Ecole Nationale Supérieure de GéologieRue du Doyen Marcel Roubault54 500 Vandoeuvre Lès Nancy

Observatoire Réunionnais de l'EauParc de la Providence

97 489 St Denis cedex

Rapport de stage de troisième année

MISE EN PLACE D'UN MODELE CONCEPTUELPOUR LE BASSIN VERSANT EXPERIMENTAL DE

BRAS PANON(ILE DE LA REUNION)

Christophe RAOUL

Responsable : Eric ANTEMI

Septembre 2000

Ecole Nationale Supérieure de Géologie Observatoire Réunionnais de l'EauRue du Doyen Marcel Roubault Parc de la Providence54 500 Vandoeuvre Lès Nancy 97 489 St Denis cedex

Rapport de stage de troisième année

MISE EN PLACE D'UN MODELE CONCEPTUELPOUR LE BASSIN VERSANT EXPERIMENTAL DE

BRASPANON(ILE DE LA REUNION)

Christophe RAOUL

Responsable : Eric ANTEMI

Septembre 2000

Table des matières

INTRODUCTION

1 L'Observatoire Réunionnais de l'Eau

11. Missions 5

1.2. L'organigramme 7

2 Objectifs de l'étude 8

2.1. Présentation du bassin versant expérimental de Bras Panon2 1 1 Situation géographique2 1 2 Morpho-pédologie du bassin versant 9

2 1 2 1 Géologie 92 1 2 2 Pédologie 9

2 1 3 Occupation des sols 102 1 3 1 Couvert végétal 102 1 3 2 Surface agricole 102 1 3 3 Surface habitée 11

2 1 4 Climatologie 112 1 4 1 Pluviométrie 112 1 4 2 Température 122 1 4 3 ETP 13

215 Réseau hydrographique 14

2.2. Rappel des principales conclusion de Le Beuze (1999) 152 2 1 Les précipitations , 152 2 2 Les volumes écoulés , 16223 L'infiltration 162 2 4 L'ETP 16

3 Méthodologie 19

3 1. Présentation du logiciel MikeSHE 193 1 1 Généralités sur le module écoulement de surface 193 1 2 Le module "Zone Saturée" 19

3.2. Les données disponibles 213 2 1 Les données géométriques 21

3 2 1 1 Les limites du bassin versant 213 2 1 2 La topographie 233 2 1 3 Le réseau hydrographique 23

3 2 2 Les données temporelles 253 2 2 1 Les pluies 253 2 2 2 L'ETP 253 2 2 3 Les hydrogrammes 263 2 2 4 La piézométrie 26

3.3 Conception du modèle 283 3 1 Mise en place des conditions aux limites 28332 Mise en place de la topographie 283 3 3 Les données temporelles 31

3 3 3 1 Définition des précipitations 313 3 3 2 Définition de l'ETP 313 3 3 3 Les stations de mesures 32

3.4 Simulations avec le seul module d'écoulement de surface 32

3 5 Simulations avec les modules d'écoulement de surface et zone saturée. 34

4 Les limites du modèle 41

4 1 Un modèle trop simplifié 414 1 1 Les limites du bassin versant 414 1 2 Les modules oubliés 43

4 1 2 1 Le module d'ETP 434 1 2 2 Le module zone non saturée 43

4 2 Une piézométne pas calée . 44

CONCLUSIONS GENERALES 45

BIBLIOGRAPHIE 46

Table des figures

Figure 1 champs d'intervention de l'OREFigure 2 organigramme de l'OREFigure 3 localisation de la commune de Bras PanonFigure 4 hyétogramme des événements pluvieux!997-98 sur Bras Panon (données Météo

France)Figure 5 écart à la moyenne des températures de 1997 sur BrasPanonFigure 6 variations interannuelles de l'ETP (données CIRAD, St Pierre)Figure 7 schéma et synoptique chiffré du cycle de l'eau sur le Bras PanonFigure 8 schéma et synoptique chiffré du cycle de l'eau sur le Bras PatrickFigure 9 contours du bassin versant de Le Beuze (1999)Figure 10 contours du bassin versant considéré dans cette étudeFigure 11 contours du bassin versant et courbes de niveaux digitalisées sous MaplnfoFigure 12 réseeau hydrographique du bassin versant digitalisé sous MaplnfoFigure 13 équipements disponibles sur le bassin versantFigure 14 topographie introduite dans le modèle sous MikeSHEFigure 15 réseau hydrographique introduit dans le modèle sous MikeSHEFigure 16 profils en long des Bras Patrick et Bras Panon calculés par Le Beuze (1999)Figure 17 évolution du débit sur le Bras Panon en fonction du temps, pour différentes

valeurs d'ETPFigure 18 évolution du débit sur le Bras Patrick en fonction du temps, pour différentes

valeurs d'ETPFigure 19 évolution du débit pour le Bras Patrick pour une conductivité hydraulique de

10 5 m/sFigure 20 évolution du débit pour le Bras Panon pour une conductivité hydraulique de

10 5 m/sFigure 21 évolution de la piézométne au niveau du forage S5-Le Refuge pour une

conductivité hydraulique de 10 m/sFigure 22 écoulements de surface hors réseau hydrographique au 26/02/98Figure 23 isopièzes dans la partie aval du bassin versant après les crues de février 98Figure 24 bilan mesuré et calculé pour le mois de février 1998Figure 25 bassin versant expérimental de Bras Panon comparé au bassin modélisé

A la mémoire de Jean Pierre JALMA

REMERCIEMENTS

Je tiens tout d'abord à remercier M. Eric Antemi qui a su, pendant une bonne partie de monstage, me faire profiter de son expérience pour me faire découvrir la modélisation dans lemilieu complexe qu'est la Réunion.

Mes remerciements vont aussi à M. Bocquée, directeur de l'ORE, pour m'avoir accueilli danssa structure pendant ces 4 mois.

Ma gratitude va aussi à Messieurs Corbières, feu Jalma, Picard, Cadet, Victoire et Gironcelle(Bruce, c'est toi???) pour leur expérience du terrain à la Réunion, leur disponibilité et leursconseils ô combien précieux.

Que Melle Melade se voit aussi ici remerciée pour sa disponibilité et la logistique.

Enfin que Melles Merlin et Ah Peng, Messieurs Campin et Folio trouvent eux aussi icil'expression de ma reconnaissance pour leur bonne humeur quotidienne.

Sans toutes les personnes citées ci-dessus, ce stage n'aurait pu se dérouler aussi bien.

INTRODUCTION

Le développement économique ainsi que la pression démographique croissante ne fontqu'accentuer les problèmes liés à l'eau sur l'île de la Réunion En effet, malgré des recordsmondiaux de précipitations enregistrés lors d'événements cycloniques, le contraste entre lacôte au vent, à l'est, très arrosée, et la côte sous le vent à l'ouest très peuplée et recevant peu depluies va grandissant C'est pourquoi une connaissance précise des ressources et des besoinsest nécessaire pour assurer le bon développement socio-économique de l'île

La Réunion, de par ses précipitations, possède un fort potentiel d'alimentation en eaupotable sous forme de nappes souterraines plus ou moins profondes La proximité de la merentraîne aussi des phénomènes d'intrusions salées ce qui peut rendre l'eau impropre à laconsommation Mais la gestion de cette eau nécessite de bien comprendre les mécanismes derecharge de ces nappes par l'infiltration profonde, notamment en quantifiant les termes dubilan hydrologique

Une étude avait ainsi été faite pour le bassin versant expérimental de Bras Panon, dans lebut de quantifier les différents termes du bilan hydrologique Le but de ce stage était de tenterde reproduire ce bilan par la modélisation à l'aide de MikeSHE

Après avoir décrit le bassin versant de Bras Panon nous rappellerons les principauxrésultats antérieurs le concernant Nous exposerons alors les données disponibles pour mettreen place le modèle puis passerons à la conception de celui ci et exposerons enfin les résultatsissus des calculs

1. L'Observatoire Réunionnais de l'Eau

1.1. Missions

L'Observatoire Réunionnais de l'Eau (O R E ), basé à Saint-Denis de la Réunion, a étéfondé en 1991 Cette association loi 1901 qui dépend principalement de la Région, du ConseilGénéral et de la Communauté Européenne a été créée pour répondre à un besoin croissant descollectivités locales d'anticiper les besoins en eau afin de pouvoir y adapter leursaménagements

Ainsi, l'ORE a pour principale vocation d'améliorer la connaissance de la ressource en eauafin de pouvoir prévoir et surveiller les évolutions et en informer les services concernés

Pour mener à bien ces missions, l'ORE agit à tous les niveaux

MESURES

Relevés manuels ou automatisés

BASE DE DONNEES

Traitement, statistiques

CARTES,HYDROGRAMMES

Synthèses

PUBLICATIONS

Figure 1 Champs d'intervention de l'ORE

• Les mesures

L'ORE dispose d'un réseau de stations de mesures piézométnques, hydrométriqueshydrobiolgiques et physico-chimiques réparti sur toute l'île Les données récoltées soit parGSM soit m situ sont ensuite traitées dans les bureaux

Le réseau ne cesse de s'étendre et compte actuellement plus de 400 points de mesuresEn plus des mesures effectuées, l'ORE collecte

* Des rapports de forages,* Des études de modélisation,* Des études d'environnement,* Des études d'aménagement

• Le traitement des données

A partir des bases de données SIG et des données hydrobiologiques, l'ORE effectue nonseulement des analyses statistiques mais également des simulations hydrauliques,hydrologiques et hydrogéologiques à l'aide de logiciels variés

• Synthèse des résultats et diffusion

Pour rendre compte de son activité, outre la parution d'un annuaire et d'études thématiquesponctuelles, TORE édite un bulletin trimestriel (l'Oréole) et un CD ROM annuel, présentant lebilan de la ressource en eau pour la Réunion Un site web (www stor fr/ore) est de plus mis àjour en permanence, ce qui permet une diffusion rapide de l'information

Enfin des diaporamas et des interventions extérieures permettent aussi une diffusion desrésultats et une sensibilisation du public

L'ORE travaille pour ses partenaires (Conseil Général, la Région Réunion, la DIREN) Sesservices sont aussi sollicités par les communes ou les bureaux d'études De par ses statutsl'ORE permet aussi aux enseignants, en particulier et au grand public en général de venirchercher des informations qualitatives ou quantitatives sur l'eau à la Réunion

L'association n'a toutefois pas de compétence en matière de police des eaux, d'annonce descrues ou de santé publique (en particulier contrôle de la qualité des eaux potables distribuées)qui relèvent de la compétence de services spécialisés sous contrôle de l'Etat ou descollectivités locales

1.2. L'organigramme

L'équipe de l'ORE compte en tout 11 personnes La direction est assurée par F Bocquée,hydrologue

HYDROGEOLOGIEJ L Folio, ingénieurD Grondin, technicienne

DIRECTIONF Bocquéehydrologue

HYDROBIOLOGIES Merlin, ingénieurL Cadet, technicien

HYDROLOGIEF Bocquée, hydrologueG Victoire, technicien

INFORMATIQUE, SIG B Campm

RESPONSABLE INSTRUMENTATION U Gironcelle

SECRETARIAT, PAO Y Mélade

Figure 2 Organigramme de l'ORE

Avec le projet de loi d'orientation des DOM, l'ORE sera sans doute amené à devenirl'office de l'eau de la Réunion Ses statuts et ses missions sont donc suceptibles d'évoluerdans un avenir proche

2. Objectifs de l'étude

Le but de cette étude était de modéhser le cycle hydrologique du bassin versant de BrasPanon qui a fait l'objet de mesures dans le cadre d'un bassin versant expérimental Nousvoulions ainsi valider les hypothèses et les résultats obtenus par l'intermédiaire de lamodélisation Nous avons donc grâce à un modèle couplé tenté de reproduire le cyclehydrologique sur le bassin versant expérimental de Bras Panon pour l'année 1998

2.1. Présentation du bassin versant expérimental de Bras Panon

2 1 1 Situation géographique

Le bassin versant expérimental du Bras Panon est situé au quart Nord-Est de l'île auniveau de la commune du même nom (cf fïg 3) fl est coincé entre deux autres bassinsversants d'importance, celui de la Rivière du Mât au Nord et celui de la Rivière des Roches oùla Rivièie Bras Panon se jette 2 km avant l'embouchure (cf fïg 13 p 27)

St-Oenis

Pointe des Galets

Cap la Houssaye

I0<m

Pointe des Cascades

Pointe au Sel

Pointe de la Table

St-Piei

St-JbsephSt-Phihppe

Figure 3 : localisation de la commune de Bras Panon

Son relief est montagneux avec des altitudes comprises entre 850 et 10 mètresL'érosion a creusé de profondes ravines où s'écoulent les principaux bras du bassin versantCette érosion est limitée par une couverture du sol dense constituée de deux grandes entitésvégétales la culture de la canne à sucre et la forêt tropicale La forêt tropicale joue un rôlemajeur dans le cycle de l'eau par la densité et la diversité de ses essences qui s'insèrent danschaque phase de l'écoulement depuis la pluie jusqu'au débit de la rivière

Soumis à l'influence constante des Alizés et aux masses d'air humides provenant del'Est, Bras Panon connaît un climat humide avec des précipitations régulières La naturetropicale entraîne le développement foisonnant des espèces végétales qui sont omniprésentessur le bassin versant

212 Morpho-pédologie du bassin versant

2.1.2.1. Géologie

Le bassin de Bras Panon repose sur les pentes externes du Piton des Neiges éteintdepuis 20 000 ans Ce dernier a connu plusieurs épisodes volcaniques caractérisant des sériesmagmatiques différenciées Les différentes phases d'activité ont alterné avec des périodesd'accalmies où l'altération et l'érosion des roches émises a permis une évolution du sol primitifet le dépôt d'autres matériaux On retrouve ainsi des séquences de couches, perméables à plusou moins imperméables selon leur degré d'altération Le dépôt de couches cendreuses lors decertaines émissions et d'alluvions fines explique aussi l'imperméabilité des couches profondesoccasionnant des nappes perchées

2.1.2.2. Pédologie

La partie amont du bassin versant repose sur des coulées de phase IV et V plusrécentes, donc moins altérées, les sols sont plus homogènes et plus friables permettant unemeilleure perméabilité

La partie sommitale présente les coulées de phase H, les plus anciennes, riches enohvine et très altérées sur des pentes assez fortes Les sols sont ferralitiques et altérés sur desépaisseurs supérieures à 3 m

La partie intermédiaire présente des coulées de phase EU avec une différenciation deslaves plus alcalines, riches en silice, les sols ferralitiques sont épais et présentent une couleurrouge à ocre très prononcée

Enfin la partie aval repose dans ses plus basses zones sur des formations superficielles,des alluvions fines à grossières issues d'un charriage important Les alluvions sont enperpétuelle évolution et les lits des rivières fréquemment modifiés, sont composés de sablesvolcaniques noirs, de galets et de blocs de toutes tailles (jusqu'à plusieurs m3) La perméabilitépeut y être variable selon la densité des couches alluviales Le réseau hydrographique y estainsi nettement moins dense

- Remarques des sols diversement perméables

Le bassin versant met en jeu une altération des couches superficielles qui diffère selonles sous bassins versants qui composent le bassin total On peut donc s'attendre à desréactions différentes de ces différentes zones aux pluies, car selon l'imperméabilité descouches le ruissellement sera plus ou moins intense

2 1 3 Occupation des sols

2.1.3.1. Couvert végétal

On distingue deux grands ensembles sur le bassin versant de Bras Panon, qui occupechacun une part égale de la surface

4 la partie amont recouverte par de la forêt mésotherme hygrophile,* la partie aval inférieure à 300 m est plantée en canne à sucre

Ce couvert végétal occupe une part déterminante dans le régime hydrologique dubassin versant En effet, la canne n'occupe pas la surface de la même façon toute l'annéeCoupée en hiver, de juin à décembre, elle pousse d'octobre à mai Découvert le sol est alorsvulnérable aux événements cycloniques qui surviennent occasionnant des crues d'autant plusviolentes que le sol est imperméable Cette surface représente donc une phase d'interceptionessentielle dont l'étude qui suit montre l'importance

La forêt mésotherme tropicale se caractérise par l'extrême densité de sa végétation quioccupe toute les strates jusqu'à 5 mètres de hauteur L'enracinement des arbres est égalementtrès profond ce qui leur assure un solide ancrage sur des pentes qui vont jusqu'à 70%

Le cycle végétatif très intense de cette forêt joue également un rôle sur le devenir despluies, l'interception est grande mais d'un autre côté favorise aussi l'infiltration, il reste doncà déterminer la part exacte de ces termes dans un cycle hydrologique

2.1.3.2. Surface agricole

La majorité du bassin versant est plantée en canne à sucre Cependant on note quelquesélevages avicoles et porcins disséminés sur le bassin mais sans incidence importante surl'occupation du sol D'autres types de cultures, maraîchage et arboriculture, sont présents maisseulement à usage particulier et donc sur de faibles surfaces (Bellevue les Hauts bananes,ananas, chouchous, songes )

10

2.1.3.3. Surface habitée

Seule quelques hameaux sont présents sur la partie basse et haute du bassin versant,respectivement sur le secteur de Bras Panon, Notre Dame du Rosaire et Bellevue les HautsUn habitat dispersé existe sur les plantations en canne mais les cases occupent des surfaceréduites

Remarques une action anthropique réduite

Hormis les quelques élevages épars sur le bassin, la quasi totalité du relief estcouvert soit par de la canne soit par la forêt tropicale, et ce toute l'année L'incidence de lavégétation sur le cycle hydrologique joue donc forcément un rôle déterminant surtout sur destypes de sols altérés à dominante imperméable

2 1 4 Climatologie

Le bassin versant, situé sur la côte au vent, est soumis à une pluviométrie abondante del'ordre de 4 000 à 5 000 mm selon les années

Le régime d'alizés de secteur Est-Sud-Est et une forte convection amènent des massesnuageuses qui se développent en cours de journée Un phénomène de Foehn se produit alorscouramment et la pluie est distribuée sur les pentes du relief selon un gradient globalementEst-Ouest

2.1.4.1. Pluviométrie

Même s'il pleut toute l'année sur le bassin versant on note deux saisons bien marquées, lasaison chaude et humide de novembre à avril et la saison fraîche et plus sèche de mai àoctobre Les précipitations sont soumises à une forte variabilité interannuelle et ces aléass'observent aussi à l'échelle d'une même saison L'année 1998 qui nous intéresse a quant à elleconnu de fortes pluies au mois de février lors du passage de 2 dépressions cycloniques (3036mm à la station de Bras des Lianes)

La plus grande part des précipitations provient des pluies cycloniques Elles peuventreprésenter jusqu'à 80 % du volume annuel

L'aspect le plus caractéristique de la pluviométrie sur Bras Panon est l'existence d'ungradient d'altitude, dit gradient hypsométnque, marqué et constant au cours de l'annéeComme le montre le hyétogramme suivant, la pluviométrie augmente régulièrement à mesureque l'altitude s'élève

11

Pluviométrie en fonction de l'altitude sur Bras Panon

Fleure 4 : Hyétogrammes des événement pluvieux 1997-98 sur Bras Panon (données Météo-France)

La régularité du gradient hypsométrique entraîne une distribution spécifique de lapluie sur le relief dont il faut tenir compte lorsque l'on cherche à déterminer la lame d'eaumoyenne précipitée sur le bassin versant.

2.1.4.2. Température

Compte tenu de la forte hygrométrie (80 % en moyenne) qui règne sur le bassinversant, l'amplitude thermique est tamponnée et se cantonne dans une fourchette réduite devariation. Les températures sont ainsi comprises en moyenne entre 17 et 23°C avec uneremarquable constance à l'échelle interannuelle.

12

3 4 5 6 7 8 9 1 0

|1997

- moyenne1992-96

mois de l'année

Figure 5 : Ecart à la moyenne des températures de 1997 sur Bras Panon.

2.1.4.3. ETP

L'évapotranspiration est un terme relativement complexe à obtenir du fait des nombreuxparamètres qui la détermine:

* température de l'air* humidité de l'air (hygrométrie)* pression atmosphérique* vitesse du vent* caractéristiques du bassin

De façon empirique un bac d'évaporation permet de montrer une évolution annuelle oùl'insolation est le paramètre le plus déterminant. En confrontant des mesures empiriques à descalculs basés sur de nombreux paramètres bioclimatologiques, on s'aperçoit que l'ETP estrelativement importante en rapport avec la couverture végétale très dense et l'abondance desprécipitations.

13

E 100Eg 80

uj 60

40

!0

•IETP97

• ETP98

Fleure 6 : Variation interannuelle de l'ETP (données CIRAD, S'-Pierre)

2.1.5. Réseau hydrographique

Le Bras Panon prend sa source à 570 m d'altitude à Bellevue les Hauts. La spécificitémajeure de son réseau hydrographique est qu'il s'écoule sur deux axes quasimentperpendiculaires. En effet, pendant les 5 premiers km, le sens d'écoulement suit un axe globalSud-Ouest/Nord-Est avant de basculer suivant un axe Ouest-Est pour les 5 derniers km avantla confluence avec la Rivière des Roches. Ce changement de direction s'explique par laprésence du cône d'alluvions de la Rivière du Mât, qui "force" le Bras Panon à le contourner.

Les principaux affluents du Bras Panon par ordre d'importance sont :

* le Bras Patrick,4 la Ravine Terre Rouge,* le Bras Pétard,* le Bras des Chevrettes,* le Bras Sec,* la Ravine Vincendo.

Ils s'écoulent dans des ravines très encaissées qui sont autant de sous-bassins versants.Tous ces cours d'eau, sauf le dernier sont en rive droite du Bras Panon, le cône de déjectionde la Rivière du Mât limite la rive gauche dans la partie aval du bassin.

Le Bras Patrick collecte une bonne partie des cours d'eau de la zone sud-est. Le Beuze aainsi divisé le bassin versant du Bras Panon en deux entités : le sous bassin versant du BrasPanon en amont de Paniandy qu'il a appelé Bras Panon Paniandy, et le sous bassin versant duBras Patrick. Cette "division" se justifie par le fait que ces 2 cours d'eau drainent plus de 90%de la surface du bassin versant total (le reste provient du Bras des Chevrettes). C'est pourquoi2 stations de mesures en continu ont été placée en 1997 :l'une au niveau de Bras Patrick (cf.

14

fig 13) en amont de la confluence avec le Bras Panon et l'autre sur le Bras Panon au niveaudu lieu dit Pamandy On peut alors considérer que les mesures effectuées au niveau de ces 2stations sont représentatives de l'ensemble du bassin versant

Au radier Pamandy, l'ordre de grandeur du module annuel du Bras Panon est de 850 1/savant confluence avec le Bras Patrick dont le module annuel est de 750 1/s Ces deux sousbassins sont de surface et de morphologie équivalentes, cet écart conséquent de module auquels'ajoute un étiage soutenu sur Bras Patrick constitue le premier indice de deuxfonctionnements hydrologiques spécifiques

Le réseau hydrographique est très dense, ses ramifications témoignent de l'érosion intensedu relief Celle-ci est limitée par une végétation tropicale qui a colonisé tous les milieux ettous les reliefs constituant des strates densément peuplées Elle constitue une phased'interception très efficace

La saisonnalité qui voit l'alternance de pluies cycloniques à l'origine de fortes crues, et depériodes sèches où l'étiage est très sévère, constitue aussi une spécificité de ce réseauhydrographique qui voit le tarissement d'une grande part de ses cours d'eau en fin d'hiveraustral

Enfin, l'érosion intense des reliefs amène d'énormes quantités d'alluvions qui sontcharriées lors des crues Ces charriages modifient sans cesse le ht des rivières, les conditionsd'écoulement en régime moyen, les infiltrations et les condition d'étiages ce qui posed'importants problèmes en matière d'aménagements et de maintenance d'appareils de mesuretype hmnigraphes Les bilans hydrologiques menés sur le bassin versant n'ont montré, parjaugeages différentiels, aucune infiltration tangible jusqu'à présent au niveau du lit desrivières

En résumé, ce réseau se caractérise par un chevelu dense, des écoulements complexes- etune grande variabilité temporelle qui déterminent des mécanismes d'écoulements spécifiquestributaires des facteurs de chaque zone géographique

2.2. Rappel des principales conclusion de Le Beuze (1999)

Le Beuze a, dans son rapport, évalué tous les termes du bilan hydrologique sur le bassinversant de Bras Panon pour l'année hydrologique 1997-1998 Nous présentons ici lesprincipaux résultats

221 Les précipitations

La répartition des pluies, obtenue à partir de 5 stations météorologiques, obéit à un gradientassez homogène sur l'année de 8%/100m Bras Patrick ayant une surface plus importante enaltitude, il y pleut donc plus que sur le sous bassin de Bras Panon

L'année 98 a vu des conditions exceptionnelles en février (les pluies diiv25 février ontprovoqué des crues quasi vingtennales sur Bras Panon) Les petites pluies qui ont suivi la

b

saison cyclonique ont aussi provoqué un fort ruissellement A la fin septembre, Le Beuzeconclut à saison moyenne de 4200 mm (la moyenne étant de 4300 mm)

2 2 2 Les volumes écoulés

* Bras Panon 75 % des pluies retournent à la rivière, dont 53 % deruissellement direct et 22% de sous écoulement Débit moyen annuel8501/s

4 Bras Patrick 56 % des pluies retournent à la rivière, dont 34 % deruissellement direct et 22 % de sous écoulement Débit moyen annuel750 1/s

223 L'infiltration

A l'échelle des événements pluvieux majeurs (période cyclonique), l'infiltration apparaît surles 2 sous bassins versants A l'échelle du cycle hydrologique, l'infiltration montre une partplus ou moins importante de l'interception sur le bilan final L'infiltration représente 43 % surle sous bassin versant de Bras Patrick alors qu'elle n'est que de 26 % sur celui de Bras PanonCeci s'explique par différence de couverture végétale d'un sous bassin à l'autre

L'infiltration profonde représente 39 1/s/km2 sur Bras Patrick et seulement 10 1/s/km2 surBras Panon Selon Le Beuze (et c'est ce que nous voulions vérifier lors de ce stage), le BrasPanon se comporte comme un drain dans sa partie aval et récupère une partie de l'infiltrationprofonde de Bras Patrick Le Beuze estime alors que l'infiltration profonde sur Bras Panonatteint 15 1/s/km2

L'infiltration représente en moyenne 25 1/s/km2 Les différences entre les zonesd'infiltration montrent l'incidence fondamentale de la végétation qui favorise l'interception etl'infiltration superficielle, puis son acheminement vers la nappe

224 L'ETP

L'ETP varie globalement entre 3 et 6 mm par jour et représente en moyenne 20 % desprécipitations

L'ETP diminue avec l'altitude de 4 % tous les 100 m Elle est moindre sur Bras Patrick quesur Bras Panon

L'ETP moyenne journalière sur le bassin versant est de 3,5 mm

Ces résultats sont résumés sur les figures suivantes (cf fig 7et 8)Cette caracténsation du bilan hydrologique sur le bassin versant de Bras Panon a donc

permis de mettre en évidence un fonctionnement, de surface et de subsurface, hétérogène dubassin versant Nous avons alors tenté de reproduire ces observations par l'intermédiaire de lamodélisation

16

GRADIENT

3800 m ml 2800 mm

PRECIPITATIONS : 3300mm

Ruissellement pur

Ruissellementhypodermique

1 *\ .c1* -1*

?r—»• Ecoulement de Case; \- YT r^»^,,w^ v ^v^fcjl/^ Vfts*r?ri ,J ^7

INFILTRATION PROFONDE Ecoulement de rivière

ETP:21 %45 I /s /kitr

Interception : 21 %45l/s/km2'

{ Stockage\ 450 mm

Infiltration : 26 %55

Percolation

INFILTRATION PROFONDE : 7%15Vs/km:

PRECIPITATIONS : 3300mm213 1/s/km2

Ruissellement pur : 37%79 1/s/km2

Ruissellement :16%hypodermique : 341/s/km2

<• Ecoulement de base : 19%40 1/s/km1

Ecoulementde rivière

O 72%O 153 1/s/km2

'• schéma et synoptique chiffré du cycle de l'eau sur Bras Panon Paniandy

17

GRADIENT

5000 m'ml p400 i

PRECIPITATIONS . 4200mm

Ruissellement pur

Ruissellementhypodermique

r i iINFILTRATION PROFONDE Ecoulement de nvière

ETP :22 %40 1 /s /km2

Interception 22%401/s/km2-

Stockage3000 mm

Infiltration 44 °/o75

Percolatwn

INFILTRATION PROFONDE : 22%39 1/s/km2

PRECIPITATIONS, 4200mm178 1/s/km2

Ruissellement pur 20%36 1/s/km2

Ruissellement 14 %hypodermique 241/s/km2

Ecoulement de base 22%39 1/s/km2

Ecoulement "=> 56%de nvière

Fieure 8 schéma et synoptique chiffré du cycle de l'eau iur Bras Patrick

99 1/s/km2

18

3. Méthodologie

3.1. Présentation du logiciel MikeSHE

Le logiciel de modélisation MikeSHE (SHE Système Hydrologique Européen) a été misau point par le DHI (Danish Hydraulic Institut) La version utilisée date de décembre 1998

C'est un système de modélisation déterministe, à base physique, qui permet une simulationde l'eau, des solutés et des sédiments à tous les niveaux du cycle hydrologique MikeSHE estun modèle couplé (i e incluant tous les termes d'un bilan hydrologique) à structure modulairePlusieurs composantes peuvent être intégrées individuellement et adaptées selon les donnéesdisponibles et selon les paramètres recherchés Ce logiciel travaille en différences finies etcalcule tous les paramètres à chaque pas de temps

MikeSHE permet de travailler à différentes échelles de temps et d'espace (du profil de solau bassin versant de plusieurs milliers de km2)

Nous avons utilisé dans nos simulations deux des modules de MikeSHE, le module"écoulements de surface" et le module "zone saturée"

On se propose ici de décrire brièvement ces deux modules Pour plus de précisions,notamment sur les modules utilisés, nous renvoyons lecteur à l'annexe 1

3 1 1 Généralités sur le module écoulement de surface

Pour la partie "overland flow" 3 paramètres sont requis

* la hauteur d'eau initiale à la surface du sol (en m)* la capacité de stockage le la hauteur d'eau à partir de laquelle

l'écoulement débute (en m)4 coefficient de rugosité de Mannmg-Stnckler (en m'/3/s)

Ces 3 paramètres peuvent être donnés soit sous forme de constante pour tout le bassinversant soit sous forme de cartes afin de faire varier ces coefficients sur le bassin versant

Dans nos simulations nous avons adopté un coefficient de Manmng-Stnckler de 15 (valeurcohérente, déjà utilisée dans un autre modèle avec MikeSHE), une capacité de stockage de0 01 et une hauteur d'eau initiale au sol nulle, et ce pour l'ensemble du bassin versant

Lorsque ce module est le seul pris en compte, MikeSHE ne permet pas de fixer une valeurde l'infiltration (il n'y a pas de nappe pour la "recevoir") L'infiltration est donc nulle dans cessimulations

3 1 2 Le module "Zone Saturée"

II s'agit là du 2e module que nous avons utilisé lors de nos modélisations n permet decalculer les écoulements de sub-surface à l'intérieur du bassin versant

19

Notre modèle hydrogéologique a en effet été mis en place pour accompagner le débit desrivières (soutenance lors de l'étiage, par exemple) Cette nappe superficielle a des paramètreshydrogéologiques globalement faibles En effet, les essais de pompage consécutifs au forageont mis en évidence des rabattements trop importants qui ont entraîné l'arrêt du pompage Onest donc en présence d'une nappe de faible perméabilité (de l'ordre de 10~5 m/s)

La mise en place du module de la zone saturée nécessite 5 étapes principales

4 définition du modèle géologique4 définition de la discrétisation verticale4 définition des conditions initiales4 définition des conditions aux limites4 mise en place ou non d'un drainage

Le modèle géologique

Cette partie consiste à définir le nombre de couches géologiques (qui couvrent l'ensembledu bassin versant) ainsi que les lentilles (zones de moindre perméabilité couvrantpartiellement le bassin versant)

Pour chaque couche géologique, il faut définir sa cote inférieure (constante ou variable) parrapport à la topographie ainsi que ses paramètres hydrogéologiques (conductivité hydrauliqueverticale et horizontale, porosité efficace, emmagasinement spécifique), également constantsou variables sur le bassin versant

Dans notre modèle, la partie hydrogéologie consiste en une simple napped'accompagnement Nous n'avons donc pas défini de lentilles

La cote inférieure de la nappe a été fixée à -200 m (par rapport à un référentiel nul) Lesconductivités hydrauliques verticales et horizontales ont été fixées à 10"5 m/s, alors quel'emmagasmement était de 5 10"3 m"1

Nous n'avons au cours de nos simulations pas fait intervenir de lentilles Notre but étaitdans un premier temps de modéliser une simple nappe libre d'accompagnement, homogène surl'ensemble du bassin versant

La discrétisation verticale

Dans notre cas, nous n'avons considéré qu'une couche géologique, libre, afin de reproduireles hydrogrammes Nous ne pouvions donc pas discrétiser la verticale

Les conditions initiales

II s'agit ici de fixer la hauteur piézométnque initiale pour chaque couche définie dans lemenu précédent

Notre modèle considère une hauteur initiale nulle par rapport au niveau géographiqueréunionnais Le substratum imperméable étant fixé (arbitrairement) à -200 m, on a donc unehauteur d'eau initiale de 200 m

20

Les conditions aux limites

La limite supérieure de la couche supérieure, considérée comme la zone d'infiltration ou deruissellement, est toujours calculée à partir de la zone non saturée ou si ce module n'est pasinclus dans la simulation, comme une fraction des précipitations définie dans les "Dummycomponents" (voir annexe 1)

La limite inférieure de la couche la plus basse est toujours considérée comme imperméable

Dans notre étude, nous avons affecté des conditions aux limites imperméables sauf auniveau de la mer où nous avons appliqué une charge constante nulle (NGR)

Le drainage

Ce module est intéressant pour la simulation de drainage de type agricole Cependant dansnotre cas, chaque maille faisant 200 m de côté, il n'était pas envisageable d'introduire undrainage de ce type Nous n'avions de plus aucune données sur un éventuel drainage sur notrebassin versant

Le drainage pose de plus problème lorsque la nappe remonte En effet, l'eau de la nappearrivant dans les drams est "perdue", elle ne peut alors alimenter la rivière et soutenir sondébit en période d'étiage, ce qui était précisément un des rôles que nous voulions faire "jouer"à la nappe

Dans les simulations qui prenaient en compte ce module, nous avons fixé l'infiltration à20% de la pluie nette

3.2. Les données disponibles

La première étape dans la conception du modèle a consisté en la synthèse des donnéesdisponibles sur l'ensemble du bassin versant de Bras Panon Ces données sont de 2 types

4 les données géométriques* les données temporelles

3 2 1 Les données géométriques

3.2.1.1. Les limites du bassin versant

Dans son étude, Le Beuze avait pour son bassin versant, fixé les limites présentées sur lafigure 9

21

Figure 9 : contours du bassin versant de Le Beuze (1999)

Fleure 10 : contours du bassin versant considéré dans cette étude 22

Pour notre modélisation nous avons étendu les limites du bassin afin que les conditions auxlimites imposées au modèle n'influent pas sur les paramètres calculés Nous avons alors fixéles limites suivantes (cf fig 10)

4 la Rivière du Mât comme limite Nord et la Rivière des Roches commelimite Sud, afin de pouvoir appliquer à ce niveau des conditions auxlimites imperméables En effet, ces rivières sont perchées par rapport àla nappe étudiée

f la mer comme limite Est afin de pouvoir appliquer à ce niveau unecondition de charge imposée nulle

3.2.1.2. La topographie

La topographie a été obtenue par digitalisation à partir des cartes IGN au 25 000e (TOP 25n°4403)(cf fig 11)

Cette topographie est disponible à l'ORE sous forme de BD TOPO, correspondant auxcartes IGN de la Réunion, entièrement digitalisées

3.2.1.3. Le réseau hydrographique

Nous avons, pour définir le réseau hydrographique, repris celui digitalisé par Le Beuze,notre modèle mettant enjeu les mêmes cours d'eau (cf fig 12)

Ces cours d'eau sont en effet représentatifs de l'ensemble du bassin versant D'autres coursd'eau de moindre importance (en général non perennes) n'ont pas été représentés

23

Figure 11 : le contours du bassin versant et les courbes digitalisées sous Maplnfo

Figure 12 : réseau hydrographique du bassin versant digitalisé sous Maplnfo

24

3 2 2 Les données temporelles

Nous avons, dans notre modèle, travaillé en régime transitoire au pas temps journalier

3.2.2.1. Les pluies

Nous avons, dans notre modèle considéré 6 zones de pluies, correspondant grossièrement àcelles défîmes par Le Beuze (avec une extension aval de la zone à 3000 mm jusqu'à la mer)Ces zones ont été défîmes par la méthode de Thiesen, grâce à 4 pluviomètres (stations OREou Météo France) répartis sur l'ensemble du bassin versant (cf fig 13)

Pour chacune de ces zones, nous disposions de données journalières Le choix du pas detemps journalier, pour nos simulations, a donc été dicté par l'existence préalable des donnéessur les zones de pluies considérées

Afin de vérifier la cohérence de ces données, nous avons comparé les valeurs introduites àcelles mesurées sur le bassin versant ou dans des stations d'altitude équivalente Les résultatssont présentés (d'aval en amont) dans le tableau 1

Moyenne annuelle (pour l'année1998) mesurée (mm)Moyenne annuelle introduite dansle modèle (mm)

3000

3265

3500

3433

4250

4406

4750

5380

5500

6266

6500

7155

Tableau 1 comparaison des valeurs introduites et des valeurs mesurées pour les 6 zones deprécipitation prises en compte.

On constate dans le tableau précédent que les moyennes introduites à partir des donnéesjournalières exprimées en mm/h sont proches des valeurs moyennes "réelles" tombant sur lazone considérée

3.2.2.2. L'ETP

L'évapotranspiration est l'une des 4 composante d'un bilan hydrologique Nous disposionsde mesures d'ETP à partir de bacs d'évaporation mis en place par l'ORE ou Météo FranceCes mesures étaient en accord avec celles du CIRAD Nous voulions inclure dans notremodèle le module d'évapotranspiration de MikeSHE Nous avons alors de même que pour lespluies , à partir des travaux de Le Beuze, digitalisé 9 zones, en tenant compte du gradienthypsométnque Sur ces zones était définie l'ETP en mm/h

25

3.2.2.3. Les hydrogrammes

Notre modèle, était basé, en ce qui concerne les écoulements de surface sur les mesures encontinu effectuées sur 2 stations mises en place en 1997 (cf fig 13) et qui contrôlent plus de90 % des écoulements du bassin versant

* la station Bras Patrick amont confluence Bras Panon* la station Bras Panon Pamandy

3.2.2.4. La piézométrie

Pour tenter de caler notre piézométrie nous nous sommes basés sur les mesures effectuéestous les mois, au niveau du piézomètre S5-le Refuge, situé dans le bas du bassin versant (cffig 13), correspondant à la nappe superficielle d'alluvions issus du cône de déjection de laRivière du Mât Cette nappe, libre, a une perméabilité assez faible (de l'ordre de 105 m/s)

Des données issues du rapport de forage de ce piézomètre sont disponibles en annexe 2

26

o _V m

SV o

B ï ï S° 1 I °

I i i l i6. &I

•-I

S ï

, ! 19 ï

. 1 1 •

» i

5 Stus

<" ao »«• £_ »

Figure 13: Equipements disponibles sur le bassin versant

27

3.3. Conception du modèle

3 3 1 Mise en place des conditions aux limites

Le contour digitalisé sous Maplnfo, à partir des cartes IGN au 1/25 000e, a été exporté versMikeSHE à partir duquel nous avons définit notre maillage et appliqué nos conditions auxlimites

A partir du contour du bassin versant, nous avons défini le maillage suivant

* 50 mailles selon l'axe des x4 3 5 mailles selon l'axe des y* un pas de maille de 200 m* le point de coordonnées (0, 0) de notre bassin versant a les cordonnées

suivantes (168 000, 60 000) en système de projection Gauss-LabordeRéunion

Le pas de maille a été déterminé par rapport à la précision que nous voulions apporter ànotre modèle Un pas de 200 m nous permettait d'avoir une précision suffisante pourdifférencier tous les cours d'eau de notre bassin versant mais aussi d'avoir un nombre demailles suffisament petit pour éviter des temps de calculs trop longs

Nous avons aussi défini des conditions aux limites imperméables pour l'ensemble dubassin versant sauf pour le côté Est, donnant sur la mer, pour lequel nous avons imposé unecondition de charge nulle

Ceci se justifie par l'équilibre entre la Rivière des Roches et la nappe en aval de notrebassin versant H n'y a donc pas d'échange entre ces deux unités Ces conditionsimperméables permettent à l'eau de s'écouler d'amont en aval (vers la mer) et non pas vers laRivière du Mât ou la Rivière des Roches

332 Mise en place de la topographie

Certaines courbes de niveaux ont été digitalisées (cf fig 11) à partir de la BD TOPOdisponible à TORE, puis exportées vers MikeSHE Nous avons alors procédé à uneinterpolation afin d'affecter à chaque maille une valeur topographique Cette interpolation doitêtre réalisée avec précision car d'une part le ruissellement au sol est calculé en fonction despentes, et donc de la topographie, et d'autre part, les thalwegs déduits de l'interpolationdoivent correspondre aux lits des rivières

Les profils en long des rivières du modèle ont été comparés aux profils en longs établis parLe Beuze Cette comparaison nous a permis de confirmer la cohérence de la topographieintroduite, laquelle s'étale de 0 à 900 m La topographie introduite dans le modèle est donc lasuivante (cf fig 14)

28

Figure 14 : topographie introduite dans notre modèle sous MikeSHE

i

Figure 15 : réseau hydrographique introduit dans notre modèle sous MikeSHE

29

A partir de ce réseau nous avons digitalisé quelques points appartenant à chaque rivière,lesquels ont alors été exportés vers MikeSHE (cf fig 15), qui se charge de relier ces points ensuivant les mailles du modèle

En cas d'assèchement des rivières, des problèmes d'instabilités peuvent survenir C'estpourquoi, nous avons appliqué un débit d'entrée à chaque cours d'eau (nous nous sommesbasés pour cela sur le bilan de début décembre 99, correspondant à l'étiage), et ce afin qu'il yait toujours un filet d'eau à couler dans la rivière Nous avons aussi fixé une charge de sortie à9m (valeur arbitraire suffisament grande) pour l'exutoire de la Rivière des Roches

Les valeurs en entrée des rivières sont

* 10 1/s pour la ravine Vmcendo, pour les Bras Panon et Patrick ainsique pour la ravine Terre Rouge

* 2 1/s pour le Bras Pétard* 1 1/s pour le Bras des Chevrettes ainsi que pour les petits bras annexes

Les profils en long (déjà évoqués précédemment) sont identiques, pour les 2 cours d'eauprincipaux, à ceux calculés par Le Beuze

4 5

Longueur (km)

600 T_ 500 . iê, 400 I

"§

< 1000 .:__.

- 1 Station limnigraphique

Longueur (km)

Fleure 16 Profils en long des Bras Patrick et Bras Panon, calculés par Le Beuze (1999)

30

Nous avons aussi défini des sections en travers pour chaque cours d'eau Nous avonsartificiellement relevé les berges des rivières afin d'éviter les débordements Dans ces sectionsen travers, nous avons artificiellement "creusé" les fonds des rivières afin d'éviterl'assèchement qui provoque des problèmes d'instabilités numériques

Le bassin versant utilisé pour la modélisation a donc des caractéristiques géométriquesdifférentes que le bassin versant expérimental de Bras Panon étudié par Le Beuze Cependant,ces différences géométriques n'affectent pas la "cohérence" de notre modèle Nous sommesalors passés à la saisie des données temporelles qui diffèrent elles aussi de celles de Le Beuze

3 3 3 Les données temporelles

MikeSHE impose de rentrer les données temporelles en mm/h

3.3.3.1. Définition des précipitations

De même que précédemment, la digitalisation des zones sous Maplnfo a permis leurexportation vers MikeSHE

Les moyennes journalières dont nous disposions ont été converties en mm/h Ainsi pourchaque zone préalablement définie, une moyenne constante sur la journée était appliquée

Ces données temporelles nous imposaient donc un pas de temps journalier MikeSHEcalcule alors tous les paramètres du calcul à chaque pas de temps

3.3.3.2. Définition de l'ETP

Nous voulions ici inclure à notre modèle les zones définies sous Maplnfo

Cependant pour inclure le module d'ETP au modèle, il faut aussi prendre en compte la zonenon saturée pour laquelle les données disponibles n'étaient pas suffisantes La prise en comptede la zone non saturée augmente d'autre part les temps de calculs et entraîne souvent desinstablités numériques

Etant donné l'importance de la zone non saturée sur notre bassin versant, lesapproximations liées à l'introduction de celle-ci risquaient d'entraîner des calculs incohérentsNotre modèle se voulant conceptuel, nous avons choisi de ne pas en tenir compte

Nous avons alors tenté d'affecter aux zones précédemment évoquées un pourcentagevariable de la pluie brute afin de mieux prendre en compte le gradient hypsométnque mais cessolutions n'ont pas abouties

Dans son étude, le Beuze avait conclu à une ETP moyenne de 20 % sur l'ensemble dubassin versant

Nous avons donc opté pour une ETP constante, égale à 20% de la pluie brute (MikeSHE,dans ses paramètres par défaut permet de soustraire directement l'ETP de la pluie brute) surtout le bassin versant

31

3.3.3.3. Les stations de mesures

Nous avons placé sur notre réseau hydrographique les 2 points correspondants auxcoordonnées exactes des stations "Bras Patrick" et "Bras Panon aval radier Paniandy". Ledébit était alors calculé au niveau de ces 2 points à chaque pas de temps.

En ce qui concerne la piézométrie, MikeSHE la calcule automatiquement à chaque maille.Nous n'avons donc pas eu à placer un point correspondant au piézomètre S5-Le Refuge.Possédant ses coordonnées, il suffit alors de trouver la maille correspondante et d'y lire leniveau piézométrique.

Des mesures ponctuelles ont aussi effectuées au cours des bilans (réalisés 1 fois par an) surd'autres stations de mesure (cf. fig.13). Nous avons donc placé des "Q-stations", au niveaudesquelles MikeSHE calcule différents paramètres (comme par exemple le débit instantané),correspondant aux différents points de mesures afin de caler notre modèle. Nous voulionsainsi calculer les débits de chaque rivière et les comparer aux débits mesurés afin de voir lecomportement des "sous bassins versants" de notre modèle par rapport à la réalité.

Notre modèle était alors construit et nous pouvions dès lors passer aux simulations, quidans un premier temps ne prenaient en compte que les écoulements de surface, auxquels nousavons ensuite ajouté des écoulements souterrains par la mise en place d'une nappe libre.

3.4. Simulations avec le seul module d'écoulement de surface.

Les résultats avec le seul module d'écoulement de surface ne concernent que les débits duBras Patrick et du Bras Panon.

Patrick mesuré

ETP10%

ETP20%

60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

Figure 1 7 .-évolution du débit sur le Bros Patrick en fonction du temps pour différentes valeurs d'ETP

32

30

25

20

15

10 --

0 •¥o

Païen

- Panon mesuré

• Pcnon sens gèd. ET PI 0%

Païen sers oSol. ET P20%

30 60 90 150 180 210

l»mp» (Jour»)

240 270 300 330 360

fleure 18 '. évolution du débit sur le Bras Panon en fonction du temps pour différentes valeurs d'ETP

Nous avons dans un premier temps fait varier l'ETP afin de tester la sensibilité du modèleà ce paramètre. Les résultats sont présentés sur les figures 17 et 18.

Ces graphiques mettent en évidence, plusieurs phénomènes pour les 2 cours d'eauconsidérés:

* Chronologiquement, les pics sont bien reproduits.* L'intensité des pics calculés est trop forte.* Le tarissement n'est pas du tout reproduit.

Ces trois constats s'expliquent par l'absence d'infiltration. En effet, le fait qu'il n'y ait pasde nappe d'accompagnement rend impossible tout "soutient" de la décrue. On ne peut alorspas observer de tarissement. Les pluies torrentielles que nous avons entrées dans notre modèlese retrouvent donc de façon quasi instantanée dans les rivières. C'est pourquoi les débitscalculés hors période cyclonique (de janvier à avril) sont très largement supérieurs à ceuxmesurés.

La bonne chronologie des pics s'explique par le temps de réponse très rapide du bassinversant de Bras Panon qui étant donnés le relief accidenté et le régime des pluies voit ledébits des cours d'eau augmenter brutalement.

Les modules annuels sont pour le Bras Patrick :» 0.78 m3/s mesuré* 1.43 m3/s avec 10 % d'ETP4 1.26 m3/s avec 20 % d'ETP

33

Pour le Bras Panon, on a les modules suivants

0 89 m3/s mesuré0 96 m3/s avec 10 % d'ETP081m3/savec20%d'ETP

On remarque que les débits calculés sont, pour le Bras Patrick, très supérieurs au moduleannuel mesuré, alors qu'en ce qui concerne le Bras Panon, les modules calculés sont trèsproches de celui mesuré Qu'elle soit fixée à 10 ou 20 %, l'ETP ne fait pas beaucoup varierles modules annuels C'est pourquoi, nous avons dans la suite de l'étude considéré une ETPde 20%, conformément à ce qu'avait évalué Le Beuze (1999)

Dans cette partie, nous n'avons considéré qu'une ETP moyenne identique sur l'ensembledu bassin versant et constante sur toute l'année Les débits calculés étant globalement tropélevés, nous avons ici, en absence d'infiltration, sous-estime le terme ETP

En ce qui concerne les autres stations pour lesquelles on dispose d'un bilan en juin 1998(voir annexe 3), on constate sur l'ensemble du bassin versant qu'à la même période (débutd'étiage), les débits de toutes les rivières considérées sont sous évalués d'un facteur allant de 4pour la Ravine Vincendo à 50 pour le Bras des Chevrettes On constate de plus que c'est pourles stations les plus en amont que les débits sont les moins sous évalués On ne note pas dedifférence notable entre le sous bassin de Bras Panon et celui de Bras Patrick La variation del'ETP de 10 à 20 % ne joue ici pas de rôle visible puisque les débits observés sontrigoureusement identiques dans les 2 cas Les faibles valeurs calculées par rapport aux valeursmesurées mettent en évidence le rôle "d'accompagnateur" de la nappe de surface En sonabsence, le ruissellement est instantané, le débit des cours d'eau ne peut alors être soutennuToute l'eau d'une averse est intantanément évacuée dans les rivières, vers l'aval, ce quiexplique les trop forts débits observés sur les Bras Patrick et Panon lors des crues post saisoncyclonique

Le modèle de surface, s'il est à peu près calé (sur les 2 cours d'eau principaux) en moduleet en temps ne reproduit pas bien les valeurs ponctuelles du bilan

Nous avons vu qu'en absence d'infiltration, les termes du bilan ne sont pas justes Nousavons donc mis en place une nappe de surface pour permettre à l'eau de surface de s'infiltrer etainsi tenter de quantifier les apports d'eau dans les nappes

Le but n'était donc pas de caler une piézométne, chose impossible avec un modèle aussisimplifié, mais d'évaluer la part de chaque composante du cycle hydrologique

3.5. Simulations avec les modules d'écoulement de surface et zone saturée.

La mise en place du module hydrogéologique a constitué la deuxième grande étape de cettephase de simulations Pour ce faire, il a fallu rentrer des paramètres hydrogéologiques(l'emmagasmement, la conductivité hydraulique verticale et horizontale, la porosité efficace)dont on ne connaissait pas de valeurs précises

34

Dans nos simulations, la conductivité hydraulique a été fixée à 10" m/s etl'emmagasinement (égal à la porosité efficace en nappe libre) à 5.10'3 m"1.

Notre modèle se voulant conceptuel, nous avons considéré ces paramètres identiques surl'ensemble du bassin versant.

La perméabilité de 10~5 m/s, faible pour nappe libre, se justifie par le rapport de sondage(cf. annexe 2) au cours duquel des rabattemments importants ont été observés. Ceci a étéconfirmé par un autre sondage effectué dans le bas du bassin versant et qui a confirmé lafaible conductivité hydraulique de la nappe aval.

Patrick mesuré

•K=10-5m/s

0 30 90 120 150 180 210 240 270 300 3» 360

Figure 19: évolution du débit sur Bras Patrick (en m}/s) pour une conductivité hydraulique de l(fs m/s.

Le graphique ci-dessus (cf.fig.19) montre l'évolution du débit calculé sur Bras Patrick enfonction du temps. On constate qu'avec une conductivité hydraulique de 10~5 m/s letarissement n'est pas bien reproduit. En revanche, le débit n'est plus nul après une crue mais ilse stabilise à environ 0.27 m3/s (sans la géologie, il descendait aux alentours de 10"2 m3/s). Onremarque donc que la nappe introduite n'est pas "suffisante" pour accompagner la décrue etreproduire le tarissement.

En ce qui concerne le module annuel, il reste supérieur par le calcul (1.27 m3/s contre 0.78mesuré).

Le graphique suivant (cf. fig.20) présente les résultats dans les mêmes conditions pour leBras Panon. On constate à nouveau que le tarissement n'est pas bien reproduit. Le débit sestabilise aux environs de 5.10"2 m3/s après une crue, alors que sans nappe, il se situait auxalentours de 4.5.10"2 m3/s. Le rôle de la nappe est donc ici négligeable.

Le module annuel calculé est de 0.71 m3/s. Ce modèle reproduit donc moins bien enmodule, les écoulements du Bras Panon que le modèle incluant uniquement les eaux desurface. La nappe introduite ici a donc "trop d'effet" sur le Bras Panon par rapport à la réalité.

35

si n«3 "*

Ponon• Ponon mesuré

•AuBcgôd.KlO-5

30

25

20

15

10

o !•30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

temps (jours)

Fieure 20: évolution du débit du Bras Panon (en m1 A) pour une conductivité hydraulique de lffs m/s.

Le module annuel, identique à celui calculé sans la nappe, est toujours surévalué sur leBras Patrick. L'infiltration n'a donc pas eu suffisament d'effet. Ceci est confirmé par les picsde crues calculées, toujours supérieures à celles mesurées en période d'étiage. En revanche,sur le Bras Panon, on constate une meilleure reproduction des débits en période d'étiage. Lerôle de la nappe est donc ici mis en évidence.

Les débits calculés aux stations autres que celles disposant d'un enregistrement en continu,révèlent une nette amélioration surtout en ce qui concerne le sous bassin de Bras Panon. Eneffet les débits calculés lors du bilan de juin 98 sont inférieurs aux débits mesurés mais l'ordrede grandeur est au maximum de 3, alors que pour des cours d'eau situés sur le sous bassinversant de Bras Patrick, le débit calculé est toujours 10 fois inférieur à celui mesuré. La nappea donc joué un rôle important dans le sous bassin versant de Bras Panon alors qu'elle n'aquasiment eu aucune influence sur le Bras Patrick. Notre modèle incluant la nappe est doncplus représentatif pour le sous bassin versant de Bras Panon que pour le Bras Patrick.

Nous avons aussi tracé la hauteur piézométrique calculée en fonction du temps au niveaudu forage S5-le Refuge (voir fig. 21) afin de vérifier que la hauteur piézométrique calculéesuivait les variations de celle mesurée.

36

PiézomotrleSS-le Refuge K- 10-5 m/s

Pi&omérfrle mesurée

46 r30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Temps (jours)

Figure 2l : évolution de la piézométrie (en mètres) au niveau du forage S5-le Refuge pour uneconductivité hydraulique de 10-5 m/s.

II apparaît clairement, à la vue du graphique précédent que la piézométrie n'est pas du toutcalée en valeur. Quelques éléments sont cependant intéressants à relever :

* l'augmentation de la piézométrie consécutive aux crues de février estobservée, par le calcul et au niveau du S5-le Refuge, la piézométriecalculée étant supérieure à celle observée.

» les crues hors saison cyclonique se retrouvent plus ou moins dans lapiézométrie calculée mais pas dans celle mesurée.

Ceci peut s'expliquer par l'homogénéité de notre modèle qui ne correspond pas auxhétérogénéités locales que l'on trouve.

La piézométrie n'est donc pas calée avec les paramètres de simulations considérés, maisreproduit au niveau du Refuge les fluctuations observées.

Le fait que la nappe soit trop sensible aux fortes pluies (hors saison cyclonique) peuts'expliquer par l'échelle de temps à laquelle on travaille (pas de temps journalier) alors que lesmesures sont effectuées tous les mois. L'absence de zone non saturée entraîne aussi unearrivée quasi instantanée de l'eau dans la nappe, d'où la sensibilité observée.

Nous avons alors tracé les isopièzes dans le bas du bassin versant juste après les crues defévrier (cf. fig.23), les pluies ne provoquant pas débordements majeurs le restant de l'année.

37

Nous avons aussi visualisé les écoulements de surface (hors réseau hydrographique) pour cettemême période de l'année (cf fig 22)

Overland flow (item 1 )35

30

25

20

15

10

"•,

10 15 20 25 30 35 40

, 1 00 m3/s

50

Figure 22 carte rfes écoulements de surface (hors réseau hydrographique) au 26 février 1998

Ces cartes mettent en évidence le fait que le réseau hydrographique assure son rôle de damjusqu'à l'exutoire de la Rivière des Roches

Les flèches correspondant à des écoulements de surface importants (cf fig 22) dans le basdu bassin versant s'expliquent par

4 l'absence de drains (d'où les écoulements vers la rivière du Mât)* dans le cas de la Rivière des Roches par l'unicité de l'exutoire dont la

charge est fixée à 9m* la faible perméabilité de l'ensemble de notre modèle, la conductivité de

105 m/s ne correspondant pas à la partie amont du bassin versant (sansdoute plus proche de 103 m/s)

Le but de nos simulations n'étant pas de modéhser le bas du bassin versant mais la zonecorrespondant au réseau hydrographique Nous avons artificiellement relevé les berges de laRivière des Roches afin d'éviter les débordements n apparaît clairement ( cf fig 22) que notremodèle n'est pas calé dans cette zone (notamment en ce qui concerne les sections en traversdes rivières) Ces écoulements ne sont représentatifs ni du modèle ni de la réalité

Le graphique montrant les isopièzes (cf fig 23) permet aussi d'expliquer les écoulementsde surface En effet on ht dans le bas du bassin versant, une piézométne d'environ 14 4 m au

38

26/02, alors que la topographie est de l'ordre de 10 m dans cette zone La nappe déborde doncen surface, d'où les apports supplémentaires qui expliquent les débordements

Potential head (layer 1 )

26 28 30 32 34 36 38 40 42 46 48 50

Figure 23 carte des isopièzes dans le bas du bassin versant de Bras Panon au 26/02

Cette carte met de plus en évidence les rôles de Bras Patrick et Bras Panon dans lapiézométrie Ces 2 cours d'eau provoquent en effet une baisse de la piézométrie au niveau deleurs lits (cf fig 23) La "courbure" des isopièzes se retrouve aussi le reste de l'année mais defaçon moins prononcée Ceci tendrait à nouveau à confirmer les conclusions de Le Beuze(1999) en ce qui concerne la récupération par le Bras Panon d'une partie de l'eau infiltrée Laprécision du modèle n'est cependant pas suffisante pour conclure quant au rôle précis joué parchacun des 2 cours d'eau principaux

Nous avons aussi grâce au "Water Balance" de MikeSHE évalué les différents termes dubilan pour cette simulation En considérant que les modules de surface sont à peu près calés,nous avons évalué l'erreur introduite par la calcul de l'ETP sur un mois très pluvieux commefévrier 98 Les résultats sont synthétisés sur le schéma suivant (cf fig 24)

39

BILAN REALISE A PARTIR E L'ETPCALMËE

Précipitations brutes 414mm

Ruissellement 1326 mm

331 mm (20 % de la pluie nette]

BILAN REALISE A PARTIR DE L'ETP MESUREE

Précipitations brutes2072mm

104 mm

Ruissellement 1320 mm

642 mÀ (20 % de la pluie nette)

figure 24 : bilan mesuré et calculé pour le mois de février 1998.

40

On remarque que l'ETP calculée est 4 fois supérieure à l'ETP réelle (issue de l'étude de LeBeuze) Si l'on considère que notre modèle de surface est calé (la topographie et le réseauhydrographique introduits sont très proches de la réalité), on conclut, pour le mois de février, àune alimentation de la nappe 2 fois plus petite par le calcul qu'en réalité On voit que cemodèle calcule une piézométne trop haute avec une alimentation plus faible Le modèle n'estdonc pas calé en ce qui concerne les termes du bilan

L'avantage d'un modèle couplé comme MikeSHE est de s'affranchir des conditions auxlimites en ce qui concerne l'hydrogéologie Nous disposions de données sur tous les termes dubilan hydrologique Le fait de n'avoir pas pu introduire l'ETP mesurée dans notre modèle rendun calage précis de la zone saturée illusoire

En effet, comme nous l'avonsvu, sur un mois trèspluvieux comme février 1998, les termesd'évapotranspiration et d'infiltration sont faux (si l'on considère que notre modèle de surfaceest "valide")

4. Les limites du modèle

4 1 Un modèle trop simplifié...

4 1 1 Les limites du bassin versant

Nous avons pris comme limites arbitraires pour la moitié aval de notre bassin versant leslignes de crêtes surplombant la Rivière du Mât et la Rivière des Roches puis les lits majeursde ces mêmes rivières Or le bassin versant de Bras Panon expérimental n'est pas aussi étendu(cf fig 25) Ceci permet sans doute d'expliquer en partie les décalages qui existent entre lesconclusions de Le Beuze (1999) et nos résultats

Ces limites étaient prévues pour s'affranchir des conditions aux limites classiques dans unmodèle hydrogéologique La conception d'un modèle couplé devait nous permettre d'éviter detenir comptes des approximations liées aux conditions aux limites en introduisant les termesmesurés m situ, du bilan hydrologique Cependant ne pouvant tenir compte de l'ETP réelle surle bassin versant, l'intérêt d'un modèle couplé était réduit

41

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511

Figure 25 : bassin versant expérimental de bras Panon comparé au bassin ntttdélhé

42

4 1 2 Les modules oubliés

Comme nous l'avons vu dans la partie décrivant la mise en place du modèle, plusieursparamètres ont été simplifiés "à outrance" faute de pouvoir inclure des modules ou desdonnées précises H s'agit des modules d'évapotranspiration et celui de la zone non saturée

4.1.2.1. Le module d'ETP

Dans notre modèle nous avons assimilé l'ETP à un pourcentage de la pluie brute Pour seservir du module d'évapotranspiration, il faut en effet inclure le module de la zone nonsaturée, pour laquelle nous n'avions pas de données

La version utilisée de MikeSHE permet de calculer l'ETP à partir de formules établies parKristensen et Jensen Des cartes de données concernant la pédologie, la surface couverte parles feuilles ou encore la distribution racmaire sont nécessaires pour inclure ce module

Les données disponibles n'étaient pas suffisantes (nous ne disposions que d'une cartemorphopédologique), et quand bien même nous aurions pu se servir de ce module, lesapproximations introduites risquaient d'entraîner une imprécision supplémentaire

Nous avons, pour palier cet inconvénient, tenté d'introduire une pluie nette calculée à partirde la pluie brute moins l'ETP mesurée dans chaque zone Cependant, cette solution n'a pasdonné de meilleurs résultats Nous avons donc opté pour la solution initiale consistant à fixerun pourcentage d'ETP

4.1.2.2. Le module zone non saturée

Ce module est basé sur les équations de Richards Les calculs effectués en zone non saturéestabilisent mal et augmentent considérablement les temps de simulations Nous ne disposionsde plus pas de données suffisamment précises pour inclure ce module dans notre modèle Hfaut en effet les données suivantes

* porosité totale* porosité relative* pression capillaire à la capacité au champ4 pression capillaire au point de flétnssement* teneur en eau résiduelle dans le sol* conductivité relative* perméabilité en zone saturée

Notre modèle se voulait très simplifié et le seul but de la nappe était d'accueillir etéventuellement de "relâcher" le trop plein d'eau de ou vers la surface La nappe superficielle aune piézométne de l'ordre de quelques dizaines de mètres NGR II aurait donc fallu inclureune zone non saturée de plusieurs centaines de mètres par endroits ce qui risquait de poser desproblèmes de stabilisations du modèle

43

4.2. Une piézométrie pas calée...

La nappe introduite dans le modèle n'avait pas pour but de reproduire une piézométrieidentique à celle mesurée Elle se voulait juste être une alternative au ruissellement, trèsimportant étant donné les fortes pluies que connaît la Réunion

Cette nappe servait donc uniquement d'échappatoire à l'eau qui pouvait alors s'infiltrer Laréalité du terrain est beaucoup plus complexe

L'absence de zone non saturée implique que l'eau s'infiltrant arrive directement à la nappesans pouvoir être reprise par l'évapotranspiration du sol ou par les végétaux

De même que pour l'ETP, nous n'avons pas pu introduire des valeurs d'infiltrationcalculées par Le Beuze (1999) Dans notre modèle, l'infiltration est représentée par unpourcentage fixe de la pluie nette, constant sur l'ensemble du bassin versant et tout au long del'année

De plus concernant la seule zone saturée, les valeurs de perméabilité et d'emmagasmementétaient homogènes sur l'ensemble du bassin versant, ce qui ne correspond pas à la réalitéNous rappelons à nouveau que le but de ce projet était la mise en place d'un modèleconceptuel et non la modélisation d'une nappe à des fins d'évaluations de la ressource en eauDans cette optique, il était donc logique, dans un soucis de simplifications, d'introduire uneperméabilité homogène sur l'ensemble du bassin versant

Pour caler un piézométrie, nous aurions pu construire un modèle multi-couche mettant enjeu une nappe de base profonde, surplombée d'une couche de moindre perméabilité laquelledéboucherait sur une nappe libre Ceci aurait permis d'évacuer l'eau de la nappe superficielleet de mettre en évidence l'existence ou non d'un drainage de la nappe dans l'aval du bassinversant Faute de temps, ces améliorations n'ont pas pu être testées

44

CONCLUSIONS GENERALES

Un récent sondage, dans le bas de notre bassin versant a mis en évidence une nappe libre defaible épaisseur (une dizaine de mètres) avec des faibles caractéristiques hydrogéologiques Cesondage a aussi mis en évidence une faible alimentation (surtout par les précipitations) decette nappe Ceci tendrait donc à confirmer les hypothèses de Le Beuze qui mettait enévidence un drainage important par les cours d'eau dans le bas du bassin versantMalheureusement, nous ne disposions pas des données relatives à ce sondage lors du stage

Notre modèle avait pour but de reproduire le cycle de l'eau et donc les termes qui lecomposent, et ce par l'intermédiare de la modélisation

Le bassin versant de Bras Panon a été choisi pour notre modèle du fait des données dontnous disposions, pour l'ensemble des termes du bilan hydrologique Au cours de la conceptiondu modèle nous nous sommes rendus comptes de l'impossibilité d'inclure toutes les mesuresde terrain Ceci nous a conduit à des approximations qui rendaient un calage de la piézométneimpossible

Les hétérogénéités à l'échelle du bassin versant étaient très importantes, et ce à plusieursniveaux

4 au niveau spatial la nature des sols rencontrés (d'où des contactsvariables entre la nappe et les eaux de surface) ainsi que le reliefimportant rendent les écoulements, de surface ou souterrains, trèscomplexes

4 au niveau temporel l'année 1998 est aussi très hétérogène quant aupluies tombées sur le bassin versant En effet, les très fortes pluies defévrier et l'étiage sévère le reste de l'année, entraînent un contraste quin'est pas pris en compte par le modèle

H aurait sans doute fallu commencer par travailler en régime permanent afin de pouvoirrentrer dans le modèle un état "calculé" Nous aurions alors pu passer au pas de tempsmensuel avant d'éventuellement arriver au pas de temps journalier à l'échelle duquel leshétérogénéités se font encore plus ressentir Le modèle présenté peut toutes fois servir de baseà des simulations plus précises

Cependant, les difficultés auxquelles nous nous sommes heurtés ainsi que la difficileinterprétation des résultats, nous ont cependant permis de découvrir les difficultés de la miseen place d'un modèle dans un tel milieu

45

BIBLIOGRAPHIE

Atlas hydrogéologique de la Réunion, 1990

Le Beuze A , 1999 Bilan hydrologique du bassin versant expérimental de Bras Panon,ORE

DHI, 1998 Manuel d'utilisation de MikeSHE, DHI éd

46

ANNEXES

TABLE DES ANNEXES

ANNEXE 1 : description du logiciel MikeSHE

ANNEXE 2 : description du forage S5-Le Refuge

ANNEXE 3 : bilan du bassin versant de bras Panon dejuin 1998

ANNEXE 1- Description du logiciel MikeSHE

La base de la modélisation sous MikeSHE est le module "Water Movement " (ou WM),qui contient plusieurs "sous modules" de simulations lesquels décrivent dans sa totalité lecycle de l'eau On trouve en effet les modules suivants

4 L'évapotranspiration ou ETP4 L'écoulement dans la zone non saturée* L'écoulement dans la zone saturée4 L'écoulement de surface et le ruissellement4 L'irrigation

D'autres modules sont "greffables" au modèle, selon la version de MikeSHE utilisée4 Un module d'advection/dispersion et transport de soluté4 Un module permettant le suivi de particules4 Un module évaluant l'adsorption ou la dégradation,4 un module de géochimie4 Un module évaluant la dégradation biologique

Un module de présentation graphique permet la visualisation des résultats sous forme degraphique ou sur fond de maillage

Le module écoulement de surface

Quand la pluie nette excède la capacité d'infiltration du sol, ou que le niveau des nappesatteint la surface, l'eau reste en surface et est alors sujette au ruissellement L'eau atteignantle réseau hydrographique est alors canalisée (channel flow), puis dirigée vers l'exutoire dubassin versant Les écoulements de surface, chenalisés ou non(overland flow), sont danstous les cas régis par les approximation de continuité de St Venant (mettant en jeu le carréde la vitesse), utilisant le coefficient de Manning-Stickler pour la rugosité des terrains

Pour les écoulements dans les rivières, le logiciel utilise une approximation 1D del'équation de conservation de la masse, alors que pour le ruissellement hors réseauhydrographique, l'approximation se fait en 2D

MikeSHE permet aussi de simuler des zones séparées par des berges ou des digues("Separated overland flow areas") afin de soustraire certaines zones des écoulements desurface Cette option n'a pas été utilisée lors de nos simulations

Les échanges entre les eaux de surface (hors réseau hydrographique) et les eauxsouterraines, quand celles-ci arrivent au niveau du sol, peuvent être envisagées de 2 façonspar MikeSHE

4 il n'y a pas de gradient hydraulique au niveau de la surface du sol, leséchanges se font donc de façon continue entre l'eau souterraine et l'eaude surface.

* la surface du sol représente une interface (plus ou moins colmatée)caractérisée par un coefficient de pertes de la couche de surface et uneconductivité hydraulique de la couche souterraine.

Dans le cas où la deuxième option est choisie, il faut donner en entrée des cartesreprésentant les variations des différents paramètres à l'échelle du bassin versant.

De même que précédemment, les échanges au niveau des rivières peuvent être envisagés de2 façons:

* les échanges sont uniquement déterminés par les paramètreshydrauliques des couches géologiques adjacentes.

* les échanges sont limités par un colmatage de fond de rivière. Ils sontalors calculés en fonction de l'épaisseur et la conductivité hydrauliquede cette couche et de la conductivité hydraulique de la partiesupérieure de la nappe.

La deuxième solution présente en effet des problèmes de stabilisation et des temps desimulations beaucoup plus longs. Elle est de plus beaucoup plus adaptée à des modèles detype nappe alluviale.

Le module zone saturée

MikeSHE, dans son module hydrogéologique, effectue ses calculs en 3D. H permet aussi detenir compte des hétérogénéités d'un aquifère en passant d'un modèle de nappe captive àune nappe libre, comme dans le cas de lentilles argileuses.

Les équations qui régissent les écoulements 3D en milieu poreux saturés sont de la forme:

X - y y - -dx dy dy dz dz dt

K™, Kyy, Kzz: conductivités hydrauliques selon les axes des x, y et zh : hauteur piézométriqueQ : terme puits/sourceS : emmagasinement spécifique

Le logiciel donne de plus le choix entre 2 solvers (dans les 2 cas ils utilisent la loi de Darcyà la base), le SOR (pour successive over-relaxation) ou le PCG (pour preconditionnedconjugale gradient). C'est ce dernier qui dans tous les cas a été utilisé, le SOR étant peuadapté au régimes torrentiels que l'on peut trouver à la Réunion.

La discrétisation verticale

MikeSHE propose là encore plusieurs possibilités:

4 à partir des couches géologiques, dans ce cas il y aura un nœud decalcul dans chaque couche.

* une épaisseur constante des couches de calculs. On peut alors préciserle nombre et l'épaisseur des couches, ou définir seulement un de ces éparamètres et laisser le modèle calculer.

* définir le nombre et l'épaisseur des couches tout en suivant aumaximum la géologie des terrains rencontrés.

Les conditions initiales

3 options sont alors envisageables :

une valeur constante sur tout le bassin versant (par rapport au niveaugéographique de référence, dans note cas le NGR ou NiveauGéographique Réunionnais).une valeur constante par rapport à la topographie.des valeurs variables à l'échelle du bassin versant, données sous formede carte.

Les conditions aux limites

La limite supérieure de la couche supérieure, considérée comme la zone d'infiltration ou deruissellement, est toujours calculée à partir de la zone non saturée ou si ce module n'est pasinclus dans la simulation, comme une fraction des précipitations définie dans les "Dummycomponents" (voir ci-après).La limite inférieure de la couche la plus basse est toujours considérée comme imperméable.Plusieurs possibilités sont envisageables pour les conditions aux limites au niveau dubassin versant. En attribuant à chaque nœud externe un code, on a alors les conditions auxlimites suivantes:

4 imperméable* hauteur piézométrique constante* hauteur piézométrique variable dans le temps* gradient constant4 injection constante* injection variable dans le temps

Pour les conditions variables avec le temps, il faut spécifier les fichiers, contenant lahauteur piézométrique ou les valeurs des injections en fonction du temps. Ces fichiers sontobtenus grâce à un utilitaire de MikeSHE : MSHE.BND.

Le drainage

Cette option est destinée à rendre compte d'un drainage (naturel ou artificiel) qui n'estpas pris en compte dans le "river set up" L'eau arrivant dans les drains est immédiatementexclue du modèle Les drains sont toujours localisés dans la couche supérieure

Le drainage pose de plus problème lorsque la nappe remonte En effet, l'eau de la nappearrivant dans les drains est "perdue", elle ne peut alors alimenter la rivière et soutenir sondébit en période d'étiage, ce qui était précisément un des rôles que nous voulions faire"jouer" à la nappe

Les "dummy components"

Dans le cas où la simulation ne prend pas en compte le module d'évapotranspiration, lemodule de la zone saturée ou celui de la zone non saturée, il est possible de définir desvaleurs par défaut grâce aux "dummy components" Dans les 3 cas, ces valeurs sontdonnées sous forme de constantes ou de cartes afin de tenir compte de la zonahté de cesparamètres à l'échelle du bassin versant

Si le module d'évapotranspiration est exclu du modèle on doit spécifier la fraction de lapluie totale qui entre dans le système (pluie nette) Lors de nos simulations nous avons faitvarier l'ETP entre 5 et 20 % de la pluie totale

Si le module de la zone non saturée n'est pas pris en compte, il faut préciser lepourcentage de la pluie nette qui entre dans le modèle comme recharge directe de la zonesaturée La partie qui ne s'infiltre pas directement ruisselle ou s'infiltre ultérieurement enconsidérant la conductivité hydraulique des terrains sous-jacents

Enfin, si le module "zone saturée" n'est pas inclus, il faut préciser le niveaupiézométnque de la nappe, lequel servira de condition limite inférieure pour la zone nonsaturée

Annexe 2- Description du Forage S5-Ie Refuge.

Situation géographique

Cet ouvrage est situé à l'est de Bras Panon au heu dit "le Refuge" Les coordonnéestopographiques sont

4 X= 174 518 2 m+ Y= 64 174 0 m* Z = 6270mNGR

Contexte géologique et hydrogéologique

Sur le terrain, cette entité comporte des dépôts de blocs et galets cimentés par desproduits argileux rougeâtres

Dans cette zone la nappe phréatique se rapproche sensiblement du terrain naturel

Le forage

La profondeur de l'ouvrage est de 40 m

Sa coupe est détaillée page suivante

Hydrologie

Le 7 février 1991, le niveau statique de la nappe se situait à 13 6 m/TN soit environ 48 5mNGR

La température a varié de 21°C à 207° du haut au bas de la colonne d'eau, et larésistivité de 4200 Qcm à 2650 Qcm

Un changement net de qualité de l'eau apparaît entre 32 et 36 m de profondeur

Une analyse d'eau a été effectuée et présente de fortes concentrations en Fe et Mn

Essai de pompage

Un essai de pompage fut effectué le 7/02/91 avec une pompe 6" (50 m3/h) immergée à35 9 m/TN

La pompe fut rapidement dénoyée (rabattement de 21 9 m et 2'30)Le niveau s'est stabilisé avec un débit de 4 m3/h

Coupe lithologique et technique du forage S5-Le Refuge

Département REUNION N classement 1227-3X-OOI6

Commune BRAS PANON Désignation 55

COUPE LITHOLOGIQUE COUPE TECHNIQUE

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Tube PVC 240 mm

DATE(S) 0 EXECUTION

Début 29/01/9!

Fin 07/02/9!

LOCALISATION

X 174 5! 8 km

Y 64 174 km

Z sol 62 20 m

PIEZOMETRIE

NS/sol 13 76 m

Rep/sol 0 00 m

Z rep 62 20 m

Cote 48 44 mpiezo

POMPAGE 0 ESSAI

Date 07/02/91

Durée 1 0 h

Débit 4 0 m3/h

Rabat 2l 93 m

PARAMETRER )

HYDRODYNAMIQUE(S)

T 2 6 10- 5 m2/s

PARAMETRES

PHYSICO- CHIMIQUES

Temp 26 0 C

pH 7 1

Gond 1 87pS/cm

Résidu 135 rag/1

sec

ANNEXE 3- Bilan des 9 et 10 juin 1998 sur le bassin versant de Bras Panon

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