Perte au ruissellement (HU)

Traduction anglaise : Runoff loss

Dernière mise à jour : 03/05/2022

mot en chantier

En hydrologie, les pertes au ruissellement (on dit également pertes à l’écoulement) correspondent à la partie de la lame d'eau reçue par un bassin versant qui ne contribue pas au ruissellement direct.

Différents types de pertes

Les phénomènes susceptibles de provoquer des pertes au ruissellement sont l’évaporation, l’interception par la végétation, la rétention en surface et l’infiltration. Ils se produisent à différents moments et différents endroits sur le bassin versant (figure 1) .

Figure 1 : Schéma de principe des différents cheminements de l’eau sur et dans le sol ; selon l'échelle de temps considérée les écoulements retardés peuvent ou non être considérés comme des pertes au ruissellement.

Comportement des différents types de surface

Le comportement des surfaces des bassins versant vis à vis du ruissellement dépend d'un grand nombre de paramètres, parmi lesquels cinq sont prépondérants :

• le caractère plus ou moins artificialisé du sol : on sépare souvent, de façon d'ailleurs assez arbitraire, d'une part les sols recouvert de béton ou d'asphalte et supposés imperméables et, d'autre part, les autres sols, rarement totalement naturels, et supposés perméables ;
• la pente du sol, qui conditionne bien évidemment le partage entre la part qui ruisselle et celle qui s'infiltre ;
• la nature du substrat : la capacité d'infiltration peut varier de plus de 10 ordres de grandeur entre des sols très argileux et des sols très grossiers (figure 2) en pratique cette différence est souvent atténuée par une couche de terre végétale plus ou moins épaisse ;
• le couvert végétal, qui joue un rôle au dessus du sol (interception par les feuilles) mais également dans le sol (rôle important des racines) ;
• la façon dont la surface est connectée au système de drainage : une rue équipée d'un réseau d'assainissement auquel elle est raccordée par un caniveau et des avaloirs n'aura pas le même comportement vis à vis du ruissellement qu'une route de campagne dont l'eau s'écoule vers les champs avoisinants.

Figure 2 : Capacité d'infiltration de différents types de sol.

Ces différentes caractéristiques peuvent varier de façon très importante pour des surfaces très proches et il est facile de comprendre que, sauf cas très particuliers, il est impossible de représenter en détail l'ensemble des phénomènes associés à ces différentes situations. La modélisation des pertes au ruissellement est toujours très globale, même dans le cas des modèles dits distribués.

Modélisation des pertes au ruissellement

Il existe de très nombreuses approches dont l'objet est le calcul des pertes au ruissellement, mais il faut noter que ce mot n'a pas toujours la même signification. Pour préciser les notions nous raisonnerons sur un bassin versant supposé homogène de surface A.

Considérons les fonctions :

$ Q_p (t) = A . i (t) $ et $ Q_s (t) $

avec

• $ A $ : surface A du bassin versant (m²) ;
• $ i(t) $ : intensité de pluie brute, supposée homogène sur $ A $ (m/s) ;
• $ Q_p(t) $ : débit précipité au temps t (m³/s) ;
• $ Q_s(t) $ : débit à l'exutoire du bassin versant (m³/s).

Coefficient de ruissellement et coefficient d'écoulement

On peut définir les pertes par un coefficient de ruissellement dont le but est de déterminer une caractéristique de l'hydrogramme, qui est, en général, le débit maximum (méthode rationnelle, méthode de Caquot, etc.). Par exemple :

$ C = \frac{Q_smax}{Q_pmax} [qquad (1) $

ou

$ C = \frac{Q_smax}{\frac{1}{tp}\int_{0}^{tp}Q_p(t);dt} [qquad (2) $

avec

• $ Q_smax $ : valeur maximum de $ Q_s (t) $ ;
• $ Q_pmax $ : valeur maximum de $ Q_p (t) $ ;
• t_p : durée de la pluie.

On peut également définir les pertes par une relation volumétrique entre le volume total ruisselé (écoulé à l'exutoire) et le volume total précipité :

    (2)

Le hyétogramme de pluie nette représente l'évolution dans le temps des intensités d'une pluie fictive, qui provoquerait le même hydrogramme de sortie sur un bassin versant de même surface que le bassin réel, mais ne présentant aucune perte. Le débit de pluie nette est égal à l'intensité de pluie nette multipliée par la surface du bassin versant ; il s'agit également d'une grandeur fictive :

    (3)

Par suite :

    (4)

On parle dans ce cas de fonction de production ou de schéma d'abattement, selon que l'on s'intéresse au débit produit ou à la lame d'eau "perdue". Les schémas d'abattement sont en général fondés sur le principe de la séparation des pertes en une fraction initiale et une fraction continue. Les différents modèles peuvent, pour la plupart, se classer en quatre grandes familles, conformément au tableau suivant.

On sépare parfois les pertes au ruissellement en deux parties : les pertes initiales, supposées se produire au début de l'événement, et les pertes continues.

De façon pratique, les pertes au ruissellement sont souvent simplement prises en compte en utilisant un coefficient de ruissellement.

Pour en savoir plus :

• Rammal, M., Berthier, E. (2020) : Amélioration des modélisations de la production du ruissellement des eaux pluviales urbaines lors des événements fréquents ; rapport Cerema pour l'OFB ; 62p. ; disponible sur www.cerema.fr

Voir aussi : Fonction de production et fonction de transfert (HU)