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B.27 - Confluences des cours d'eau

De Wikigeotech

Sommaire

Introduction

La confluence de deux cours d'eau d'importance comparable est une zone complexe :

  • les écoulements ne se font pas uniquement dans l'axe général de la vallée et ils peuvent même s'inverser si l'un des deux affluents est en crue et pas l'autre ;
  • les stations d'hydrométrie situées à proximité peuvent être influencées ;
  • la crue à l'aval de la confluence dépendra de l'importance des apports de chacun des cours d'eau mais aussi de la concomitance de ces apports.

Nous allons illustrer ces différents points par quelques exemples sur le bassin de la Loire.

Écoulements dans les zones de confluence

Les zones de confluence des cours d'eau correspondent à des secteurs où les écoulements hydrauliques sont influencés non seulement par les apports de l'amont mais aussi de ceux de l'affluent :

  • à l'amont de la confluence, pour un même débit sur la branche principale, la cote va augmenter si le débit de l'affluent augmente du fait de la diminution de la pente hydraulique (car la cote à la confluence dépend du débit total)
  • si l'affluent n'est pas en crue mais que la branche principale l'est fortement, on peut observer des écoulements vers l'amont  : lors de la crue de 1856, la Maine coulait vers l'amont dans la traversée d'Angers.
  • à l'aval de la confluence, la cote dépendra de la somme des débits des deux branches.

Les modèles hydrauliques de type 1D sont capables de représenter ces phénomènes (modification de la ligne d'eau, inversion des écoulements) liés à la diminution de la pente hydraulique. Par contre, ces modèles supposent que les écoulements se font suivant l'axe principal de la vallée. Dans certaines configurations de confluence, par exemple si un affluent se jette à angle droit dans le cours d'eau principal (ou dans le cas de forts écoulements en lit majeur distincts de ceux du lit mineur), il se crée des écoulements transversaux. Il est résulte un frein à l'écoulement que les modèles mono-dimensionnels ne peuvent représenter. Toutefois, des modèles unidimensionnels maillés voire des casiers bien conçus peuvent suffire pour en évaluer les effets. D'une manière générale, tous les cas où une part notable du débit transite par le lit majeur ou des biefs parallèles pour lesquels les écoulements sont découplés (cotes d'eau différentes sur un même profil en travers de la vallée) requièrent des structures de modélisation complexes (2D ou maillage 1D soigneux).

Influence sur les stations d'hydrométrie

Une station d'hydrométrie située dans une zone de confluence verra sa relation hauteur débit temporairement modifiée du fait de la diminution de la pente hydraulique. La mesure faite par le capteur étant la cote à l'échelle, l'application directe de la courbe de tarage conduira à une forte surestimation du débit de l'affluent (Fig. 1). La relation cote – débit étant ainsi influencée dans les zones de confluence, la prévision des cotes à ces endroits sera rendue difficile en l'absence d'une modélisation hydraulique.

Aval des confluences

Le débit à l'aval d'une confluence dépend des hydrogrammes observés et/ou prévus sur chacun des deux tributaires.

Deux cas de figure peuvent se présenter :

  • on dispose de stations débimétriques (hors zone d'influence) sur chacune des branches amont. Il est alors possible de propager les débits et en déduire un hydrogramme à la station aval. L'incertitude sur la station aval dépendra d'une part des incertitudes classiques de la mesure hydrométrique (incertitude sur la mesure de la cote, incertitude liée à la courbe de tarage) et d'autre part du degré de concomitance des crues.


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Exemple : confluence Loire – Allier. L’effet simulé au bec d'Allier (station de Givry) d'un décalage de plus ou moins 12 heures de la crue de l'Allier (station de Moulins) lors de la crue de novembre 2008 est représenté dans la figure ci-dessous. Ainsi, pour des crues identiques à Nevers et Moulins, le simple décalage temporel de la crue de l'Allier induit une différence de 200 m3/s du débit de pointe à Givry (soit 8 % du débit de pointe). En phase de montée, la différence atteint 300 m3/s (soit 25 % du débit à cet instant). La date du maximum varie également. Les zones de confluence induisent donc une incertitude supplémentaire liée à l'incertitude sur le degré de concomitance des crues des deux tributaires.


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  • on ne dispose pas de stations débitmétriques sur chacun des deux affluents. Sauf à disposer d'un modèle hydraulique plus étendu (qui permette d'injecter des hydrogrammes en débits depuis l'amont), il est alors nécessaire de recourir à des modèles exploitant des données de hauteur : réglette de Bachet, abaque à double entrée... Ces méthodes, même si elles peuvent apporter une solution satisfaisante, sont toutefois moins fiables, car d'une part, l'actualisation de ces méthodes peut s'avérer difficile et, d'autre part, on ne dispose pas de jaugeages en crue pour recaler les hydrogrammes. Dans le cas de propagation pure depuis une station amont éloignée (bassin versant intermédiaire ne déformant pas l'hydrogramme), le calage en propagation (calage en débit et vitesse de propagation) sera très sensiblement amélioré si on dispose de limnigrammes intermédiaires.

Conclusion

Les zones de confluence sont des secteurs où les écoulements sont complexes et les lignes d'eau sont influencées. Il peut en résulter des difficultés particulières, notamment si les stations d'observation utilisées sont situées dans ces zones d'influence. Par ailleurs, l'incertitude sur le déroulement chronologique de la crue induit une incertitude supplémentaire sur la prévision à l'aval de la confluence de la valeur et l'heure du maximum. Une modélisation hydraulique, même sommaire, va permettre de réaliser une prévision satisfaisante à l'aval si les hydrogrammes amont sont bien connus et prévus et si le modèle est bien calé en propagation. Des jaugeages en crue sont particulièrement intéressants dans ces situations de confluence. En l'absence de modélisation hydraulique, même sommaire, du fait de l'absence d'observations débimétriques, il faut alors recourir à d'autres méthodes (abaques, réglettes de Bachet) dont la mise à jour peut s'avérer difficile.

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