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HAL Id: hal-00939209 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00939209 Submitted on 30 Jan 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Impact de l’urbanisation sur le cycle hydrologique dans un bassin versant periurbain. Application au bassin de l’Yzeron - ouest lyonnais, France S. Kermadi, F. Branger, Isabelle Braud, M. Labbas, C. Jacqueminet, K. Michel To cite this version: S. Kermadi, F. Branger, Isabelle Braud, M. Labbas, C. Jacqueminet, et al.. Impact de l’urbanisation sur le cycle hydrologique dans un bassin versant periurbain. Application au bassin de l’Yzeron - ouest lyonnais, France. XXVIème colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Sep 2013, Cotonou, France. p. - p. hal-00939209 XXVIème colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Cotonou (Bénin, 2013) IMPACT DE L'URBANISATION SUR LE CYCLE HYDROLOGIQUE DANS UN BASSIN VERSANT PERIURBAIN. APPLICATION AU BASSIN DE L’YZERON - OUEST LYONNAIS, FRANCE KERMADI S.1, BRANGER F.2, BRAUD I.2, LABBAS M.2, JACQUEMINET Ch.1, MICHEL K1 1Université de Lyon, UMR CNRS 5600 EVS, 18, rue Chevreul, F-69364 Lyon cedex, France, Saida.kermadi@univ-lyon2.fr 2Irstea Lyon, UR HHLY, 5 rue de la Doua CS70077 69626 VILLEURBANNE Cedex, flora.branger@irstea.fr Résumé : L’urbanisation croissante, en particulier dans les zones périphériques aux grandes villes (zones périurbaines) a des conséquences sur le cycle hydrologique en modifiant l’infiltrabilité des sols, la recharge des nappes, ainsi que les chemins naturels de l’eau via les différents réseaux (routiers, eau potable, assainissement). Une modélisation à l'aide du modèle hydrologique distribué J2000 est mise en œuvre sur le bassin versant de l’Yzeron, en périphérie de Lyon, représentatif des bassins périurbains français. Nous montrons en particulier que l’urbanisation modifie les composantes des écoulements en accroissant le ruissellement de surface au détriment des écoulements de base ou de sub-surface (comparaison de simulations s’appuyant sur des cartes d’occupation du sol de 1990, 1999, 2008). La prise en compte des réseaux d’assainissement et des déversoirs d’orage dans la modélisation permettra d’améliorer la simulation des bilans hydrologiques dans le bassin. Mots clés : périurbain, régime hydrologique, occupation des sols, imperméabilisation, modélisation hydrologique Abstract: Impact of urbanization on the water cycle of a periurban catchment. Application to the Yzeron catchment, west of Lyon, France. Urban growth, in particular close to big cities impacts the hydrological cycle by modifying soil infiltration capacity, groundwater recharge, but also by modifying natural water pathways due to the various networks associated with urbanization (roads, drinkable and sewer networks). The distributed hydrological model J2000 is set up in the Yzeron catchment, close to Lyon city. We show that urban growth modifies the flow components by increasing surface runoff and decreasing base and sub-surface flows (comparison of simulations based on past land use mapping of 1990, 1999, 2008). The inclusion of sewer networks and sewer overflow devices in the model will improve the water balance simulations of the catchment. Keywords : suburban, hydrological regime, land use, imperviousness, hydrological modelling Introduction Le bassin versant de l’Yzeron (148 km2), situé en périphérie immédiate de la ville de Lyon, est représentatif des bassins versants périurbains français. Il connaît, depuis les années 1970 une augmentation importante de son urbanisation (Kermadi et al., 2013), ce qui a des conséquences sur l’hydrologie, la géomorphologie et la qualité des cours d’eau périurbains qui le drainent (Lafont et al., 2006 ; Braud et al., 2013). Cette urbanisation se traduit notamment par l'extension des surfaces imperméabilisées en surface, et des réseaux d'assainissement en souterrain. Dans le cas de l'Yzeron, la présence d'un réseau unitaire et de déversoirs d'orages conduit à des rejets d'eau polluée directement dans les cours d’eau ce qui a des conséquences d’autant plus importantes sur les écosystèmes que les cours d’eau peuvent être à sec en été (Braud et al., 2013). La Directive Cadre Européenne sur l’Eau impose aux gestionnaires de revenir à un bon état écologique en 2015. Des actions doivent donc être menées pour limiter l’impact des eaux pluviales sur les cours d’eau. Les outils de modélisation hydrologique spatialisés, simulant l’ensemble du cycle hydrologique et capables de prendre en compte l’hétérogénéité très importante des bassins périurbains, peuvent apporter des éléments utiles au diagnostic et à l’évaluation de différents scenarii de gestion des eaux pluviales, dans un contexte d’urbanisation croissante. Dans cette communication, nous présentons les résultats d'une étude menée avec le modèle hydrologique distribué J2000, sur l'impact de l'extension urbaine sur l'Yzeron de 1990 à 2008, sur la base de cartes d'occupation du sol issues d'images SPOT. Afin de pouvoir appréhender l’impact de l’urbanisation sur l’ensemble du cycle hydrologique et en particulier sur les écosystèmes, nous avons considéré des simulations continues, sur plusieurs années, et nous nous intéressons au régime hydrologique complet ainsi qu’aux bas débits, correspondant à la XXVIème colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Cotonou (Bénin, 2013) période où les rejets des déversoirs d’orage impactent la qualité des cours d’eau périurbains. Dans ce qui suit, nous commençons par décrire le bassin étudié ainsi que la modélisation mise en œuvre. Puis nous présentons les résultats obtenus en termes de validation du modèle par rapport aux observations. Enfin, nous expliquons comment les différents scénarios d’urbanisation utilisés dans le modèle peuvent influencer les principales variables hydrologiques simulées. 1. Matériel et méthodes 1.1. Présentation de la zone d’étude et des données disponibles Le bassin versant de l’Yzeron (148 km2) est situé en périphérie de Lyon, dans les Monts du Lyonnais. L’altitude s’étend de 917 m dans la partie ouest jusqu’à un minimum de 162 m à l’exutoire, à la confluence avec le Rhône (Fig. 1). Les pentes les plus fortes se situent dans la partie ouest du bassin et le long du réseau hydrographique et les pentes les plus faibles dans la partie est. Le socle géologique se compose essentiellement de gneiss et de granite. La pluie moyenne annuelle est de 830 mm (Météo-France, 2012). Les températures moyennes annuelles minimales et maximales sont de 6.8 et 15.8 °C (Gnouma, 2006). Figure 1. Présentation du bassin de l’Yzeron : topographie, réseau hydrographique et zones urbanisées (bâti et voirie). La station exutoire de Taffignon draine un sous-bassin de 129 km². Figure 2. Localisation des stations pluviométriques (carrés) et hydrométriques (points). La zone grisée est la zone où le réseau d’assainissement est géré par le SIAHVY (Syndicat Intercommunal d’Assainissement de la Haute Vallée de l’Yzeron). Sur le reste du bassin, les réseaux d’assainissement sont gérés par le Grand Lyon. Les stations de mesure de la pluie et des débits sont indiquées sur la figure 2. Quatre postes pluviométriques sont gérés par le Grand Lyon et sont en service depuis 1985 (Pressin, Battières, La Tour de Salvagny) ou 2002 (Ste-Consorce). Les cinq autres postes sont gérés par Irstea, et ont été installés en 1997 (Pollionnay, Grézieu), 2005 (Croix du Ban), 2006 (Oullins) et 2009 (Thiollet). Nous disposons aussi des réanalyses SAFRAN (Quintana-Segui et al., 2008) produites par Météo-France sur une maille de 8x8 km2 au pas de temps horaire de 1970 à 2010. Les données climatiques (rayonnement solaire, température, humidité spécifique de l’air, vitesse du vent) ont servi à calculer une évapotranspiration potentielle selon la méthode FAO (1998). Les stations hydrométriques enregistrent les niveaux d’eau à pas de temps variable. Ces derniers sont convertis en débits, moyennant des courbes de tarage établies à partir de jaugeages in situ. Les caractéristiques des stations hydrométriques sont résumées dans la Table 1. Le dispositif a été progressivement enrichi pour documenter des bassins emboîtés et/ou correspondant à des occupations des sols différentes. Table 1. Description des stations hydrométriques du bassin de l’Yzeron. Cours d’eau Station Surface drainée Occupation des sols dominante Période disponible Gestionnaire XXVIème colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Cotonou (Bénin, 2013) (km2) Yzeron Craponne 48 Amont rural, aval urbain 1968-2012 DREAL Yzeron Taffignon 129 Amont rural, aval très urbanisé 1988-2012 DREAL Mercier Pollionnay 6.7 Amont forêt, aval cultures 1997-2012 Irstea Chaudanne Amont_DO 2.2 Amont cultures, aval urbanisé 1997-2001 ; 2005-2012 Irstea Chaudanne La Léchère 4.2 Amont culture, aval urbanisé 2005-2012 Irstea Charbonnières Charbonnières 22.9 Amont rural, aval urbanisé 2010-2012 Irstea Ratier Ratier 18.9 Amont rural, aval urbanisé 2009-2012 Irstea Le bassin de l’Yzeron est complètement urbanisé à l’aval et, depuis les années 1970, des noyaux de périurbanisation remontent vers l’amont (Kermadi et al., 2013). Afin d’analyser l’impact de la définition de l’occupation du sol sur la modélisation, plusieurs cartes d’occupation du sol ont été réalisées. Sur l’année 2008, nous disposons de trois cartes d’occupation du sol produites à l’aide de trois capteurs différents (BDOrtho®IGN à 0.50 m ; images satellites Quickbird à 2.44 m et Spot à 2.50 m). La figure 3 présente les résultats de l’image SPOT. Quant à l’évolution de l’occupation du sol, elle est quantifiée à partir des images Spot de 1990, 1999 et 2008 (Kermadi et al., 2013). Après correction, tenant uploads/Geographie/impact 1 .pdf