Bureau d'Etudes Industrielles "Energies Renouvelables et Environnement"
Etude hydrologique des bassins versants étudiés

Afin de déterminer les débits d'eau qui pourront être exploités par la prise d'eau de la rivière des Fleurs Jaunes du cirque de Salazie, nous avons, dans un premier temps, étudié le comportement hydrologique du bassin versant du cirque de Salazie, et en particulier des rivières des Fleurs Jaunes et du Mât, ce qui nous a permis de connaître les capacités hydrologiques de la rivière des Fleurs Jaunes au niveau de la prise d’eau.


 Présentation du bassin versant

      
        Situation géographique
    Le cirque de Salazie étudié se trouve au nord-est de l’île de la Réunion, département français d’Outre Mer. L’île est une formation volcanique de l’Océan Indien, dans l’archipel des Mascareignes. Elle se situe au dessus du Tropique du Capricorne, à environ 700 km à l'est de Madagascar, à 200 km au sud-ouest de l'île Maurice et à 9200 km de Paris.
    Le relief de l'île est très accidenté, particulièrement dès qu'on s'éloigne du littoral. La roche volcanique est progressivement érodée par les précipitations tropicales. Le point culminant de l’île est le Piton des Neiges qui culmine à 3 069m. L'érosion a creusé trois cirques naturels dans ce volcan éteint : Cilaos, Mafate, Salazie. Certains villages dans ces cirques ne sont pas accessibles par la route mais uniquement par hélicoptère ou à pied. Dans ces cirques, très escarpés, coulent de nombreuses rivières et des cascades qui creusent des ravines profondes à la végétation luxuriante.

        Description des rivières
    Le cirque de Salazie se situe au centre de l’île, au nord-est du Piton des Neiges. Sa superficie est de 103,82 km². La densité de population du cirque est relativement faible (71 habitants/km²)
    Le bassin versant est délimité topographiquement par les falaises du cirque. Il est composé de deux rivières principales que nous étudierons : la rivière des Fleurs Jaunes, et la rivière du Mât. Ces rivières sont enclavées dans des ravines étroites, creusées dans la roche imperméable.
    La rivière du Mât prend sa source sur les pentes du Piton des Neiges et coule d'abord en direction du nord-est, recevant sur sa rive gauche la rivière des Fleurs Jaunes en aval de Salazie Village. Après la confluence de ces deux rivières, la rivière du Mât rencontre deux autres affluents rive droite, le bras des Caverne et le bras des Lianes, dont les ramifications ne sont pas pérennes. Entre la chaîne des Salazie et l'océan, la rivière du Mât s'écoule sur environ 35km. Son bassin versant total est proche de 150 km² en débouché de mer. La pente modérée de la rivière est de 7,6%. La pente est très forte dans le cours amont et se stabilise entre 2 et 3% avant de rejoindre la mer.

        Régime pluviométrique
Les précipitations varient entre 2200 et 3000 mm/an. 
Deux saisons sont ressenties sur l’île :
  • la période sèche, pendant « l’hiver austral » (de mars à septembre), où il fait généralement beau (16 à 25 °C sur la côte)
  • la période des pluies, en été, de décembre à mars (18 à 33 °C sur la côte) qui est soumise au passage de plusieurs dépressions tropicales, porteuses de crues. 
Les pluies moyennes mensuelles sont plus importantes aux mois de janvier et février (300 à 400 mm) et peuvent être inférieures à 100 mm l'hiver.
Les records mensuels sont de l'ordre de 2500 à 3000 mm, les records quotidiens de l'ordre de 750 à 1000 mm.

Exploitation de données


Plusieurs données ont pu être collectées à partir des rapports de BRL ingénierie et du Conseil Général de l'île de La Réunion et des sites de Météo-France et de l’Office de l’eau. 


        Géographie

La superficie du bassin versant de la Rivière du Mât est de 127,6km² à l’exutoire. Au niveau du pont de l'escalier, la superficie du bassin est de 84,7 km², au niveau de l’ex RN2, prise irrigation, il est de 144 km² et au niveau du bras des Lianes, il est de 7,1 km².

Une approximation de la taille des sous bassins versants de la Rivière du Mât Amont et de la rivière de Fleurs Jaunes a été effectuée à partir de cartes disponibles grâce au logiciel Google Earth. 

 
Figure 1 : Délimitation des bassins versants amont de la rivière du Mât et de la rivière des Fleurs Jaunes

    Les sous-bassins versants de Fleurs Jaunes (à gauche) et de la Rivière du Mât (à droite) ont été déterminés à partir des lignes de niveau (traits jaunes). On a supposé que la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. Les infiltrations qui supposeraient que le bassin versant réel est différent du bassin versant topographique ont donc été négligées.

    Sachant que le bassin versant au Pont de l'escalier, légèrement sous la confluence, mesure 84,7km² et qu’il a été calculé un partage des aires de 38 unités pour le bassin versant de Fleurs Jaunes et 33 unités pour le bassin versant de la rivière du Mât Amont, nous avons déterminé les surfaces des deux sous-bassins versants, ainsi que les longueurs approximatives des deux rivières grâce à Google Earth, valeurs qui sont récapitulées dans le tableau suivant :



Rivière des Fleurs Jaunes

Rivière du Mât

Rivière des Lianes

Surface du bassin versant (km²)

45,3

39,4

59,3

Longueur de la rivière (km)

15,5

15,02

13,5

Pente

0,04

0,04

0,09

Caractéristiques géographiques des bassins versants

La forme du bassin versant en éventail entraînera un fort débit de pointe en période de hautes eaux.


        Géologie
L’état pédologique et géologique du cirque est nécessaire pour estimer certaines données, telles que la porosité ou l’infiltration nécessaires à la modélisation sous HEC-HMS. Le sol du cirque, résultat d’une succession de phénomènes érosifs, volcaniques et tectoniques, est constitué des produits de l’altération de roches volcaniques (principalement du basalte). En effet, la morphologie du cirque résulte d’une ancienne dépression qui s’est peu à peu remplie de laves différenciées. Une activité érosive intense a rempli le fond du cirque de formations volcaniques altérées, en formant peu à peu des sols de type argilo-limoneux. Ceux-ci sont peu perméables.




 Stations de mesure


       
Stations hydrométriques

Trois stations limnimétriques sont positionnées sur la rivière du Mât :

  • au Bras des lianes : (station ouverte depuis 1990),

  • au Pont de l'escalier (station en fonctionnement depuis 1986-87), située à peu près à 2 km en aval de la prise d'eau de Salazie.

  • à la Prise irrigation (données de débits et de hauteurs d'eau).

Ainsi, pour l’étude du comportement moyen annuel (année 2005 considérée), nous avons à disposition les débits mensuels interannuels sur la période 1990-2003 et les débits moyens annuels sur la même période aux trois stations. Nous connaissons également le bilan hydrométrique de la rivière du Mât pour le 2 novembre 2005. Ce bilan comporte les débits moyens du 2 novembre à la confluence de la rivière du Mât et de la rivière Fleurs Jaunes, au Pont de l’escalier et à la Prise irrigation. Nous avons également à disposition l'hydrogramme de la crue de février 2005 avec la hauteur d'eau atteinte lors du pic du crue et la date de ce pic.

De plus, pour l’étude du comportement en crue du bassin, nous connaissons les limnigrammes des crues de décembre 2004 à la station au Pont de l’escalier, de février 2006 et mars 2006 à la station de la Prise irrigation, avec le débit maximal connu pour l'épisode mars 2006 seulement.

On connaît aussi le débit maximal pour les épisodes de crues de décembre 2004 et de mars 2006 sur la station du Bras des Lianes, juste en amont de la Prise irrigation, ainsi que le temps de concentration entre les stations du Bras des Lianes et de la Prise irrigation qui vaut tC=1h10 :


Hauteur maximale

Débit maximal

Date

Heure

Crue du 15 décembre 2004

4,34 m

267 m3/s

15/12/04

03h51

Crue du 5 mars 2006

3,44 m

169 m3/s

05/03/06

20h51

Données hydrologiques à Bras des Lianes

En utilisant la progression du débit, proportionnelle à la taille du bassin versant, entre les différentes stations, on obtient alors les hauteurs et débits maximaux lors des deux épisodes de crues suivants :


Hauteur maximale

Débit maximale

Date

Heure

Crue de décembre 2004





Station du Pont de l’escalier

3,74 m

905 m3/s

15/12/04

03h24

Station de la prise irrigation

8,15 m

1974 m3/s

15/12/04

05h

Crue de mars 2006





Station du Pont de l’escalier

2,96 m

573 m3/s

05/03/06

20h20

Station de la prise irrigation

6,46 m

1250 m3/s

05/03/06

22h

Données caractéristiques des crues utilisées

De plus, d'après la note technique synthétique de l'Office de l'eau pour la crue de mars 2006 sur la rivière du Mât, le débit estimé à la station Pont de l'escalier vaut 650 m3/s, avec une précision de +/- 20%. Ce débit a été estimé par l'Office de l'eau de la Réunion à partir de plusieurs méthodes de détermination et de l'expérience locale en matière d'hydraulique torrentielle. Notre résultat est donc un bon ordre de grandeur du débit de pointe à cette station, et valide la méthode utilisée pour déterminer les débits aux différentes stations. 


        Stations pluviométriques

Plusieurs stations pluviométriques, appartenant à Météo-France, mesurent les précipitations sur le bassin. Ainsi, les stations de Mare-Vieille-Place, de Grand-Ilet, de Salazie Village et d’Ilet à Vidot seront utilisées pour déterminer les hyétogrammes sur l’année et pour l’épisode de crue de mars 2006.

Nom de la station

Code de la station

Latitude

Longitude

Altitude

Mare Vieille Place

97421210

21°00'54'' S

55°31'00'' E

870 m

Grand Ilet

97421220

21°00'54'' S

55°28'36'' E

1185 m

Salazie Village

97421240

21°01'06'' S

55°32'36'' E

476 m

Ilet à Vidot

97421265

21°03'00'' S

55°30'54'' E

940 m

Détermination des stations pluviométriques


Nous connaissons donc la répartition géographique des stations sur le bassin versant, ce qui nous permettra de déterminer les coefficients de Thiessen, correspondant à chaque rivière pour chacun des pluviomètres.


Figure 2 : Localisation des stations pluviométriques


Les données quotidiennes sur l’année 2005 et de janvier à août 2006 sont disponibles sur le site de Météo-France et les données au pas de temps horaire entre le 3 mars 2006 à 0 :00 et le 8 mars 2006 à 23 :00 ont été achetées à la climathèque, service de Météo-France.




 Etude hydrologique


        Cycle de l’eau

Sur le bassin versant de la rivière du Mât à la prise irrigation, le bilan est établi pour la période 2000-2001, avec des données qui concernent quasiment l'ensemble de ce bassin versant : 144 sur 148 km². En ce qui concerne le bassin à la station du Pont de l'escalier, les chroniques de débits et de volumes écoulés sont plus nombreuses. Elles permettent de calculer un bilan sur la période 1987-2001. La superficie du bassin versant en amont de cette station est de 84.7 km². Cependant, ces données de précipitations comportent des incertitudes.


Données du rapport consulté (ORE) Prise irrigation

BV de 148 km2

Données du rapport consulté (ORE) Pont de l'escalier

BV de 84,7 km²


mm/an

mm3/an

mm/an

mm3/an

précipitations

3000

444

3100

459

Ruissellement rapide

2000

296

2200

326

Evapotranspiration réelle

1000

148

900

133

Apport à la nappe

0

0

0

0

Bilan hydrologique – Salazie – Rivière du Mât

La totalité des précipitations ruisselle ou est reprise par l'évapotranspiration, il y a donc très peu d’infiltration. Ainsi, les apports des aquifères sous-terrains n'apparaissent pas dans les bilans de l'ensemble du cirque car ils sont repris par les drainages des rivières et comptabilisés en « eau de ruissellement ». Nous n'effectuerons donc pas de modèle baseflow sous HEC-HMS pour les apports des nappes à la rivière.


        Coefficients de Thiessen

Pour déterminer les coefficients de Thiessen, une approximation de la surface des bassins versants concernée par chaque pluviomètre a été effectuée. Le tableau suivant récapitule les résultats obtenus :

Coefficients de Thiessen

Pluviomètre de Salazie Village

Pluviomètre de Grand Ilet

Pluviomètre de Mare Vieille Place

Pluviomètre d’Ilet à Vidot

Bassin de Fleurs Jaunes

0,6

0,3

0,1

0

Bassin de la rivière du Mât amont

0,34

0

0,01

0,65

Bassin de la rivière des Lianes

1

0

0

0

Coefficients de Thiessen déterminés sur les différents bassins versants étudiés


    
        Coefficients d'infiltration

A partir de l’étude géologique, la conductivité hydraulique à saturation, le front de succion, la porosité et le déficit en eau ont pu être déterminés. En effet, en faisant l’hypothèse que le sol est de type argile limoneuse, d’après la littérature, on obtient que :

  • Conductivité hydraulique à saturation = K = 0.23 cm/h

  • Front de succion = FS = 44,6 cm

  • Porosité = Φ = 0,464 cm3/cm

  • Humidité initiale du sol = Θi = 27%

  • Déficit en eau = Φ – Θi = 0,338.

        Temps de concentration

Théoriquement, le temps de concentration est le temps que met une particule d'eau provenant de la partie du bassin la plus éloignée hydrologiquement de l'exutoire pour parvenir à celui-ci.

N'ayant pas beaucoup de relevés de mesure sur le bassin, les temps de concentration nécessaires ont été déterminés à partir de résultats empiriques. Plusieurs formules de la littérature sont utilisables, dont les formules de Bransby, de Kirpich, de Ventura et de Passini, qui définissent les temps de concentration en minutes :

  • Formule de Bransby :   

  • Formule de Kirpich : 

  • Formule de Ventura : 

  • Formule de Passini : 

avec L la longueur de la rivière en km, A la surface du bassin versant en km², S la pente du bassin versant en m/m.

Avec les données des pentes et des longueurs des rivières définies précédemment, les valeurs des temps de concentration obtenues sont regroupées dans le tableau suivant, qui fixe également les temps de concentration utilisés pour les simulations et qui correspondent à une moyenne convenable des résultats :


Formule de Bransby

Formule de Kirpich

Formule de Ventura

Formule de Passini

Temps de concentration choisi

Rivière des Fleurs Jaunes (jusqu'à la confluence)

4,90 h

1,88 h

4,80 h

4,27 h

4,65 h

Rivière du Mât (jusqu'à la confluence)

4,81 h

1,84 h

4,53 h

3,98 h

4,44 h

Rivière des Lianes (jusqu'à la prise irrigation)

3,46 h

1,24 h

3,34 h

3,25 h

3,51 h

Temps de concentration




 Bibliographie


Figure 1 http://earth.google.fr, utilisé le 11 novembre 2006
Figure 2

http://climatheque.meteo.fr

Sites internet http://fr.wikipedia.org
Ouvrages "Poursuite et Finalisation des travaux de la galerie de Salazie amont", dossier de demande d'arrêté modificatif - code de l'environnement, Conseil Général de l'île de La Réunion, décembre 2006

Retour au menu du projet Prise d'eau