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HYDROGRAPHIE

Dans son sens le plus large et le plus courant, le mot «hydrographie» désigne la description des eaux à la surface du globe terrestre, qu’il s’agisse d’eaux marines ou d’eaux continentales. Mais, depuis le milieu du XX^e siècle, les sciences de l’eau se sont diversifiées en fonction de la nature et du mode d’approche de leur objet: l’océanographie et l’océanologie (terme dont la création se situe au début des années soixante-dix) s’intéressent aux océans et aux mers; l’hydrographie et l’hydrologie se limitent au domaine des eaux continentales.

L’hydrographie considérée dans sa dernière acception se propose de décrire et d’expliquer les caractéristiques des organismes définis par les eaux continentales, stagnantes ou courantes. On examinera ici ceux que développent les ruissellements et les écoulements, en laissant de côté le cas des dépressions fermées, ennoyées en permanence ou temporairement: lacs, lagunes, dépressions des régions karstiques et arides (cf. domaine ARIDE, relief KARSTIQUE, LIMNOLOGIE).

De tels organismes hydrographiques correspondent à une activité de transport des eaux courantes, qui assure l’évacuation des précipitations et d’une charge solide vers un niveau de base déterminé. Quand il s’agit de mers, le drainage est dit exoréique ; il est endoréique lorsqu’il concerne une dépression fermée.

Les phénomènes de ruissellement et d’écoulement engendrent des types d’organismes hydrographiques élémentaires différents, selon les conditions géologiques, topographiques et bioclimatiques qui les contrôlent. Leur aménagement tend à être tel que leur fonction d’évacuation soit assurée le mieux possible. Certains d’entre eux se groupent en réseaux hydrographiques aux caractéristiques variées. Tous tendent à adopter un profil d’équilibre en rapport avec les conditions qui président à leur développement.

1. Les types d’organismes hydrographiques élémentaires

On distingue couramment deux types d’organismes hydrographiques élémentaires: les organismes linéaires et les organismes diffus.

Les organismes linéaires

Strictement localisés selon un tracé défini, les organismes linéaires correspondent à des écoulements pérennes, fleuves et rivières des domaines tempéré et tropical humide, ou aux oueds des régions arides, dont l’activité ne se manifeste qu’au cours de crues plus ou moins espacées. Dans tous les cas, ils s’expriment dans le paysage par un lit (fig. 1).

Le lit fluvial se situe dans la partie la plus creuse de la vallée, forme de relief typique des régions tempérées. Son profil transversal comporte un lit mineur délimité par des berges abruptes; son fond est accidenté par des seuils et par des mouilles. Un chenal y concentre l’écoulement pendant la période des basses eaux. Ses points bas déterminent le talweg .

Au-delà des berges, souvent soulignées par des bourrelets de rive , ou levées naturelles, construits lors des débordements, se développe le lit majeur , régulièrement inondé par les crues ordinaires. Contrairement au lit mineur, généralement dénudé, il localise des arbres tolérant une submersion temporaire (saules, aulnes, etc.). À ce lit majeur périodique fait suite, sans solution de continuité, un lit majeur épisodique, fonctionnel seulement lors des crues exceptionnelles. Son paysage est peu dissemblable de celui des champs voisins.

Des variantes résultent de différences dans les régimes des fleuves. Par exemple, l’extension considérable du lit majeur des grands fleuves tropicaux est une adaptation aux énormes inondations de l’hivernage. Il existe également une certaine atténuation de la différenciation en lits majeur et mineur dans le cas des rivières méditerranéennes essentiellement actives pendant les crues.

Écoulement linéaire intermittent, l’oued présente aussi un lit bien délimité par des berges abruptes. Mais le profil transversal n’est plus différencié. L’absence totale d’activité pendant plusieurs mois, sinon plusieurs années, supprime le lit mineur. Le lit de l’oued, fonctionnel uniquement en temps de crue, équivaut au lit majeur de la rivière. Son fond, largement développé, apparaît modelé en seuils et en mouilles entre un lacis de chenaux sinueux et anastomosés d’importance variable. Vers l’aval, l’atténuation progressive des berges peut aller jusqu’à leur effacement total, qui marque le passage à une zone d’épandage déjà caractéristique des écoulements diffus.

Les organismes diffus

On parle d’organisme diffus lorsque l’absence de concentration de l’écoulement se réalise dès son origine. C’est le cas des crues qui se développent dans les piémonts de certaines régions arides, sous la forme de filets d’eau instables (rillwash ), de nappes d’eau pelliculaires (sheetwash ) ou, très exceptionnellement, épaisses de quelques décimètres et turbulentes (sheetflood ). Les deux premiers types caractérisent également les écoulements proglaciaires des hautes latitudes, au moment de la fonte saisonnière des glaciers et des névés.

Tous ces écoulements s’inscrivent dans les piémonts selon des systèmes complexes de chenaux, plus ou moins incisés, sinueux et anastomosés, réalisant un filet aux mailles étirées vers l’aval. À l’occasion, ils peuvent diverger depuis les gorges d’où débouchent les crues des oueds montagnards.

Dans ce cas, les notions de vallée, d’interfluve et de lit perdent toute signification. Le piémont devient, dans sa totalité, un vaste organisme hydrographique, adapté à l’évacuation intermittente de masses d’eau et de matériaux parfois considérables, déversées par les crues issues de montagnes servant d’«impluvium».

2. Les réseaux hydrographiques et le problème des tracés

Contrairement aux organismes diffus des régions arides, reliés en général à de multiples dépressions fermées dans le cadre d’un endoréisme climatique, les organismes linéaires se groupent pour constituer des réseaux hydrographiques.

Les caractéristiques des réseaux hydrographiques

Un réseau hydrographique est un organisme d’écoulement d’importance très variable, formé par un ensemble d’éléments linéaires hiérarchisés. L’espace drainé est un bassin hydrographique (bassin versant ) délimité par des lignes de partage des eaux qui le séparent des réseaux adjacents. Quand il s’agit d’un réseau d’oueds, la partie fonctionnelle (bassin ruisselant ) peut être très réduite en raison d’une aridification du climat depuis sa constitution; cette dégradation du drainage se manifeste par des discontinuités entre ses éléments et par l’édification de bouchons dunaires dans les lits.

L’hydromorphologie vise à définir la forme des bassins hydrographiques, la densité et l’organisation du drainage.

En roche homogène, peu déformée, tout bassin hydrographique prend l’aspect d’une ove effilée vers l’aval. Mais, en réalité, cette forme idéale est plus ou moins perturbée par le jeu différentiel des facteurs lithologiques et tectoniques. La déformation peut se préciser à l’aide d’un indice d’homogénéité , défini comme le rapport entre la surface du bassin et celle de l’ove dont le grand axe est égal à la longueur maximale de ce bassin.

La densité du drainage peut être évaluée par le rapport entre la longueur totale des lits et l’aire du bassin correspondant, ou celle d’une surface de référence quelconque. Elle est toujours plus forte dans les régions de roches imperméables. À cet égard, la comparaison entre les pays granitiques et calcaires est significative. Dans les Causses, en particulier, la karstification appauvrit le drainage superficiel au profit du réseau souterrain.

Mais les réseaux hydrographiques se différencient aussi par leur structure . L’analyse de celle-ci implique un classement de leurs éléments constitutifs en séries numérotées. Ceux qui n’ont aucun affluent – ils correspondent au rang 1 – et le collecteur principal – au rang le plus élevé – sont les termes extrêmes de cette hiérarchisation. L’agencement de tous ces drains relève de plusieurs types d’organisation systématique: réseaux digité, penné, en baïonnette, en espalier, à éléments parallèles...

Le problème majeur posé par les réseaux hydrographiques concerne leurs rapports avec la structure géologique. Un tracé est dit adapté à la lithologie lorsqu’il s’installe dans une roche plus vulnérable à l’érosion que les roches adjacentes, adapté à la tectonique lorsque son orientation est définie par des déformations ou des accidents structuraux. Ce dernier cas est celui des réseaux à éléments orthogonaux liés à la fracturation des plates-formes cristallines des hautes et des basses latitudes, ou celui des tracés cataclinaux dans les séries monoclinales des bassins sédimentaires. À l’inverse, les cluses qui recoupent des plis, comme les tracés anaclinaux des bassins sédimentaires, offrent des exemples classiques d’inadaptation à la structure tectonique.

Deux hypothèses servent à expliquer les inadaptations: la surimposition et l’antécédence (fig. 2). Un réseau hydrographique est surimposé par rapport à la structure géologique lorsqu’il s’est établi sur une surface d’aplanissement développée à ses dépens, ou sur une couverture sédimentaire discordante ayant fossilisé cette structure. Dans ces conditions, les éléments principaux du réseau s’y inscrivent en dysharmonie avec elle lors d’une reprise d’érosion ultérieure.

Mais le réseau hydrographique peut aussi bien être antécédent aux accidents tectoniques qu’il recoupe. Dans ce cas, ses éléments les plus importants ont maintenu leurs tracés lors des déformations postérieures à son installation.

En fait, nombre d’inadaptations s’expliquent par le jeu combiné de la surimposition et de l’antécédence.

Les changements de tracé

Les tracés des réseaux hydrographiques ne sont pas immuables. Ils évoluent en fonction de détournements éventuels au profit de certains d’entre eux. Les modalités de ces changements varient.

On dit qu’il y a capture quand un élément d’un bassin hydrographique se trouve rattaché en partie à un bassin adjacent, à la suite de l’érosion régressive d’un élément de celui-ci. Cet élément conquérant peut être favorisé par un débit plus abondant, une position topographique plus basse, une moindre résistance des roches au creusement. En régions karstiques, des dérivations souterraines préparent souvent ces rapts. Ils se signalent toujours par un coude brusque du tracé à partir du point de capture, une rupture de pente en amont dans le lit de l’élément capturé et un talweg abandonné dans le prolongement du drain amputé, parfois réoccupé en partie par un affluent du ravisseur.

Des diversions s’accomplissent aussi par simple déversement , sans capture. Elles caractérisent des écoulements très chargés, édificateurs de cônes d’alluvions sur lesquels ils divergent et franchissent, à l’occasion, les lignes de partage des eaux. Très souvent, capture et déversement combinent leurs effets pour provoquer des modifications dans la structure des réseaux hydrographiques (fig. 3).

Les méandres

Le tracé des écoulements linéaires peut présenter des boucles remarquables appelées méandres, le plus souvent ordonnés en trains de largeur uniforme, caractérisés par un coefficient de sinuosité correspondant au rapport entre la longueur du lit sinueux et la distance en ligne droite de ses points extrêmes, dont la valeur médiane se situe au voisinage de 1,5.

Dans les plaines alluviales, on a affaire à des méandres libres , principalement localisés dans le cours inférieur des rivières (Mississippi). En coupe, leur berge de rive concave abrupte, parce que sapée par les courants les plus profonds et les plus rapides, s’oppose à une rive convexe en pente douce, engraissée par des atterrissements en forme de croissant. Cette accrétion latérale se signale parfois par des bourrelets alluviaux arqués séparés par des gouttières. Façonnées par des rivières actives, ces figures hydrographiques sont très dynamiques (fig. 4). L’érosion maximale se produisant un peu en aval du sommet de la courbure, et l’alluvionnement maximal un peu en aval de son renversement (point d’inflexion ), les trains de méandres migrent vers l’aval. Par ailleurs, chaque méandre tendant à s’agrandir, cette dynamique aboutit au recoupement des lobes de rive convexe, court-circuit qui s’exprime par l’existence d’un lac-croissant dans le méandre abandonné.

Inscrits, parfois profondément, dans des plateaux de roches dures, les méandres encaissés (gorges du Tarn, causse Méjean) offrent une alternance d’amphithéâtres et d’éperons. Les versants des rives concaves sont raides; ceux des rives convexes en pente douce portent souvent des alluvions. Les méandres encaissés résultant de l’inscription de méandres libres, par surimposition et/ou antécédence, leur forme est généralement moins régulière que celle des méandres libres, car elle subit les contraintes de la structure géologique (stratigraphie, diaclasage, fracturation) au cours de leur creusement. À cet égard, l’allongement de ceux de la basse Seine est significatif. Pour des raisons évidentes, enfin, leur migration vers l’aval et leur recoupement s’effectuent beaucoup moins rapidement.

3. La notion de profil d’équilibre

L’examen des profils longitudinaux des organismes hydrographiques conduit à discuter la notion de profil d’équilibre. Apparue, dès les débuts des Temps modernes, dans les écrits d’ingénieurs hydrauliciens, elle a été développée et enrichie dès la fin du XIX^e siècle avec l’essor de la géomorphologie.

Dans une perspective théorique, le profil d’équilibre se conçoit sous la forme d’une courbe parabolique à concavité tournée vers le haut, depuis l’origine de l’écoulement jusqu’à son raccordement au niveau de base. Par définition, il est tel qu’en chacun de ses points existe un équilibre entre la puissance du courant et la résistance du lit. La fonction de transport s’effectue alors avec le minimum de dissipation d’énergie par ablation et frottement. Cette courbe régulière est asymptotique à une horizontale passant par le niveau de base, car on ne saurait concevoir d’écoulement sans pente (fig. 1).

À cette conception théorique, il convient de substituer celle du profil d’équilibre réel , non exempt de ruptures de pente. En fait, des perturbations modifient l’évolution du rapport entre les débits liquide et solide des écoulements, par exemple à l’aval des confluences. Si les apports des affluents provoquent un déséquilibre en faveur de la charge, il y a augmentation de la pente vers l’aval; à l’inverse, un accroissement du débit cause son atténuation. Selon le cas, la brisure du profil du collecteur sera convexe ou concave.

Par ailleurs, des changements dans la nature des affleurements rocheux causent des variations dans la résistance du lit à l’érosion. Bien des ruptures de pente et des modifications corrélatives de son calibrage coïncident avec des roches plus dures (fig. 1).

Les milieux bioclimatiques aussi influent sur les modalités du façonnement des lits. En raison de leur diversité, on ne saurait admettre l’existence d’un profil d’équilibre aux caractéristiques universelles. Celui des grands fleuves tropicaux, par exemple, présente une alternance de paliers et de ruptures de pente. En effet, celles-ci ne semblent guère réductibles, du fait du faible pouvoir de creusement d’eaux mal armées en éléments grossiers par suite de la prépondérance de l’altération biochimique dans l’attaque des roches. En milieu aride, en revanche, les glacis d’ablation des piémonts montrent des profils d’équilibre d’une étonnante régularité. Les causes susceptibles de perturber le rapport entre les débits liquide et solide des écoulements diffus y sont, en effet, minimes. D’une part, l’homogénéité lithologique de ces piémonts en faveur des roches meubles supprime les conséquences de la variabilité de la résistance du lit; d’autre part, les crues, arrivant entièrement constituées des montagnes servant d’impluvium, se développent vers l’aval sans subir de perturbations majeures de leurs débits, en raison de la faible importance relative des apports éventuels d’affluents.

Dans ces conditions, la notion d’équilibre ne peut être liée à la régularité de la pente du profil. Elle correspond plutôt à la réalisation d’un lit tapissé d’alluvions, de sorte que toute crue y trouve les éléments nécessaires au maintien de l’équilibre entre sa puissance et sa charge. Ces écoulements à «fond mobile» remanient alors leurs lits, par des rajustements locaux et de nature variable selon les circonstances, sans qu’il y ait ablation ni dépôt de façon définitive. Le profil d’équilibre réel représente un état moyen des relations entre les débits liquide et solide soumis à des variations d’amplitude limitée.

Ainsi conçu, le profil d’équilibre apparaît non seulement mobile , mais aussi provisoire . Issu d’une régularisation développée en fonction d’un niveau de base, il subit des transformations contrôlées par des changements progressifs des facteurs qui le conditionnent. Ces changements résultent d’une usure persistante du relief, génératrice, principalement, de modifications lentes de la charge fournie par les versants aux écoulements. Ces retouches, infinitésimales mais continues, du profil d’équilibre provoquent son abaissement sur toute sa longueur. La résistance offerte par le fond rocheux explique l’extrême lenteur de cette évolution.

• 1551; de hydro- et -graphie

1 ♦ Partie de la géographie physique qui traite des océans (⇒ océanographie), des mers, des lacs et des cours d'eau. — Mar. Topographie maritime considérée du point de vue de la navigation (s'étendant donc à la prévision des marées, la détermination des courants...).

2 ♦ Ensemble des cours d'eau et des lacs d'une région, d'un bassin fluvial.

n. f. Didac.

d1./d Partie de la géographie qui étudie les divers milieux occupés par les eaux à la surface du globe (hydrosphère).

d2./d Ensemble des cours d'eau et des lacs d'une région. L'hydrographie d'un pays.

⇒HYDROGRAPHIE, subst. fém.

A. — Branche de la géographie ayant pour objet l'étude et la description des mers, des lacs et des cours d'eau présents à la surface du globe. Voir JOMARD, Consid. sur coll. cartes géogr., 1831, p. 56.

— MAR. ,,Science et technique qui ont pour objet principal l'établissement et la tenue à jour des cartes marines et de l'ensemble des documents nécessaires à la navigation`` (SIZ. Marine 1972). En 1785, il existait vingt-quatre écoles d'hydrographie dont vingt s'échelonnaient sur le littoral de la mer du Nord, de la Manche et de l'Atlantique entre Dunkerque et Bayonne, quatre autres étant situées dans des ports de la Méditerranée (M. BENOIST, PETTIER, Transp. mar., 1961, p. 145) :

• ... leurs journaux [des anciens navigateurs] sont si mal faits, qu'il faut en quelque sorte les deviner; et les géographes qui ne sont pas marins, sont généralement si ignorans en hydrographie, qu'ils n'ont pu porter les lumières d'une saine critique sur des journaux qui en avaient grand besoin; ils ont, en conséquence, tracé des îles qui n'existaient pas, ou qui, comme des fantômes, ont disparu devant les nouveaux navigateurs.

Voy. La Pérouse, t. 2, 1797, p. 52.

♦ P. méton. Nous faisons l'hydrographie de la baie de Dallmann et nous relevons toute une série de récifs et de petites îles en calotte (CHARCOT, Expéd. antarct., 1906, p. 292).

B. — Ensemble des nappes et cours d'eau répartis à la surface d'un pays, d'une région. Le groupement dispersé convient aux régions où, par suite du morcellement du relief, du sol et de l'hydrographie, la terre arable est elle-même morcelée (VIDAL DE LA BL., Princ. géogr. hum., 1921, p. 195).

Prononc. et Orth. : []. Att. ds Ac. dep. 1694. Étymol. et Hist. 1. 1551 géogr. phys. « partie de la géographie qui traite des océans, des mers, des lacs, des cours d'eau » (ORONCE FINÉ, Sphere du monde, ep. du roi ds GDF. Compl.); 2. 1872 « ensemble des cours d'eau et des lacs d'une région » (Lar. 19^e, s.v. France, p. 720). Dér. de hydrographe; suff. -ie. Fréq. abs. littér. : 10. Bbg. ARVEILLER (R.). R. Ling. rom. 1976, t. 40, pp. 456-457. - DELB. Matér., 1880, p. 169. - LA LANDELLE (G. de). Le Lang. des marins, Paris, 1859, p. 418.

hydrographie [idʀɔgʀafi] n. f.

ÉTYM. 1551; de hydro-, et -graphie.

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1 Géogr. Partie de la géographie physique qui traite des océans (⇒ Océanographie), des mers, des lacs et des cours d'eau (⇒ Bassin, étang, fleuve, lac, ligne [de partage], marais, mer, nappe, océan, relief [sous-marin], rivière, source…; → Géodynamique, cit.). — Mar. « Topographie maritime qui a pour objet de lever le plan du fond des mers et des fleuves, et de déterminer les diverses profondeurs de l'eau, la force des courants et des marées, dans le but d'établir les cartes marines » (Gruss, Dict. de marine). || Cours (cit. 24), professeur d'hydrographie. || Faire, dresser l'hydrographie d'un fleuve, d'un bassin. || Hydrographie et hydrologie.

➪ tableau Noms de sciences et d'activités à caractère scientifique.