Contraintes climatiques

Pour maintenir un bassin en eau, il faut avoir une profondeur suffisante pour supporter le climat chaud et sec qu l'on rencontre à Toulouse  en été. En effet, l'évaporation risque de vider le bassin si la surface  en contact avec l'air est trop grande par rapport au volume. Avec des données climatiques de Météo France (graphiques ci-dessus), nous avons pu calculer les quantités d'eau qui quitteraient le bassin pour une période particulièrement sèche et chaude (août et début septembre 2010).

Deux cas ont été analysés. Le premier concerne une situation dite normale, dans ce cas nous avons utilisé des valeurs moyennes (normales saisonnières pour la valeur de pluie). La deuxième analyse désignée par "pire cas"  représente les données de 2010 en terme de pluie et de température ainsi que des valeurs extrêmes aux niveaux de l'humidité relative (20%)  et du vent (30km/h).

Pour les calculs, nous avons simplifié le mécanisme de vaporisation, et décidé d'utiliser 3 variables : la température, l'humidité relative et le vent. Nous avons donc négligé la perte d'eau due à l'utilisation de la ressource par les plantes présentes dans le bassin. Nous avons en effet fait l'hypothèse que la quantité d'eau consommée par les plantes était compensée par la diminution de l'évaporation en surface du fait de la couverture végétale. Nous avons également négligé la différence de température  entre la surface de l'eau et l'air. Nous avons donc considéré que l'eau en surface possède une température correspondant à la température moyenne de l'air.

 

 

Données de Météo France. [12] Diagramme des températures moyennes maximum et minimum pour août 2010 par rapport aux températures minimum et maximum normales en août (à gauche), diagramme des précipitations en août 2010 par rapport aux précipitations normales pour août (au milieu) et diagramme du direction et de vitesse du vent en août 2010 (à droite).

 

            

Données de Météo France [12], précipitation pour août et septembre 2010.

Les deux équations suivantes ont été utilisées [13] pour calculer l'évaporation.

(1)    $ E= C(e_w -e_a)(1+0,062*V) $                                  (2) $e_w=0,06118e^{\frac{17,27t}{237,3+t}}$

 

$E$ = Evaporation en mm/h 
$C$ = 0,1525 (paramètre)
$e_w $ = pression de vapeur de saturation correspondant à la température de la surface de l'eau (kgPa)                                  
$e_a = HR*e_w$ = pression de vapeur à la température de l'eau (kgPa)
$HR$ = Humidité relative
$V$ = vitesse du vent à 7 m au-dessus de la surface (km/h)
$t$
= température (Co)

 
Pour vérifier l'importance des différents paramètres climatiques sur l'évaporation, nous avons calculé l'évaporation pour différentes température d'une journée d'aout en faisant varier les valeurs d'humidité relative et de vent. De cette façon nous avons pu voir l'effet des différents paramètres (humidité relative et vent) sur l'évaporation. Ils ont tous deux une grande importance sur la quantité d'eau vaporisée, tout comme la température. Les résultats sont donnés par les graphiques suivants.

                    

Diagramme représentant l'évaporation calculée pour différentes température d'une journée moyenne d'août 2010, en utilisant différentes valeurs d'humidité relative (à droite) et de vitesse du vent (à gauche)

 

Notre cas extrème est donc calculé pour un vent assez fort (8,33 m/s; 30 km/h) et une humidité relative basse (20%). La température utilisée est la température moyenne pour août 2010, elle est supérieure à la température normale. Pour le cas normal nous avons estimé l'humidité relative à 60 % et la vitesse du vent à 4,4 m/s (16 km/h). Enfin la température est la température moyenne pour le mois d'août 2010. La graphique ci-dessous montre la vaporisation pour cet cas.

 

Diagramme de l'évaporation pour différentes températures d'un jour moyen en août 2010 pour les deux cas étudiés.

Après avoir calculé la quantité d'eau évaporée par heure pour différentes températures de la journée et différents scénarios (cas normal et pire cas), nous avons pu mesurer l'impact de cette évaporation pour le bassin durant d'un mois. Quel que soit le scénario, la vaporisation a un impact significatif sur le niveau d'eau du bassin. Ainsi, la vaporisation en situation extrème fait passer le niveau d'eau de 1,6 m à moins de 1 m, comme montré par le graphique ci-dessous

 Le maintient d'un bon niveau d'eau dans le bassin est donc dépendant du remplissage par les précipitations. Cependant, la quantité d'eau précipitée dans le mois n'est pas le seul paramètre à prendre en compte. En effet, l'intensité et la durée de la pluie ont également une importance, notamment durant les périodes chaudes et sèches qui nous intéressent. La quantité d'eau précipitée durant de petites pluies va s'évaporer directement sur la route et très peu ruisseler. Elle ne va donc pas emprunter les tuyaux de collecte et se terminer dans le bassin. Normalement en août des pluies occasionnelles intenses telles que des orages sont en mesure de bien remplir le bassin. Cependant en 2010, la période de sécheresse a duré entre début d'août et début du septembre, donnant un mois sans pluies intenses et une somme de précipitations très basse.

 

Diagramme du niveau d'eau du bassin après un mois d'évaporation. La référence donne le niveau du volume mort du bassin. Le cas normal est calculé sur une vaporisation normale. Le pire cas est calculé sur une vaporisation extrême.

 

Effectivement, pour cette période très sèche, en appliquant notre pire scénario (humidité relative faible et vent important) le bassin risque d'atteindre un niveau d'eau trop bas pour les zones peu profondes qui risquent de devenir sèches. On peut cependant supposer que ces zones ne mesurant que de 2 m de large et étant situées au milieu de l'eau, elle resteront tout de même humides, ou bien que les typhas seront capables de puiser l'eau nécéssaire qui se trouve à seulement quelques dizaines de centimètres. Il faut également considérer l'incertitude de notre analyse et l'effet négligé de la transpiration par des plantes qui pourrait dans la realité changer le resultat et donner un niveau d'eau plus bas. De plus, le pire scénario est très extrême et on peut de ce fait supposer que le risque de vidange du bassin reste faible.

Enfin, le niveau dans le pire cas reste toute de même acceptable, notamment si on prend en compte la présence de deux espèces ayant des préférences différentes en therme de profondeur. ainsi si une espèce se trouve mise à mal par des contraintes climatiques, l'autre pourra toujours continuer d'épurer.

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