DIAGNOSTIC HYDROLOGIQUE D’UN SITE

Comprendre, mesurer et dimensionner le cycle de l’eau avant toute intervention

Après la lecture climatique vient naturellement la lecture hydrologique.

Un écosystème ne peut pas être conçu correctement sans comprendre d’où vient l’eau, où elle circule, où elle s’infiltre, où elle se stocke, où elle s’évapore et où elle quitte le système.

La Vision Omakëya™ considère donc l’eau non comme un simple intrant d’irrigation, mais comme une infrastructure naturelle.

Le diagnostic cherche à reconstruire le cycle de l’eau du site :

                       ATMOSPHÈRE                           │                    pluie / neige                           ↓              ┌────────────────────┐              │      SURFACE       │              └────────────────────┘                ↓       ↓        ↓          infiltration ruissellement stockage                ↓       ↓        ↓              SOL     fossés     mares                ↓       ↓        ↓          percolation cours d'eau                ↓       ↓        ↓              NAPPE ──────────────┘                ↑                │        remontée / échanges                │          évapotranspiration                ↑             végétation

L’objectif n’est donc pas simplement de savoir :

« Combien pleut-il ? »

mais :

« Que devient chaque millimètre de pluie lorsqu’il arrive sur ce territoire ? »

I. LE BILAN HYDROLOGIQUE

À l’échelle d’un système donné, on peut représenter le bilan de l’eau par une relation générale : ΔS=P+I−ET−R−D

avec :

ΔS : variation du stock d’eau ;
P : précipitations ;
I : apports supplémentaires éventuels ;
ET : évapotranspiration ;
R : ruissellement sortant ;
D : drainage ou pertes profondes.

Selon le système étudié, certains termes peuvent être négligés ou détaillés.

Pour un bassin versant, on pourra par exemple distinguer :

ruissellement de surface ;
écoulements hypodermiques ;
infiltration profonde ;
recharge de nappe ;
évapotranspiration.

II. ÉTAPE 1 — ANALYSER LA PLUIE

1. La pluie comme entrée du système

La première donnée à connaître est évidemment la précipitation.

Mais la quantité annuelle ne suffit pas.

Deux territoires recevant chacun 700 mm/an peuvent avoir des comportements hydrologiques radicalement différents.

Exemple A

700 mm/anhiver : █████████████printemps : ███████été : ██automne : ████████

Exemple B

700 mm/anhiver : ███printemps : ███été : █████████automne : ███

La quantité annuelle est identique.

Le fonctionnement écologique est complètement différent.

2. Mesurer la pluie

Les outils comprennent :

pluviomètre manuel ;
pluviomètre automatique ;
station météo ;
radar météorologique ;
données satellitaires.

Pour un projet important, il est intéressant de disposer de séries temporelles suffisamment longues et de distinguer :

pluie quotidienne ;
pluie horaire ;
intensité maximale ;
durée des événements ;
périodes sèches.

3. Le millimètre de pluie

Un concept fondamental en hydrologie : 1 mm=1 L/m2

Ainsi :

20 mm sur 1 000 m² = 20 000 L

soit : 20 m3

C’est une notion essentielle pour tous les projets Omakëya™.

III. ÉTAPE 2 — CARTOGRAPHIER LE BASSIN VERSANT

Avant de dimensionner une mare ou une noue, il faut savoir :

d’où vient l’eau ?

Une parcelle n’est presque jamais hydrologiquement isolée.

             AMONT        pluie ↓↓↓↓↓      ┌───────────────┐      │               │      │   BASSIN      │      │   VERSANT     │      │               │      └───────┬───────┘              ↓           EXUTOIRE

Il faut donc rechercher :

points hauts ;
lignes de crête ;
talwegs ;
fossés ;
chemins ;
routes ;
bâtiments ;
surfaces imperméables ;
exutoires.

IV. ÉTAPE 3 — ANALYSER LE RUISSELLEMENT

Une partie de l’eau ne pénètre pas immédiatement dans le sol.

Elle ruisselle.

Le ruissellement dépend notamment de :

intensité de la pluie ;
durée ;
pente ;
texture du sol ;
structure ;
humidité initiale ;
végétation ;
couverture du sol ;
imperméabilisation.

1. Surface perméable

       pluie     ↓ ↓ ↓ ↓  ─────────────   sol vivant  ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ infiltration

2. Surface imperméable

       pluie     ↓ ↓ ↓ ↓  █████████████       ↘        ↘         →→ ruissellement

La même pluie peut donc produire des volumes ruisselés très différents.

V. CALCUL SIMPLIFIÉ DU VOLUME RUISSELÉ

Une première approximation peut utiliser : V=P×A×C

où :

V = volume ruisselé ;
P = hauteur de pluie ;
A = surface contributive ;
C = coefficient de ruissellement.

Exemple

Une toiture de : A=200 m2

reçoit : P=30 mm

Comme : 30 mm=0,03 m

avec un coefficient de ruissellement simplifié de : C=0,9

on obtient : V=0,03×200×0,9 V=5,4 m3

Donc un seul épisode de 30 mm peut générer environ :

5,4 m³ d’eau ruisselée

à partir de cette toiture, dans cette approximation.

VI. ÉTAPE 4 — DIAGNOSTIQUER L’INFILTRATION

L’infiltration correspond au passage de l’eau depuis la surface vers le sol.

Elle dépend notamment :

texture ;
structure ;
porosité ;
macroporosité ;
compaction ;
matière organique ;
activité biologique ;
humidité initiale.

1. Sol compacté

PLUIE ↓↓↓████████████████  ← faible infiltration→→→→→→→  ruissellement

2. Sol structuré

PLUIE ↓↓↓↓↓┌───────────────┐│  ○   ○   ○    ││    ○     ○    ││ ○    ○     ○  │└───────────────┘       ↓ infiltration       ↓ percolation

Les macropores créés par :

racines ;
vers de terre ;
fissures ;
agrégats structuraux

peuvent modifier fortement la circulation de l’eau.

VII. MESURER L’INFILTRATION

Une méthode simple consiste à utiliser un infiltromètre ou un protocole d’infiltration à charge contrôlée.

Pour un diagnostic de terrain simplifié :

isoler une petite surface ;
apporter un volume connu d’eau ;
mesurer la diminution de la lame d’eau ;
enregistrer le temps ;
répéter plusieurs mesures.

On peut obtenir une vitesse d’infiltration exprimée par exemple en : mm/h

Il faut cependant interpréter les résultats avec prudence : une mesure ponctuelle ne représente pas nécessairement toute la parcelle.

VIII. INFILTRATION ET PERCOLATION

Il faut distinguer :

Infiltration

Entrée de l’eau dans le sol.

Percolation

Déplacement de l’eau à travers le profil pédologique.

SURFACE────────────       ↓   INFILTRATION       ↓────────────HORIZON A       ↓────────────HORIZON B       ↓────────────ROCHE / SUBSTRAT       ↓   PERCOLATION       ↓      NAPPE

La distinction est essentielle pour comprendre la recharge des nappes.

IX. ÉTAPE 5 — STOCKER L’EAU

L’eau peut être stockée dans plusieurs compartiments.

Stockage naturel

sol ;
humus ;
mares ;
zones humides ;
nappes ;
neige ;
végétation.

Stockage artificiel

citernes ;
bassins ;
réservoirs ;
cuves.

La stratégie Omakëya™ privilégie lorsque c’est techniquement et réglementairement pertinent une mosaïque de stockages plutôt qu’une dépendance à un seul réservoir.

X. LE SOL COMME RÉSERVOIR

Un sol vivant peut constituer une réserve hydrique considérable.

La capacité de stockage dépend notamment :

profondeur ;
texture ;
structure ;
matière organique ;
porosité ;
réserve utile.

On peut approximativement exprimer un volume d’eau stocké dans une couche de sol par : V=A×Z×θ

où :

A = surface ;
Z = profondeur considérée ;
θ = teneur volumique en eau.

Exemple

Sur : 1000 m2

et une couche explorée de : 0,50 m

le volume de sol considéré est : 500 m3

Si une fraction volumique d’eau mobilisable est de 20 % : 500×0,20=100 m3

On obtient potentiellement :

100 m³ d’eau stockée dans cette couche

à l’état considéré.

Ce calcul est volontairement simplifié : en agronomie, il faut distinguer notamment capacité au champ, point de flétrissement, réserve utile et réserve facilement utilisable.

XI. ÉTAPE 6 — ÉVAPORATION

L’évaporation transforme l’eau liquide en vapeur.

Elle dépend notamment de :

température ;
rayonnement ;
humidité ;
vent ;
disponibilité en eau.

Une mare en plein soleil et exposée au vent peut perdre davantage d’eau qu’une mare partiellement protégée.

XII. ÉTAPE 7 — ÉVAPOTRANSPIRATION

L’évapotranspiration combine :

évaporation du sol et des surfaces d’eau

transpiration des végétaux.

                 ATMOSPHÈRE                     ↑              ÉVAPOTRANSPIRATION                ↑          ↑          évaporation   transpiration              ↑              ↑             SOL          PLANTES

C’est l’un des flux majeurs du bilan hydrologique.

XIII. LA VÉGÉTATION COMME POMPE HYDRAULIQUE

La plante prélève de l’eau dans le sol :

SOL ↓RACINES ↓XYLÈME ↓FEUILLES ↓ATMOSPHÈRE

La transpiration est donc un flux hydrologique mais également physiologique et énergétique.

Elle participe aussi au refroidissement végétal.

C’est ici que l’hydrologie rejoint le génie climatique végétal.

XIV. ÉTAPE 8 — DIAGNOSTIQUER LES NAPPES

Une nappe constitue une réserve souterraine d’eau.

Il faut rechercher :

profondeur ;
niveau saisonnier ;
alimentation ;
exutoires ;
fluctuations ;
connexions avec les cours d’eau ;
vulnérabilité aux pollutions.

        SOL──────────────────        ↓  infiltration        ↓──────────────────ZONE NON SATURÉE        ↓──────────────────ZONE SATURÉE██████████████████       NAPPE██████████████████

Une mare, une zone humide, un cours d’eau et une nappe peuvent être hydrologiquement connectés.

XV. ÉTAPE 9 — COURS D’EAU

Le diagnostic doit identifier :

source ;
débit ;
régime hydrologique ;
largeur ;
profondeur ;
ripisylve ;
zones d’expansion des crues ;
connexions avec les zones humides.

Il faut distinguer :

écoulement permanent

écoulement intermittent.

Un petit talweg sec pendant plusieurs mois peut pourtant être un élément hydraulique majeur lors des pluies intenses.

XVI. LES ZONES HUMIDES

Les zones humides peuvent jouer plusieurs fonctions :

stockage ;
ralentissement des flux ;
filtration ;
habitat ;
biodiversité ;
soutien d’étiage selon le contexte ;
régulation hydrologique.

Elles ne doivent donc pas être systématiquement considérées comme des surfaces à assécher.

Dans une logique Omakëya™ :

la zone humide est potentiellement une infrastructure hydrologique naturelle.

XVII. SCHÉMA DU CYCLE HYDROLOGIQUE D’UN PROJET

                         ☁                    CONDENSATION                         │                         ↓                      PLUIE                         │             ┌───────────┼───────────┐             ↓           ↓           ↓         VÉGÉTATION    SOL       SURFACES             │           │        IMPERMÉABLES             ↓           ↓           ↓       INTERCEPTION  INFILTRATION  RUISSELLEMENT             │           │           │             ↓           ↓           ↓       TRANSPIRATION  PERCOLATION   NOUES             │           │           │             └─────┐     ↓           ↓                   │    NAPPE       MARE                   │     ↑           │                   │     │           ↓                   │     └────── ÉVAPORATION                   │                   ↓                ATMOSPHÈRE

XVIII. EXEMPLE COMPLET — JARDIN OMAKËYA™ DE 1 000 m²

Supposons :

surface : 1 000 m² ;
pluie annuelle : 700 mm ;
toiture : 150 m² ;
surfaces imperméables supplémentaires : 100 m² ;
sol vivant sur le reste.

La quantité annuelle de pluie reçue par la parcelle est : 700 mm×1000 m2

soit : 700000 L

ou :

700 m³/an

Mais ces 700 m³ ne constituent pas une réserve disponible.

Ils se répartissent entre :

évapotranspiration ;
infiltration ;
stockage ;
ruissellement ;
drainage ;
exportation éventuelle.

XIX. EXEMPLE D’ÉVÉNEMENT PLUVIEUX

Supposons une pluie de : 50 mm

sur : 1000 m2

Le volume total reçu est : 0,05×1000=50 m3

Donc :

50 m³ d’eau tombent sur le site.

Imaginons, à titre pédagogique, la répartition suivante :

Flux	Volume
Infiltration	25 m³
Stockage de surface	8 m³
Évapotranspiration immédiate/différée	5 m³
Ruissellement sortant	12 m³
Total	50 m³

Ces valeurs sont hypothétiques : elles servent à comprendre le bilan et doivent être remplacées par les résultats du diagnostic réel.

XX. COMPARER DEUX AMÉNAGEMENTS

Scénario A — Jardin conventionnel

Toiture  ↓Gouttière  ↓Canalisation  ↓Réseau  ↓EXUTOIRE

L’eau quitte rapidement la parcelle.

Scénario B — Jardin hydrologique Omakëya™

TOITURE  ↓CITERNE  ↓SURPLUS  ↓NOUE  ↓MARE  ↓INFILTRATION  ↓SOL  ↓VÉGÉTATION  ↓TRANSPIRATION  ↓ATMOSPHÈRE

Le système cherche à ralentir, stocker, infiltrer, utiliser et restituer progressivement l’eau.

Il ne s’agit pas nécessairement de retenir toute l’eau sur place : les exutoires et la sécurité hydraulique restent indispensables.

XXI. EXEMPLE — PLUIE INTENSE

Une toiture de : 200 m2

reçoit une pluie de : 60 mm

Volume brut : 0,06×200=12 m3

Avec une récupération efficace de 90 % : 12×0,90=10,8 m3

Une citerne de 5 m³ ne peut donc pas absorber seule l’événement.

Il faut prévoir :

TOITURE   ↓5 m³ CITERNE   ↓SURPLUS   ↓NOUES / BASSIN / INFILTRATION   ↓EXUTOIRE DE SÉCURITÉ

C’est précisément pourquoi le diagnostic doit précéder le dimensionnement.

XXII. LE DIAGNOSTIC HYDROLOGIQUE À GRANDE ÉCHELLE

Pour un hectare, une ferme ou un territoire, il faut passer du simple jardin au bassin versant.

On analyse :

Amont

ruissellement ;
surfaces contributives ;
zones boisées ;
cultures.

Parcelle

sols ;
pentes ;
stockage ;
infiltration.

Aval

fossés ;
cours d’eau ;
zones humides ;
zones urbaines.

Le projet doit donc être replacé dans son contexte hydrologique territorial.

XXIII. TABLEAU DE DIAGNOSTIC

Élément	Question	Mesure / méthode	Décision possible
Pluie	Combien tombe-t-il ?	pluviomètre	bilan hydrique
Ruissellement	Combien quitte le site ?	débit / modèle	noue, bassin
Infiltration	À quelle vitesse ?	infiltromètre	infiltration
Sol	Combien stocke-t-il ?	analyse pédologique	amélioration du sol
Mare	Quel volume ?	topographie	stockage
Évaporation	Quelle perte ?	bilan / modèle	profondeur, ombrage
Végétation	Quelle consommation ?	ET / coefficients	choix végétal
Nappe	Où est-elle ?	piézométrie	protection
Cours d’eau	Quel débit ?	jaugeage / données	gestion hydraulique
Zone humide	Quel rôle ?	diagnostic écologique	conservation/restauration

XXIV. LES ERREURS À ÉVITER

1. Dimensionner uniquement avec la pluie annuelle

Les événements extrêmes sont déterminants.

2. Ignorer l’amont

Un petit jardin peut recevoir les eaux d’une surface beaucoup plus importante.

3. Confondre stockage et infiltration

Une mare stocke de l’eau.

Un sol infiltrant la fait pénétrer.

Ce sont deux fonctions différentes.

4. Oublier le sol

Le sol constitue souvent le premier réservoir hydrologique du projet.

5. Sous-estimer l’évapotranspiration

Une végétation dense peut modifier fortement le bilan hydrique.

6. Vouloir tout infiltrer

Certaines situations nécessitent des exutoires de sécurité.

7. Négliger les nappes

Une intervention superficielle peut avoir des conséquences sur les flux souterrains.

8. Construire avant de mesurer

Un bassin mal placé peut être inefficace, se remplir trop rapidement ou présenter des problèmes de sécurité.

XXV. LA CARTE HYDROLOGIQUE OMAKËYA™

Le diagnostic final devrait produire une carte comportant au minimum :

┌────────────────────────────────────┐│            AMONT                   ││                                    ││      ↘ ruissellement ↘             ││                         ↘          ││    forêt                 NOUE      ││      ↓                    ↓        ││    infiltration         MARE       ││                           ↓        ││       VERGER          infiltration ││                           ↓        ││                      ZONE HUMIDE   ││                           ↓        ││                       COURS D'EAU  ││                           ↓        ││                         AVAL       │└────────────────────────────────────┘

Cette carte devient ensuite une donnée d’entrée de la conception et du dimensionnement.

XXVI. VERS LE MODÈLE HYDROLOGIQUE OMAKËYA™

À terme, chaque projet peut être représenté comme un réseau de réservoirs et de flux : P→Rs+I

puis : I→Ssol+Pc+Rn

et : Ssol→ET+Pc

où :

P = précipitations ;
Rs = ruissellement de surface ;
I = infiltration ;
Ssol = stockage dans le sol ;
Pc = percolation ;
Rn = recharge potentielle de la nappe ;
ET = évapotranspiration.

Ce modèle peut ensuite être enrichi par :

mares ;
bassins ;
citernes ;
nappes ;
cours d’eau ;
zones humides ;
irrigation ;
prélèvements ;
rejets.

XXVII. SYNTHÈSE — LES 10 QUESTIONS HYDROLOGIQUES OMAKËYA™

Avant de concevoir un projet, il faut pouvoir répondre à dix questions :

Combien d’eau arrive sur le site ?
Quand arrive-t-elle ?
D’où vient-elle ?
Où ruisselle-t-elle ?
Où s’infiltre-t-elle ?
Combien le sol peut-il stocker ?
Combien est évaporé ou transpiré ?
Quelle quantité peut rejoindre la nappe ?
Où l’eau doit-elle être stockée temporairement ou durablement ?
Où finit l’eau lors d’un événement extrême ?

Le véritable objectif n’est pas de supprimer l’eau du site.

C’est de comprendre son parcours, ralentir les flux lorsque cela est pertinent, favoriser l’infiltration lorsque le contexte le permet, stocker une partie de la ressource, soutenir le vivant et assurer un exutoire sûr pour les excédents.

C’est ainsi que l’hydrologie passe d’une logique de gestion de l’eau à une véritable logique de conception hydrologique des écosystèmes.