Hydrology: The Drainage Basin Hydrological Cycle, Drainage Bsin Morphometry and the Drainage of Cameroon

# Hydrology: The Drainage Basin Hydrological Cycle, Drainage Bsin Morphometry and the Drainage of Cameroon ## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l'élève sera capable de : - Décrire le cycle hydrologique du bassin versant comme un système ouvert. - Expliquer les processus d'évapotranspiration, de précipitation, d'interception, d'infiltration, de stockage de l'humidité du sol et de ruissellement. - Analyser les variations périodiques et à long terme du ruissellement. - Interpréter les hydrographes de tempête et les régimes fluviaux. - Décrire la morphométrie des bassins versants (propriétés linéaires et areales). - Évaluer le potentiel hydrologique des bassins versants du Cameroun. - Appliquer ces concepts à des études de cas camerounais et africains. **Prérequis** : Connaissances de base en géographie physique (relief, climat, sols), notions de systèmes et d'équilibre, capacité à lire et interpréter des graphiques simples. --- ## Introduction L'hydrologie étudie le mouvement, la distribution et la qualité de l'eau sur Terre. Dans le contexte du bassin versant, l'eau suit un cycle continu influencé par le climat, la topographie, le sol et les activités humaines. Le bassin versant camerounais, caractérisé par une diversité de climats (équatorial au sud, soudano-sahélien au nord) et de reliefs (plaine côtière, plateau, montagnes), présente des régimes hydrologiques variés. Ce chapitre explore les composantes du cycle hydrologique du bassin versant, ses propriétés morphométriques et son application au contexte camerounais, en intégrant des travaux pratiques essentiels pour l'examen du Baccalauréat et les études supérieures. --- ## I. Lesson 22: Introduction to Hydrology ### Contexte L'hydrologie est la science qui traite de l'eau dans l'environnement terrestre : sa présence, son mouvement, ses propriétés physiques et chimiques, et ses interactions avec les êtres vivants et leur environnement. Elle est fondamentale pour la gestion des ressources en eau, la prévention des inondations, l'agriculture et la production d'énergie. ### Définitions clés > **Hydrologie** : Branche de la géographie physique qui étudie l'eau sous toutes ses formes (liquide, solide, gazeuse) dans l'hydrosphère, y compris son cycle, sa distribution et ses propriétés. ### Faits et concepts - L'hydrologie s'appuie sur la physique, la chimie, la géologie et la météorologie. - Elle se divise en hydrologie de surface (rivières, lacs), hydrologie souterraine (nappes phréatiques) et hydrologie des sols. - L'unité de base est le bassin versant (ou watershed), défini comme la zone terrestre où toutes les eaux de surface convergent vers un point commun (exutoire : embouchure, lac, mer). ### Exemples concrets - Le bassin versant du fleuve Sanaga (Sud-Cameroun) draine environ 138 000 km². - Le bassin du Logone et du Chari (Extrême-Nord) est partagé avec le Tchad et le Niger, illustrant la gestion transfrontalière des eaux. ### Vocabulaire à retenir - Bassin versant, exutoire, ligne de partage des eaux, hydrosphère, système ouvert. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Expliquez pourquoi le bassin versant est considéré comme l'unité fondamentale d'étude en hydrologie de surface. **Plan** : 1. Définition du bassin versant et de l'exutoire. 2. Caractérisation de l'unité spatiale fermée par la ligne de partage des eaux. 3. Avantages pour l'étude des flux d'eau (inputs, outputs, stockage). 4. Application au cas du bassin du Sanaga au Cameroun. 5. Limites : nécessité de considérer les échanges avec l'atmosphère et le souterrain. --- ## II. Lesson 23: The hydrological cycle ### Contexte Le cycle hydrologique (ou cycle de l'eau) décrit le mouvement continu de l'eau entre l'atmosphère, la lithosphère, l'hydrosphère et la biosphère. Il est entraîné par l'énergie solaire et la gravité. ### Définitions clés > **Cycle hydrologique** : Processus continu par lequel l'eau circule entre les réservoirs terrestres (océans, glace, eaux souterraines, lacs, rivières, sol, végétation, atmosphère) sous l'effet de l'évaporation, de la transpiration, de la condensation, de la précipitation, de l'infiltration et du ruissellement. ### Faits et concepts - Les principaux réservoirs : océans (97,2%), calottes glaciaires (2,15%), eaux souterraines (0,63%), lacs et rivières (0,017%), atmosphère (0,001%). - Les flux principaux : évaporation (océans : ~86%, terres : ~14%), transpiration végétale, précipitation (~110 000 km³/an sur les terres). - L'équation de bilan : Précipitation = Évapotranspiration + Ruissellement + Variation du stockage. ### Exemples concrets - Dans le bassin du Congo (Afrique centrale), l'évapotranspiration représente ~75% de la précipitation. - Au Cameroun, près du mont Cameroun, les précipitations orographiques dépassent 10 000 mm/an, alimentant un fort ruissellement. ### Vocabulaire à retenir - Évaporation, transpiration, évapotranspiration, condensation, précipitation, infiltration, ruissellement, stockage. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Avec un schéma légendé, décrivez le cycle hydrologique et expliquez son rôle dans le renouvellement de l'eau douce continentale. **Plan** : 1. Schéma montrant les réservoirs et les flux principaux. 2. Explication de chaque processus (évaporation, transpiration, condensation, précipitation, etc.). 3. Calcul du renouvellement : temps de résidence de l'eau dans l'atmosphère (~9 jours). 4. Importance pour l'eau douce : seulement 0,3% de l'eau douce est accessible en surface. 5. Exemple camerounais : rôle du cycle dans le maintien du débit du fleuve Nyong pendant la saison sèche. --- ## III. Lesson 24: The drainage basin hydrological cycle as an open system ### Contexte Un système ouvert échange de l'énergie et de la matière avec son environnement. Le bassin versant hydrologique est un système ouvert : il reçoit de l'énergie (rayonnement solaire) et de la matière (précipitations), et perd de la matière (évapotranspiration, ruissellement vers l'exutoire) et de l'énergie (chaleur latente). ### Définitions clés > **Système ouvert** : Système qui échange à la fois de l'énergie et de la matière avec son environnement extérieur. ### Faits et concepts - Inputs : précipitation (P), parfois apport souterrain entrant. - Outputs : évapotranspiration (ET), ruissellement de surface (Q), perte souterraine. - Stockage : humidité du sol, eaux souterraines, neige, glace, eau dans les canaux. - Équation de bilan de masse : ΔS = P - ET - Q (où ΔS est la variation du stockage). - En régime permanent sur une année : P ≈ ET + Q. ### Exemples concrets - Dans le bassin du Mbam (Centre-Cameroun), sur une année humide, P = 1800 mm, ET = 1200 mm, Q = 600 mm → ΔS ≈ 0. - Lors d'une sécheresse, P diminue, ET reste élevée initialement, Q chute fortement, ΔS devient négatif (déplétion du stockage). ### Vocabulaire à retenir - Inputs, outputs, stockage, bilan de masse, régime permanent, équation du bilan hydrologique. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Montrez que le bassin versant du fleuve Logone peut être modélisé comme un système ouvert en appliquant l'équation du bilan hydrologique à une année hydrologique typique. **Plan** : 1. Rappel de la définition d'un système ouvert. 2. Présentation de l'équation : ΔS = P - ET - Q. 3. Données typiques pour le bassin du Logone : P ≈ 1000 mm/an, ET ≈ 700 mm/an, Q ≈ 250 mm/an. 4. Calcul : ΔS = 1000 - 700 - 250 = +50 mm (légère augmentation du stockage, typique d'une année humide). 5. Interprétation : échanges avec l'atmosphère (P, ET) et l'exutoire (Q) → système ouvert. 6. Limite : négligence des échanges souterrains avec les bassins voisins (Chari, Niger). --- ## IV. Lesson 25: How human activities affect the hydrological cycle ### Contexte Les activités humaines modifient significativement le cycle hydrologique naturel en altérant les processus d'infiltration, d'évapotranspiration et de ruissellement, avec des conséquences sur la qualité et la quantité des ressources en eau. ### Définitions clés > **Impact anthropique sur le cycle hydrologique** : Modification des flux naturels d'eau due à l'urbanisation, l'agriculture, la déforestation, la construction de barrages ou le pompage des eaux souterraines. ### Faits et concepts - **Urbanisation** : augmentation des surfaces imperméables → réduction de l'infiltration, augmentation du ruissellement de surface et des pics de crue. - **Déforestation** : réduction de l'interception et de la transpiration → augmentation initiale du ruissellement, puis diminution de l'évapotranspiration et risque de dégradation des sols. - **Agriculture irriguée** : prélèvement d'eau dans les rivières ou nappes → réduction du débit aval, risque de salinisation. - **Barrages** : stockage de l'eau → modification du régime naturel (réduction des crues, augmentation des étiages), sédimentation dans le réservoir. - **Pollution** : altération de la qualité de l'eau (nutriments, sédiments, produits chimiques). ### Exemples concrets - À Douala, l'urbanisation rapide a augmenté le ruissellement urbain, provoquant des inondations fréquentes dans les quartiers comme New Bell et Akwa lors de fortes pluies. - Dans la région de l'Ouest, la déforestation pour les plantations de café a réduit l'infiltration des sols ferrallitiques, augmentant l'érosion et la turbidité des cours d'eau comme le Nkam. - Le barrage de Lagdo sur la Bénoué (Nord-Cameroun) régule le débit du fleuve, réduisant les risques d'inondation downstream mais provoquant l'appauvrissement en sédiments des plaines inondables du Logone et du Chari. ### Vocabulaire à retenir - Surface imperméable, ruissellement urbain, déforestation, irrigation, barrage, sédimentation, étiage, crue. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Évaluez l'impact de la construction du barrage de Lagdo sur le régime hydrologique de la Bénoué et ses conséquences pour les populations riveraines du Logone et du Chari. **Plan** : 1. Localisation et fonction du barrage de Lagdo (stockage, hydroélectricité, régulation des crues). 2. Effets en amont : création du réservoir, perte de terres agricoles, sédimentation. 3. Effets en aval : réduction de l'amplitude des crues, augmentation relative du débit pendant la saison sèche. 4. Conséquences positives : réduction des inondations, amélioration de la navigation saisonnière. 5. Conséquences négatives : appauvrissement des sols par manque de limons, réduction de la pêche, dépendance aux relâchés contrôlés. 6. Conclusion : nécessité d'une gestion intégrée prenant en compte les besoins écologiques et socio-économiques. --- ## V. Lesson 26: Evapo-transpiration ### Contexte L'évapotranspiration (ET) est la combinaison de l'évaporation (eau liquide → vapeur depuis les surfaces solides et l'eau libre) et de la transpiration (perte d'eau par les stomates des végétaux). C'est souvent la plus grande sortie d'eau d'un bassin versant. ### Définitions clés > **Évapotranspiration (ET)** : Somme de l'évaporation provenant des sols, des plans d'eau et des surfaces humides, et de la transpiration provenant des végétaux. ### Faits et concepts - Facteurs influençant l'ET : rayonnement solaire, température, humidité de l'air, vitesse du vent, type de végétation, disponibilité de l'eau dans le sol. - Mesure : lysimètres, méthodes empiriques (Penman-Monteith, Thornthwaite), bilan hydrologique. - ET potentielle (ETP) : demande atmosphérique maximale si l'eau n'est pas limitante. - ET réelle (ETR) : quantité effectivement perdue, limitée par l'eau disponible. - Dans les régions humides (Sud-Cameroun), ETR ≈ ETP ; dans les régions sèches (Nord), ETR << ETP pendant la saison sèche. ### Exemples concrets - Dans la forêt équatoriale du Sud-Cameroun, l'ET annuelle dépasse 1400 mm, proche de l'ETP (~1500 mm). - Dans la zone de savane soudanaise du Nord (Garoua), l'ETP annuelle est élevée (~2000 mm) mais l'ETR réelle est limitée à ~600 mm par la faible précipitation (~800 mm) et l'épuisement du sol en saison sèche. - Les cultures irriguées de riz dans la vallée du Logone ont une ETR élevée pendant la saison de croissance, soutenue par l'irrigation. ### Vocabulaire à retenir - Évaporation, transpiration, évapotranspiration potentielle (ETP), évapotranspiration réelle (ETR), lysimètre, coefficient de culture. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Comparez l'évapotranspiration réelle et potentielle dans deux zones climatiques du Cameroun (Sud équatoriale et Nord soudano-sahélien) et expliquez les différences observées. **Plan** : 1. Définition de l'ETP et de l'ETR. 2. Données climatiques typiques : Sud (Debundscha) : P ≈ 10 000 mm, T ≈ 24°C ; Nord (Garoua) : P ≈ 800 mm, T ≈ 28°C. 3. Estimation de l'ETP (méthode Thornthwaite simplifiée) : plus élevée au Nord à cause de la température. 4. Explication de l'ETR : au Sud, eau abondante → ETR ≈ ETP ; au Nord, eau limitée → ETR << ETP, surtout en saison sèche. 5. Rôle de la végétation : forêt dense vs. savane herbeuse. 6. Conséquence : au Nord, forte dépendance aux réserves d'eau souterraine et aux lacs saisonniers. --- ## VI. Lesson 27: Precipitation as a major input unto the surface ### Contexte La précipitation est l'apport principal d'eau liquide ou solide au bassin versant. Sa quantité, son intensité, sa fréquence et sa répartition spatiale déterminent le régime hydrologique. ### Définitions clés > **Précipitation** : Toute forme d'eau liquide ou solide qui tombe de l'atmosphère vers la surface terrestre (pluie, neige, grêle, bruine). ### Faits et concepts - Types : précipitations orographiques (relief), convectives (chaleur), frontales (masses d'air). - Mesure : pluviógraphes (intensité), pluviomètres (cumul). - Distribution au Cameroun : gradient Sud-Nord fort. - Côte Sud-Ouest (Debundscha, flanc sud du Mont Cameroun) : l'un des endroits les plus pluvieux du monde (>10 000 mm/an). - Plateau de l'Ouest : 2000-2500 mm/an. - Plaine du Nord (Garoua, Maroua) : 600-900 mm/an. - Saisonnalité : saison des pluies (avril-octobre) et saison sèche (novembre-mars) dans la plupart du pays, sauf l'extrême Sud où il y a deux maxima. ### Exemples concrets - Les fortes pluies orographiques sur le flanc sud du Mont Cameroun provoquent des débits élevés et constants dans les petits cours d'eau comme la rivière Mungo. - Dans l'Extrême-Nord, les précipitations sont convectives et intenses mais rares, provoquant un ruissellement rapide et une forte érosion des sols peu protégés. - La variabilité interannuelle liée à l'ENSO (El Niño) réduit les pluies au Sud-Cameroun pendant les années El Niño. ### Vocabulaire à retenir - Précipitation orographique, convective, frontale, pluviógraphe, pluviomètre, isohyète, saisonnalité, ENSO. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Expliquez pourquoi la précipitation est considérée comme l'apport majeur d'eau à la surface du bassin versant, en vous appuyant sur les caractéristiques pluviométriques du Cameroun. **Plan** : 1. Définition de la précipitation et de son rôle dans le bilan hydrologique (P = ET + Q + ΔS). 2. Comparaison avec les autres apports : eau souterraine entrant (souvent négligeable à l'échelle du bassin), eau de fonte (inexistante au Cameroun). 3. Données pluviométriques camerounaises : contraste Sud-Nord, rôle du relief (Mont Cameroun, montagnes de l'Ouest). 4. Exemple : à Debundscha, P > 10 000 mm/an soutient un fort ruissellement malgré une ET élevée. 5. À Maroua, P < 900 mm/an limite fortement le ruissellement disponible, même avec une ET faible en saison sèche. 6. Conclusion : la précipitation contrôle la quantité totale d'eau disponible pour les autres processus. --- ## VII. Lesson 28: Interception and storage ### Contexte L'interception est la capture de la précipitation par la végétation avant qu'elle n'atteigne le sol. Le stockage temporaire se produit sur les feuilles, les branches et la litière. Cela retarde l'arrivée de l'eau au sol et réduit l'infiltration immédiate. ### Définitions clés > **Interception** : Processus par lequel la précipitation est capturée par la couverture végétale (feuilles, branches, troncs) et retourne à l'atmosphère par évaporation sans atteindre le sol. ### Faits et concepts - Interception pluviométrique : fraction de P interceptée (souvent 10-30% en forêt, moins en prairie). - Stockage sur la végétation : capacité limitée (1-3 mm d'eau équivalente). - Une fois le stockage saturé, l'excès goutte à travers (throughfall) ou le long des troncs (stemflow). - L'interception réduit l'impact énergétique des gouttes sur le sol, diminuant l'érosion. - Après la pluie, l'eau interceptée s'évapore, retournant à l'atmosphère. ### Exemples concrets - Dans la forêt dense du Sud-Cameroun (ex. réserve du Dja), l'interception peut atteindre 25% de la précipitation annuelle, retournant directement à l'atmosphère. - Dans les plantations de bananiers du Littoral, l'interception modérée réduit légèrement l'eau atteignant le sol mais protège contre l'érosion des sols jeunes. - Dans les zones de savane arborée du Nord, l'interception est faible (<10%) en raison de la faible couverture foliaire, surtout en saison sèche. ### Vocabulaire à retenir - Interception pluviométrique, throughfall, stemflow, stockage végétal, litière, effet parapluie. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Avec un exemple camerounais, décrivez le processus d'interception et expliquez son influence sur l'hydrologie du sol et l'érosion. **Plan** : 1. Définition de l'interception et de ses composantes (throughfall, stemflow). 2. Facteurs influençant : type de végétation, densité, saison, intensité de la pluie. 3. Exemple : forêt équatoriale du Sud-Cameroun (haute densité, feuilles persistantes). - Interception élevée (20-25% de P). - Throughfall doux, réduisant l'impact des gouttes. - Stemflow dirigé vers le tronc, augmentant l'infiltration localisée près des racines. 4. Effet sur le sol : moindre battement, meilleure structure, réduction de l'érosion hydrique. 5. Comparaison avec une zone déboisée : interception nulle, impact direct des gouttes, croûte de battement, ruissellement accru et érosion. 6. Conclusion : l'interception est un service écosystémique clé pour la protection des sols et la régulation de l'hydrologie superficielle. --- ## VIII. Lesson 29: Infiltration and overland flow ### Contexte L'infiltration est le processus par lequel l'eau pénètre dans le sol depuis la surface. L'écoulement de surface (overland flow ou ruissellement superficiel) se produit lorsque le taux de précipitation dépasse la capacité d'infiltration du sol. ### Définitions clés > **Infiltration** : Mouvement de l'eau depuis la surface du sol vers ses profondeurs sous l'effet de la gravité et des forces capillaires. > **Écoulement de surface (overland flow)** : Mouvement de l'eau sur la surface du sol lorsque le taux de précipitation dépasse la capacité d'infiltration (écoulement de Horton) ou lorsque le sol est saturé (écoulement de saturation). ### Faits et concepts - Capacité d'infiltration : dépend de la texture du sol (sable > limon > argile), de la structure, de l'humidité initiale, de la couverture végétale. - Courbe d'infiltration : capacité élevée initialement (sol sec), diminue jusqu'à une capacité constante (capacité finale). - Ruissellement de surface : - Hortonian : pluie intense sur sol sec ou compacté (ex. sols lateritiques, surfaces urbaines). - Saturation-induced : sol déjà saturé par des pluies précédentes (ex. vallées humides, bas-fonds). - L'infiltration recharge l'humidité du sol et les nappes phréatiques. - Le ruissellement de surface contribue directement au débit des cours d'eau et peut provoquer l'érosion. ### Exemples concrets - Dans les sols ferrallitiques profonds et bien structurés de l'Ouest-Cameroun (ex. autour de Bafoussam), l'infiltration est élevée (>20 mm/h initialement), limitant le ruissellement même sous forte pluie. - Dans les sols peu profonds et latéritiques de l'Adamaoua, l'infiltration est faible après quelques minutes de pluie, provoquant un ruissellement de Horton fréquent. - À Yaoundé, l'urbanisation a remplacé les sols perméables par du béton et du bitume, augmentant fortement le ruissellement urbain et les risques d'inondation dans les vallées comme celle du Mfoundi. ### Vocabulaire à retenir - Capacité d'infiltration, courbe d'infiltration, ruissellement de Horton, ruissellement de saturation, sol saturé, texture du sol. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Différencez le ruissellement de Horton et le ruissellement de saturation, et illustrez chaque type avec un exemple camerounais. **Plan** : 1. Définition du ruissellement de Horton : précipitation > capacité d'infiltration du sol (souvent sol sec ou compacté). 2. Définition du ruissellement de saturation : sol déjà saturé, toute précipitation supplémentaire devient ruissellement (même si pluie faible). 3. Facteurs contrôlant chacun : intensité de la pluie vs. humidité initiale du sol. 4. Exemple de Horton : pente cultivée du Nord-Cameroun (sol latéritique, faible couverture) lors d'un orage intense → ruissellement immédiat et érosion. 5. Exemple de saturation : bas-fond de la vallée du Nkam (Ouest) après plusieurs jours de pluie → sol saturé, nouvelle pluie provoque ruissellement même modérée. 6. Conséquences : Horton lié à l'érosion par impact des gouttes ; saturation lié à l'expansion des zones humides et aux crues de plaine. 7. Conclusion : les deux types peuvent coexister dans un même bassin selon l'espace et le temps. --- ## IX. Lesson 30: Soil moisture storage ### Contexte L'humidité du sol est l'eau retenue dans les pores du sol par des forces adhésives et cohésives. Elle constitue un réservoir clé du bassin versant, disponible pour l'absorption par les racines et influençant l'infiltration et le ruissellement. ### Définitions clés > **Stockage d'humidité du sol** : Quantité d'eau retenue dans le profil du sol entre la capacité au champ et le point de flétrissement permanent. ### Faits et concepts - Capacité au champ (FC) : eau retenue après drainage gravitationnel libre (généralement 1-2 jours après pluie abondante). - Point de flétrissement permanent (PWP) : eau tellement liée aux particules du sol que les plantes ne peuvent plus l'extraire. - Humidité disponible : FC - PWP (eau réellement utilisable par les plantes). - Wilting point temporaire : perte réversible d'eau par flétrissement diurne, récupérable la nuit. - Mesure : tensiomètres, blocs de gypsum, pesée d'échantillons. - L'humidité du sol influence fortement l'évapotranspiration réelle : si l'eau est scarce, les stomates se ferment, réduisant la transpiration. ### Exemples concrets - Dans les sols volcaniques riches de l'Ouest-Cameroun (ex. sol andoïde autour du Mont Cameroun), la FC est élevée (~35-40% vol.) et le PWP faible (~15%), offrant une grande réserve disponible. - Dans les sols sableux de la côte (ex. près de Kribi), la FC est faible (~10-15% vol.) malgré un bon drainage, limitant la réserve disponible même si l'infiltration est rapide. - Pendant la saison sèche du Nord, l'humidité du sol chute rapidement en dessous du PWP dans les horizons superficiels, obligeant les plantes à dépendre de l'eau profonde ou à perdre leurs feuilles. ### Vocabulaire à retenir - Capacité au champ (FC), point de flétrissement permanent (PWP), humidité disponible, flétrissement temporaire, tensiomètre, profil du sol. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Expliquez comment le stockage d'humidité du sol influence l'évapotranspiration réelle dans un bassin versant camerounais pendant la saison sèche. **Plan** : 1. Définition de l'humidité du sol, FC, PWP, humidité disponible. 2. Relation entre humidité du sol et ETR : lorsque l'eau est abondante (proche de FC), ETR ≈ ETP ; lorsque l'eau est rare (proche de PWP), ETR chute fortement. 3. Évolution saisonnière : saison des pluies → sol rechargé (humidité élevée) ; saison sèche → épuisement progressif. 4. Exemple : bassin du Mayo Tsanaga (Extrême-Nord). - Début saison sèche : sol encore humide, ETR modérée. - Fin saison sèche : sol sec en surface et en profondeur, ETR très faible malgré un fort ETP (plantes en dormance ou mortes). 5. Conséquence : l'ETR réelle devient limitée par l'eau disponible, pas par la demande atmosphérique. 6. Conclusion : le stockage du sol agit comme un tampon qui lisse la réponse de l'ETR aux fluctuations climatiques. --- ## X. Lesson 31: The soil moisture budget ### Contexte Le bilan de l'humidité du sol suit les variations de l'eau stockée dans le sol suite aux apports (précipitation, montée capillaire) et aux pertes (évapotranspiration, drainage gravitationnel, ruissellement). ### Définitions clés > **Bilan de l'humidité du sol** : Comptabilité de l'eau dans le profil du sol : ΔS_sol = P + CAP - ET - D - RO_sol, où ΔS_sol est la variation du stockage, CAP la montée capillaire, ET l'évapotranspiration, D le drainage gravitationnel, RO_sol le ruissellement généré localement. ### Faits et concepts - Apports : précipitation (P), montée capillaire depuis la nappe (CAP, importante si nappe peu profonde). - Pertes : évapotranspiration (ET), drainage vers les couches profondes ou la nappe (D), ruissellement de surface généré lorsque l'infiltration est dépassée (RO_sol). - En équilibre sur une saison : ΔS_sol ≈ 0 → P + CAP ≈ ET + D + RO_sol. - Le budget permet de prédire la disponibilité de l'eau pour les cultures et le risque de stress hydrique. - Modèles simples : bilan journalier ou décadal. ### Exemples concrets - Dans la vallée du Logone (Extrême-Nord), pendant la saison des pluies : - P élevé (~100 mm/jour lors d'orages). - CAP négligeable (nappe profonde). - ET élevée (~5 mm/jour). - D modéré si sol perméable. - RO_sol élevé lors d'orages intenses → ruissellement vers les dépressions. - En saison sèche : - P ≈ 0. - CAP nulle ou faible. - ET faible mais persistante si végétation accès à l'eau profonde. - D faible. - RO_sol nul. - ΔS_sol négatif : épuisement du stockage. ### Vocabulaire à retenir - Montée capillaire (CAP), drainage gravitationnel (D), ruissellement généré localement (RO_sol), bilan journalier, stress hydrique. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Établissez un bilan simplifié de l'humidité du sol pour une décennie représentative de la saison des pluies dans la région de Garoua, en utilisant des valeurs typiques. **Plan** : 1. Rappel de l'équation : ΔS_sol = P + CAP - ET - D - RO_sol. 2. Hypothèses pour la décennie (10 jours) en saison des pluies à Garoua : - P total = 80 mm (8 mm/jour en moyenne, orages intermittents). - CAP = 0 mm (nappe profonde >15 m). - ET total = 30 mm (3 mm/jour, végétation partiellement active). - D total = 10 mm (drainage lent dans sol limono-sableux). - RO_sol total = 25 mm (ruissellement lors des 2-3 orages intenses). 3. Calcul : ΔS_sol = 80 + 0 - 30 - 10 - 25 = +15 mm. 4. Interprétation : léger gain de stockage du sol sur la décennie, typique d'une période humide mais pas exceptionnelle. 5. Si la décennie avait été plus sèche (P=40 mm) : ΔS_sol = 40 - 30 - 10 - 0 = 0 mm (équilibre, épuisement compensé par moindre ruissellement). 6. Application : ce bilan aide à décider si un complément d'irrigation est nécessaire pour une culture comme le sorgho. --- ## XI. Lesson 32: Runoff ### Contexte Le ruissellement (runoff) est la partie de la précipitation qui quitte le bassin versant par écoulement de surface ou souterrain vers l'exutoire. Il constitue la réponse hydrologique du bassin à la précipitation. ### Définitions clés > **Ruissellement (runoff)** : Partie de la précipitation qui n'est ni retenue par le stockage (sol, neige, végétation) ni perdue par évapotranspiration, et qui atteint l'exutoire du bassin versant sous forme d'écoulement de surface ou souterrain. ### Faits et concepts - Types de ruissellement : - Ruissellement de surface rapide : écoulement de Horton ou de saturation, atteint le cours d'eau en minutes à heures. - Ruissellement souterrain rapide (interflow) : écoulement latéral dans le sol supérieur, atteint le cours d'eau en heures à jours. - Ruissellement souterrain lent (baseflow ou drainage de nappe) : écoulement profond depuis la nappe phréatique, répond en jours à semaines, soutient l'étiage. - Hydrographe de rupture : montre la montée rapide (limb ascendant) et la décroissance lente (limb descendant) du débit après une pluie. - Coefficient de ruissellement : Q/P (fraction de P devenant Q), varie de 0 (aridité extrême) à >0,6 (zones très humides avec sols peu perméables). - Influencé par : précipitation (intensité, durée), caractéristiques du bassin (taille, pente, couverture végétale, type de sol, humidité initiale). ### Exemples concrets - Dans le petit bassin versant urbain de Mfoundi à Yaoundé, le coefficient de ruissellement est élevé (~0,4-0,5) en raison de l'imperméabilisation des sols, provoquant des pics de débit rapides et élevés après les orages. - Dans le bassin forestier du Dja (Sud-Cameroun), le coefficient est plus faible (~0,2-0,3) malgré une forte précipitation, en raison de l'infiltration élevée et du stockage dans les sols profonds et la litière. - Le débit du fleuve Sanaga montre une forte composante de baseflow pendant la saison sèche, soutenue par le drainage lent des sols profonds du plateau et des collines environnantes. ### Vocabulaire à retenir - Ruissellement de surface, interflow, baseflow, coefficient de ruissellement, hydrographe de rupture, limb ascendant, limb descendant, temps de concentration. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Avec un schéma de l'hydrographe de rupture, expliquez la séparation du ruissellement en composantes rapides (surface et interflow) et lente (baseflow), et illustrez avec un exemple du bassin du Nyong. **Plan** : 1. Schéma de l'hydrographe de rupture : débit vs. temps après une pluie. 2. Séparation graphique : limb ascendant rapide → pic → limb descendant initialement rapide (surface + interflow) puis lent (baseflow). 3. Explication des composantes : - Surface : écoulement sur le sol, minutes à heures. - Interflow : écoulement latéral dans le sol supérieur, heures à jours. - Baseflow : écoulement depuis la nappe, jours à semaines, soutient le débit de saison sèche. 4. Exemple : bassin du Nyong (Centre-Cameroun). - Après un orage intense : montée rapide du débit (surface + interflow dominant). - 12-24h après : décroissance rapide (fin de l'interflow). - Plusieurs jours après : décroissance lente soutenue par le baseflow provenant du drainage des sols profonds et des petites nappes. 5. Importance : le baseflow explique pourquoi le Nyong ne s'assèche pas complètement pendant la saison sèche malgré l'absence de pluie. 6. Facteurs influençant la séparation : perméabilité du sol, profondeur de la nappe, pente du bassin. --- ## XII. Lesson 33: Periodic variation in runoff ### Contexte Le ruissellement varie selon des cycles réguliers liés aux saisons climatiques, provoquant des fluctuations prévisibles du débit des cours d'eau au cours de l'année. ### Définitions clés > **Variation périodique du ruissellement** : Fluctuations régulières du débit d'un cours d'eau liées au cycle annuel des saisons (pluie/sèche), résultant des changements saisonniers dans la précipitation, l'évapotranspiration et le stockage du sol. ### Faits et concepts - Régime hydrologique : caractérisation du débit moyen mensuel sur plusieurs années. - Types de régimes (selon le climat) : - Régime équatorial : deux maxima de débit (deux saisons des pluies). - Régime tropical soudano-sahélien : un maximum de débit (une saison des pluies), un minimum marqué (saison sèche longue). - Régime subéquatorial : un maximum fort, un minimum modéré (une saison des pluies marquée, une saison sèche courte). - Influencé par : migration de la zone de convergence intertropicale (ZCIT), moussons locales, relief. - Au Cameroun : - Sud : régime subéquatorial à deux maxima faibles (ex. Sanaga : maxima en mai et octobre). - Centre-Ouest : régime subéquatorial à un maximum fort (ex. Nyong : maximum en septembre-octobre). - Nord : régime soudano-sahélien (ex. Logone : maximum en août-septembre, minimum en février-mars). ### Exemples concrets - Le fleuve Sanaga montre deux pics de débit modérés : un premier autour de mai (pluies de printemps) et un second autour d'octobre (pluies d'automne), avec un étiage relatif en janvier-février et juillet-août. - Le fleuve Logone présente un pic net en septembre (après l'apport de la saison des pluies soudanaise) et un étiage marqué en mars, avec des débits parfois très faibles pouvant interrompre la navigation. - Le fleuve Nkam (Ouest) présente un régime subéquatorial avec un fort pic en septembre et un débit de base soutenu toute l'année grâce aux pluies résiduelles et au stockage dans les sols volcaniques. ### Vocabulaire à retenir - Régime hydrologique, régime équatorial, régime soudano-sahélien, régime subéquatorial, zone de convergence intertropicale (ZCIT), étiage, crue saisonnière. ### Sujet type examen avec plan **Sujet** : Décrivez le régime hydrologique du fleuve Logone et expliquez ses caractéristiques en lien avec le climat soudano-sahélien de son bassin versant. **Plan** : 1. Localisation du Logone : bassin partagé avec le Tchad et le Niger, situé dans l'Extrême-Nord Cameroun. 2. Caractéristiques climatiques du bassin : précipitations saisonnières (mai-octobre, pic en août), forte évapotranspiration potentielle, longue saison sèche (novembre-avril). 3. Régime hydrologique observé : - Montée du débit : juin à septembre, liée à l'arrivée de la ZCIT. - Pic maximal : août-septembre, correspondant au maximum pluviométrique. - Décrue : octobre à novembre. - Étiage : décembre à mars, débit très faible, parfois interrompu par des bancs de sable. - Reprise lente : avril-mai, liée aux premières pluies. 4. Explication : le régime suit directement le cycle saisonnier de la précipitation, avec une certaine inertie due au stockage dans les sols et les petites réserves. 5. Conséquences : navigation limitée à la saison haute eau, dépendance aux cultures de décrue (recession agriculture), vulnérabilité aux sécheresses prolongées. 6. Comparaison : contraste avec le régime du Sanaga (deux maxima faibles) montrant l'influence du gradient climatique Sud-Nord. ---