la decision

Springer
Paris
Berlin
Heidelberg
New York
Hong Kong
Londres
Milan
Tokyo

Pierre-Alain Roche
Jacques Miquel
Eric Gaume

Hydrologie quantitative
Processus, modeles et aide

~ Springer

ala decision

Pierre-Alain Roche
Directeur général adjoint
Conseil général des Hauts-de-Seine
61, rue Salvador Allende
92751 Nanterre Cedex

Jacques Miquel
École des Ponts ParisTech

6 et 8, avenue Blaise-Pascal- Cité Descartes

Champs-sur-Marne
77455 Marne-la-Vallée Cedex 2

Eric Gaume
Adjoint au chef du département Géotechnique Eau et Risques
IFSTTAR
Centre de Nantes
CS4
44344 Bouguenais Cedex

Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com
ISBN 978-2-8178-0105-6 Springer Paris Berlin Heidelberg New York
© Springer-Verlag France, 2012

Springer-Verlag est membre du groupe Springer Science + Business Media
Cet ouvrage est soumis au copyright. Tous droits réservés, notamment la reproduction et la
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des tableaux, la transmission par voie d'enregistrement sonore ou visuel, la reproduction par
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marques de fabrique et la protection des marques et qu'ils puissent être utilisés par chacun.
La maison d'édition décline toute responsabilité quant à l'exactitude des indications de dosage
et des modes d'emploi. Dans chaque cas il incombe à l'usager de vérifier les informations
données par comparaison à la littérature existante.

Maquette de couverture: Jean-François Montmarché
Illustrations de couverture: En haut: Vue aérienne de Sommières le 9 septembre
2002 au matin, avec l'aimable autorisation de la Direction départementale des
territoires et de la mer du Gard.
En bas: Application de la Programmation Dynamique à la gestion du réservoir
Seine en 1968: coûts optimaux en chaque point de l'espace stock/temps, avec
l'aimable autorisation d'Électricité de France-Recherche et Développement.
Mise en page: Jean-Philippe Naulin

@5

LE
PHOTOCOPILLAGE
TUE LE LIVRE

Ingenierie et developpement durable
Dirigee par Bruno Sportisse

Le developpement durable est devenu en quelques annees un
enjeu majeur, au cceur de questions econorniques, sociales ou
politiques posees a nos societes,
Dans ce contexte, l'expertise scientifique et technique a
toujours joue un role de permettant de diagnostiquer des
etats ou d'anticiper des evolutions - comme le deb at autour
du changement dimatique en temoigne - ou d'avancer dans
la recherche et l' experimentation de solutions.
Comment estimer les impacts des activites humaines sur l'environnement ? Quelles adaptations economiquement viables
sont envisageables pour reduire les impacts negatifs ? L'objet
de cette collection est de proposer des ouvrages qui repondent
aces questions.
L'approche peut etre scientifique (lorsque les sujets relevent
encore pour partie de la recherche) ou technique. Les transports, I'habitat, la production d'energie, la gestion urbaine,
la gestion de l' eau ou le management des risques sont les
domaines privilegies de ces ouvrages.

Deja parus dans la merne collection:

Pollution atmospherique- Desprocessus ala modelisation
Bruno Sportisse, 2008
Aerosols atmospheriques - Proprietes et impacts climatiques
Olivier Boucher, 2012

Aparaitre:

Physique appliquee al'exposition externe - Dosimetric
et radioprotection
Rodolphe Antoni, Laurent Bourgois

Preface
L'hyd rologie est une science en devenir.
Elle est a la fois la connaissance des pro cessus naturels, devan t repondre a
un e exigence de pre cision sans cesse plu s fort e tout en beneficiant de moyens
d 'ob servation nouveau x, et I'u tili sation de plu s en plu s developp ee aujour d 'hui
de ces conna issances en t emps reel ; c'est comme si climat ologie et rneteorologie
etaient main tenan t regroupees au sein d 'une meme discipline.
Nous dep endons de cette comprehension du cycle hydrol ogiqu e pour etayer
et guid er de facon plu s eclairee nos decisions locales d 'arnenagement : const ruction d 'ouvrages, de ba tirnent s ou de cites nou velles Ie long des cours d 'eau , don t
il faut mesur er Ie risque d 'inondat ion et concevoir les dispo sitifs de protection ,
dont la probabilite d 'etre mis en defau t sera fixee a des seuils juges acceptables
par la societe ... De mem e pour la construc t ion des ret enu es cha rgees de nou s
premunir contre les et iages . En cinquante ans , I'hyd rologie est ain si passee de
l'echelle locale a celie des bassins versa nts, et main tenant a l'echelle globale,
aya nt pour obj et l'etude de I'ensembl e du cycle de I'eau de la planete tout
ent iere, en liaison avec l'evolution du climat . De plu s en plu s, a I'im age des
bull etins met eorologique s, nou s voulons savoir s'il y a, aujour d' hui ou dem ain ,
un risque d 'inondation , et de quelle ampleur, ou au cont raire un risqu e de secheresse, de tarissement des sour ces et des cours d 'eau ; nou s voulon s savoir
qu elle pui ssan ce thermique peu t etre rejetee dan s les fleuves par les centrales,
sans perturber significativernent les ecosystemes, ce qui va determiner la produ ction elect riqu e du pays ; combien d 'eau nou s pouvons aujour d' hui relacher
de nos barrages pour la turbiner dan s les cent ra les hydroelectriques ou encore
a quel mom ent , a qu el debit et pour combien de te mps I'eau peut etre utili see
en irri gation , sans compro mettre les ecosystemes et nos besoins de demain .
Mais les recher ches actuelles sur les consequences du chan gement climatique
nou s obligent aussi a des reflexion s et des t ravaux plu s t heoriques, a plu s long
te rme . Les pr evisions ou les calculs de dim ensionn ement dont j 'ai parl e jusqu 'ici
se declinent en general sur la base de l'exp erience acquise a parti r de dizaines
voire de cent ain es d 'annees d'ob serva tions, parfois de milliers d 'annees pour
qu elques evenements extremes ayant laisse des traces histo riques ou des enre-

Vlll

Hydrologie quantitative

gistrements dans cert ains marqueurs, cornme les cernes de croissance des arbres ,
les laisses de crue ou autres « an alogues » fossilises. Dem ain , sous un climat different de celui d 'aujourd'hui , et sans nos reperes historiques, saurons-nous aussi
bien prevoir, anticiper les phenom enes hydrologiques, gerer nos ressources ? II
n 'est pas anodin que, de toutes les catast rophes na turelles, ce soit Ie deluge qui
ait marque Ie plus les esprit s, et qu 'il soit enregistre avec autant de force et de
details dans Ie recit biblique, sans parler de cette autre catastrophe, reelle ou
legendaire, la submersion de I'Atl antide... Les evenements hydrologiques lies a
l'evolution du climat ont , par Ie passe, decide en effet de la vie et de la mort
des societ es hum ain es, des cites , des civilisation s. C'est ainsi qu 'un cha ngement
dans Ie cours du fleuve Sarasvati, aujourd 'hui disparu et devenu mythique, qui
se serait produit en Inde il y a pres de 4 000 an s, aurait decapite les cite s du
Raj asthan et la civilisat ion Har appa qui y florissait , et dont on retrouve aujourd 'hui les lambeaux enfouis sous les sables du desert ... Qu 'est devenue de meme
la civilisation des Garamantes, dont les chars tires par quatre puissants chevaux sillonnaient Ie Sahara, encore vert il y a 6 000 ans , et dont on mentionne
qu elques descendants a l'oree de I'an mil? Ou les cit ees indi enn es Anasazis au
Nouveau-Mexique, comme Chaco-Canyon , abandonnees du jour au lendemain
au XIIe siecle, sans raison apparent e, mais probablement par manque d 'eau ?
La connaissance a certes progresse, mai s nous sommes forces, si nous voulons
subsister, a savoir pr evoir aujourd 'hui I'hydrologie de demain...
Ceci nous fait rechercher , au-delft de la vision descriptive, historique, comptable (au sens OU la connaissance resul te du cumul cente naire des bilans, des
chroniques, des evenernents, qui repose sur l'hypothese d'un monde stationnaire
dont il s'agiss ait essentiellement de decrire les fluctuations) , une vision scientifique que I'on pense volontiers plus physiqu e et mecanis te, capable de nous
fair e fran chir Ie pas de la pr ediction dans un monde non stationnaire. L'on
te nte ra de comprendre ou de pr edire I'hydrologie a partir des grands principes,
comme la conservat ion de la masse, de la qu antite de mouvement, de l'energie, des grandes lois de la phy sique , comme la loi du mouvement des corps,
qui se traduit en hydraulique par les equations de Navier-Stokes. Certes, cette
hydrologie-la n 'est pas ent ierement nouv elle, et certains des grands noms de
cette science vienn ent pr ecisement de la pr estigieuse Ecole des Pont s et Chaussees, aux eleves de laquelle ce traite est en premier lieu destine : Cauchy, Navier ,
Coriolis, Barre de Saint-Venant, Dupuit, Fresnel, Darcy, Chezy, ou Prony, ou
encore les ingenieurs plu s orientes vers la comprehension globale du fonctionnement des bassins-versants et vers la morphodynamique des cours d 'eau ou
la comprehension des syst emes ruraux et urbains , comm e Belgrand, Nadault
de Buffon , Vicat ou plus recemment Caquot , qui ont montre comment mettre
en application ces theories naissantes. Le present traite fait ici une synthase
remarquable et pedagogique de toutes ces conn aissan ces theoriques , jusqu'aux
plus recent es, en y ajoutant la dim ension probabiliste, indispensabl e, car c'est
aujourd'hui dans Ie cadre bayesien que s'inscrit en general I'estimation et la
pr evision hydrologique, et en marquant scrupuleusement les limites d 'emploi

Preface

IX

des outils evoques .
Que cette science hyd rologiqu e qu an t ifiabl e, quan ti fiee, est complexe ! Elle
incorpore cinq milieu x ph ysiqu es distincts : l'atrno sph ere par ou transite t oute
I'eau met eorique ; les neiges et glaces, ou par fois I'eau se piege pour de longues
durees ; la surface du sol ou elle rui sselle ainsi que Ie dedale du chevelu hydrographique ou elle s'ecoule ; Ie milieu souterrain, ou t an tot elle se st ocke
temporairement ava nt d 'etre reprise par la vegetation , tantot elle circul e pour
atteindre la profondeur et former les aquiferes ; l'ocean enfin, ou se boucle Ie
bilan du cycle, fermant egalement Ie bilan t her mique de la plan et e, dont depend Ie climat . Fair e un e hydrologie scient ifique capable de nou s inform er des
clim ats, des ressources en eau et des evenements extremes de dem ain implique
de s'interesser a chacun de ces milieu x, au x processus int rinsequ es qui y gouvern ent les transferts , it leurs couplages, a leurs inst ationnarit es... et de faire
preuve de prudence et de methode pour ne pas ceder aveuglernent aux mirages
de form alismes qui surestimera ient les informations reellernent disponibles pour
t raite r ces sujets .
Les bases scientifiques et les grandes lignes des modelisations de chac un de
ces milieu x sont ici donnees ; I'accent est ensuite mis sur les composa nt es plu s
hydrologiques au sens st rict : les pr ecipit ations, les ecoulements superficiels,
I'infil tration dan s les sols, les ecoulernents souterrains ; to us les elements sont
ici rassernbles pour compr endre et qu antifier les processus concernes, de la plu s
peti t e it la plu s grande echelle, en ne perdant jam ais de vue les donnees obj ectiveme nt disp onibles et Ie moyen de les recueillir, de les interpreter.
II y a exactement trent e ans, j 'ai publie un petit ou vrage sur I'hydrologie
souterraine, que j 'avais intitule « Hydrogeologie qu an titative ». Mon obj ectif
etait de faire evoluer I'enseignement de cet te discipline d 'une approche descriptive, op erati onnelle, a un e approche plu s po rteuse d 'innovation et plu s cap abl e
d 'abord er des questio ns nouvelles. Les auteurs , en trait ant cette fois I'ensembl e
du cycle, de facon int egree ent re les eau x souterraines et les ecoulements de
surface, m 'on t fait Ie plaisir d 'un clin d 'ceil par Ie t it re qu 'ils ont choisi pour Ie
present ouvrage et je les en remercie.
L'ensembl e des sciences de la nature a connu recernm ent un e evolution tres
carac te rist ique, qu e I'on a appele « la geometrisat ion du reel ». E lle a consiste
a te ndre a representor et ana lyser I'esp ace geometrique ou se deroul ent les processus naturels, leurs form es, leurs emboitement s ou leurs relations internes,
comme les fonctions de covar iances spatiales, les st ructures fract ales, la connect ivite ou les seuils de percolation , outil s qui perm ettent d 'atteindre l'emergence
des lois globales, valables a grande echelle, de la meme facon qu e I'addition de
processus aleatoires ind ep end an t s conduit , selon Ie theore ms central limite, a
l'ernergence de la loi gaussienne ; tout cela est main tenan t encadre par l'arrivee
des systemes d 'inform atio n geographiques et des GPS , des images satellitaires,

x

Hydrologie qu antitative

qui ont decuple notre puis sance d'observation du monde reel non plu s ponetuellement mais spatialement . En quelque sorte, nous assi stons aujourd 'hui a
la convergence de deux visions du monde , celle de « l'esprit de finesse », qui
analyse les mecanismes et les qu antifie, et celle de « l'esprit de geom etric », qui
permet a la pr emiere de mieux represent or la cornplexite de la realite.
L'ouvrage « Hydrologie qu antitative » de Pierre-Alain Ro che, J acques Miquel et Eric Gaume me semble s'ins crire dans la meme demarche , et apporter a
la connaissan ce hydrologique ce dont elle a le plus besoin aujour d 'hui, la rigueur
et la pr ecision dans « l'esprit de finesse », en pleine symbiose avec « l'esprit de
geometrie », que j 'etendrai ici a la conna issa nce historique, celle de la realite
des condit ions locales et des observations, celle de l'analyse des chroniques et
son apogee, l'inference statistique en hydrologie stochastique. En dix chapi tres
synt het iques, clairs et pedagogiques, mais appuyes sur de tres nombreuses annexes det aillees, encyclope diques, fourmillant de renseignement s, ces auteur s
bal ayent de facon magistrale l'ens embl e du champ de l'hydrologie, depuis, en
pr emie re parti e, la description, l'observation, la mesure et la comprehension des
phenomenes dans tous les milieux de « l'enveloppe fluide » de la planets, puis
l'etude en deuxierne partie des outils et methodes de la modelisation , jusqu 'a
aborder en troisieme partie la pratique du meti er de l'ingenieur en situation de
responsabilite op erationnelle, avec deux enjeux maj eurs de l'hydrologie qu antitative : la prevision des crues et des eti ages, et la gestion des reservoirs.
Cet ouvrage passionnant , clair , remarquablement org anise, vient combler
un grand manque dans la litt erature scientifique contemporaine et cons tituera
tres vite une reference incontournable de la discipline.
Fontvieille, le 1er fevri er 2012
Ghi slain de Marsily,
Universite Pi erre et Marie Curie - Paris VI
Academic des Sciences

Avant-propos
Cet ouvrage est Ie reflet du cours d 'hydrologie de I'Ecol e des Ponts-P arisTech.
Les ingenieurs que form e cette ecole sont , comm e bien d 'au tres, conduit s a agir
au sein du milieu nature!. II convient qu 'ils en comprennent la cornplexit e, qu 'ils
apprennent a tenir compt e des effets de celui-ci sur les ouvrages qu 'ils auront
a const ruire ou a gerer, mais aussi a apprecier I'impact de leurs interventions
sur celui-ci,
L'hydrologie qu an ti tativ e, qui s'attache a conn aitre, mesurer , expliquer et
simuler les flux concern es par Ie cycle de I'eau , avec leurs fluctuations spat iales
et te mporelles, ne donne cert es pas toutes les clefs de comprehension de ces
ph enom enes ; en n 'abordant que les quan ti tes d 'eau , flux ou stocks, elle ignore
les qu estions de qu alite d 'eau et de fonctionnement des ecosysternes. Science
de la nature , elle ne traite pas de la concept ion des ouvrages hydrauliques. Dediee a l'echelle du bassin versant , elle ne traite pas de facon det aillee cha que
compa rt iment de fonctionnement du cycle de I'eau et elle n 'aborde ni Ie fonctionnement agronomique ni la gestion de I'eau en ville. Inseree dans Ie grand
cycle de I'eau impliquant terre, oceans et at mosphere, elle n 'en t raite qu 'une
part , prenant les donnees climatiques et meteorologique s comme donnees d 'ent ree du syst ems qu 'elle et udie.
San s aucun dou te sommes-nou s aujour d' hui, plus qu e jam ais, soumis a I'in jonction paradoxale d 'une specialisation disciplin aire, au risqu e d 'une fragmentation des savoirs et d 'un besoin croissant de vision globale du fonctionnement
des syst ernes, au risque d 'une comprehension trop superficielle de chac une de
leurs composantes.
Les territ oires qui nou s interessent ici couvre nt en surface de quelqu es kilometres carres a plusi eurs centain es de milliers de kilom et res carres, en alti tude
qu elque milliers de met res et en profondeur du sous-sol quelqu es dizaines de
cent imet res a quelques cent aines de metres et ils forment un ensemble ext raordin airement composit e et diver sifie. La gravite et l'energie solaire constit uent
les deux principaux mot eurs antagoni stes du mouvement de I'eau dans ce milieu
complexe. Les quantites d 'eau en jeu , enfin, sont d 'une vari abilite et onna nte,
non seulement au rythme des saisons, mai s aus si par Ie cara ct ere aleatoire et

Xli

Hydrologie qu antitative

peu previsible des quantites de precipitation. Le cycle te rr est re de l'eau est
largement influence par les act ivit es humaines , qu 'il s'agisse de prelevernents,
de stockage et de modifications des condit ions d 'ecoulement, mais aussi de couverture vegetale et de nature des sols.
L'hydrologie quantitative , malgre les limites de son champ disciplinaire, se
revele ainsi etre un trait d'union integrateur d 'une large panoplie de disciplines
et un e excellente introduction a la comprehension de la cornpl exite de l'art de
l'ingeni eur agissant au sein du mili eu naturel. Science descriptive systemique
globale, l'h ydrologie utilise des ou tils de representation tres theoris es : on oublie
sou vent le remarquable exercice de transition du microscopique au macroscopique que sous-tend l'etablissement des lois de l'hydraulique souterraine ; on
perd parfois de vue , en rnodelisant par des reservoirs et des flux globalises a
l' echelle de sous-bassins, voir e des maill es d'un modele hydrologique dit distribue , que ces dispositions ne pr et endent en rien cons t it ue r la representation
physique des phenomenes. Elle s sont un simple cadre, le moins inadequat que
l'experience a fourni pour l'in st ant , pour permettre de mettre en regard des
donnees d'observation d 'entree et de sortie de ce systeme.
L'hydrologie pousse sans doute plu s que toute aut re science l'exploitation
des donnees issues de l'ob servation historique des evenements gr ace a des reseaux de mesures : le recueil et l'interpretation des donnees reposent , au-dela
de la rnetrologie, sur tout un corpus methodologique (I'hydrometrie, puis plus
largement l'h ydrologie dite operationnelle) . L'exploitation statistique de ces
donnees, tenant com pte de leurs incertitudes , a pris, au cour s des dernieres
decennies, un e importance revelatrice des difficultes a en appreh ender la complexite spatiale et ternporelle. C 'est pourquoi un e premiere partie de ce manuel
(chapitres 1 a 4) est descriptive, tournee vel'S l'observation, la mesure et la
comprehension des phenomenes. On s'y at tache particulierernent aux echelles
d 'espace et de temps auxquelles on se place, et au passage des rnecanismes
element aires a un e approche globale de 1'hydrosysterne.
Une deu xieme partie (chapitres 5 a 8) approfondit les outils et methodes de
la modelisation .
Modeliser, c'est reproduire numeriquement , sur de longues periodes ou sur
une periods a venir , des chroniques de vari ables comme la pluie, le debit , le
stock d'eau d 'un reservoir, etc. Bien sur, il faut que ces chroniques « ressemblent
comme deux gouttes d 'eau » a celles qui von t se produire ou qui pourraient se
produire... Deux gou ttes d' eau qui se ressemblent physiquement ou a defaut
st atistiquement . Cela aide it comprendre, en la reproduisant par simulat ion,
une partie de la cornplexite de la realite, Que conclure du fait qu 'au XIX · siecle
trois gr andes cru es exceptionnelles de la Loir e se soient produit es en 30 ans ?
Pourquoi les niveaux de certaines nappes se sont affaisses et ont un peu repris
recernm ent ? Pourquoi les barrages ecreteurs de crue sont-ils utiles, mais ne

Avant-propos

Xlll

peuvent pas tout ? Cela perm et de tester des hypo theses, d 'en ecarter de t rop
simplist es, avec lesqu elies il est impossible de reproduire certains ph enomenes
observes, et d 'en elaborer de nouvelies. Cela aide enfin , face it des risques, it fair e
des choix ent re plusi eurs actions pos sibles. On insiste t out particulierernent sur
les demarches placant la mesure de I'in formation inco rporee dan s la calibration
des parametres des rnod eles et sur la prise en compte des non- st ationnarit es qui
sont susceptibles de degrader fort ement la pertinence d 'une estimation tournee
vers Ie futur it partir d 'informations historiques.
Une troisieme par ti e (chapi tres 9, 10 et 11) illustre, nous l'esp erons, Ie lien
ent re les conna issa nces de base, les outils de modelisation et la pratique des
ingeni eurs en sit uation de responsabilite op erationnelle, en abordant deux enjeux : la prevision des crues et des etiages, et la gestion des reservoirs.
L'hydrologie est parfoi s devenue un pur pretexte au raffinement mathernat ique ou a des simulations informatiques int ensives ; les donnees sur lesquelies
repos ent nos elucubrat ions sont malh eureusement de pauvres donnees. Les hydrometres connaissent , eux, bien a la fois les limi t es et la valeur irrernpl acabl e
d 'une mesure de debit en pleine cru e. Nous sommes toujours impressionnes par
la legerete avec laqu elie, dan s certaines etudes, les pr ecautions methodologiques
les plu s element aires sont ignorees, conduisant parfois a des erreur s grossieres.
Nous ressent ons inversemen t Ie risqu e d 'une form e de componct ion scientifique
qui , se complaisa nt dans la theorisation de cette complexit e, en accent uerait les
inconnues pour conclure tres commodement a l'impossibilite de proposer des
est imations aux decideu rs.
Ce manuel , nou s l'esp eron s, aidera les un s et les autres a fair e la part des
choses, en t out cas it comprendre qu 'illeur fau t pr atiquer un metier de terrain ,
d 'observation , 011 t out indi ce est bon a prend re. Dans Ie meme temps, I'exploitation de cette information , pour apport er des aid es a la decision , doi t etre tres
elaboree, en part iculier just ement parce que I'info rm a tion utilis ee n 'est pas codifiee, simple, homo gene et que la nature nou s apporte cha que jour de grandes
sur prises. Au-dela de quelques exercices figuran t dans Ie corps du manuel , Ie
DVD-Rom qui a pu et re joint grace a la bonne volonte de l'editeur cont ient
les travaux diriges qui perm et tent au lecteu r de se famili ari ser avec la pratique
des methodes qui y sont decrites, ainsi que des developpernents methodologique s qui n 'auraient pas pu t rouver leur place dan s Ie texte principal sans en
diminuer fortement la lisibilite, Ces annexes sont numerotees par chapit re et
les references aux annexes figurant a ce ti tre dan s Ie t ext e principal renvoient
don e a ce DVD-Rom. Celui-ci cont ient egalement un e version en couleurs des
illus t rations figurant en noir et blanc dan s le t ext e.
Exploite r de la facon la plu s approfondie toute information disponible, tout
en realisant un e interp retation crit ique, pour fourni r les meilleures est imations
possibles dans un context e donne d 'in formation , est un devoir qu i suppose

XIV

Hydrologie qu antitative

un grand engagement et une fort e vigilan ce rnethodologique. A la d e de ce
travail, il y a , parfois , des vies en jeu, qu and on dirnen sionne un ouvrage ou
qu 'on determine Ie declenchernent d 'une alert e de cru e, et , toujours , des enjeux economiques et environnement aux maj eurs, tant par Ie cout des ouvrages
hydrauliques que par les possibilites offertes pour I'exploitation des ressources
naturelles, nappes souterraines ou rivieres, ou par les occupations du sol dans
les vallees inondable s et leurs imp acts.
Attentif it pr atiquer du mieux possible cet t e activite hydrologique particuliere, l'ingenieur doit cependant rester aux agu ets sur tou t un ensemble d 'autres
enje ux; c'est pourquoi nous avons te nu a joindre, dans Ie DVD-Rom, de nombreux apercus qui peuvent appa rait re a premiere vue eloignes du cha mp de
I'hydrologie qu antitative proprement dite , mais nous semblent faire partie du
bagage de 1' « honnete hydrologue » au sens OU I'on entend 1' « honnete homme »,
En faisan t ainsi, nous esperons nous inscrire dans la tradition d 'enseignernent
de cette discipline dans cette ecole, dont Ie cours fondateur a ete cree en 1854
par Benj amin Nadault de Buffon . La lecture de ses ouvrages ne peut qu 'encourager a une vision large et systernique de la gestion de I'eau . Nous avons appris
cet esprit d 'ouverture aupres de Joseph Jacquet et J acque s Bernier, aupres desquels des 1980 deux d 'entre nous (J acques Miquel et Pierre-Alain Roche) ont
fait leurs pr emieres armes d 'enseignants avan t de leur succeder en 1985. Eric
Gaume a rejoint l'equipe en 1999 OU il a pris Ie relais de Claude Michel.
Notre experience personnelle en hydrologie est pour I'essentiel basee sur les
rivieres francaises. Nous n'avons pas pret endu t raite r tous les contextes hydrologiques et not amment ceux des climat s tropicaux et equatoriaux : il vaut
mieux se reporter aux ouvrages des hydrologues qui en ont l'experience,
Cet ouvrage n 'a pas la pret ention d 'et re un trait e scientifiqu e exhaustif
te rnoignant de toutes les recher ches les plus recentes : c'e st au contraire essentiellement un cour s pour etudiants se destinant soit a la recherche, soit it un
metier d 'ingenieur, et qui est don c destine a en guider les premieres pr atiques.
Nous avon s cependant essaye que ce ne soit jamais un simple guide de recettes.
C'est pourquoi nous n 'avons pas hesit e a aborder des qu estions plus theoriques
et a en proposer une lecture, au fruit de l'exp erience des auteurs. Ces qu estions
plus theoriques ne sont pas accessoires et sup erflues pour Ie praticien , mais
absolument indi spensables a un usage reflechi de ces methodes. Le praticien
ne peut apporter une expertise que s'il est conscient des limites et condit ions
qui s'imposent it cet exer cice, dont I'ambition peut sembler d 'une pretention
invraisemblable : caract eriser et quantifier un e nature qu e nous u 'apprehendons
qu 'a t ravers un e observation ridiculernent lirnit ee au regard de sa complexite.
Pi erre-Alain Roch e, Jacques Miqu el et Er ic Gaume
P ari s, fevrier 2012

Hommage et remerciements
Mar cel Ro che (1924-2012) s'est eteint quelques mois avan t la parution de
ce livre. Il en avait suivi avec bienveillan ce l'elaboration et nou s avait aut orises
it utiliser qu elque s elements de sa corresponda nce pr ivee avec Maurice Parde.
Ce livre se refere souvent it ses ecrits , bien que ceux-ci dat ent mai ntenant de
plu sieurs decennies. Comme bien d 'au tres, nou s lui devons beaucoup et souhaiton s exprimer notre admiration et notre reconnaissance en lui dediant cet
ouvrage.
Les auteurs t iennent it remercier plu s part iculierement :
• l'editeur Springer pour avoir su accepter les delais et les evolut ions de cet
ouvrage qui a pri s une extension qui u'et ait pas initialement pr evue ;
• J ean-Philippe Na ulin, qui a assure la convers ion en LaTeX des textes de
J acques Miquel et P ierr e-Alain Roche, charge lourde qu 'il a conduite en
parallele it son travail de these ;
• Ghi slain de Marsily, de l'Acad emic des Sciences, qui n 'a pas seulernent
ecrit la pr eface, mais a aussi ete un relect eur attenti f, precis et toujours
du meilleur conseil, de l'ensembl e des textes ;
• les relect eur s qui ont apporte ana lyses, suggestions et contribut ions :
P our les cha pitres 2 et 6 : Olivier Payrast re et Katia Cha ncibault
po ur le chapitre 3 : Gerard Degout t e et David Gou tx,
pour le cha pitre 4 : David Gou tx (hyd rometrie) et Olivier P ayrast re
pour les chapitres 5 , 7 et 8 : Jacques Berni er , Remy Gar con , Christ ian Roux (logiciel) ,
pour le cha pit re 10 : Andre Bachoc, David Goutx, Remy Gar con ,
pour le cha pit re 11 : Jacques Bernier , Didi er Meyerfeld , P atrick Sambarin o, Dominiqu e Roux, Francois Leveque.
• les contributeurs des annexes , dont les noms figurent en tet e de celles-ci ;

XVI

Hydrologie qu antitative
• les 32 promotions d 'eleves qui , de 1980 a 2011, ont contribue, par leurs
questions et leur dialogue avec les enseignants, a la mise au point pedagogique de ces textes , des exemples et des travaux diriges ;
• et leurs familles qui ont subi et accepte de bonne grace les consequences
de l'investiss ernent necessaire pour mener a bien ce travail.
Pierre-Alain Roche , J acques Miquel et Eri c Gaume

Sommaire
vii

Prefac e
Avant-propos

xi

I

1

1

Les fondamentaux en hydrologie
Le cy cle d e l'eau
1.1 Evo lution des concept ions du cycle de I'eau
1.2 Origine de I'eau sur Terre et paleoclim at s .
1.3 Le cycle de I'eau aujour d 'hui . . . . . . . .
1.4 L'eau dan s la regulat ion t her mody namique du globe
1.4.1 Bilan s energet iques et bilan s en ea u globaux .
1.4.2 Une representation zona le : I'eau , corr ecteur des desequilibr es ra diat ifs
1.5 Les grandes circulations at rnospheri ques .
1.6 Precipit at ions
1.7 Climats et regimes hyd rologiques . . . . .
1.8 Ressources en ea u et activ it es hu maines .
1.8.1 Eau verte, ea u bleue : les activites hum ain es et Ie cycle
de I'eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8.2 Repar tition et disponibilit e de I'eau
1.8.3 Les ressources « mobilisables» ou « renouvelables »
1.8.4 Prelevement s et consommat ions par gran des classes d 'u sages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8.5 Ut ilisation et reutili sation . . . . . . . . . . . . . . . ..
1.8.6 Echapper aux limites du bassin versan t
1.8.7 Confrontation ressources-usages : un e premiere approche
1.8.8 Exercices prospectifs : de la « vision pour I'eau en 2025 » a
une vision globa le int egrant irrigations pluviales et transfert s d 'eau virt uelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8.9 Mod eliser les influences ant hro piques dan s ou en deho rs
du mod ele hydrologiqu e . . . . . . . . . . . . . . . . ..

xvii

3
4
6
7
10
10

11
14
16
18
20
20
23
23
24
25
26
27

28
30

XVlll

Hydrologie quantitative

1.9

Le cycle de I'eau au cceur du debat autour du changement elimatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.9.1 Les mecani smes en jeu . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
1.9.2 Les constats globaux concernant pluies et debits .. ..
1.9.3 Les evolutions const atee s concern ant l'Europe et la France
metropolitaine .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.9.4 Les evolutions futures . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.10 La gestion des ressources en eau confrontee a des non-stationnarit es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31
32
34
34
36
38

2

Processus physiques a I'echelle des bassins versants
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 La notion de bassin versant . . . . . . . .
2.1.2 Compartiments et processu s d 'ecoulement
2.1.3 La reponse pluie-ecoulement . . . . . .
2.1.4 Heterogeneit e et cornplexit e du milieu
2.2 Les echanges entre les sols et l' atrnosphere
2.2.1 L'evapotran spiration . . . . . . . . . .
2.2.2 L'evapotranspiration potentielle . . . .
2.2.3 Les reserv es en eau du sol : vision agronomique
2.2.4 Premiers pas vers les bilan s hydrologiques . .
2.3 Circulation de I'eau dan s les sols et Ie sous-sol . . . .
2.3.1 Ecoulements dans les milieux poreux satures
2.3.2 Ecoulement de I'eau dans les milieux non satures
2.3.3 L'importance des et ats de surface du sol : la battance
2.4 Fon ctionnement des aquiferes souterrains . . . . . . .
2.4.1 Du permanent au t ran sitoire
2.4.2 Les equat ions de diffusivite en capt if et en libre . . . .
2.4.3 Differences de comportement des nappes libres et captives
2.4.4 Bilan sur Ie fonctionnement des aquiferes souterrains
2.4.5 Les aquiferes, leur recharge et leur drainage .
2.5 Formation des ecoulements sur les bassins versants . . . . .
2.5.1 Origine des ecoulernents en periode de cru e . . . . .
2.5.2 Zones sat urees cont ribut ives et ecoulements preferentiels
2.6 Analyse et comparaison de quelques hydrogrammes de crues
2.6.1 Elements methodologiques . . . . . . . . . . .
2.6.2 An alyse des hydrogrammes de cru es . . . . .
2.7 Qu elqu es illustrations de la diversit e des sit uations .
2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41
41
42
43
45
46
47
47
48
49
56
61
61
64
68
70
70
70
74
75
78
81
81
84
86
86
88
91
93

3

Les crues : hydraulique et morphologie fluviale
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Hyd raulique et morphologie fluviale : des det erminants
pour I'hydrologie operationnelle . . . . . .
3.1.2 La rivi ere : description et fonctionnement . . . . . . ..

95
95

95
97

Somm air e
3.2

3.3

3.4

3.5
4

Descrip tion des crues
. . . . . . .
3.2.1 Definition et caracte risation de la crue
3.2.2 Fact eurs aggravants
3.2.3 Typologi e des crues
3.2.4 Propagation des crues : I'onde de crue
Hydraulique fluviale . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Rappels d 'hydraulique fluviale appliquee aux crues
3.3.2 Mod eles determinist es
3.3.3 Mod eles conceptuels .
3.3.4 Mod eles em piriques
3.3.5 Quel modele utiliser ?
Morphologie fluviale
3.4.1 Le t ransport solide . .
3.4.2 Morphodynamique . .
3.4.3 Mod eles de tran sport solide et morphologie fluviale .
Conclusion . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .

XI X

98
98
99
101
105
107
107
116
127
133
137
140
140
155
158
162

M esure en hydrologie
165
4.1 Mesure des pr ecipit ati ons . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
165
165
4.1.1 Mesur e de pluie ponctuelle a I'aide de pluviornetres .
4.1.2 Reseau x plu viornet riques . . . . . . . . . . . . . . . .
169
170
4.1.3 Ord res de grandeur des valeurs de pluies ponctu elles
4.1.4 Int erpolation spatiale des plui es .
174
4.1.5 Mesur e des plui es par rad ar . . . . . . . . . . . . . .
179
4.1.6 Mesur e sate llitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
187
4.1.7 Mesur e des precipitations solides et Ie suivi des st ocks de
neige et de glace
188
4.2 Mesure des ecoulernents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 189
4.2.1 Int roduction
189
4.2.2 Choix du site d 'in st allation d 'une station limnim etrique 192
4.2.3 Les dispo sitifs limni rnet riques . . . . .
197
198
4.2.4 La pratique du jau geage . . . . . . . . . . . . . .
208
4.2.5 Etablissement de la cour be de t arage . . . . . . .
4.2.6 Const ruction et crit ique des chroniques de debit s
217
217
4.2.7 Reseau hydrometrique et ordres de grandeur de debits
219
4.3 Mesures piezornetriques et humidit e des sols .. . . .
4.3.1 Mesur e de l'et at et des propriet es des aquiferes
219
4.3.2 Mesur e de l'et at et des propriet es des sols .
221
4.4 Conception et gest ion d 'un reseau hyd rornetrique .
225
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
228

xx

Hydrologie qu antitative

II

M odelisation et a id e

a la

decision

231

5

Princi p es de modelisatlon en hy d r ol ogi e
233
5.1 Reflexions preliminaires . . . . . . . . . .
233
5.2 Notions de base et vocabulaire . . . . . .
234
5.2.1 Structure d 'un mod ele hydrologique
234
5.2.2 D'un mod ele hydrologique a l'autre .
236
237
5.2.3 Modele s deterrninistes et mod eles st ochastiques
5.2.4 Mod eles a te mps cont inu ou temps discret . . .
239
5.2.5 Ut ilite des mod eles en hydrologie . . . . . . . .
241
5.3 Incer titudes, erre urs et qu alites d 'un mod ele hydrologique .
242
242
5.3.1 Erreurs et incertitudes . . . . . .
5.3.2 Qualites d 'un modele . . . . . . .
244
5.4 Elabora tion d 'un mod ele hydrologique .
246
246
5.4.1 Choix d 'un mod ele . . . . . . . .
5.4.2 Le calage : approche t radit ionnelle
246
5.4.3 Le calage : approche bayesienn e . .
247
5.4.4 La validation . . . . . . . . . . . .
251
5.4.5 Trai ternent des incer ti tudes en cour s d 'exploi tation
252
253
5.5 Retour sur la stationna rite t emporelle . . . . . . . . . . .
5.5.1 Typ es et causes de non -st ationnarites
254
5.5.2 Controle de st at ionnarite et det ection de non- stationnarites257
258
5.5.3 Trai tement des non -st ationnarites
5.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
259

6

Modclisat.ion p luie-debit et hy d r ogeol ogiq u e
263
6.1 Les debut s de la modeli sation hydrologique
264
6.2 Le modele fond e sur les « lois de la physiqu e
266
6.2.1 E nseignements de la modeli sation d 'une maquette de versant
267
6.2.2 Ext ra polation a un versant elernentaire theorique
273
276
6.3 Un point de vue pr agm atique : l'approche fonctionnelle
6.3.1 Les defis de la mod elisation hydrologique
276
6.3.2 Decomposition theorique d 'un hydrogramme de reponse
aux plui es .
277
6.4 Modelisation des echange s de surface
279
6.4.1 Int erpolation et dist ribution spatial e
279
6.4.2 Calcul de pr ecipitation totale : modeles de font e de neige
ou de glace
279
6.4.3 Estimat ion de l'ETR et de l'et at hyd rique des sols
281
6.5 Modelisation des hydrogrammes de reponse aux pluies .
284
6.5.1 Les mod eles de ty pe reser voir
285
287
6.5.2 Fon ctions de production
6.5.3 Fonc tion s de transfer t
292
297
6.6 Modelisation des ecoulements souterrain s

Sommaire

XX I

6.6.1 Mod eles simplifies de recession et tarissement
297
6.6.2 Mod elisation detaillee des aquiferes profonds
298
6.7 Exemples de modeles hyd rologiques . . . . . . . .
310
6.7.1 Un mo dele global a reservoirs: GR4 . . . . .
310
6.7.2 Un modele distribue evenernent iel : Cinecar .
312
6.7.3 Un modele distribue continu: SIM (SAFRAN ISBA MOD CO U) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 314
6.7.4 Les modeles lineaires (ARMAX) et les reseaux de neurones316
6.8 Mise en CBuvre et utilisation des mod eles hydrologiqu es . . .. 319
6.8.1 Le mod ele comm e outil d 'aide a l'interpret at ion des observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
6.8.2 Le modele comme outil de simu lation
320
6.9 Retour rl'experience sur I'ut ilisat ion des modeles hydrologiques 326
6.9.1 Merites compares des mod eles distribues et des modeles
globaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 326
6.9.2 Merites compares des mod eles de pr evision hydrologique 327
6.9.3 Limites des modeles hydrologiques
330
6.10 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . .
331
7

Predetermination d es cr ues
7.1 Eva luer un risque de cru e : pourquoi et comm ent ? . . . . . ..
7.1.1 Les notions de risque et de pr edet ermination des crue s .
7.1.2 Variable aleatoire d 'etude associee a l'evenernent « crue »
7.1.3 Analyses st atistiques : approche classique et approche
bayesien ne , . . . . . . . . . . . . . .
7.1.4 Notion de periods de ret our . . . . . . . . . . . . . . ..
7.1.5 Repartition des crue s dans Ie temps
7.2 Principes et conditions d 'application des analyses statistiques .
7.2.1 Inference st atistique . . . . . . . . . . .
7.2.2 Collect e et analyse critique des donnees.
7.2.3 Cons titution d'un echantillon de t ravail
7.2.4 Hypotheses et verification . . . . . . . .
7.2.5 Choix d'un mod ele : lois classiquement utilisees en hydrologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.6 Estimation des parametres d'une loi t heorique
7.2.7 Int ervall es de confiance
7.2.8 Exemple d'estimations pour la Loi Norm ale . .
7.2.9 Qualite d'ajust ement d'une loi th eorique a un echant illon
observe
7.2.10 Prise en compte de I'information historique
7.2.11 Incertit udes
7.2.12 Les analyses multivariees
7.3 Principales methodes de pr edet ermination des debits de cru e
7.3.1 La methode des « Maxima annuels »
7.3.2 La methode du « Reno uvellement »

333
334
334
336

338
341
344
346
346
347
348
349
356
366
369
372
373
378
381
387
387
388
391

XXll

Hydrologie qu antitative
La methode du « Gradex»
Autres methodes faisant appel it l'an alyse st atistique ..
Methodes ne faisant pas, ou peu, appel it l'analyse statistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fil conduct eur d 'une etude de predetermination

7.3.3
7.3.4
7.3.5
7.4

397
403
409
410

8

Predetermination des et iages
8.1 L'approche globale debit-duree . . . . . . . .
8.2 Les principaux indic ateurs d 'etiages . . . . .
8.3 Analyse statistique des indi cateurs d 'etiages
8.4 Les courbes « debit-duree-frequence » . . . .
8.5 Conclusion sur la pr edetermination des et iages

413
413
415
417
421
426

9

Prevision hydrologique : cas general
9.1 Caracteristiques generales de l'exercice de prevision
9.2 Context e de la prevision des et iages . . . . . . . . .
9.2.1 Les principales ph ases de la previ sion des et iages
9.2.2 Les phenomenes phy siques propres aux eti ages .
9.2.3 Les echelles temporelles . . . . . . . . . . . . . .
9.2.4 La prevision des niveaux des nappes sout erra ines
9.2.5 Previsions du bon indic ateur debits d 'etiage
9.2.6 Les modeles utilises
9.2.7 La technique des scenarios . . . . . . . . .
9.3 Prevision des debits journaliers en toutes saisons
9.4 Traitements des ecarts . . . . . . . . . . . . .

427
427
429
430
432
433
434
435
436
439
442
444

10 Previsions hydrologiques en periode de crue
447
10.1 La prevision des crues : principes generaux . . . . . . . . . .. 447
10.1.1 La possibilit e de pr evoir les cru es : t rois delais d 'antici448
pation potentiels . . . . . . . . . .
10.1.2 Le temps reel change tout . . . . . . . . .
449
10.1.3 Contenu de la pr evision des cru es . . . . .
450
10.2 Information hydrometeorologique en temps reel.
452
10.2.1 L'information meteorologique
452
10.2.2 L'information hydrologique
455
10.2.3 Prevision d 'ensemble (EPS) .
460
10.3 Les modeles de prevision des crues .
461
10.3.1 Les mod eles de pr evision utilises
461
10.3.2 Techniques de scenarios . . . . .
466
467
10.3.3 Tester un modele de previ sion et croiser l'information
10.3.4 Sup ervis eurs et plateform es de mod elisation
468
470
10.4 Le retour d 'exp erience . . . . . . .
471
10.5 Analyse et traitement des err eurs
10.5.1 Typ es d 'erreurs . . . . . . .
471
471
10.5.2 Det ection des erre urs et des sources d 'inc ertitude

Somm air e

XX lll

10.5.3 F iltrage et assimilation de donn ees . . . . . . . . . . . . 473
10.5.4 P rocedures mul ti-modeles . . . . . . . . . . . . . . . .. 474
10.6 Constit ut ion d 'un service operationnel de prevision hydrologiqu e 475
10.6.1 Equipe chargee du reseau metrologiqu e
475
10.6.2 L'equipe chargee des modeles et des outils de prevision
475
10.6.3 L'equipe des pr evisionnist es
476
10.7 P ist es de progres et evolutions act uelles
477
11 G estion des reserves hydrauliques

11.1 Introduction
.
11.2 La gestion au jo ur Ie jo ur d 'une reserve hyd raulique
11.2.1 Le systeme physique
.
11.2.2 Les usages, les besoins, les enjeux et leur qu anti fication
11.2.3 Les aleas
.
11.2.4 Les decisions et leur «opt imisation» en avenir plu s ou
moins incertain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.3 Exe mples de gest ion court terme en avenir certain . . . . . ..
11.3.1 Le cas mono-usage et fonction de cout connue a chaque
inst ant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
11.3.2 Un cas encore simple : mul ti-usage avec fonction de cout
commune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
11.3.3 Un cas frequent : multi-usage avec optimisation sous contrain t e
.
11.3.4 Les gest ions multi-reservoirs ou de vallee
.
11.4 Exern ples de gesti on court terme en avenir incert ain
.
11.4.1 Le cas favorabl e : fonct ion( s) de cout connue a chaque
instant
11.4.2 Multi-usage et optimisation sous cont rainte en avenir incertain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.4.3 Les approc hes globales
11.5 La gestion long term e et Ie dimension nement des reservoirs
11.5.1 Simuler la gestion long t erme . . . . . . . . . . . . .
11.5.2 Le bilan economique et Ie dim ensionn ement des reservo irs
11.5.3 Impact s des incerti tudes et valeur de I'inforrnation
11.5.4 La gestion des reserves souterra ines. . . . . . . . . . ..
11.6 Enviro nnement et gestion de I'eau . . . . . . . . . . . . . . ..
11.6.1 L'environnernent , partie prenan te de la gest ion des reservoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6.2 Formaliser des obj ectifs pour la gest ion
11.6.3 Protection par la norme et I'interdiction
11.6.4 La dim ension economi que des services environneme nt aux
11.6.5 Les valeurs de reference ou t utelaires . . . . . . . . . ..
11.6.6 La qu estion du taux d 'actualisa tion , de la resilience et
des irre versibilites
11.6.7 Met hodes de monetarisation , . . . . . . . . . . . . . . .

481
481
483
485
488
491

494
495
495
499

501
504
506
506
510
514
519
519
521
529
534
539
539
540
542
543
544
545
547

XXIV

Hydrologie qu antitative

11.6.8 Des exemples de valeurs environnernent ales positives
11.6.9 Explorer et quantifier pour partager ?
11.7 Concl usion . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

548
548
549

Bibliog raphie

55 1

Index

583

Table des annexes
Les annexes se trouvent sur le DVD-Rom joint

a l'ouvrage.

Chapitre 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10

Eau et myth es
Emergence des conceptions mod ern es du cycle ea u
Ori gines de l'eau sur Terre
P aleoclimat s
L'eau dan s la regulation thermodynamique de la plan et e
Les nuages et les precipitations
Les climats et regimes hydrologiques
La demarche prospect ive « Vision pour 2025 »
Exernples de desequ ilibres besoins-ressources et de leurs consequences
Le cycle de l'eau au cceur du cha ngernent clirnat ique

Chapitre 2
2.1
2.2
2.3

Synthese bibliographique sur les pro cessus de genese des ecoulements
L'ea u, le sol, la plan te
Perspect ives de recherc he : ce que l'on ne sait pas encore

Chapitre 3
3.1

Les mod eles lineair es regressifs et aut oregressifs

Chapitre 4
4.1
4.2

J au geage de la Seine
Essais de pompage

a Paris par E.

Belgrand en 1875

XXVI

Hydrologie quantitative

Chapitre 5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5

Appli cation des reseau x de neurones en hydrologie
Cascad es multiplicatives et mul tifractales
Chaos det errnini ste et hydrologie
Rappels sur les pro cessus hydrologiques et sur Ie cont role de leur
stationna rite
Calage de mod ele et approches bayesiennes

Chapit re 6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5

Present ation et ude de cas hydrologie
Etude de cas hydrologie fichiers version Linux
Etude de cas hydrologie PC
Corr ection et ude de cas hydrologie
Modelisation hydrogeologique de la nappe de Beau ce

Chapitre 7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
7.12

Retour sur l'accept abilit e du risque , Ie dimensionnement economique
d 'ouvrages, et I'ut ilisat ion de normes
Discussion a propos de la vari able d 'etude et de la periods de retour
Probabilite d 'obs erver plusieurs crn es de periode de retour T pendant
un e periode de n annees.
Les methodes rat ionnelles
Memento de quelques notions de probabilites et de stat ist ique uti les
en predetermination des crn es
P rincipe de la methode PMF (probable maximum flood)
Cas d' etude : pr edet ermination des debits de la Garonne a Mas d 'Agenai s
Logiciel DO NNEES de t rai tement des donnees de la Garonne a Mas
d 'Agenais
logiciel MAXAN de predet ermination des debits de cru e par la met hode des Maxim a Annuels
Logiciel RE NOU de pr edetermination des debi t s de crue par la met hode du Renouvellement
Logiciel PEKATETO d 'estim at ion de la probabilit e d 'ob server k
crues QT en n annees
P redet erminat ion des crn es de l'Ardeche a Sauz e pa r la methode du
Gr adex

Table des annexes
7.13
7.14
7.15
7.16

XXVll

Ca1culs complernentaires
Inference st atistique bayesienn e, exemple de pris e en comp t e d 'information historique
Theorie des valeurs extremes et ses limites
Reponses aux exercices

Chapitre 9
9.1
9.2

Prevision pour un pro cessus de Pois son filtre
Le modele de pr evision des debi ts de la Charente

Chapitre 10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9

Le syst eme de sur veillance et de previ sions hydrometeorologique s
d 'EDF
Car tes de vigilanc e cru es et informations pluviornetriques utilis ees
par le SCHAPI
ATelier HYdrolo gique Spatialise (ATHYS)
Marine
Model e de prevision de crues GRP
Mascaret
Sophie , un outil d 'aide it la prevision des cru es
Exemples de resultats obtenus avec des methodes d 'assimilation des
donnees
Modele MORDOR

Chapitre 11
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
11.10

Bref historique des amenagement s hydrauliques fran cais
Algorithme de Bellm an en avenir certain
Principes de programmation lineair e
Methode du fil tendu
Algorithme de Bellm an en avenir incertain
Risque et changement geoph ysique
Serre-Poncon et le bassin de la Duran ce
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Le tableau de bord de la ressour ce en eau de la Charente (TBRE) .
Gestion de l'Albien et du Neocornien


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