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Zitiervorschau

FACULTE DES SCIENCES SEMLALIA – MARRAKECH

N° d’ordre

***********************

XXX AHATTAB

Jihane

THÈSE présentée à la Faculté pour obtenir le grade de :

Docteur

extrêmes récentes des bassins versants de Tensift et Essaouira

Réadaptation des méthodes d’estimation de crues aux données hydrologiques

CED : Géosciences, géoressources et environnement Spécialité : Sciences Appliquées en hydrologie et environnement

READAPTATION DES METHODES D’ESTIMATION DE CRUES AUX DONNEES HYDROLOGIQUES EXTREMES RECENTES DES BASSINS VERSANTS DE TENSIFT ET ESSAOUIRA par :

AHATTAB Jihane Ingénieur d’Etat, EHTP

Soutenue le : 04/06/2016

Président :

M. ELOMARI

Examinateurs : A. BOUZIANE

devant la commission d’examen :

PES

Faculté des Sciences Semlalia Marrakech

PES

Ecole Mohammadia des Ingénieurs, Rabat

A. EL MANDOUR PES

Faculté des Sciences Semlalia Marrakech

L. HANICH

PES

Faculté des Sciences et Techniques Guéliz Marrakech

E.K LAKHAL

PES

Faculté des Sciences Semlalia Marrakech

N. SERHIR

PES

Ecole Hassania des Travaux Publics, Casablanca

2016

FICHE PRESENTATIVE DE LA THESE

Nom et prénom de l’auteur : AHATTAB Jihane Intitulé du travail : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues aux données hydrologiques extrêmes récentes : Cas du bassin versant de Tensift Maroc. Directeurs de thèse : •

Nom prénom et grade : Mr LAKHAL El Khadir, PES

Laboratoire et Institution : Laboratoire d’Automatique de l’Environnement et Procédés de Transferts, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech. •

Nom prénom et grade : Mme SERHIR Najat, PES

Laboratoire et Institution : Laboratoire du Génie Civil, Hydraulique, Environnement et Climat, Ecole Hassania des Travaux Publics, Casablanca. Lieux de réalisation des travaux : •

Laboratoire d’Automatique de l’Environnement et Procédés de Transferts, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech.

•

Laboratoire du Génie Civil, Hydraulique, Environnement et Climat, Ecole Hassania des Travaux Publics, Casablanca.

Période de réalisation des travaux de thèse : 2011- 2016

i

LISTES DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS Publications 1. AHATTAB, J., SERHIR, N., & LAKHAL, E. K. (2014). Mapping Gradex values on the Tensift basin (Morocco). Int. Journal of Engineering Research and Applications, 5 (4(part1)), 1-7. 2. AHATTAB, J., SERHIR, N., & LAKHAL, E. K. (2015). Vers l’élaboration d’un système d’aide à la décision pour le choix des méthodes d’estimation des débits max des crues : réadaptation aux données hydrologiques récentes. La Houille Blanche, 63-70. 3. AHATTAB, J., LAKHAL, E. K, & SERHIR, N. (2015). Determination of homogenous regions in the Tensift basin (Morocco). Int. Journal of Engineering Research and Applications, 5 (6(part2)), 17-21. Communications Communications orales : 1. J. Ahattab, Y. Lahouiri, N. Serhir, A. Mkhadri et E.K. Lakhal. Adaptation des méthodes d’estimation des crues aux changements climatiques au Maroc. Workshop International sur les Mathématiques et l’environnement, Essaouia, Maroc 23-24 novembre 2012. 2. Y. Lahouiri, J. Ahattab et E.K. Lakhal. Modélisation 3D de l’infiltration de la pollution dans la nappe de Tensift El Haouz et détermination de méthode de prévention et de dépollution. Workshop International sur les Mathématiques et l’environnement, Essaouia, Maroc 23-24 novembre 2012. 3. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. : Elaboration d’un système d’aide à la décision pour le choix des méthodes d’estimation des débits max des crues : Réadaptation aux données hydrogéologiques récentes. Colloque Modélisation Numérique en Hydraulique et Environnement - Enjeux, Incertitudes et Limites (SimHe2013), EHTP, 7 – 8 novembre 2013. 4. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. : Modélisation géostatistique du gradex et des coefficients de Montana sur le bassin de tensift-maroc. Colloque Modélisation Numérique en Hydraulique et Environnement - Enjeux, Incertitudes et Limites (SimHe2013), EHTP, 7 – 8 novembre 2013. ii

5. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. Modélisation spatiale du Gradex et des coefficients de Montana sur le basin de Tensift. Colloque National Scientifique sur les bassins versants. FLSH Marrakech, 2014. 6. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. Cartographie du Gradex et des coefficients de Montana sur le basin de Tensift. Journées Méditerranéennes des Systèmes d’information de l’eau. Faculté des Sciences de Rabat, 20-22 mars 2014. 7. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. Réadaptation des méthodes d’estimation des débits max des crues et élaboration d’un SAD. 3ème colloque international Eau climat 2014 : Regards croisés Nord-Sud ; Ressources en eau et changement climatique en région méditerranéenne à Hammamet en Tunisie, 21-23 octobre 2014. 8. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. Réadaptation des méthodes d'estimation des crues de projet aux événements extrêmes pour le bassin de Tensift. Congrès International HES2015 « La sécurité humaine et environnementale à l'ère des risques globaux » à Agadir au Maroc, 25-27 novembre 2015. 9. J. Ahattab, E.K. Lakhal et N. Serhir. Modeling the Gradex Values on the Tensift Basin. International Conference on Systems and Control (ICSC'16) à la FSSM Marrakech au Maroc, 25-27 Mai 2016. 10. J. Ahattab, N. Serhir et E.K. Lakhal. Contribution of GIS and geo-statistical tools in the readaptation of estimating flood peaks’ methods to current climate situation. International conference on Water, Energy and Climate Change (WECC-2016) à Marrakech au Maroc, 1- 4 Juin 2016.

iii

REMERCIEMENTS ‫ر ا س( رواه أ د وأ و داود وا !ر ذي‬

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Paradoxalement, les premières lignes de ce manuscrit sont les dernières rédigées. Les années que j’ai passé à réaliser ce travail de thèse constitue une aventure durant laquelle j’ai appris pleines de choses sur le niveau aussi bien scientifique que personnel. Ainsi c’est avec grande émotion et gratitude que je voudrais exprimer ma reconnaissance aux personnes qui ont contribuées, chacune à sa façon, à l'aboutissement de ma thèse synthétisée dans les 200 pages qui suivent. S’il se trouve que j’oublie de citer certaines personnes, je souhaite qu’elles ne m’en tiennent pas rigueur, les remerciements et les reconnaissances qui s’en suivent leurs sont également adressés. Je commence par remercier Madame le Professeur Najat Serhir de l’EHTP d’avoir proposé ce sujet de thèse et de m’avoir encadré tout au long de ces années. Je l’a remercie pour tout le temps qu’elle m’a consacré malgré ses engagements et tout l’effort qu’elle a fournit. Ce temps qu’on a passé ensemble nous a beaucoup rapproché au niveau personnel et m’a permis de connaitre la femme exceptionnelle et vertueuse qu’elle est. Je lui exprime ma profonde reconnaissance. Je remercie vivement Monsieur le professeur El Khadir Lakhal de m’avoir accueillie dans le Laboratoire LAEPT de la FSSM et d’avoir cru en moi. Je le remercie d’avoir encadré ce travail et pour l’aide et les précieux conseils qu’il m’a dispensé tout au long de ce parcours. Sa disponibilité et sa précieuse participation ont permis l’aboutissement de ce travail. Je suis persuadée de sa sympathie, de sa gentillesse et de ses qualités humaines et je lui exprime ma profonde gratitude. Je remercie Monsieur le professeur Elomari Mohamed de la FSSM d’avoir accepté de présider le jury de soutenance de cette thèse. Je tiens aussi à remercier les professeurs : M. Bouziane Ahmed de l’EMI, M. El Mandour Abdennabi de la FSSM et M. Hanich Lahoucine de la FST Guéliz d’avoir accepté d’être rapporteur de ma thèses et pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail. Je les remercie également, pour le temps qu’ils ont consacré pour l’évaluer et pour leurs commentaires et remarques qui ont permis d’améliorer le présent manuscrit.

iv

Je tiens tout particulièrement à remercier le professeur Hasnaoui Moulay Driss pour le temps qu’il m’a consacré. Je suis reconnaissante pour les remarques et les améliorations qu’il m’a proposées et qui ont été intégrées dans le travail afin de le rendre meilleur. J’exprime ma gratitude à Mr Belghit Chafik, Mr barkourki khalid et Mr Lahouiri Yassine pour avoir facilité l’obtention des données utilisées dans le présent travail. Je tiens aussi à remercier Mr Mkhadri Abdallah et Mr Elgargouh younes pour l’aide qu’ils m’ont apporté dans la partie statistique de cette thèse. Mes remerciements seraient incomplets sans exprimer ma profonde reconnaissance à mes parents Fatima et M’barek sans lesquels ce travail n’aurait pas vu le jour. Je les remercie de m’avoir encouragé à mener cette aventure et pour leur soutien tout au long de ma vie. Je les remercie d’avoir été à mes côtés à chaque instant et surtout durant les moments difficiles. Je les remercie d’être les merveilleux parents qu’ils sont. Les mots ne peuvent exprimer mes sentiments envers eux, Dieu seul peut les récompenser. Je remercie la lumière de ma vie ma sœur Ahlam pour son encouragement, son écoute envers mes nombreux problèmes. Je lui serais à toujours reconnaissante pour tout ce qu’elle a fait et continue de faire pour moi. Je remercie mes frères Simohamed, Hassane et Houssaine et mes amies Khadija et Assia d’avoir été à mes côtés durant cette période et de m’avoir soutenu. J’exprime ma gratitude à toutes mes amies et collègues : les trois Hananes, jihar, meriem, zakia, widad, soumia de m’avoir encouragé à continuer quand cette thèse semblait interminable. Et en premier et dernier lieu, je remercie le Bon Dieu qui m’a donné du courage, de l’endurance et de la volonté jusqu’à l’accomplissement de ce travail. Louange à Dieu, Seigneur de l’univers.

v

RÉSUMÉ

Le Maroc de par sa situation géographique connait beaucoup d’épisodes de crues et de sécheresse qui se sont amplifiés ces dernières décennies à cause des changements climatiques. Ces événements extrêmes ont causé des dégâts humains et matériels, montrant ainsi, la fragilité et souvent le dépassement ou l’incapacité des ouvrages hydrauliques dimensionnés sur des événements passés. L’objectif de la présente thèse est la réadaptation et la revue des méthodes d’estimation des débits des crues de projet utilisés pour le dimensionnement des ouvrages hydrauliques à la lumière des nouvelles données hydrologiques extrêmes observées. L’étude et l’application de la méthodologie de réadaptation des méthodes sont effectuées sur le bassin de Tensift. Pour ce faire, on a commencé par déterminer les paramètres caractéristiques des sous bassins de Tensift et du réseau d’écoulement, paramètres nécessaires pour la compréhension de la réponse hydrologique de ces sous bassins par rapport aux événements pluviométriques qu’ils reçoivent. Ce travail a été effectué à l’aide des outils SIG par traitement du MNT STRM et a permis de montrer la grande hétérogénéité du grand bassin pilote. La deuxième étape a été l’identification des zones homogènes avec un comportement climatique similaire et pour lesquels un même modèle d’estimation des crues peut être utilisé. L’utilisation de l’ACP et de l’analyse des cartes pédologique, géologique, d’occupation des sols, de la végétation et la carte des pentes a permis de distinguer quatre zones homogènes correspondant à trois groupes homogènes de stations : une zone à l’Ouest du bassin, une zone au centre du bassin dans la partie médiane, une zone au Sud du bassin dans la zone du moyen et haut Atlas et une zone au Nord du bassin qui ne contient pas de stations pluviométriques. La troisième étape a concerné la fiabilisation et régionalisation des méthodes usuelles d’estimation des débits max des crues à savoir les méthodes statistiques, hydrométéorologiques (Gradex et rationnelle) et les méthodes empiriques (cinq formules retenues : Formule de Myer, Formule de Fuller, Formule de Francou-Rodier, Formule de Mallet-Gauthier et Formule de MacMath). Le travail est couronné par une plateforme informatique dont l’objectif escompté est de guider au choix de la méthode d’estimation des crues selon les données disponibles, l’ouvrage à dimensionner et la période de retour préconisée. Elle synthétise aussi le travail de réadaptation effectué pour le bassin de Tensift et fournie un guide technique et pratique pour le dimensionnement des petits ouvrages hydrauliques. Mots clés : Crues et rupture de ouvrages hydrauliques, méthodes de calcul des débits de projet, réadaptation des paramètres régionaux, zones homogènes, ACP, SIG, Krigeage statistique, guide technique informatisé, Bassin de Tensift.

vi

ABSTRACT

Morocco is located in the northwest of Africa. It is characterized by an intermediate climate between totally dry and moist. The rainfall is irregular both in space and time. So the country knows many flood episodes and droughts, which have intensified in recent decades due to the effects of climate change. These extreme events have caused human and material damage, demonstrating the fragility and often the failure of hydraulic structures dimensioned on past events. The purpose of this work is the readaptation of the methods used for estimating flood peaks in order to size hydraulic structures, to new hydrological gauged data. The methodology is described for the Tensift basin. To do this, we start by determining the characteristic parameters of the sub-basins of Tensift and flow network parameters crucial for understanding the hydrological response of these sub basins in relation to received rainfall events. This work was carried out using GIS tools by treating digital terrain model STRM. It has shown the heterogeneity of the Tensift basin. The second step was therefore the identification of homogeneous areas with similar climatic behavior and for whom the same flood estimation model can be used. Use of the CPA and the analysis of soil maps, geological, land use, vegetation and slope maps have identified four homogeneous regions: one area in the West, an area in the middle, an area south of the basin in medium and high Atlas and an the fourth area north of the basin and contains no rainfall stations. The third step involved the readaptation and regionalization of the usual methods for estimating flood peaks namely statistical methods, hydrometeorological methods (Gradex and rational methods) and empirical methods (five formulas have been studied : Myer, Fuller, Francou-Rodier, Mallet-Gauthier and Mac-Math formula). The last step is the design of an IT platform to guide the choice of the flood estimation method according to available data, the sized structure and the recommended return period. It also summarizes the readaptation work carried out for the Tensift basin and provides technical and practical guide for the design of small hydraulic structures.

Keywords: floods, disruption of hydraulic structures, methods for calculating flood peaks, readaptation of regional parameters, homogenous regions, PCA, GIS, kriging, statistics, computerized technical guide, Tensift basin. vii

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SOMMAIRE

Fiche présentative de la thèse........................…………………................................ Remerciements…………………………….......................................……...….......... Résumé.......................................................................................................................... Abstract........................................................………………………......................... Sommaire...............………………………………..................................................... Liste des figures………………………………………………………………………….. Liste des tableaux……………………………………………………………………….. Liste des abréviations…………………………………………………………………….. Introduction............……………………………………………………………………..

i ii vi vii ix xiv xvii xx 1

CHAPITRE I : CONTEXTE CLIMATIQUE DU MAROC I-1 Introduction au caractère climatique du Maroc …………………................................ 6 I-2 Ressources en eau irrégulières et limitées…………………………………...….......... 7 I-3 Un contexte déjà fragile, fragilisé par les changements 8 climatiques ?......................................................................................................................... I-4 Aperçu sur changements climatiques au Maroc………………………......................... 11 I-5 Mesures prises et à prendre pour atténuer les dégâts des crues accentués par les changements climatiques………………………………..................................................... 13 I-6 Conclusion…………………………………………………………………………….. 15

CHAPITRE II : PRESENTATION ET CARACTERISATION DU BASSIN DE TENSIFT II-1 Généralités sur les bassins versants…………………………………………………... II-2 Généralités sur le bassin de Tensift…………………………………………………... II-2-1 Situation………………………………………………………………………... II-2-2 Géologie………………………………………………………………………... II-2-3 Végétation et sols………………………………………………………………. II-2-4 Climatologie……………………………………………………………………. II-2-5 Réseau hydrologique et séries disponibles…………………………………….. II-3 Etude de la morphologie, relief et hydrographie …………………………………….. II-3-1 Hydrographie…………………………………………………………………... II-3-2 Relief et morphologie …………………………………………………………. II-4 Délimitation et caractérisation des sous bassins du bassin de Tensift.......................... II-4-1 Délimitation……………………………………………………………………. II-4-2 Calcul des caractéristiques hydrologiques des sous bassins de Tensift………... II-5 Calcul des paramètres structurels…………………………………………………….. ix

17 17 17 19 22 22 23 26 26 26 28 28 31 33

II-5-1 Caractéristiques de forme ……………………………………………………... II-5-2 Longueur et largeur du rectangle équivalent ………………………………….. II-5-3 Indices de pente ………………………………………………………………... II-5-4 Pente moyenne de l’écoulement ……………………………………………… II-5-5 Dénivelé spécifique ……………………………………………………………. II-5-6 Temps de concentration ……………………………………………………….. II-6 Conclusion…………………………………………………………………………….

33 33 34 36 36 38 42

CHAPITRE III : DETERMINATION DES ZONES HOMOGENES III-1 Introduction.................................................................................................................. III-2 La méthode de l’ACP sur les séries de précipitations mensuelles............................... III-2-1 Principe de la méthode de l’ACP....................................................................... III-2-2 Etapes de préparation des séries de données ..................................................... III-2-3 Contrôle statistique des données utilisées ......................................................... a- Présentation de la boite à moustache ................................................................... b- Boite à moustache des 23 stations........................................................................ III-2-4 Application de l’ACP sur les 23 stations et résultats.......................................... III-2-5 Conclusion sur la méthode de l’ACP................................................... III-3 Méthode de l’analyse des cartes.................................................................................. III-3-1 Carte des pentes.................................................................................................. III-3-2 Carte pédologique .............................................................................................. III-3-3 Carte géologique................................................................................................. III-3-4 Carte d’occupation des sols et de la végétation ................................................ III-3-5 Conclusion sur la méthode de l’analyse des cartes............................................. II-4 Conclusion générale......................................................................................................

46 48 48 49 54 55 56 58 65 66 67 69 70 71 72 73

CHAPITRE IV : REVUE DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET. IV-1 Généralités et définitions............................................................................................. IV-2 Les méthodes statistiques ........................................................................................... IV-2-1 Introduction ........................................................................................................ IV-2-2 La Procédure générale de l’ajustement............................................................... IV-3 Méthodes hydrométéorologiques................................................................................. IV-3-1 Méthode de Gradex............................................................................................. IV-3-1-1 Principe de la méthode ............................................................................ IV-3-1-2 Calcul du Gradex de pluie de 24h............................................................. IV-3-1-3 Etapes du calcul du débit de projet par la méthode de Gradex ................ IV-3-2 Méthode rationnelle........................................................................................... IV-3-2-1 Principe de la méthode.............................................................................. x

75 79 79 80 83 83 83 84 87 88 88

IV-3-2-2 Calcul des coefficients de Montana .......................................................... a. Méthode de calcul …………………………………………………… b. Exemple de la station Abadla :............................................................... c. Les coefficients de Montana pour les stations 23 stations ..................... IV-4 Les méthodes empiriques ............................................................................................ IV-4-1 Benchmarking sur les méthodes empiriques ..................................................... IV-4-2 Revue des formules empiriques utilisées au Maroc............................................ IV-4-2-1 Formule de Myer ...................................................................................... IV-4-2-2 Formule de Francou-Rodier............................................................... IV-4-2-3 Formule de Fuller:........................................................................... IV-4-2-4 Formule de Mallet-Gauthier ............................................................. IV-4-2-5 Formule de Mac-Math ......................................................................

89 89 89 93 95 95 97 97 98 99 100 100

CHAPITRE V : READAPTATION DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET AU CONTEXTE ET AUX DONNEES RECENTES DU BASSIN DE TENSIFT. Introduction.................................................................................................................... V-1 Les méthodes statistiques ..................................................................................... V-1-1 Calcul des quantiles par HyfranPlus................................................................ a. Résultat de l’analyse statistique sur les séries complètes.......................... b. Résultat de l’analyse statistique sur la durée commune de 17ans............. V-1-2 Conclusion....................................................................................................... V-2 Méthodes hydrométéorologiques ........................................................................ V-2-1 Introduction.................................................................................................... V-2-2 Modélisation spatiale du Gradex.................................................................... c. Le principe du krigeage …...…………………………………………….... d. Les étapes du krigeage……………………………………………………. e. Application et résultats........................................................................... V-2-3 Modélisation spatiale des coefficients de Montana ........................................ a. Résultats et Cartes de modélisation du coefficient b de Montana........... b. Résultats et Cartes de modélisation du coefficient a de Montana pour T= 10ans............................................................................................... V-2-4 Validation et comparaison de la partie cartographie du Gradex..................... a. Calcul du Gradex moyen de pluie de 24h de chaque sous bassin à partir de la cartographie.................................................................................. b. Calcul du Gradex moyen de pluie de 24h pour chaque sous bassin par la méthode de Thiessen......................................................................... c. Calcul du Débit max de crues par les deux méthodes pour différentes périodes de retour................................................................................. V-2-5 Conclusion...................................................................................................... V-3 Les méthodes empiriques........................................................................................ xi

104 104 104 104 110 114 114 114 115 116 118 120 126 127 129 131 131 133 136 139 140

IV-3-1 Introduction................................................................................................... IV-3-2 Formules de Myer ......................................................................................... a. Méthode de réadaptation ....................................................................... b. Résultats ................................................................................................. c. Conclusion............................................................................................ IV-3-3 Formule de Francou-Rodier........................................................................... a. Méthode de réadaptation ...................................................................... b. Résultats de la réadaptation de la méthode ............................................ c. Conclusion.................................................................................................... V-3-4 Formule de Fuller........................................................................................... a. Méthode de réadaptation........................................................................ b. Résultats de la réadaptation de la méthode ............................................ c. Conclusion ........................................................................................... V-3-5 Formule de Mallet-Gauthier............................................................................ a. Méthode de réadaptation ....................................................................... b. Résultats de la réadaptation de la méthode ............................................ c. Conclusion ........................................................................................... V-3-6 Formule de Mac-Math .................................................................................... a. Méthode de réadaptation ....................................................................... b. Résultats de la réadaptation de la méthode ............................................ c. Conclusion ........................................................................................... V-3-7 Validation et comparaison des résultats obtenus par la réadaptation des formules empiriques......................................................................................................... V-3-8 Conclusion Générale........................................................................................

140 140 140 143 144 145 145 145 146 147 147 147 148 148 148 149 149 150 150 150 154 152 154

CHAPITRE VI : PLATEFORME INFORMATIQUE POUR GUIDER AU CHOIX DE LA METHODE D’ESTIMATION DE CRUE DE PROJET Introduction.......................................................................................................................... VI-1 Préparation des entrées de la plateforme informatique......................................... VI-1-1 Présentation des descripteurs des méthodes d’estimation des crues de projet.. VI-1-1-1 Méthodes statistiques ................................................................................ a. Objectifs et domaine d’utilisation ............................................................. b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement ......................................... c. Contraintes et limites d’utilisation............................................................. d. Description de la méthode ......................................................................... VI-1-1-2 Méthode Gradex......................................................................................... a. Objectifs et domaine d’utilisation ............................................................. b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement ......................................... c. Contraintes et limites d’utilisation............................................................. d. Description de la méthode ......................................................................... xii

159 159 159 161 161 161 161 161 162 162 162 163 163

VI-1-1-3 Méthode rationnelle .................................................................................... a. Objectifs et domaine d’utilisation ............................................................. b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement ......................................... c. Contraintes et limites d’utilisation............................................................. d. Description de la méthode ......................................................................... VI-1-1- 4 Méthodes empiriques et analogiques ......................................................... a. Objectifs et domaine d’utilisation ............................................................. b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement ......................................... c. Contraintes et limites d’utilisation............................................................. VI-1-2 Classification des méthodes d’estimation des crues de projets.........................

164 164 164 165 165 165 165 165 166 166

VI-2 Elaboration de la plateforme informatique pour guider au choix de la méthode d’estimation des crues de projet et au dimensionnement des POH...............................

169

VI-2-1 Choix de la méthode de calcul d’un débit de crue pour un bassin donné.......... VI-2-2 Choix de la méthode de calcul d’un débit de crue pour le bassin de Tensift..... VI-3-3 Organigramme élaboré pour le dimensionnement d’un ponceau....................... VI-3-4 Organigramme élaboré pour le dimensionnement d’un petit pont.....................

171 173 180 183

Conclusion............................................................................................................................

186

Conclusion générale................................................…………………................................ Perspectives et discussions.............................…………………………………...….......... Bibliographie........................................................................................................................ Annexe....................................................................……………………….........................

187 192 194 200

xiii

LISTE DES FIGURES

CHAPITRE I : CONTEXTE CLIMATIQUE DU MAROC Figure I-1 : Répartition de la pluviométrie au Maroc....................................................................... Figure I-2 : Pluie moyenne annuelle par bassin versant................................................................... Figure I-3 : Evolution au niveau national des apports en eau de surface en milliards de m3........... Figure I-4 : Illustrations des dégâts causés par certaines crues dans différentes régions du Maroc. Figure I-5 : Carte des sites à fort risque d'inondations.....................................................................

7 7 8 10 14

CHAPITRE II : PRESENTATION ET CARACTERISATION DU BASSIN DE TENSIFT Figure II-1 : Représentation du bassin versant et de l’hydrogramme de crue.................................. Figure II-2 : Carte des limites et de la situation du bassin de Tensift dans le Maroc....................... Figure II-3 : Carte des principales nappes dans la zone d’action de l’ABHT, (ABHT 2009).......... Figure II-4 : Carte des caractéristiques géologiques et hydro- géologiques dans le bassin de Tensift................................................................................................................................................ Figure II-5 : Emplacement des stations pluviométriques et réseau hydrographique du bassin de Tensift................................................................................................................................................ Figure II-6 : Carte hypsométrique du bassin de Tensift.................................................................... Figure II-7 : Carte des courbes de niveau de Tensift........................................................................ Figure II-8 : Schéma des étapes de délimitations des sous bassins par ARCHYDRO..................... Figure II-9 : carte d’emplacement des sous bassins contrôlés par les stations hydrométriques.......

17 18 19 20 23 26 27 28 30

CHAPITRE III : DETERMINATION DES ZONES HOMOGENES Figure III-1 : Représentation d'une boite à moustache...................................................................... Figure III-2: Les boites à moustaches des pluies annuelles des 23 stations. ................................... Figure III-3 : Graphique des valeurs propres pour chaque composante de l’ACP pour les 23 stations............................................................................................................................................... Figure III-4 : Dispersion des stations sur le plan factoriel 1-2.......................................................... Figure III-5 : Dispersion des stations sur le plan factoriel1-3........................................................... Figure III-6 : Dispersion des stations sur le plan factoriel 1-4.......................................................... Figure III-7 : Dispersion des stations sur le plan factoriel 2-3.......................................................... Figure III-8 : dispersion des stations sur le plan factoriel 2-4........................................................... Figure III-9 : Dispersion des stations sur le plan factoriel 3-4.......................................................... Figure III-10 : Résultats des Régions homogènes retenues.............................................................. Figure III-11 : Carte des pentes classées du bassin versant de Tensift............................................. Figure III-12 : Comparaison de valeurs de pente en degrés et en pourcentages............................... Figure III-13: Illustration du calcul de la pente par Arcgis .............................................................. Figure III-14 : Carte pédologique du bassin versant de Tensift ....................................................... Figure III-15 : Carte géologique du bassin versant de Tensift.......................................................... Figure III-16 : Carte d'occupation de sol et de végétation du bassin versant de Tensift................... Figure III-17: Limites des zones homogènes du bassin de Tensift................................................... Figure III-18 : Superposition des résultats des zones homogènes et groupes homogènes................

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55 56 58 61 61 62 63 63 64 65 66 67 67 68 69 70 71 72

CHAPITRE IV : REVUE DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET Figure IV-1 : Hyétogramme et hydrogramme résultant d'un événement pluie-débit..................... Figure IV-2 : Etapes de l'analyse fréquentielle............................................................................... Figure IV-3 : Ajustement de la série des pluies maximales journalières annuelles par la loi de Gumbel pour la station Abadla....................................................................................................... Figure IV-4 : Ajustement de la série des pluies maximales journalières annuelles par la loi de Gumbel pour la station Adamna..................................................................................................... Figure IV-5 : Ajustement des pluies maximales annuelles de 24h à la loi de Gumbel pour la station Abadla................................................................................................................................. Figure IV-6: ajustement des pluies maximales annuelles de 48h a la loi de Gumbel pour la station Abadla................................................................................................................................. Figure IV-7: ajustement des pluies maximales annuelles de 72h a la loi de Gumbel pour la station Abadla................................................................................................................................. Figure IV-8 : ajustement des pluies maximales annuelles de 96h a la loi de Gumbel pour la station Abadla................................................................................................................................. Figure IV-9 : ajustement des pluies maximales annuelles de 120h a la loi de Gumbel pour la station Abadla................................................................................................................................ Figure IV-10 : Les courbes IDF au niveau de la station Abadla...................................................

76 80 85 86 90 90 91 91 91 93

CHAPITRE V : READAPTATION DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET AU CONTEXTE ET DONNEES RECENTES DU BASSIN DE TENSIFT Figure V-1 : Les paramètres descriptifs des données des Qmax instantanés pour la station Sidi Rahal.............................................................................................................................................. Figure V-2 : Graphe d’ajustement des Qmax inst à la loi exponentielle de la station Sidi Rahal.. Figure V-3 : résultat du test de khi 2 pour tester l'ajustement des Qmax inst à la loi exponentielle pour la station Sidi Rahal......................................................................................... Figure V-4 : Les quantiles obtenus pour différentes périodes de retour pour la station Sidi Rahal............................................................................................................................................... Figure V-5 : Les paramètres descriptifs des données des Qmax instantanés pour la station Aghbalou......................................................................................................................................... Figure V-6 : Graphe d’ajustement des Qmax inst à la loi Log Normale de la station Aghbalou... Figure V-7 : Résultat du test de khi deux pour tester l'ajustement des Qmax inst à la loi Log Normale pour la station Aghbalou................................................................................................. Figure V-8 : Les quantiles obtenus pour différentes périodes de retour pour la station Aghbalou Figure V-9 : Comparaison des quantiles obtenus par les deux analyses statistiques..................... Figure V-10 : Nombre de stations versus le % de différences entre les quantiles calculés par les deux analyses.................................................................................................................................. Figure V-11: Caractéristiques d'un variogramme........................................................................... Figure V-12 : Fonctions de référence pour la modélisation du variogramme................................ Figure V-13: Histogramme des valeurs du Gradex de pluies......................................................... Figure V-14 : Comparaison entre la distribution du Gradex et la loi normale............................... Figure V-15 : Analyse des tendances dans la répartition des données........................................... Figure V-16 : Représentation du semivariogramme du Gradex de chaque paire d'emplacements Figure V-17 : Résultats de la validation croisée de toutes les 23 stations...................................... Figure V-18: la carte de modélisation du Gradex de pluie de 24h sur le bassin de Tensift........... Figure V-19 : carte des erreurs standards de prédiction des valeurs du Gradex de pluie de 24h... Figure V-20 : Semivariogramme des paires de points pour le coefficient b de Montana.............. Figure V-21 : Résultats de la validation croisée du krigeage sur les valeurs du paramètre b de Montana.......................................................................................................................................... Figure V-22 : carte de modélisation spatialise du facteur b de Montana....................................... Figure V-23 : carte des erreurs standards de prédiction des valeurs du coefficient b de Montana xv

106 106 107 107 109 109 110 110 112 113 118 119 120 121 121 122 123 125 126 127 127 128 129

Figure V-24 : Semivariogramme pour le paramètre a de Montana pour T= 10ans....................... Figure V-25 : Résultats de la validation croisée du coefficient a de Montana pour une période de retour de T= 10ans..................................................................................................................... Figure V-26 : carte des résultats de krigeage des valeurs du paramètre a de Montana pour T= 10ans............................................................................................................................................... Figure V-27 : Carte des erreurs standards de prédiction des valeurs a de Montana pour T= 10ans............................................................................................................................................... Figure V-28 : Valeurs du Gradex obtenues par krigeage sur le bassin contrôlé par la station Iguir Nkouris................................................................................................................................... Figure V-29 : Carte des polygones de Thiessen pour les stations pluviométriques....................... Figure V-30 : Polygone de Thiessen limités par les limites des bassins IguirNkouris.................. Figure V-31 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le premier groupe homogène........................................................................................................................................ Figure V-32 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le deuxième groupe homogène........................................................................................................................................ Figure V-33 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le troisième groupe homogène........................................................................................................................................

129 130 130 131 132 134 135 153 153 154

CHAPITRE VI : PLATEFORME INFORMATIQUE POUR LE CHOIX DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET Figure VI-1 : Logo de Visual Studio 2015..................................................................................... Figure VI-2 : Page d'accueil de la plateforme................................................................................ Figure VI-3 : Page de choix de l’étape à suivre............................................................................. Figure VI-4 : Interface d’affichage des cartes pour le bassin de Tensift....................................... Figure VI-5 : Tableau récapitulatif des paramètres des sous bassin de Tensift............................. Figure VI-6 : Choix des entrées de la plateforme.......................................................................... Figure VI-7 : Message de rappel pour choisir tous les champs nécessaires................................... Figure VI-8 : Fenêtre des définitions des ouvrages hydrauliques à dimensionner......................... Figure VI-9: L'interface indiquant la méthode choisie, les recommandations et les paramètres nécessaires...................................................................................................................................... Figure VI-10: Interface donnant les étapes de la méthode de rationnelle...................................... Figure VI-11: Interface donnant les temps de concentration des sous bassin de Tensift............... Figure VI-12 : Interface pour le choix de la zone homogène et de la formule empirique à utiliser............................................................................................................................................. Figure VI-13 : Interface donnant la description pour la zone et la formule empirique choisie...... Figure VI-14 : Diagramme de synthèse de la démarche de dimensionnement d’un ponceau........ Figure VI-15 : Fenêtre affichée pour la présentation des types des ponceaux............................... Figure VI-16 : Message affichée pour l’étape 11........................................................................... Figure VI-17 : Fenêtre d’affichage de la méthode de Délorme...................................................... Figure VI-18 : Fenêtre affichée pour l’étape 9............................................................................... Figure VI-19 : Diagramme de synthèse de la démarche de dimensionnement d’un petit pont...... Figure VI-20 : Interface donnant les données nécessaires pour le dimensionnement d’un petit pont................................................................................................................................................. Figure VI-21 : Fenêtre de définition d’un pont et des éléments le constituant.............................. Figure VI-21 : Message affichée pour l’étape 3............................................................................. Figure VI-22 : Fenêtre du calcul de la hauteur de remblai, (étape 9)............................................. xvi

169 170 170 174 175 175 176 176 177 178 178 179 179 180 181 181 182 182 183 184 184 185 185

LISTE DES TABLEAUX CHAPITRE I : CONTEXTE CLIMATIQUE DU MAROC Tableau I-1: Le nombre des sites inventoriés par bassin à fort risque d’inondations ...................

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CHAPITRE II : PRESENTATION ET CARACTERISATION DU BASSIN DE TENSIFT Tableau II-1 : Caractéristiques géologiques et Hydro- géologiques de la zone d’action de l’ABHT........................................................................................................................................... Tableau II-2 : Caractéristiques des stations pluviométriques......................................................... Tableau II-3 : Caractéristiques des stations hydrométriques.......................................................... Tableau II-4 : Etapes de délimitation et de caractérisation des sous bassins de Tensift................ Tableau II-5: Récapitulatif des paramètres physiographiques de forme et caractéristiques du réseau du bassin de Tensift calculés par Archydro........................................................................ Tableau II-6 : Critères de classification des sous bassins par type................................................. Tableau II-7 : Récapitulatif des indices de forme des sous bassins de Tensift.............................. Tableau II-8 : Récapitulatif des formules de calcul des indices de pente...................................... Tableau II-9 : Classification du relief des sous bassins de surface inférieure à 25Km2 par indice de pente........................................................................................................................................... Tableau II-10 : Classification du relief en fonction de la dénivelée spécifique (indépendant de la surface) ...................................................................................................................................... Tableau II-11 : Récapitulatif des indices et des pentes calculés pour les sous bassins de Tensift. Tableau II-12 : Vitesse d'écoulement selon la pente...................................................................... Tableau II-13: Récapitulatif des formules de calcul du temps de concentration............................ Tableau II-14: Récapitulatif des temps de concentration calculés pour les sous bassins de Tensift............................................................................................................................................. Tableau II-15 : Récapitulatif des temps de concentration adoptés pour les bassins versant de Tensift.............................................................................................................................................

21 24 25 29 32 33 34 35 35 36 37 38 39 40 41

CHAPITRE III : DETERMINATION DES ZONES HOMOGENES Tableau III-1 : Méthodes d'imputation des valeurs manquantes.................................................... Tableau III-2 : Analyse descriptive pour les 23 stations durant la période de janvier 1999 jusqu'à juin 2011............................................................................................................................. Tableau III-3 : Résultats de l'analyse en composantes Principales pour les 23 stations ............... Tableau III-4 : Matrice des composantes pour les 23 stations....................................................... Tableau III-5 : Matrice des coefficients des coordonnées des composantes pour les 23 stations.

53 54 57 59 60

CHAPITRE IV : REVUE DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET Tableau IV-1 : Fonctions de fréquence expérimentales................................................................. Tableau IV-2 : Liste des fonctions de distribution les plus utilisées en hydrologie....................... Tableau IV-3 Valeurs des Gradex de pluies de 24h calculées au niveau des 23 stations pluviométriques.............................................................................................................................. Tableau IV-4: Résultats du calcul des paramètres du modèle de Gumbel pour la station Abadla Tableau IV-5 : Estimation de la pluie maximale pour différentes périodes de retour au niveau de la station Abadla....................................................................................................................... xvii

81 82 86 90 94

Tableau IV-6: Calcul des paramètres de Montana pour différentes T à la station Abadla............ Tableau IV-7 : Valeurs adoptées pour le coefficient b de Montana.............................................. Tableau IV-8 : liste des formules empiriques utilisées dans le monde.......................................... Tableau IV-9 : formules de Hazan-Lazarevic selon les régions du Maroc.................................... Tableau IV-10 : valeurs du paramètre régional K de la formule de Mac-Math Tableau IV-11 : Synthèse des méthodes d’estimation des crues de projet

93 94 95 97 101 102

CHAPITRE V : READAPTATION DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET AU CONTEXTE ET DONNEES RECENTES DU BASSIN DE TENSIFT Tableau V-1 : Récapitulatif des lois d’ajustement retenues sur les séries des Qmax inst complètes............................................................................................................................ Tableau V-2 : Récapitulatif des lois d’ajustement retenues pour l’ajustement des séries de durée commune de 17ans................................................................................................... Tableau V-3 : Comparaison des débits de projet calculés par les deux analyses statistiques........ Tableau V-4 : Exemple de calcul du variogramme de 3 stations alignées horizontalement.......... Tableau V-5: comparaison entre les résultats de validation croisée de différents modèles de krigeage......................................................................................................................................... Tableau V-6 : Résultats du calcul du Gradex moyen de pluie de 24h à partir de la cartographie pour les bassins versants de Tensift................................................................................................ Tableau V-7 : Résultats du calcul des surfaces d’influence .......................................................... Tableau V-8 : Résultats du calcul du Gradex moyen de pluie de 24h par la méthode de Thiessen pour les sous bassins versants de Tensift........................................................................ Tableau V-9: Résultats de comparaison des débits de crue de projet calculés par les deux méthodes......................................................................................................................................... Tableau V-10: Données utilisées pour réadapter la formule de Myer pour la zone....................... Tableau V-11 : Résultats de la régression linéaire pour le groupe 3 et la période de retour 10ans. Tableau V- 12 : Les résultats de la réadaptation de la formule de Myer sur le bassin de Tensift. Tableau V-13 : Recommandations pour l’utilisation de la formule de Myer dans le bassin de Tensift............................................................................................................................................. Tableau V-14 : Résultats de la réadaptation de la Formule de Francou-Rodier au contexte du bassin de Tensift ............................................................................................................................ Tableau V-15 : Recommandations pour l’utilisation de la formule de Francou-Rodier dans le bassin de Tensift............................................................................................................................. Tableau V-16 : Résultats de la réadaptation de la formule de Fuller sur le bassin de Tensift ...... Tableau V-17 : Recommandations pour l’utilisation de la formule de Fuller dans le bassin de Tensift ............................................................................................................................................ Tableau V-18 : Résultats de la réadaptation de la formule de Mallet-Gauthier sur le bassin de Tensift............................................................................................................................................. Tableau V-19 : Recommandations pour l’utilisation du paramètre K de la formule de Mallet Gauthier pour le bassin de Tensift ................................................................................................. Tableau V-20: Recommandations pour l’utilisation du paramètre a de la formule de Mallet Gauthier pour le bassin de Tensift.................................................................................................. Tableau V-21 : Résultats de la réadaptation de la formule de Mac-Math sur le bassin de Tensift Tableau V-22 : Recommandations pour l’utilisation de la formule de Mac-Math pour le bassin de Tensift........................................................................................................................................ Tableau V-23 : Récapitulatif des paramètres et des recommandations trouvés pour les formules empiriques réadaptées pour le bassin de Tensift............................................................................

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105 110 111 118 124 133 135 136 138 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 150 150 151 156

CHAPITRE VI : PLATEFORME INFORMATIQUE POUR LE CHOIX DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJET Tableau VI-1 : Période de retour pour différentes structures hydrauliques .................................. Tableau VI-2 : Classification des méthodes d'estimation des crues de projet en fonction des ouvrages hydrauliques.................................................................................................................... Tableau VI-3 : Classification des méthodes d'estimation de la crue de projet selon la période de retour pour le Maroc et pour le bassin de Tensift........................................................................... Tableau VI-4 : Définitions des ouvrages à dimensionner.............................................................. Tableau VI-5 : Récapitulatif des commandes de la plateforme......................................................

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167 167 168 172 173

LISTE DES ABREVIATIONS

EHTP FSSM FST SEEE UICN GIEC PNI ABHT NGM ORSTOM JICA MNT GCS DEM WGS UTM IRD SETRA NERC ACP FAO UNESCO OMM EDF GRADEX INRS IDF HDF IDWA POH DSQ VB BPR CID MTQ

Ecole Hassania des Travaux Publics Faculté des Sciences Semlalia de Marrakech Faculté des Sciences et Techniques Secrétariat d’Etat chargé de l’Eau Et de l’Environnement l'Union Mondiale pour la Nature Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat le plan national de protection contre les inondations Agence du bassin hydraulique de Tensift Niveau général Maroc Office de la recherche scientifique et technique outre-mer L'Agence japonaise de coopération internationale Modèle numérique de terrain Global Coordinate systems Digital elevation model World Geodesic System Universal Transverse Mercator L'Institut de recherche pour le développement Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements North American Electric Reliability Corporation Analyse en composante principale Food and Agriculture Organization United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization L'Organisation météorologique mondiale Electricité De France Gradient exponentiel L'Institut national de la recherche scientifique Intensité-Durée-Fréquence Hauteur-Durée-Fréquence Inverse Distance Weighted Average Petit ouvrage hydraulique Direction des structures du Québec Visual Basic bureau of Public Roads Conseil, Ingénierie et développement Ministère des Transport du Québec

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INTRODUCTION La présente thèse s’intègre dans le cadre des préoccupations nationales en matière des changements climatiques et leurs impacts sur les différents systèmes écologiques, socioéconomiques, environnementaux et hydrauliques. Ces effets sont ressentis à travers différents phénomènes dont la surélévation du niveau des mers, l’augmentation des températures, la contraction et la fonte des glaces, les sécheresses, les cyclones et les fortes précipitations... Elle vise à répondre à la question des changements climatiques et à rechercher des solutions permettant d’adapter particulièrement les ouvrages hydrauliques de génie civil à ces changements climatiques et à aider à l’atténuation de leur rupture ou diminution de leur capacité de stockage et d’assainissement en cas d’événements importants. En effet, le Maroc de par sa situation géographique est caractérisé par un climat intermédiaire entre le totalement sec et l’humide et des précipitations irrégulières spatialement et temporellement. Il connait donc un contexte hydrologique sévère, ce qui constitue un risque pour le développement économique du pays et a des impacts négatifs sur l’environnement. Pour faire face à ce contexte aggravé par les effets des changements climatiques, une stratégie nationale de développement des ressources en eau a été lancée dès les années 90, à travers des projets d’aménagement des bassins en milieu urbain et rural, (mobilisation des ressources en eau, ouvrages de franchissement routier, assainissement, protection contre les inondations …). Toutefois, les événements extrêmes récents ont eu des répercussions catastrophiques sur ces structures comme la rupture des ouvrages hydrauliques (dalots, ponts, buses...), la dégradation des chaussées et routes et le dépassement des capacités des ouvrages d’assainissement. On cite parmi les épisodes les plus désastreux la crue de la vallée d’Ourika dans le bassin versant du Haut Atlas de Marrakech le 17 août 1995 , les crues de décembre 2002 qui se sont produites à Mohammadia, El Jadida, Taza, Tétouan, Settat et Berrechid, les crues de 2010 sur Casablanca et ses régions et enfin celles de Novembre 2014 qui se sont abattues sur les régions de Sud du Maroc, (SEEE, 2009; Lemag, 2010). Ainsi notre objectif dans ce projet est de rendre plus précis le calcul du débit de crue de projet, utilisé pour le dimensionnement des ouvrages hydrauliques, et ce à la lumière des événements récents vécus au cours des deux dernières décennies. Ce débit de projet est basé sur les données hydrologiques, les caractéristiques du bassin mais aussi fortement sur les méthodes de calcul utilisées.

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Nous avons en effet, travaillé pour acquérir une connaissance plus fine des caractéristiques du bassin, de régionaliser et fiabiliser, à la lumière des événements hydrologiques extrêmes récents, les méthodes d’évaluation des crues de projet qui, bien que développées dans des contextes climatologiques, d’écoulement et de nature de sols différents du contexte marocain, sont très utilisées au Maroc. Le travail est effectué dans le contexte du bassin de Tensift et avec des données relativement récentes, étalées sur la période allant de 1962 jusqu’à 2008. Le bassin versant du Tensift est situé au centre Ouest du Maroc entourant la région de Marrakech. Ce large domaine continental est situé entre la latitude 32°10' et 30°50' Nord et les longitudes 9°25' et 7°12' Ouest. Le bassin a une surface d’environ 19750 km2 et est drainé par l’oued de Tensift qui s'écoule de l’Est vers l’Ouest sur une longueur de 260 km, (Ahattab, et al., 2015(a)). Les résultats des travaux réalisés au cours de cette thèse sont présentés en six chapitres : Le premier chapitre est consacré à une étude bibliographique qui donne un aperçu sur le contexte climatique et hydrologique du Maroc, les événements extrêmes que le pays a connus, les dégâts humains et matériels causés ainsi que les mesures mises en place pour y faire face. Le deuxième chapitre commence par la présentation du bassin de Tensift, sa situation, son contexte géologique, climatologique, pédologique, sa végétation et son réseau d’observation des données pluviométriques et hydrométriques disponibles. La deuxième partie de ce chapitre traite de la détermination des paramètres caractéristiques des sous bassins de Tensift et de son réseau d’écoulement. Ces derniers sont à la base de la compréhension de la réponse hydrologique de chaque sous bassin par rapport aux événements pluviométriques qu’il reçoit. Dans ce sens, le modèle numérique de terrain MNT issu de la mission SRTM, (ESRI, 2011), a été traité par l’extension ArcHydro du logiciel ArcGIS, (Jarvis et al, 2008). L’utilisation des outils SIG a permis de cerner avec précision et d’une façon plus fine les paramètres structuraux, morphologiques et d’écoulement de chacun des 19 sous bassins délimités. Dans le troisième chapitre nous avons procédé à une régionalisation (ou zonage) climatique afin d’obtenir un découpage du bassin de Tensift en zones homogènes, à l’intérieur desquelles le comportement hydrologique est similaire.

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La détection des zones homogènes constitue une étape préliminaire pour l’identification des régions dans lesquelles on peut utiliser la même méthode d’estimation de calcul des crues de projet avec les mêmes paramètres régionaux spécifiques. L’étude bibliographique a montré que la méthode la plus utilisée et la plus fiable est l’Analyse en Composantes Principales appliquée sur les séries de précipitations mensuelles. Dans ce sens une synthèse des méthodes de traitement statistique des séries de données a été exposée. L’algorithme de l’ACP a été appliqué, sur les séries des précipitations mensuelles enregistrées au niveau des 23 stations pluviométriques, à l’aide du logiciel SPSS (IBM, 2012). Nous avons aussi effectué une analyse basée sur d’autres paramètres aussi importants hydrologiquement, à savoir : L’occupation du sol, la géologie, la pédologie, la végétation et les pentes des sous bassins, pour pouvoir définir les zones homogènes et compléter les groupes homogènes trouvés à partir de l’analyse par l’ACP, (Ahattab, et al., 2015(b)). Le quatrième chapitre synthétise les principales méthodes utilisées pour l’estimation des crues de projet au Maroc. Trois grandes familles sont distinguées. Les méthodes statistiques sont utilisées lorsqu’on dispose de suffisamment de données hydrologiques en un site (bassin jaugé). Elles consistent à étudier les événements passés, caractéristiques d'un processus, afin d'en définir les probabilités d'apparition future et ceci par le biais des ajustements statistiques de lois de probabilités. La deuxième famille englobe les méthodes hydrométéorologiques. Elles reposent sur des paramètres régionaux calculés à partir de l’information apportée par la pluie. Deux méthodes sont des plus utilisées au Maroc : La méthode du Gradex et la méthode rationnelle. Enfin la troisième famille est constituée par les méthodes empiriques qui sont utilisées lorsqu’on ne possède que peu ou pas de données sur les débits des crues dans une région. Des formules sont établies pour de nombreux cours d’eau et dans divers pays, permettant d’estimer soit des débits maximums de crues soit des débits fréquentiels à partir de certaines caractéristiques du bassin versant en les complétant parfois par certaines données météorologiques, (Gray, et al., 1972). Cinq des formules les plus utilisées au Maroc ont été choisies : Formule de Myer, Formule de Fuller, Formule de Francou-Rodier, Formule de Mallet-Gauthier et Formule de Mac-Math, (Ouarda, et al, 2001, Serhir, 2010 ). Le cinquième chapitre présente le travail de réadaptation effectuée pour les différentes méthodes exposées dans le chapitre précédent.

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Pour les méthodes statistiques, de nouvelles lois d’ajustement des données ont été trouvées à l’aide du logiciel HyfranPlus, (INRS-EAU, 1998). Les données utilisées sont les séries des débits max instantanés enregistrés au niveau des 15 stations hydrométriques de longueur allant de 17ans à 43ans. Pour les méthodes hydrométéorologiques, le Gradex de pluie de 24h et les coefficients de Montana ont été calculés au niveau des postes pluviométriques. Pour pouvoir connaitre les valeurs de ces paramètres pour chaque point du bassin de Tensift, l’interpolation spatiale a été effectuée par la méthode géostatistique du krigeage. Cette méthode a été choisie car elle présente l’avantage de prendre en compte l’interdépendance spatiale et quantifie les erreurs standards de prédiction liées aux valeurs prédites. Deux modèles de krigeage ont été testés : avec et sans tendance. Plusieurs fonctions de référence (modèle exponentiel, sphérique et pépitique) ont été utilisées pour la modélisation du variogramme. La validation croisée a permis une comparaison entre les résultats de ces modèles. Le modèle le mieux adapté a permis d’élaborer les cartes de modélisation du Gradex de pluie de 24h sur le bassin de Tensift, ainsi que celles des paramètres de Montana pour les périodes de retour de 2, 5, 10, 20, 50 et 100 ans. Les cartes des erreurs standards de prédiction associées aux valeurs prédites ont été aussi élaborées, (Ahattab, et al., 2014). Dans la dernière partie de ce cinquième chapitre les coefficients régionaux qui interviennent dans les méthodes empiriques ont été calculés pour les cinq méthodes retenues et pour les différentes zones homogènes détectées dans le bassin de Tensift et exposées au chapitre III. Ce calcul est basé sur les débits de crue de projet déterminés à partir de l’étude statistique réalisée sur les débits max instantanés observés car ils sont de ce fait, considérés les plus fiables. Le sixième chapitre couronne la thèse par l’élaboration d’une plateforme informatique conviviale, bien documentée par des graphes, des recommandations et les étapes à suivre. Elle consolide l’ensemble des éléments de réponse dont peut avoir besoin un ingénieur expérimenté ou futur ingénieur dans le choix de la méthode d’estimation des crues de projet la plus adaptée selon les données disponibles, l’ouvrage à dimensionner et le risque hydrologique toléré (période de retour préconisée). Il présente les entrées et les sorties ainsi que le principe de la plateforme et est enrichi et complété par un guide technique et pratique synthétisant la démarche nécessaire à effectuer dans le dimensionnement des petits ouvrages hydrauliques (POH), les ponceaux et les petits ponts. 4

CHAPITRE I CONTEXTE CLIMATIQUE DU MAROC

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Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

I-1 Introduction au caractère climatique du Maroc Situé à l’extrémité Nord-Ouest de l’Afrique, le Maroc s’ouvre à la fois sur l’Atlantique et sur la Méditerranée entre les 37e et 21e parallèles de latitude Nord et les 34e et 51e parallèles de latitude Sud. Il s’étend du Détroit de Gibraltar jusque pratiquement, aux confins sud du grand Sahara africain, (SEEE, 2009). Le climat marocain est à la fois méditerranéen et atlantique. Il présente une saison sèche et chaude (de Mai à Septembre) et une saison froide (d’Octobre à Avril). Le Maroc a un relief caractérisé par de hautes chaînes montagneuses où de nombreux massifs dépassent 3000 mètres par rapport au niveau de la mer. Ces chaînes séparent de vastes régions qui correspondent à autant de zones climatiques très différenciées. L’effet de la latitude se manifeste par la prédominance d’un climat méditerranéen, au Nord du pays, et par l’existence d’un climat saharien au Sud et au Sud-Est de l’Atlas. La présence de la mer atténue les écarts de température, tempère les saisons et accroît l’humidité de l’air sur les régions côtières. Les régions montagneuses bénéficient d’un climat sub-humide à humide. Avec des précipitations dépassant 1 000 mm, le Rif occidental et le Moyen Atlas représentent les zones les plus favorisées en précipitations. L’effet de l’altitude s’étend également à la saison d’été, les pluies y sont en général minimes. On enregistre en revanche des précipitations non négligeables sur les zones montagneuses, dues principalement aux activités orageuses durant cette période de l’année. Quant au Maroc pré-saharien et saharien le climat est désertique sec, (Bouaicha, et al., 2010). Le régime pluviométrique au Maroc est donc caractérisé par une forte variabilité spatiale. Ainsi les précipitations moyennes annuelles se répartissent comme suit : 

Supérieures à 800 mm dans la région la plus arrosée du Nord ;



Entre 600 à 800 mm au Nord et dans la région du Rif ;



Entre 400 à 600 mm dans la région du Centre ;



Entre 200 et 400 mm dans la région de l’Oriental et du Souss ;



Moins de 200 mm dans les zones sud atlasiques et le Sahara.

La figure I-1 montre la situation de ces différentes zones :

6

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

Figure I-1 : Répartition de la pluviométrie au Maroc, (Bouaicha et al., 2010).

I-2 Ressources en eau irrégulières et limitées Au Maroc, les écoulements superficiels sont tributaires des précipitations. Les crues, généralement violentes et rapides, constituent l’essentiel des apports des cours d’eau. Les ressources en eau superficielle sur l’ensemble du territoire sont évaluées en année moyenne à 18 milliards de m3, variant selon les années de 5 à 50 milliards de m3. La grande disparité régionale des précipitations induit également une grande variabilité spatiale de ces écoulements. La figure I-2 montre la répartition de la pluviométrie moyenne annuelle pour les différents bassins du Maroc, (Bouaicha, et al., 2010).

Figure I-2 : Répartition de la pluviométrie moyenne annuelle pour les bassins versants du Maroc, (Bouaicha et al., 2010). 7

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc D’après la figure I-2, les bassins de Sakia el Hamra et Oued Eddahab (44% de la surface totale du Maroc), contribuent à moins de 1% des eaux de surface alors que le bassin Tangérois, qui représente moins de 1% de la surface totale du Maroc, en produit plus de 16%. Les écoulements de surface sont aussi caractérisés par une très grande variabilité annuelle et interannuelle marquée par l’alternance de séquences humides et sèches, avec quelques pics exceptionnellement humides et secs. Cette succession d’années humides/années sèches est un caractère marquant du régime hydrologique de tous les bassins du royaume. La figure I-3 illustre l’effet de l’alternance de séquences sèches et humides, au niveau national, avec un cycle de près de 7 ans.

Figure I-3 : Evolution au niveau national des apports en eau de surface en milliards de m3.

I-3 Un contexte déjà fragile, fragilisé par les changements climatiques ? Le Maroc est fortement vulnérable à la sécheresse. La fréquence d’épisodes secs plus ou moins longs est une caractéristique dominante du régime des ressources en eau du pays, comme ce fut le cas durant les périodes 1956-1957, 1989-1985, 1994-1995, 1998-2000 et 2006-2007. Ces périodes ont été les plus sévères depuis le début des mesures hydroclimatiques au Maroc en 1945, périodes pendant lesquelles les apports annuels ont subi une baisse drastique atteignant des moyennes de 5 et 8 milliards de m3 par an. De même, le territoire national est soumis fréquemment, comme tous les pays du pourtour méditerranéen, à des crues importantes pouvant être très dommageables aussi bien pour les infrastructures que pour l’agriculture. Le phénomène des inondations n’est pas récent au Maroc, mais il a commencé à être ressenti plus fortement durant les deux dernières décennies, causant des dégâts, notamment matériels, du fait de l’occupation croissante

8

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc anarchiques des zones vulnérables combinée avec l’augmentation de l’occurrence de forts orages localisés, à l’origine de crues rapides et violentes, (SEEE, 2009). Ainsi parmi les crues qui ont causé le plus de dégâts on peut citer à titre d’exemple la crue de Sefrou le 25 septembre1950 où la ville a été inondée avec une hauteur d’eau de 6m de hauteur faisant une centaine de victimes; celle de la Moulouya survenue le 23 mai 1963 et qui était d’une telle violence qu’elle a emporté l’assise rive gauche du barrage Mohammed V (la crue avait un débit de pointe de 7200 m3/s et un volume de 570 millions de m3 soit l’équivalent de la capacité de la retenue), ou encore celle qui a ravagé la Vallée du Ziz le 5 novembre1965 ayant causé 25000 habitants sans abri et qui a permis de déclencher un élan de solidarité nationale sans précédent entre le peuple marocain tout entier et ses frères de Tafilalet et qui a accéléré la réalisation du Barrage Hassan Addakhil. On peut aussi citer la crue qui a touché la vallée d’Ourika située dans le bassin versant du Haut Atlas de Marrakech le 17 août 1995 et qui a causé plus de 230 morts et 500 disparus ou encore les crues de décembre 2002 qui se sont produites à Mohammadia, El Jadida, Taza, Tétouan, Settat et Berrechid, ou les crues de 2010 à Casablanca et ses régions et enfin les crues du Sebou qui mettent à l'épreuve le Gharb une année sur deux causant des dégâts humains et matériels importants, (SEEE, 2009). Par ailleurs, les dégâts provoqués par les intempéries au Maroc en 2010 ont été enregistrés au niveau de 29 provinces et préfectures causant l'arrêt du trafic routier, et notamment la suspension de 121 tronçons (28 au niveau des routes nationales, 40 au niveau des routes régionales et 53 au niveau des routes provinciales). Ainsi, les crédits destinés à réparer les dommages causés par les inondations au Maroc ont atteint le chiffre de 1,386 milliard de dirhams à fin novembre 2010, (source : le ministre de l'Equipement et des Transports marocain. Les dernières précipitations qui se sont abattues sur différentes régions du Sud du pays en Novembre 2014 ont fait des dégâts humains et matériels importants. Le quotidien Al Massae, titre sur sa Une « Catastrophe… Les flots causent la mort de 17 personnes à Guelmime et à Ouarzazate ». Le bilan est lourd. La crue de l’Oued Timsouret dans la commune rurale de Timoulay à Guelmime a causé la noyade de 15 membres d’une même famille qui rentraient d’un mariage et deux autres personnes à Tinghir. Dans plusieurs régions du Sud du pays, des familles se sont retrouvées sans abri après l’effondrement de leurs maisons emportées par les flots ainsi que leurs biens. Akhbar Al Yaoum, pour sa part, annonce d’autres chiffres « Drame : Mort de 19 personnes dans les environs de Guelmime et 9

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc disparition de 11 autres à cause des inondations ». Au niveau de l’Oued Taalmaardart, trois grands taxis ont été engloutis par les flots causant la mort de 13 personnes, (Lemag, 2010). Les photos de la figure I-4 montrent les dégâts catastrophiques causés par quelques crues dans le Maroc:

Guelmime Novembre 2014

Casablanca Novembre 2010

Mohammedia Décembre 2010

Ouarzazate Décembre 2014

Casablanca Octobre 2011

Fès Mai 2011

10

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

Ourika Août 1995 (ABHT) Figure I-4 : Illustrations des dégâts causés par certaines crues dans différentes régions du Maroc.

Bien que le Maroc ait toujours connu des inondations qui ont causé beaucoup de dégâts. Néanmoins, la cadence de ces épisodes s’est accrue durant ces deux dernières décennies. Une question s’impose : est ce que les changements climatique sont joué un rôle dans la modification du cycle hydrologique et par la suite l’accentuation des phénomènes extrêmes ?

I-4 Changements climatiques au Maroc Le sommet de la Terre et Climat à Rio de Janeiro en juin 1992 a marqué le début d’un éveil des consciences à l’échelle mondiale par rapport aux changements climatiques et leurs répercussions au niveau mondial. Le développement de cadres de concertations scientifiques comme le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du climat, la promotion du principe de précaution pollueur payeur, l’élaboration de programmes comme le Protocole de Kyoto incluant dans ses dispositions un marché d’émissions de carbone témoignent d’une volonté politique commune de limiter les risques induits par le changement climatique, (Secrétariat d’Etat auprès du Ministère de l’Energie, 2008). Depuis que les changements climatiques sont devenus un phénomène connu, beaucoup d’études ont été conduites pour évaluer ses impacts et les mesures d’adaptation à mettre en place. Le Maroc s’est intégré dans ces axes. 11

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc Une étude des projections climatiques pour le Maroc réalisée dans le cadre d’un consensus entre Le “Global Water Partnership”, le Dialogue sur l'Eau et le Changement Climatique et l'Union Mondiale pour la Nature (l'UICN), a été entreprise en 2002. Cette étude s’est basée sur un scénario moyen du GIEC (IS92a), avec une sensibilité moyenne du climat et le maillage de SCENGEN et sept modèles de circulation générale (MCG). Les simulations climatiques à l’horizon 2020 ont tous confirmé des tendances au réchauffement et à l'aridité du climat marocain. Les résultats issus de la modélisation relatifs aux changements climatiques, prévoient l’élévation moyenne du niveau de la mer due aux effets conjugués de l’expansion thermique et de la fonte des calottes polaires. Aussi les simulations des variations des températures anticipent une augmentation allant de +0,7°C à +1°C en moyenne. Quant aux évolutions

des précipitations, elles présenteront de grandes disparités, tant

qualitativement (sécheresse ou humidité) que quantitativement (amplitude du changement). On rencontre ainsi des simulations donnant une tendance à l’humidité et d’autres à la sécheresse. Cependant, la plupart des modèles privilégient des tendances à la sécheresse avec des plages de taux de réduction allant de -7% à 0% dans la partie Nord du pays et de -7,5% à +2,8% dans la partie Sud. D’autre part, les écosystèmes auront à faire face à des températures et un régime de précipitations différents des conditions actuelles. Selon l’étude citée précédemment, les changements climatiques futurs, auront un impact direct et plus marqué sur le fonctionnement des écosystèmes terrestres. L'augmentation de température en elle-même contribue directement à un déplacement des limites de végétation et à une décroissance de la productivité. On observera un déplacement de la végétation vers les zones Nord et donc une désertification progressive du pays. Par ailleurs, l’étude prévoit aussi une tendance au réchauffement associée à une réduction des précipitations sur la majeure partie du pays. Cette évolution sera accompagnée par l'intensification des phénomènes extrêmes : Orages et averses, sécheresses, vagues de chaleurs, etc. De tels phénomènes seront de plus en plus enclins à se produire avec des fréquences très rapprochées, malgré leur caractère aléatoire, et des degrés de plus en plus amplifiés, (Alibou, 2002). Constat : Ainsi, il devient clair que les changements climatiques sont un fait qui peut être la cause de l’accentuation des phénomènes extrêmes en particulier les inondations et avec lequel il faut prendre des mesures d’adaptation.

12

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

I-5 Mesures pour atténuer les dégâts des crues accentués par les changements climatiques Planifier pour Prévenir, Veiller pour Prévoir, Aménager Pour protéger…telles sont les clés de la démarche préconisée par le Département de l'Eau dans sa lutte contre les inondations. Dans ce sens, beaucoup d’efforts ont été mis au point : le Maroc a adopté le plan national de protection contre les inondations (PNI) dont un axe est consacré au diagnostic des causes de ce phénomène et un autre aux opérations de protection, (Secrétariat d’Etat auprès du Ministère de l’Energie, 2008). Ce plan a pour ambition d’obtenir une vision synthétique et complète à l’échelle de la totalité du territoire national de l’ensemble des risques réels et potentiels d’inondation en vue de dégager et de planifier les différentes mesures qui permettront d’y faire face. Ces mesures peuvent être physiques (réalisation d’ouvrages de protection tels que des barrages, des endiguements, calibrage et entretien des lits des cours d’eau ou systèmes de lutte contre l’érosion…) mais aussi préventives, réglementaires, organisationnelles ou encore de sensibilisation. Le PNI a permis d’inventorier 432 sites qui ont fait l’objet de visites, d’études et d’analyses. Parmi ces sites, 50 ont été classés prioritaires du fait soit de la nature hydro- morphologiques des sites tels que les vallées d’Ourika et Toudgha, soit à cause de l’importance des dégâts humains ou économiques pouvant être générés, (SEEE, 2009). Ces sites sont représentés sur la carte de la figure I-5.Le tableau I-1 représente le nombre des sites inventoriés par bassin à fort risque d’inondations avec ceux qui sont classés prioritaires : Tableau I-1: Nombre des sites inventoriés par bassin à fort risque d’inondations, (Secrétariat d’Etat auprès du Ministère de l’Energie, 2008). Pourcentage de sites Région Nombre de sites Nombre de sites classés prioritaires / hydraulique inventoriés classés prioritaires sites inventoriés Souss-Massa-Draa 99 8 8%

Moulouya

62

5

8%

Oum Er Rbia

59

4

7%

Sebou

52

11

21%

Tensift

50

7

14%

Loukkos

40

6

15%

Ziz-Guir-Rheris

16

3

19%

Bouregreg

13

6

46%

TOTAL

391

50

13% 13

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

Figure I-5 : Carte des sites à fort risque d'inondations, (Secrétariat d’Etat auprès du Ministère de l’Energie, Septembre-2008).

14

Chapitre I : Contexte climatique du Maroc

I-6 Conclusion Le Maroc de par sa situation géographique a toujours connu des événements extrêmes dont l’intensité et la fréquence s’est amplifiée durant ces dernières décennies à cause des changements climatiques. Parmi les mesures que le Maroc a prises pour lutter contre les inondations il y a des mesures qui sont préventives, d’autres réglementaires, organisationnelles et de sensibilisation ou encore des ouvrages de protection tels que barrages, digues, seuils et ouvrages de ralentissement dynamique. Toutefois ces ouvrages représentent eux même un danger en cas de mal fonctionnement ou bien en cas de rupture, donc leur dimensionnement doit reposer sur des méthodes plus précises et mieux adaptées aux différents bassins. Il est à conclure qu’il est nécessaire de procéder à la réadaptation des méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en prenant en compte les éventuels effets des changements climatiques et donc des situations actuelles. Ceci fait l’objet essentiel du présent mémoire. Le chapitre suivant présente le bassin versant de Tensift, choisi comme bassin pilote, et détaille les étapes de sa caractérisation et le calcul de ses paramètres structurels.

15

CHAPITRE II PRESENTATION ET CARACTERISATION DU BASSIN VERSANT DE TENSIFT

16

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

II-1 Généralités sur les bassins versants Le bassin versant est une surface élémentaire hydrologiquement close, c'est-à-dire qu'aucun écoulement n'y pénètre de l'extérieur et que tous les excédents de précipitations s'évaporent ou s'écoulent par une seule section à l'exutoire. Ainsi, le bassin versant, en une section droite d'un cours d'eau, est donc défini comme la totalité de la surface topographique drainée par ce cours d'eau et ses affluents à l'amont de cette section. Le bassin versant représente donc l'unité géographique sur laquelle s’appuie l'analyse du cycle hydrologique et de ses effets. 

Le bassin versant est entièrement caractérisé par son exutoire, à partir duquel on peut tracer le point de départ et d'arrivée de la ligne de partage des eaux qui le délimite ;



Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. On parle alors de bassin versant topographique.

L'analyse du comportement hydrologique d'un bassin versant s'effectue le plus souvent par le biais de l'étude de la réaction hydrologique du bassin face à une sollicitation (la précipitation). Cette réaction est mesurée par l'observation de la quantité d'eau qui s'écoule à l'exutoire du système. La représentation graphique de l'évolution du débit Q ou du débit surfacique Q/A en fonction du temps t constitue un hydrogramme de crue, (Figure II-1). La réaction du bassin versant peut également être représentée par un limnigramme qui n'est autre que la représentation de la hauteur d'eau mesurée en fonction du temps, (Musy, 2005 ;Serhir , 2010).

Figure II-1 : Représentation du bassin versant et de l’hydrogramme de crue, (Musy, 2005).

II-2 Généralités sur le bassin de Tensift II-2-1 Situation Le bassin versant du Tensift est situé au centre Ouest du Maroc entourant la région de Marrakech (Figure I-2). Ce large domaine continental est situé entre les latitudes 32°10' et 30°50' 17

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Nord et les longitudes 9°25' et 7°12' Ouest, (Boudhar, 2009). L'oued Tensift se présente comme une gouttière alimentée pratiquement par le versant nord du haut Atlas et qui s'écoule d'est en ouest de sa source à l'embouchure dans l'océan Atlantique sur une longueur de 260 km. Il prend sa source à une altitude de 550 du niveau général du Maroc NGM et draine un bassin total de 19750 km2, dont 7075 km2 seulement représente la partie active, (ABHT, 2009). Il constitue l’un des bassins du Maroc caractérisé par une forte concentration des activités socioéconomiques. Selon le recensement de 2015, la population du bassin est de 4.520.569 habitants. L’activité économique est essentiellement basée sur l’agriculture, l’élevage, le tourisme, l’agroalimentaire et l’artisanat.

Figure II-2 : Carte des limites et de la situation du bassin de Tensift dans le Maroc.

Le bassin, de par sa dissymétrie, peut être décomposé en trois zones : 

La zone sud correspondant au flanc nord du Haut Atlas est occupée par une succession de bassins d'orientation Nord -Sud de superficie moyenne (200 à 1500 km2) bien arrosés et très pentus (15 à 22 %). Cette partie comporte les affluents de la rive gauche de l'oued Tensift ;



La zone médiane alignée suivant un axe Est - Ouest (sillon du Haouz et du bassin de Majjate) et correspondant au cours aval et au cours de l'oued Tensift proprement dit ;



La zone nord (flanc sud de Jbilet) peu pentue et peu arrosée correspondant aux petits bassins affluents de la rive droite de l'oued Tensift.

Le bassin est limité au Nord par un massif précambrien de petites montagnes, les Jbilet et au sud par la ligne de crête du haut Atlas dont la direction est en fait NE. A l'est, la ligne de partage des 18

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

eaux est incertaine et c'est pratiquement une plaine qui sépare le bassin du Tensift de celui de la Tessaout, affluent de Oum Er R'Bia. L'alimentation du bassin de Tensift est presque entièrement assurée par la partie montagneuse des oueds qui drainent le versant nord de l'Atlas par suite de la répartition des pluies du relief et de la nature des sols. Ce qui frappe le plus, outre la dissymétrie du bassin autour du collecteur constitué par l'oued Tensift, c'est le contraste brutal entre la montagne et la plaine du Haouz. En effet, toute l'hydrologie active du bassin se reporte sur les nappes souterraines, tandis que la zone de montagne constitue des bassins de drainage efficace pour l'écoulement de surface, et la plaine n'étant pour celui-ci qu'une zone de transit et de consommation, (ORSTOM, 1976). La figure II-3 montre les principales nappes dans le bassin de Tensift et le bassin d'Essaouira-Chichaoua (zone d’action de l’ABHT).

Figure II-3 : Carte des principales nappes dans la zone d’action de l’ABHT, (ABHT 2009).

II-2-2 Géologie Le bassin de Tensift est constitué de faciès géologiques différents, puisqu’on constate que pour les parties les plus hautes du bassin, les formations imperméables (métamorphiques ou éruptives) priment nettement. Cela est vrai surtout pour le Rherhaya, Ourika et le Zat. Le N’Fis a une partie de 19

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

son haut bassin dans des calcaires perméables et les formations marno-gréseuses du trias mais, si l'on considère l'ensemble de la partie active du bassin, les faciès imperméables restent prédominants. L'oued Rherhaya traverse, dans son bassin moyen, une formation calcaire relativement importante. Le calcaire est presque totalement absent du bassin de l’Ourika dont la partie inférieure de sa zone active est caractérisée par les formations marno-gréseuses assez peu perméables ; cette situation se confirme sur le bassin du Zat dont la partie inférieure est en outre constituée en grande partie par des calcaires perméables. Dans le bassin du R'Dat, la part des formations imperméables est encore réduite et celles-ci sont peu présents du bassin du Lahr, (JICA, 2007). La plaine du Haouz est presque entièrement constituée en surface d'alluvions du quaternaire récent et sur sa frange sud, de quaternaire moyen et ancien. Ce sont des formations perméables qui, étant données les faibles pentes du terrain, ne permettent pratiquement aucun ruissellement local, (ORSTOM, 1976). La Figure II-4 montre les différents faciès géologiques qui constituent le bassin de Tensift et le bassin d'Essaouira- Chichaoua, (zone d’action de l’ABHT) :

Figure II-4 : Carte des caractéristiques géologiques et hydro- géologiques dans le bassin de Tensift. (JICA, 2007)

Sur le tableau II-1, on présente les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques du Bassin versant de Tensift selon les zones indiquées sur la figure II-4.

20

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Tableau II-1 : Caractéristiques géologiques et Hydro- géologiques de la zone d’action de l’ABHT. Distribution des Régions dans le Bassin de Tensift Plaine de Haouz (EssaouiraChichaoua)*

Légende

Caractéristiques Géologiques

Caractéristiques Hydro-Géologiques

i

Dépôt de Néogène et de Quaternaire de la Plaine Côtière, et les sédiments de Néogène et de Quaternaire continental qui remplissent les bassins internes et les plateaux

Perméabilité moyennehaute, Aquifère principale dans la Plaine de Haouz.

ii

Jurassique au Crétacé du basin synclinal Perméable interne (Crétacé et Eocène)

(EssaouiraChichaoua)*

iii

Dépôt Secondaire et tertiaire, plaine ou petits Perméable, plissements dans des zones dures dans le Aquifère au Plateau plateau central. Essaouira- Chichaoua

EssaouiraChichaoua

iv

v vi vii

Dépôt Jurassique, plaine ou petits plissements dans des zones durs dans le plateau central. Perméabilité très faible (Dolomie et calcic marne) Plissements Secondaires du grand Atlas, Faible perméabilité, essentiellement Lias et Jurassique (dolomie, Aquifère profonde. marne et grés) Permien- Triasique (grés, conglomérat et argile rouge) Autunien (Permien Inférieure) (conglomérat, grés et argile rouge)

Jebilet

Haut Atlas Haut Atlas (Jebilet)* (Jebilet)*

viii

Paléozoïque: Cambrien- Ordovicien- Silurien Faible perméabilité, Aquifère profonde. (schiste, micaschiste, quartzite, calcaire)

Jebilet, Atlas

ix

Paléozoïque: Carbonifère micaschiste, quartzite, calcaire)

Jebilet (Plaine de Haouz, Haut Atlas)*

x

Précambrian II-III géo-synclinal (flysch) et granite (Marocanides)

xi

Précambrian III (ou CambrianLow-Cambrian)

xii

Précambrien III (ou Cambrien inférieur): roche volcanique (rhyolite, ignimbrite, andésite)

xiii

Dolérite Basaltique: Triasique supérieur

xiv

(schiste,

Granite: Hercynien (Paléozoïque tardif)

Haut

Faible perméabilité, Avec fissures/fractures.

(Haut Atlas)*

Très faible perméabilité.

(Jebilet, Haut Atlas)*

*Région en parenthèses = distribuée en partie 21

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

II-2-3 Végétation et sols La couverture végétale est généralement pauvre. Les types de végétation varient selon l’altitude et la nature des terrains. Les forêts de chêne à feuilles persistantes (Arganiers, Thuya, Genièvre rouge, etc.) s’étendent sur la chaîne de montagnes de l’Atlas jusqu'aux collines de Rhamna. Les forêts couvrent une superficie de 541000ha. La végétation autour des montagnes de l’Atlas constitue une partie importante des ressources écologiques du Maroc au point de vue de la diversité de l’écosystème. L’oasis des palmiers de Marrakech et les forêts d’Arganiers à Essaouira constitue un patrimoine important. La végétation par les plantes agricoles regroupe une grande variété, y compris les céréales, l’olivier, l’abricotier, l’oranger, les rosiers, les pommiers et les plantes fourragères. Pour la province d’Al Haouz, 75.6 % de la zone cultivée totale est couverte avec des plantations des arbres fruitiers, alors que le reste est couvert par d’autres cultures. Le sol de la région de Marrakech-Tensift-Al Haouz s’étend entre Jbilet et les montagnes de l’Atlas, (JICA, 2007). Les différents sols du bassin de Tensift sont répartis comme suit : 

Sol Isohumique appelée localement «Requane» et couvrant 75% de la surface ;



Sol Cacemagnesic appelée localement «Biad» et couvrant environ 15% de la surface. Ce type de sol existe au nord-ouest de N’Fis, sud-est de la région centrale et au nord d’El Kelâa des Sraghna ;



Sol inexploité localement appelé «Hach» il couvre une petite partie de la zone 10% le long des rivières de la plaine de Haouz et au pied des montagnes de l’Atlas, (Boudhar et al., 2007).

II-2-4 Climatologie Le bassin de Tensift est doté d’un climat est aride ou semi-aride en général et humide dans l’Atlas (de 1500 m à 2000 m d’altitude) et le littoral. Les précipitations sont en général faibles et caractérisées par une grande variabilité spatio-temporelle. La pluviométrie moyenne annuelle est de l'ordre de 200 mm dans la plaine contre plus de 800 mm sur les sommets de l'Atlas. A l'inverse des précipitations, la température est un facteur climatique beaucoup plus régulier à l'échelle temporelle. Les écarts entre les températures journalières sont assez importants avec un maximum d'environ 45°C dans la plaine et un minimum de -17°C en montagne. Les températures moyennes mensuelles varient entre 13°C et 28°C dans la plaine et entre 2°C et 18°C en haute

22

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

montagne. Les mois les plus chauds sont généralement Juillet et Août. Le mois le plus froid est Janvier, (Boudhar, 2009). II-2-5 Réseau hydrologique et séries hydrologiques disponibles Le bassin de Tensift comporte un réseau de mesure composé des stations de mesures de débits (stations hydrométriques) montrées sur la figure II-9 et des stations de mesures de pluies (stations pluviométriques) dont l’emplacement est montré sur la figure II-5.

Figure II-5 : Réseau hydrographique du bassin de Tensift et emplacement des stations pluviométriques, (Ahattab, et al., 2015(a)).

Les caractéristiques des stations pluviométriques et hydrométriques sont résumées dans les deux tableaux (II-2 et II-3).

23

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Tableau II-2 : Caractéristiques des stations pluviométriques. NOM STATION PLUVIOMETRIQUE Et N_IRE

ABADLA/ 8 ADAMNA/50

OUED

TENSIFT

Coordonnées Lambert X

Y

Z

Emplacement (région)

Période d’observation

Remarques sur les pluies journalières manquantes

200,000

129,500

250,000

AIN EL BAIDA

1969-2004

RAS

KSOB

92,900

104,150

70,000

NEKNAFA

1977-2004

RAS

AGHBALOU/ 6193

OURIKA

276,150

83,050

1070,000

ARBAA TIGHADOUINE

1969-2004

RAS

AGOUNS/ 902

TIMICHI

271,450

69,650

2200,000

TOUBKAL

1996-2004

RAS

AMENZAL/ 1004

N'OUFRA

278,220

67,200

2230,000

DOUAR SOUR

1997-2004

RAS

AREMD/1182

IMLIL

259,300

62,100

1950,000

TOUBKAL

1998-2004

RAS

B.LALLA TAKERKOUST/8969

N'FIS

239,500

88,200

630,000

TAMASLOUH

1962-2004

Juin et Août 1963 et Octobre et Novembre 1968

CHICHAOUA/2601

CHICHAOUA

181,525

111,200

340,000

CHICHAOUA

1971-2004

Mois de Février 1973

IGOUZOULEN/4313

IGOUZOULEN

92,450

63,650

158,000

TAMANAR

1998-2004

Mois de Décembre 1998

IGROUNZAR

103,500

91,300

205,000

NEKNAFA

1977-2004

Mois de Septembre 1980

IGROUNZAR/4315 IGUIR NKOURIS/4299

N'FIS

238,350

55,000

1100,000

AMIZMIZ

1974-2004

RAS

SEKSAOUA

176,245

70,525

757,000

IMINE TANOUTE

1989-2004

RAS

N'FIS

241,400

72,400

770,000

AMIZMIZ

1969-2004

-

250,000

110,000

460,000

MARRAKECH-GUELIZ

1970-2004

ASSIF EL MAL

209,400

74,300

820,000

AZEGOUR

1989-2004

Année 1969 et Août 1971 Année 1972 manquante et mois Juillet et Août 1974 et Le mois Août 1981 et 1982 RAS

SIDI HSAIN/ 6826

AMEZMIZ

229,100

70,170

1030,000

AMIZMIZ

1998-2004

RAS

SIDI RAHAL/ 6976

R'DAT

303,100

117,800

690,000

SIDI RAHAL

1968-2004

Juillet jusqu'à Novembre 1968

ZAT

291,250

107,500

760,000

AIT OURIR

1983-2004

TAHANAOUT/7512

RERAYA

255,900

80,400

925,000

TAHANAOUT

1971-2004

TALMEST/ 7660

TENSIFT

133,800

147,750

53,000

TALMEST

1985-2004

Mois de Avril 1986 jusq'à Octobre 1987 Mois d'Août 1972 et Juillet 1973 et Juillet 1974 et juin et Juillet 1976 et Juillet et Août 1977 RAS

TAZITOUNT/ 7994

OURIKA

281,950

77,800

1240,000

ARBAA TIGHADOUINE

1999-2004

RAS

TIOURDIOU/ 8411

TIFNI

277,200

69,300

1850,000

DOUAR SOUR

1996-2004

RAS

AMLOUGUI

286,850

74,150

1650,000

DOUAR SOUR

1997-2004

RAS

ILOUDJANE/ 4222 IMIN EL HAMAM/4432 MARRAKECH/ 5229 SIDI BOUATHMANE/ 6770

TAFERIAT/7352

TOURCHT/ 8804

24

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Tableau II-3 : Caractéristiques des stations hydrométriques. Nom Station hydrométrique

Emplacement

Date de mise en service

Durée utilisée

Superficie Contrôlée par la station (km2)

Remarques sur les débits journaliers manquants

AIN EL BAIDA

05/03/1969

Sep 1969 -Août 2004

10064

RAS

NEKNAFA

01/07/1970

Sep 1970 -Août 2004

1462

RAS

ARBAA TIGHADINNE

04/04/1969

Sep 1969 -Août 2004

503

RAS

TOUBKAL

12/02/1999

Sep 1999-Août 2004

Coordonnées NUM IRE

Oued

Abadla

1675/44

Tensift

Adamna

111/51

Adamna

Aghbalou

2089/53

Aremd Chichaoua

X

Y

Z

200,000 129,500 250,000 92.900

104.150

70.000

Ourika

276,150

83,050 1070,000

3604/53

Imlil

259,300

62,100 1950,000

451/52

Chichaoua

181,525 111,200 340,000

Igouzoulen

404/51

Igouzoulen

92.450

63.650

158.000

Igrounzar

401/52

zelten

103.500

91.300

IguirNkouris

510/62

N'Fis

Iloudjane

628/52

Imin El Hamam

1566/53

Sidi Bou Othmane Sidi Hsain

2431/53

Amezmiz

Sidi Rahhal

44/54

Rdat

41

RAS

27/01/1971 Sep 1971 - Août 2004

2130

RAS

TAMANAR

01/07/1997

Sep 1997 -Août 2004

430

RAS

205.000

NEKNAFA

14/12/1963

Sep 1965- Août 2004

813

du mois de Février 1971 jusqu'à Janvier 1974

238,350

55,000 1100,000

AMIZMIZ

20/03/1974

Sep 1974 -Août 2004

847

RAS

Seksaoua

176,245

70,525

757,000

IMINE TANOUTE

15/10/1974 Sep 1975 - Août 2004

571

RAS

N'Fis

241,400

72,400

770,000

AMIZMIZ

01/07/1966 Sep 1966 - Août 2004

1292

RAS

1976/53 Assif el mal 209,400

74,300

820,000

AZEGOUR

14/11/1984 Nov 1984 - Août 2004

540

RAS

70,170 1030,000

AMIZMIZ

16/12/1987

Sep 1988 -Août 2004

516

RAS

03/10/1963 Nov 1963 -Août 2004

103

RAS

229,100

303,100 117,800 690,000

CHICHAOUA

SIDI RAHAL AIT OURIR

09/02/1962 Sep 1962 - Août 2004

532

Janvier 1987 jusqu'à Août 1987

925,000

TAHANAOUT

08/03/1962 Sep 1962 - Août 2004

224

RAS

53,000

TALMEST

01/09/1970

Sep 1970 -Août 2004

19549

RAS

ARBAA TIGHADINNE

21/02/1999

Sep 1999-Août 2004

334

RAS

NEKNAFA

16/09/1963

Sep1975- Août 2004

440

RAS

Taferiat

1562/53

Zat

Tahannaout

1565/53

Reraya

255,900

80,400

Talmest

189/43

Tensift

133,800 147,750

Tazitount

3603/53

Ourika

281,950

77,800 1240,000

Zelten

400/52

Igrounzar

103.300

90.650

291,250 107,500 760,000

210.000

25

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

II-3 Etude de la morphologie, relief et hydrographie II-3-1 Hydrographie Le tracé du réseau naturel découle de la forme du relief, des pentes et des caractères lithologiques des bassins. Ce qui fait que le tracé de montagne est net et facile à interpréter alors que le tracé de plaine est confus, et comporte de nombreux affluents, bras et intercommunications. En ce qui concerne les eaux de surface, on peut considérer que seuls les bassins de montagnes sont actifs, alors que le réseau de plaine ne sert qu’à transiter leurs apports, quand il ne cause pas, de par sa conformation, des pertes importantes. Le régime des eaux en plaine est complexe du fait de l'existence d'un réseau artificiel très dense de Saguias et de khétaras, (ORSTOM, 1976). La Figure II-5 élaborée dans le cadre du travail de caractérisation du bassin qui est décrit dans le paragraphe II-4 montre la limite du bassin de Tensift et son réseau hydrographique ainsi que l’emplacement des stations pluviométriques. II-3-2 Relief et morphologie Les Figures II-6 et II-7 élaborées par le logiciel Arcgis (ESRI, 2012) dans le cadre du travail de caractérisation du bassin qui est décrit dans le paragraphe II-4, montrent respectivement les altitudes et les courbes d’égale altitude à l'équidistante de 500 m du bassin de Tensift.

Figure II-6 : Carte hypsométrique du bassin de Tensift, (Ahattab, et al., 2014). 26

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Figure II-7 : Carte des courbes de niveau de Tensift, (Ahattab, et al., 2014).

Le bassin de Tensift peut être divisé en trois zones de reliefs correspondant à des modelés assez voisins : 

La zone de pleine montagne (sud du bassin) : C'est l'arête dorsale du haut Atlas, qui correspond essentiellement aux formations métamorphiques et éruptives. Les formes sont nettes, les arêtes assez vives, les pentes très fortes, on note cependant de nombreuses falaises, surtout dans les formations calcaire du II aire. L'altitude est généralement supérieure à 2000 m sur toute la crête du haut Atlas, à l'ouest. Le point culminant est le Toubkal avec 4167m ;



La zone de bordure ou pré Atlas (centre-sud du bassin) : Dans cette zone le relief reste vif, souvent abrupt et le contact avec la plaine est assez brutal. On peut situer cette zone entre 1 000 et 2 000 m, bien qu'en plusieurs points les altitudes dépassent 2000 et même 2 500m. Les formations métamorphiques et éruptives conservent une grande importance, surtout à l'Ouest, mais les formations marno-gréseuses et calcaires dominent à l'Est. Les argiles du trias, presque toujours salifères, correspondent à des formes massives tandis que les calcaires jurassiques donnent des reliefs compliqués et abrupts ;



La zone de la plaine (nord et nord-ouest du bassin) : Il s'agit d'une sorte de glacis dont la pente générale, déjà douce au départ s'atténue de la montagne vers le Tensift. Sur la rive gauche de l'oued, on peut vraiment parler de plaine dont la monotonie est à peine troublée 27

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

par quelques buttes qui ne jouent aucun rôle dans le régime des eaux, (ORSTOM, 1976 ;Stedinger, 1992).

II-4 Délimitation et caractérisation des sous bassins du bassin de Tensift II-4-1 Délimitation Pour pouvoir délimiter les sous bassins et extraire le réseau hydrographique, on s’est basé sur le modèle numérique de terrain MNT issu de la mission Shuttle Radar Topography Mission SRTM, (Jarvis et al., 2008) (source : site de la NASA). Ces images ont une résolution de 90m et sont présentées sous forme de tuiles de 5 degré x 5 degré dans le système de coordonnées GCS_WGS_1984 (Geographic Latitude and Longitude). Pour pouvoir couvrir la zone d’étude, on a utilisé 9 images. Le traitement a été effectué à l’aide de l’utilitaire Arc Hydro qui représente un ensemble de modèles de données et d'outils opérant dans ArcGIS lors de la prise en charge des analyses de données géo spatiales et temporelles. Cet utilitaire permet de faire plusieurs opérations à savoir : délimiter et caractériser les lignes de partage des eaux aux formats raster et vecteur, définir et analyser le réseau hydro géométrique, gérer les données chronologiques et exporter les données vers des modèles numériques ; (ESRI, 2011). Il utilise le schéma montré sur la figure II-8 pour extraire les sous bassins contrôlés par les stations hydrométriques et le réseau hydrographique :

Figure II-8 : Schéma des étapes de délimitations des sous bassins par ARCHYDRO.

28

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Ces différentes étapes ont été appliquées sur les images SRTM de la zone étudiée. Ce travail et ses résultats sont résumés dans le tableau II-4. Tableau II-4 : Etapes de délimitation et de caractérisation des sous bassins de Tensift.

Le premier travail consiste à télécharger 9 images pour couvrir la zone d’étude et à projeter le DEM dans le système de coordonnées projeté WGS_1984_Complex_UTM_Zone_29N dans lequel se trouve la zone d’étude.

L’outil “FillSinks” utilisé permet de corriger les erreurs dues à la résolution des données et à l’arrondissement des élévations à la plus proche valeur entière. Cette correction est nécessaire pour une meilleure délimitation des bassins.

L’outil “Flow direction” utilisé permet de créer un raster de direction de flux à partir de chaque cellule vers son voisin de plus grande pente descendante. Un raster en sortie est créé représentant le rapport de la variation maximale d'altitude à partir de chaque cellule dans la direction du flux sur la distance du trajet entre le centre des cellules, exprimé en pourcentage. Il y a huit directions en sortie valides relatives aux huit cellules adjacentes dans lesquelles le flux peut circuler. Cette méthode, généralement appelée "modèle de flux à huit directions (D8)", repose sur l'approche de Jensen et Domingue, (Jensen, et al., 1988). L’outil “Flow Accumulation” utilisé permet de calculer le flux accumulé sous la forme d'une pondération cumulée de toutes les cellules s'écoulant dans chaque cellule en pente descendante du raster en sortie. Si aucun raster de pondération n'est fourni, on attribue la pondération 1 à chacune des cellules, et la valeur des cellules du raster en sortie correspond au nombre de cellules qui s'écoulent vers chaque cellule.

29

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

L’outil “Catchment Grid Delineation” permet de délimiter les sous bassins.

L’outil “Drainage Line Processing” permet d’extraire le réseau hydrographique.

L’outil “Batch Watershed Delineation” permet de délimiter les sous- bassins contrôlés par un point ou une station hydrométrique.

Ce processus a permis de délimiter les sous bassins versants montrés sur la figure II-9. Ce qui a permis de caractériser chaque sous bassin en lui calculant ses paramètres structurels (surfaces, périmètres, altitude…) résumés dans le tableau II-5.

Figure II-9 : Carte d’emplacement des sous bassins contrôlés par les stations hydrométriques, (Ahattab, et al., 2015(a)). 30

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

II-4-2 Calcul des caractéristiques hydrologiques des sous bassins de Tensift La détermination des paramètres caractéristiques des sous bassins de Tensift et du réseau d’écoulement est fondamentale, dans la mesure où ils permettent de calculer les caractéristiques hydrologiques. Ces derniers sont à la base de la compréhension de la réponse hydrologique

de ces sous bassins par rapport aux événements pluviométriques qu’ils

reçoivent. Dans ce sens, on a utilisé l’utilitaire ArcHydro pour calculer les différents paramètres physiographiques de forme, tels que : la surface et le périmètre du bassin, les caractéristiques de relief à partir de la courbe hypsométrique (altitude moyenne, médiane, maximale et minimale, dénivelé spécifique), et les longueurs caractéristiques. Ainsi que les caractéristiques du réseau nécessaire pour trouver la pente moyenne de l’écoulement, et le temps de concentration. Cet utilitaire a permis de calculer les paramètres résumés dans le tableau II-5. La lecture du tableau II-5 montre que les sous bassins versants ont des surfaces très variées allant de 19549 Km2 pour le grand bassin de Tensift avec son talweg le plus long de longueur 322Km et dont l’exutoire est la station Talmest, à 41 Km2 pour le bassin dont l’exutoire est la station Armed et dont le talweg le plus long a une longueur de 12Km. Les altitudes minimale et maximale varient aussi selon l’emplacement du bassin, allant de 35m dans les zones de plaines à 4123m dans le haut Atlas. De la même manière, la pente du cours d’eau a des valeurs assez contrastées variant de 0.97% pour le bassin contrôlé par la station Talmest à 17.41% pour celui contrôlé par la station Armed. On conclut que le bassin de Tensift se caractérise par une grande diversité du relief et de la topographie : 

37.7% de la surface est occupée par des zones de plaines dont l’altitude moyenne est inférieure à 500m,



Près de 40% de la surface est occupée par des zones intermédiaires dont l’altitude moyenne est entre 500m et 1500m,



22% de la surface est occupée par des zones de montagnes dont l’altitude moyenne est supérieure à 1500m.

31

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

Tableau II-5: Récapitulatif des caractéristiques du relief et du réseau hydrographique du bassin de Tensift calculés par Archydro.

Nom du bassin

Abadla Adamna Aghbalou Armed Chichaoua Igouzoulen Igrounzar IguirNkouris Iloudjane Imin El Hamam Sidi Rahal Sidi Bou Othmane Sidi Hsain Site Taskourt Taferiat Tahanaout Talmest Tazitount Zelten

Altitude min (m) 245 69 985 1910 341 155 212 1067 760 743 693 828 1050 950 762 1051 35 1220 210

Caractéristiques des bassins Altitude Altitude surface max (m) moy (m) (Km2) 4123 1094 10064 1691 714 1462 3991 2447 503 4123 3019 41 3319 1223 2130 1206 679 430 1691 780 813 4082 2211 847 3319 1828 571 4082 2067 1292 3540 1728 540 3568 1939 516 3256 1922 103 3568 2011 427 3885 1851 532 4123 2168 224 4123 908 19549 3991 2677 334 1595 811 440

Caractéristiques du Talweg le plus long périmètre Longueur pente Altitude Altitude Altitude Km Km moy % max (m) 5% (m) 95% (m) 761 210.9 3221 290 1687 1.41 300 109.1 1581 113 1054 1.38 153 51.0 3772 1105 2862 5.47 39 12.0 4004 1951 3398 17.41 376 104.0 3149 406 1555 2.70 129 50.3 1196 208 836 2.07 216 80.5 1581 277 1151 1.70 249 80.6 3221 1140 2332 2.68 157 53.5 3149 831 1783 4.48 294 110.2 3221 875 2169 2.25 172 58.1 2733 753 1685 3.50 135 51.9 3011 913 2053 4.19 66 23.2 3220 1159 2196 9.18 120 44.0 3011 1005 2056 4.65 186 65.2 3847 846 2323 4.73 108 34.1 4004 1116 2922 8.65 1078 321.9 3168 89 1405 0.97 142 42.0 3772 1345 2927 6.08 175 62.8 1546 253 932 2.11

Hmoy : L’altitude moyenne du bassin qui permet d’analyser les lois réglant les précipitations et le ruissellement superficiel. Elle est calculée, sur la base de la courbe hypsométrique, par la relation suivante : 𝑯𝒎𝒐𝒚 = 𝑨𝟏 𝒊 𝑺𝒊 × 𝒉𝒊+𝒉𝒊+𝟏 (II-1) 𝟐 Hi : Courbe de niveau i en m ; Si : Aire comprise entre deux courbes de niveau consécutives et A : surface totale en Km2. 32

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

II-5 Calcul des paramètres structurels Les données obtenues par Archydro permettent de calculer d’autres paramètres qui ont pour objectif de caractériser le bassin étudié ainsi que son réseau hydrographique. On distingue alors : II-5-1 Caractéristiques de forme Indice de forme de Horton KH et l’indice de compacité de Gravelius KG qui permettent de déterminer la configuration géométrique et la forme du bassin telle que projetée sur un plan horizontal. Cette configuration influence l’écoulement de surface qui représente la réponse du bassin vis-à-vis de la pluie qu’il reçoit. Ces deux paramètres sont calculés par les deux relations suivantes (Serhir , 2010 ; Musy, 2005): - Indice de compacité de Gravelius : 𝑲𝑮 = - Indice de forme de Horton :

𝑷 𝟐 𝝅𝑨

(II-2)

𝑨 𝑳

(II-3)

𝑲𝑯 = 𝟐 Avec : 

A : surface du bassin en Km2 ;



L : longueur du talweg le plus long en Km ;



P : périmètre du bassin en Km.

La classification des sous bassins par type en fonction de l’indice de forme de Horton (1945) et l’indice de compacité de Gravelius (1914) est donnée selon le tableau II-6 suivant : Tableau II-6 : Critères de classification des sous bassins par type.

Type de bassin

Intervalle

Ramassé

KH > 1 et KG < 1.15

Allongé

KH < 1 et KG > 1.5

II-5-2 Longueur et largeur du rectangle équivalent La notion du rectangle équivalent permet de comparer le comportement hydrologique de deux bassins. Il s’agit d’une transformation géométrique en vertu de laquelle on assimile le bassin à un rectangle ayant le même périmètre et la même superficie. Les dimensions du rectangle équivalent se calculent en Km par les relations suivante ; (Musy, 2005): 33

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

- Longueur du rectangle équivalent : 𝟏. 𝟏𝟐 𝟏− 𝑲𝑮

𝟐

𝑨 𝟏. 𝟏𝟐 𝟏− 𝟏− 𝟏. 𝟏𝟐 𝑲𝑮

𝟐

𝑨 𝑳𝒆𝒒 = 𝑲𝑮 𝟏+ 𝟏. 𝟏𝟐

(II-4)

- Largeur du rectangle équivalent : 𝒍𝒆𝒒 = 𝑲𝑮

(II-5)

Les valeurs calculées des indices de Horton et de Gravelius ainsi que des longueurs et des largeurs équivalentes pour les sous bassins de Tensift sont résumés sur le tableau II-7. Tableau II-7 : Récapitulatif des indices de forme des sous bassins de Tensift. STATION

Abadla Adamna Aghbalou Armed Chichaoua Igouzoulen Igrounzar IguirNkouris Iloudjane Imin El Hamam Sidi Rahal Sidi Bou Othmane Sidi Hsain Site Taskourt Taferiat Tahanaout Talmest Tazitount Zelten

KG 2.139 2.215 1.930 1.710 2.300 1.751 2.133 2.417 1.849 2.304 2.094 1.676 1.831 1.645 2.273 2.027 2.176 2.196 2.358

KH 0.226 0.123 0.193 0.284 0.197 0.170 0.125 0.130 0.200 0.106 0.160 0.191 0.192 0.221 0.125 0.192 0.189 0.189 0.112

Leq (Km) 354.777 140.815 70.088 17.109 177.568 57.349 100.544 118.440 70.854 138.553 80.134 59.290 29.742 52.534 87.524 49.676 504.506 66.655 83.055

leq (Km) 28.368 10.381 7.170 2.380 11.995 7.499 8.090 7.148 8.065 9.322 6.738 8.704 3.468 8.119 6.077 4.510 38.749 5.010 5.303

Leq/leq 12.5 13.6 9.8 7.2 14.8 7.6 12.4 16.6 8.8 14.9 11.9 6.8 8.6 6.5 14.4 11.0 13.0 13.3 15.7

Les valeurs de KG et de KH montrent que les sous bassins de Tensift ont tous des formes allongées (KH1.5). Le rapport entre la longueur et la largeur équivalente varie entre 7.2 pour le sous bassin de la station Armed à 15.7 pour le bassin de la station Zelten. II-5-3 Indices de pente Les indices de pente dont la connaissance est d’une grande importance car les fortes pentes favorisent le ruissellement pour les bassins versants. On peut distinguer différents 34

Chapitre II : Présentation et caractérisation du bassin versant de Tensift

paramètres et indices de pente résumés dans le tableau II-8, (Serhir , 2010 ; Musy, et al., 1998). Tableau II-8 : Récapitulatif des formules de calcul des indices de pente

Indice de pente

Paramètres nécessaires

La pente moyenne du bassin

 L : la longueur du cours d’eau considéré (Km).  hmoy : L’altitude moyenne du bassin (m).

𝒉𝒎𝒐𝒚

𝑷𝒎𝒐𝒚 = 𝟐 𝑳 (en m/Km) L’indice de pente classique

𝑰=

(𝑯𝒎𝒂𝒙 −𝑯𝒎𝒊𝒏) (%) 𝑳𝒆𝒒

Indice de pente global

𝑰𝒈 =

𝑫𝒖 𝑳𝒆𝒒

(%)

 Hmax : l’altitude maximale du bassin (m) ;  Hmin : l’altitude minimale du bassin (m) ;  Leq : la longueur du rectangle équivalant.

 Du : la dénivelée utile qui est l’altitude entre laquelle s’inscrit 90% de la surface du bassin. Elle est calculée par la formule II-9 suivante : 𝑫𝒖 = 𝑯𝟓% − 𝑯𝟗𝟓% (m)

Numéro équation (II-6)

(II-7)

(II-8)

(II-9)

La classification du relief du bassin en fonction de l’indice de pente global est donnée selon le tableau II-9 de l’IRD, (IRD, 2001) suivant : Tableau II-9 : Classification du relief des sous bassins de surface inférieure à 25Km2par indice de pente, (IRD, 2001).

Nature de relief Bassin de plaine

Intervalle de l’indice de pente Ig< 0.5 %

Entre plaine et ondulation du terrain

0.5 % 150

Zone

V-3-6 Formule de Mac-Math a. Méthode de réadaptation La formule de Mac-Math s’écrit : cI d (e) = j ∗ ˆ( #N", e ∗ O

,TW

∗Y

,N#

(V-29)

On suit la même démarche pour la formule Mallet-Gauthier que celle adoptée pour la formule de Mac-Math. b. Résultats de la réadaptation de la méthode Le paramètre K de la formule a été recalculé pour six périodes de retour (2, 5, 10, 20, 50 et 100ans) et pour les trois zones homogènes ainsi que pour tout le bassin de Tensift. Les résultats sont résumés dans le tableau V-21. Tableau V-21: Résultats de la réadaptation de la formule de Mac-Math sur le bassin de Tensift.

Zone Zone 1 Zone 2 Zone 3 Bassin entier

(T=2 ans) K 0.167 0.177 0.183 0.196

(T=5 ans) K 0.257 0.288 0.302 0.314

(T=10 ans) (T=20 ans) (T=50 ans) (T=100 ans) K K K K 0.308 0.350 0.397 0.430 0.326 0.352 0.372 0.384 0.369 0.425 0.489 0.534 0.378 0.431 0.490 0.531

150

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift c. Conclusion Le calcul du paramètre K de la formule de Mac-Math pour le contexte du bassin de Tensift a permis de déduire les conclusions suivantes : •

Le coefficient K augmente avec la période de retour mais aussi avec la pente et la nature du terrain puisque les plus grandes valeurs sont enregistrées pour la zone 3 caractérisée par des pentes aigues et des altitudes fortes ;

•

Les valeurs obtenues cadrent bien avec les valeurs recommandées pour le paramètre K de la formule de Mac Math, normalement tirée à partir du Tableau IV-10. Toutefois, la détermination des zones homogènes que nous avons effectuée sur la base des cartes géologiques, pédologiques, la carte d’occupation des sols et la carte des pentes nous a permis d’acquérir une connaissance plus fine sur les valeurs de ce paramètre selon chaque zone et par période de retour. Nous déduisons en effet que les valeurs de K calculées pour la zone 3 sont approximativement les mêmes que celles calculées pour le bassin entier. La même remarque peut être faite pour la zone 1 et la zone 2. Et on retient que le relief et la pente sont des paramètres déterminants dans le choix de la valeur à affecter à ce paramètre ;

•

On recommande d’utiliser le paramètre K de la formule Mac-Math pour les différentes zones comme l’indique le tableau V-22.

Tableau V-22 : Recommandations pour l’utilisation de la formule de Mac-Math pour le bassin de Tensift.

K

T 2 ans

0.17

5 ans

0.27

10 ans 20 ans 50 ans 100 ans

0.31

2 ans

0.19

5 ans

0.31

10 ans 20 ans 50 ans 100 ans

0.37

0.35 0.38 0.41

0.43 0.49 0.53

Contexte du bassin • Terre cultivé et terrain vague avec des pentes et des altitudes faibles inférieures à 300m. • Bassin versant caractérisé par des pentes moyennes et des altitudes modérées inférieures à 600m.

• Bassin versant de grande dimension avec grande hétérogénéité. • Bassin versant caractérisé par des pentes aigues et des altitudes élevées supérieures à 600 m.

151

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift V-3-7 Validation et comparaison des résultats obtenus par la réadaptation des formules empiriques Pour pouvoir valider les résultats de réadaptation obtenus, on a suivi la démarche suivante : •

Calcul des crues de projet par les cinq formules empiriques réadaptées et ce pour les différentes périodes de retour recommandées.

•

Analyse exploratoire des données de validation qui sont les débits max instantanés observés au niveau des stations hydrométriques pour les années 2005 jusqu’à 2008. Pour ce faire, on a tracé l’évolution des débits max annuels pour les années de mesure disponibles. Ce travail a été effectué pour tous les bassins et pour chaque zone homogène, (figure V-31 jusqu’à V-33). L’analyse de ces figures montre que les années de validation ont connu des débits max d’intensité assez faibles qui restent inférieurs aux moyennes calculées sur la base des années de mesures disponibles. Ainsi on déduit que ces années étaient sèches.

•

Détermination de la période de retour des événements de validation (Débits max instantanés observés au niveau des stations hydrométriques) de 2005 à 2008. Ainsi on s’est basé sur les quantiles et les intervalles de confiance obtenus par l’étude statistique appliquée sur les débits max instantanés observés qui s’étalent jusqu’à 2004. On a trouvé les intervalles de confiance dans lesquels sont incluses ces valeurs observées.

•

Comparaison des valeurs calculées par les formules empiriques réadaptées, aux valeurs des débits max observés de même période de retour.

Une analyse des résultats trouvés montre que pour tous les sous bassins, les périodes de retour trouvées pour les débits max instantanés observés sont inférieures à celles des formules empiriques. Ce constat confirme que les années de validation étaient des années sèches. Toutefois pour les épisodes qui ont des périodes de retour proche de 10ans (5 sur les 60 débits max instantanés observés aux niveaux de toutes les stations), les valeurs de ces débits s’approchent mais restent inférieurs aux valeurs calculées par les formules empiriques. On conclut alors que les formules empiriques réadaptées surestiment les débits de projet puisque leurs paramètres régionaux ont été calculés à partir des événements extrêmes vécus.

152

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift

Figure V-31 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le premier groupe homogène

Figure V-32 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le deuxième groupe homogène

153

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift

Figure V-33 : Evolution des débits max instantanés annuels pour le troisième groupe homogène

V-3-88 Conclusion sur les méthodes empiriques Les méthodes empiriques sont utilisées lorsqu’on ne possède que peu ou pas de données sur les débits des crues dans une région. Des formules sont établies pour de nombreux cours d’eau et dans divers pays, permettant d’estimer soit des débits maximums de crues cr soit des débits fréquentiels à partir de certaines caractéristiques du bassin versant en les complétant parfois par certaines données météorologiques en particulier la pluviométrie. L’utilisation de ces formules, sans disposer de détails plus précis sur su leurs conditions d’utilisation, sation, entraîne nécessairement une mauvaise estimation du débit de crue de projet dont dépend la fiabilité technique et financière de toute structure hydraulique. Dans ce sens, on s’est intéressé à cinq des formules les plus utilisées utilisées au Maroc à savoir : la formule de Fuller, la formule de Myer, la formule de Francou Rodier, la formule de MacMac Math et la formule de Mallet-Gauthier. Gauthier. Toutes ces formules font intervenir des paramètres qui ont été recalculés pour le bassin de Tensift. Les corrélations établies et les nouveaux paramètres calculés pour chaque méthode ainsi que la comparaison des valeurs de ces paramètres à ceux recommandés au Maroc, nous a permis de définir les formules à recommander pour chaque zone homogène du bassin de Tensift et les périodes de retour préconisées pour chacune. La comparaison des débits calculés par ces différentes formules réadaptées, aux valeurs des débits max instantanés observés de 2005 à 2008 pour tous les bassins versants, versants a montré que les années de validation étaient des années sèches. Toutefois les valeurs surestimées des 154

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift débits calculés par les formules réadaptées, par rapport aux débits max observés de même période de retour, permettent de conclure que leur utilisation donnera un dimensionnement plus sécuritaire des ouvrages hydrauliques. L’ensemble des paramètres et des recommandations trouvés pour les formules empiriques réadaptées sont résumées dans le tableau V-23.

155

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift

Tableau V-23 : Récapitulatif des paramètres et des recommandations trouvés pour les formules empiriques réadaptées pour le bassin de Tensift.

Formule et paramètres recommandés, d’après bibliographie, au Maroc Myer cI d e = j ∗ kM • Qmax(T) : débit de crue de projet (m3/s). • A : surface du bassin versant (Km2). • n : nombre compris entre 0,4 et 0,8. • K : cote de Myer, fonction des caractéristiques du bassin donné au tableau IV-9, (T=1000 ans). Fuller u{|} ~ = • + |. €•‚~ • Qmax(T) : débit de crue de projet en m3/s. • q : moyenne des débits maximas de chaque année en m3/s pour toutes les années de mesure disponibles ; • T : période de retour en années ; • a : facteur régional, qui varie de 0,8 à 1,2 pour les oueds du Rif et de 3 à 3,5 pour les oueds sahariens. Francou Rodier k yj/ cI d e = \ ˜ W ™ • Qmax(T) : débit de crue de projet en m3/s. • A : aire du bassin en Km2. • K : paramètre régional qui varie de 4 à 5, (T=100ans).

Domaine de validité recommandé Altitude Pannuelle Zone mm/an m

Valeurs calculées des paramètres régionaux Période de retour 10ans

Zone3

>150

>600

20ans 50ans 100ans

Zone

Zone 1

Zone3

Pannuelle mm/an

Altitude

100-150

>150

Bassin de Tensift

600

R2

Relation Q = 75.1 ∗ S

Q = 115.6 ∗ S Q = 184.3 ∗ S Q = 250.5 ∗ S

,Ž••

0,786

,Ž•’

0.700

,Ž–•

0.649

,Ž –

0,600

Période de retour 50ans

2.6

0.828

100ans

3.0

0.927

1000ans

4.3

0.970

50ans

5.6

0.636

100ans

5.8

0.708

1000ans

6.6

0.734

Période de retour

K

R2

10ans

1.8 à 2.2

71% à 79%

20ans 50ans 100ans

2.2 à 2.5 2.6 à 2.7 2.8 à 2.9

70% à 72% 70% 65% à 69%

a

R2

156

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift

Formule et paramètres recommandés, d’après bibliographie, au Maroc Mallet Gauthier u{|}(~) = #. š. €•‚(

+ |›).

œ √•

Domaine de validité recommandé

. ‡ + N. €•‚(~) − €•‚(œ)

• Qmax : le débit de crue de projet en m3/s ; • H : module pluviométrique annuel moyen (m). • A : superficie en Km2 ; • L : longueur du Talweg principal en Km ; • T : période de retour en années. • K : coefficient variant de 0,5 pour les grands bassins versants à faible pente à 5 pour les petits bassins versants à forte pente ; • a : coefficient géographique variable entre 20 et 30 (au Maroc est pris égal à 20). Mac-Math

cI d (e) = j ∗ ˆ( #N", e ∗ O

,TW

∗Y

,N#

• Qmax : le débit maximal pour la période de retour T en m3/s ; • S : superficie du bassin en km2; • I : pente moyenne du bassin en m/m; • P : précipitation maximale moyenne bassin en 24h de période de retour T en mm ; • K : coefficient qui varie de 0.11 à 0.42 dépendant du couvert végétal et de la topographie et pouvant être estimé à partir du tableau IV-10.

Valeurs calculées des paramètres régionaux Période de retour

K

10

1.05

20

1.5

50

1.7

100

1.9

Bassin de Tensift

Zone

Pannuelle mm/an

Altitude

Zone

Pannuelle mm/an

Altitude

Zone

Zone 1

100-150

600

Zone3

>150

>600

Zone3

• Terre cultivé et terrain vague avec des pentes et des altitudes faibles inférieures à 300m. • Bassin versant caractérisé par des pentes moyennes et des altitudes modérées inférieures à 600m. • Bassin versant de grande dimension avec grande hétérogénéité. • Bassin versant caractérisé par des pentes aigues et des altitudes élevées supérieures à 600m.

Période de retour

K

2 5 10 20 50 100 2 5 10 20 50 100

0.17 0.27 0.31 0.35 0.38 0.41 0.19 0.31 0.37 0.43 0.49 0.53 157

Chapitre V : Réadaptation des méthodes d’estimation des crues de projet au contexte et données récentes du bassin de Tensift

158

CHAPITRE VI PLATEFORMEINFORMATIQUE POUR GUIDER AU CHOIX DES METHODES D’ESTIMATION DES CRUES DE PROJETET AU DIMENSIONNEMENT DES POH

158

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH

Introduction Une multitude de méthodes d’estimation des crues de projets existent et sont utilisées dans le but de dimensionner les ouvrages hydrauliques en génie civil (barrages, ponts, ouvrages de franchissement routier, réseaux d’assainissement..). L’objectif du présent chapitre est l’élaboration d’une plateforme informatique qui va aider les utilisateurs à choisir la méthode d’estimation des crues de projets la plus adaptée selon les données disponibles, l’ouvrage à dimensionner et la période de retour préconisée. Cette plateforme sera munie d’un guide technique qui synthétise les méthodes et la démarche à suivre pour le dimensionnement des petits ouvrages hydrauliques(POH). Ces ouvrages, qui sont nécessaires au franchissement des cours d’eau impactent beaucoup les inondations des chaussées, routes, autoroutes, chemins de fer … car ils font l'objet d'études souvent moins élaborées que les grands ouvrages. Cette plateforme constituera alors une aide efficace pour le dimensionnement des grands et petits ouvrages hydrauliques.

VI-1Préparation des entrées de la plateforme informatique VI-1-1 Présentation des descripteurs des méthodes d’estimation des crues de projet La connaissance des débits de crues pour une période de retour donnée est très importante pour l’exploitation des ressources en eau ainsi que pour la protection contre les inondations. Au cours des années, des méthodes et des modèles ont été élaborés, permettant d’estimer les caractéristiques des crues, et tout particulièrement les débits de pointe. Une question s’impose alors: Quelles méthodes peuvent être utilisées dans la pratique pour estimer les crues ? Pour répondre à cette question fondamentale, différents aspects du problème doivent être pris en compte à savoir : •

Quel est l’objectif de l’étude et quel est le type d’ouvrage à dimensionner ?

•

Pour quel risque hydrologique et/ou période de retour l’ouvrage sera dimensionné ?

•

Quels types de données, pluie et/ou débit sont disponibles ? Et quelle est la longueur des séries d’observations disponibles?

•

Quelle est la surface (ou la dimension) du bassin versant, quelles informations sont disponibles à son sujet ?

•

Quels paramètres caractérisant le bassin sont aussi connus et avec quelle précision?

159

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH La prédétermination du débit de projet peut généralement se faire selon deux approches : 1- La modélisation hydrologique ; 2- Les approches de calcul basées sur des méthodes hydrométéorologiques, statistiques ou empiriques. L’objectif de la modélisation pluie-débit est de représenter de façon simplifiée la réalité complexe de la transformation de la pluie en débit. Elle est réalisée par l’utilisation des relations pluie-débit à élaborer dans un bassin versant et consiste à y traduire les pluies enregistrées en un hydrogramme de débit simulé et généré par ces pluies. Deux fonctions sont considérées pour simuler la transformation de la pluie tombée en un écoulement à l’exutoire : -

La fonction de production : qui assure le passage de la pluie brute en une partie infiltrée et une partie ruisselée dite pluie nette ;

-

La fonction de transfert : qui permet de calculer l’acheminement de la pluie ruisselée à l’exutoire de l’unité hydrologique étudiée.

Une recherche bibliographique nous a permis de mettre en évidence plusieurs logiciels pour faire la modélisation hydrologique. Parmi ces logiciels, on cite les plus courants: le logiciel Hydrologic Modelling System HEC HMS(USACE, 2000), le logiciel ATelier HYdrologique Spatialisé ATHYS(IRD, 2011), Le logiciel GARDÉNIA (Modèle Global À Réservoirs pour la simulation de DÉbits et de NIveaux Aquifères)(BRGM, 2012)… Chaque logiciel repose sur des processus de simulation hydrologique différents et est basé sur des entrées différentes. Le calcul permettra de donner l’hydrogramme de crue associé à l’événement pluviométrique exceptionnel sollicitant le bassin versant et le débit de pointe est alors déduit. Dans le présent travail, on se propose d’élaborer une plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet. Pour cela,on s’est focalisé sur l’intégration des méthodes d’estimation d’un débit de crue de projet ne requérant pas la spécification d’un logiciel précis de calcul. Les méthodes de calcul d’un débit de crue de projet utilisées peuvent être classées en trois grandes familles : Méthodes statistiques ; Méthodes hydrométéorologiques : Gradex et rationnelle ; Formules empiriques et analogiques. Etant donné qu’on a détaillé la description mathématique de ces méthodes et plus particulièrement celles les plus utilisées au Maroc dans le chapitre IV. Ensuite on a réadapté les paramètres régionaux de ces méthodes dans le bassin de Tensift, (voir chapitre V). 160

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH Dans le présent chapitre, on se propose de décrire certains aspects relatifs à chaque méthode dont : • Les objectifs de la méthode et son domaine d’utilisation (taille du bassin versant, situation géographique, région urbaine ou rurale, conditions climatiques...) ; • Les descripteurs et données nécessaires au fonctionnement de la méthode ; • Les précisions et limites d’utilisation et quelques précisions sur les avantages d’une méthode par rapport à une autre. VI-1-1-1 Méthodes statistiques a. Objectifs et domaine d’utilisation En général, les méthodes statistiques permettent de calculer le débit de projet pour une période de retour donnée. Elles sont adaptées aux cours d’eau correctement ou partiellement échantillonnés (séries observées ou allongées sur au moins dix ans, (Brochard, et al., 2008)). La majorité des stations du réseau hydrométrique doivent être correctement jaugées et fournissent un échantillon suffisant permettant de caler des lois statistiques. Les mesures utilisées sont en général, les débits maximums instantanés ou les débits maximums jours annuels ou toutes les valeurs dépassant un seuil. Ces méthodes peuvent être utilisées pour les bassins jaugés de tailles petites à grandes, à caractères urbains ou ruraux,(Chapitre IV paragraphe IV-2). b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement Pour avoir de bons résultats, on doit disposer des séries de mesures de débits de longueurs supérieures à 10ans. Les séries de mesure doivent être homogènes, stationnaires et indépendantes. c. Contraintes et limites d’utilisation Quoique ces méthodes soient les plus fiables elles ne peuvent être utilisées que pour un bassin jaugé. Aussi, la validité des résultats d'une analyse fréquentielle dépend du choix du modèle fréquentiel et plus particulièrement de son type. Diverses pistes peuvent contribuer à faciliter ce choix, mais il n'existe malheureusement pas de méthode universelle et infaillible. La précision de la prévision du débit de crue de projet obtenue est étroitement liée à l’effectif de l’échantillon disponible et à la qualité de l’ajustement statistique retenu. d. Description de la méthode Les étapes suivantes résument la démarche à suivre pour calculer le débit de projet pour une période de retour donnée par la méthode statistique. Le logiciel HYFRAN (INRS-EAU, 1998) peut être utilisé pour effectuer ces étapes.

161

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH 1. Analyser et critiquer les données de base ; 2. Calculer les caractéristiques statistiques de l’échantillon (moyenne, écart type, variance…). 3. Trier les données par un ordre de classement donné : croissant; 4. Choisir une formule de calcul des fréquences empiriques (Weibull, Hazen, Cunnane, Lewis

ou Tukey) ; 5. Choisir une loi de répartition statistique (Gumbel, Exponentielle, Log normale, Log

Pearson…) ; 6. Tracer sur un papier de probabilité (normale ou de Gumbel) les deux distributions empirique

et théorique en portant en abscisse les fréquences et en ordonné la variable aléatoire ; 7. Juger la qualité de l’ajustement d’après le tracé graphique ; 8. Si la qualité de l’ajustement est jugée acceptable, passer au test d’adéquation statistique de

Khi Deux pour retenir ou rejeter la fonction de répartition théorique ajustée ; 9. En cas de rejet, reprendre les étapes 5 à 8 pour un choix différent de la loi théorique ; 10. En cas d’acceptation, extrapoler la loi de probabilité retenue pour faire la prévision des crues

de projet pour différentes périodes de retour. Ensuite calculer des intervalles de confiance autour des paramètres et quantiles estimés pour mieux qualifier la validité des résultats obtenus et chiffrer convenablement la confiance à accorder aux prévisions calculées. VI-1-1-2 Méthode Gradex a. Objectifs et domaine d’utilisation La méthode du Gradex a pour but d’estimer les débits maximaux de crues pour des fréquences d’apparition rares à très rares (temps de retour supérieur à 100 ans). Elle s’applique notamment lorsque l’on dispose d’une longue série de mesure de pluie pour le bassin, permettant ainsi de valoriser au maximum l’ensemble des données hydrologiques disponibles. Elle est applicable sur des bassins versants dont la superficie varie de quelques km2 à 5000 km2 et relativement imperméables. Elle s’applique pour les bassins dont les crues sont générées par la pluie et non la fonte de la neige et dont le temps de concentration peut varier de 1 h à 4 jours, (Chapitre IV paragraphe IV-3-1). b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement L’application de la méthode nécessite la disponibilité des séries de mesure de pluie max jour assez longues homogènes, stationnaires et indépendantes, aux différents postes pluviométriques régionaux. Le temps de concentration du bassin et la surface du bassin doivent être calculés avec précision.

162

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH c. Contraintes et limites d’utilisation La méthode repose sur le principe que le bassin versant a une limite de saturation. Une fois cette limite dépassée, la croissance de la fonction de distribution du débit moyen est égale à celle des précipitations. Donc la connaissance du débit charnière de saturation est cruciale pour l’obtention de résultats précis. Ce paramètre dépend des conditions d’humidité initiales et de la perméabilité du sol et sa période de retour varie entre 10 et 50 ans, (Guillot, et al., 1967). La méthode ne peut s’appliquer qu’à des bassins versants assez imperméables, de 5000 km2 au maximum avec un temps de concentration ne dépassant pas 5 jours. Elle permet de calculer les débits maximaux de crues pour des périodes de retour supérieures à 100ans. d. Description de la méthode Le fondement de la méthode de Gradex décrit dans le paragraphe IV-3-1 du chapitre IV est décliné selon un ensemble d’étapes qui traduisent la démarche à suivre pour calculer le débit de projet pour une période de retour donnée par cette méthode : 1. Préparer les séries des pluies max jour annuelles par poste et vérifier l’homogénéité et l'indépendance ; 2. Ajuster les séries à la loi Gumbel (double exponentiel) puis relever le Gradex des pluies de durée 24h par station. C’est le Gpposte(24h) qui est la pente de la droite de Gumbel représentant la série des pluies max jour annuelles sur du papier Gumbel ; 3. Calculer le Gradex moyen de pluie du bassin versant Gp(24h) par pondération des valeurs des Gradex des pluies de durée 24h des stations internes et avoisinants Gpposte(24h) (par la méthode des polygones de Thiessen, à partir de la cartographie réalisée par krigeage…) ; 4. Calculer le débit de saturation Q(Ts) par la méthode statistique en cas de disponibilité d’une série de données de débit ou par la méthode rationnelle ou par formule empirique dans le cas échéant. La période de retour Ts de saturation dépend de la connaissance disponible sur la perméabilité du bassin (la période de retour de 10ans est recommandée) ; 5. Calculer le temps de concentration tc et disposer de la surface du bassin versant A ; 6. Calculer le Gradex de pluie de durée tc à partir de Gp(24h) par la formule régionale : =

∗

.

VI -1

7. Le Gradex de débit sur une durée égale à tc représente la variation de l’écoulement obtenue à partir d’une variation de pluie de même durée au cours d’un écoulement intégral, au-delà des conditions de saturation du bassin. Le Gradex de pluie de durée égale à tc Gp(tc) est

163

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH alors converti en un Gradex de débit de durée correspondante Gd(tc) en se basant sur la surface du bassin versant par la formule : ∗ ⁄

=

∗ .

VI -2

8. Calculer le débit max moyen Qmax(T) en m3/s pour une période de retour dépassant 100ans en extrapolant la fonction de répartition débit au-delà de la période de retour Ts par une droite de pente égale au Gradex de pluie converti en débit : =

×

−

"

+

"

VI -3

y(T) étant la variable réduite de Gumbel définie par : = −$% −$% & − &⁄

VI -4

9. Pour une plus grande sécurité dans le calcul, transformer le débit max moyen en un débit de pointe en multipliant par le coefficient de pointe moyen qui joue le rôle d’un coefficient de sécurité. Il peut être calculé sur la base des crues exceptionnelles observées dans la région (si disponibles), par la moyenne des rapports entre les pointes de ces crues avec le débit de crue de projet de période de retour T calculé par la méthode Gradex. A défaut une valeur de 1.5 est souvent pratiquée. '(% )

= * ∗

VI -5

VI-1-1-3 Méthode rationnelle a. Objectifs et domaine d’utilisation La méthode rationnelle a pour but de rechercher les débits maximaux de crues en faisant intervenir la pente du bassin et la nature du couvert végétal. Elle suppose que le débit de pointe de ruissellement ne peut être observé à l'exutoire d'un bassin versant que lorsque toute la superficie y contribue. Ceci est vrai si la durée de l'averse est uniforme, généralisée et au moins égale au temps de concentration tc du bassin en question. Cette méthode approximative est adaptée à des bassins versants urbains de tailles assez petites (inférieure à 150 Km2), (chapitre IV paragraphe IV-3-2). b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement Le calcul par cette méthode nécessite la connaissance préalable : Des coefficients de Montana pour le bassin étudié, calculés à partir des courbes IntensitéDurée-Fréquence régionales correspondant à la pluviométrie sur le bassin ; De la surface du bassin versant en Km2 ; Du coefficient de ruissellement moyen (ou d’écoulement) du bassin versant ; Du temps de concentration tc en heures. 164

Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH c. Contraintes et limites d’utilisation La difficulté de la méthode réside dans l’évaluation précise du coefficient de ruissellement et du temps de concentration du bassin versant. La méthode surévalue généralement le débit puisqu’elle ne considère pas la capacité de stockage du réseau de ruissellement. Elle fournit alors une approche trop sécuritaire pouvant impliquer un surcoût d’aménagement. d. Description de la méthode Les étapes suivantes résument la démarche à suivre pour calculer le débit de projet pour une période de retour donnée par la méthode rationnelle : 1. Calculer le temps de concentration tc en heures ; 2. Exploiter les courbes IDF si elles sont calculées dans le bassin versant étudié ou disposer des paramètres de Montana a et b pour calculer l’intensité d’une pluie de période de retour T et d’une durée égale au temps de concentration tc par la relation suivante : +

,

=

∗

-.

VI -6

3. Evaluer correctement le coefficient de ruissellement global C en fonction du sol, des pentes et du couvert végétal des différents sous-bassins versants homogènes ; 4. Mesurer la surface A du BV en Km2 ; 5. Calculer le débit de projet de période de retour T inférieure à 100ans par la relation suivante : & VI -7 = ∗/∗+ , ∗ . VI-1-1-4Méthodes empiriques et analogiques a. Objectifs et domaine d’utilisation Ces méthodes sont utilisées lorsqu’on ne possède que peu ou pas de données sur les débits des crues dans une région. Des formules sont établies pour de nombreux cours d’eau et dans divers pays, permettant d’estimer soit des débits maximums de crues soit des débits fréquentiels à partir de certaines caractéristiques du bassin versant en les complétant parfois par certaines données météorologiques en particulier la pluviométrie. Ces méthodes peuvent être établies pour des bassins ruraux ou urbains,(chapitre IV paragraphe IV-4). b. Descripteurs nécessaires à son fonctionnement Selon la forme de ces formules, elles peuvent dépendre de plusieurs paramètres comme la surface du bassin, la pluviométrie, la période de retour, la pente, la longueur du talweg principal …

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Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH c. Contraintes et limites d’utilisation Ces formules contiennent des paramètres régionaux utilisables seulement pour la zone et le contexte pour lesquels ils ont été établis ou pour des bassins similaires. Une limite évidente avec l'emploi de ces formules concerne la précision de l'estimation. En effet, ces relations ont la plupart du temps un caractère simpliste qui ne représente pas le processus complexe de génération de crues. Ces formules doivent donc être utilisées avec beaucoup de précaution pour des bassins versants assez homogènes et pour des périodes de retour relativement faibles variant de 2 à 50 ans au plus (même si les méthodes permettent d’en faire le calcul pour des périodes de retour plus importantes), sauf pour celles qui sont établies en corrélation avec une période de retour bien spécifiée telle que la méthode de Hazan Lazarevic. Les formules empiriques les plus utilisées au Maroc sont détaillées au chapitre IV paragraphe IV-4-2. Les résultats de la réadaptation de ces formules aux données et contexte du bassin de Tensift sont présentés au paragraphe V-2 du chapitre V et sont récapitulés dans le tableau V-23.

VI-1-2 Classification des méthodes d’estimation des crues de projets On se propose d’élaborer une plateforme qui permettra de choisir la méthode d’estimation des crues en fonction de la période de retour, les données disponibles et l’ouvrage hydraulique. Pour cela, on s’est basé sur les résultats du tableau VII-1qui donne la période de retour adoptée pour les différents ouvrages hydrauliques. En se basant sur les résultats du tableau VII-1 et sur la synthèse des méthodes décrites précédemment dans le paragraphe VI-1ainsi que sur les résultats de la réadaptation des méthodes d’estimation de la crue de projet dans le bassin de Tensift et ses sous bassins (Chapitre V), on propose de faire: •

Une classification des méthodes selon la période de retour (Tableau VI-3).

•

Une classification des méthodes selon les ouvrages hydrauliques (Tableau VI-2)

Il est à noter que ces classifications dépendent des résultats obtenus dans la partie réadaptation des méthodes au contexte et données du bassin Tensift (Chapitre V).

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Chapitre VI : Plateforme informatique pour guider au choix des méthodes d’estimations des crues de projet et au dimensionnement des POH Tableau VI-1 : Période de retour pour différentes structures hydrauliques ((DDTM 34, 2014) ; (DSQ, 2005) ; (Tirogo, 2008)

Ouvrages hydrauliques Petits Ouvrages Hydrauliques routiers Grands Ouvrages Hydrauliques routiers-Ponts Drainage rural

Drainage urbain

Barrage

Période de retour (années)

Types Faible Trafic Trafic moyen Trafic important

5-25 10-25 50-100

Route secondaire Route primaire Autoroute Ponceaux Fossés Conduites d’assainissement dans les petits villages Conduites d’assainissement dans les grandes villes Petits barrages -HN