Bontron, Guillaume

Horizon / Pleins textes

La crue du 19 ou 20 mai 1998 à la station
limnimétrique de l'An'tizana 15.
G. Bontron
N.G.T. Equateur
Publication N° 4
juin 1998
Introduction:
Alors que la station limn imétrique était en travaux et que le rio était détourné,
une crue d'une ampleur encore jamais enregistrée s'est produite. Le rio en crue est
retourné dans son lit en occasionnant des dégats à la station : débordements et érosion
des rives, dépôts de sédiments et de pierres, arrachement des marches en métal . ..
En étudiant les traces laissées par cette crue, il est possible de se faire une idée
de ce qui s' est réellement prod uit. Ainsi, on peut donner dans le cas présent deux
valeurs de débit de pointe : une valeur de débit minimum de l'événement, et une
valeur de débit "possible". Ceci nous permet de cerner l'ampleur réelle de cette crue .
1. Le contexte:
1-1. Etat du canal au moment de l'événement:
Le lundi 18 mai 1998, des travaux ont été entrepris sur la stat ion
limnimétrique de l'Antizana 15. Ces travaux consitaient en l'installation de marches
en métal sur le plan incliné, et en la remise à niveau du radier du canal (fig 1).
plan incliné
échelle marches en métal
. - - sens du courant
.:
Fig 1 : coupe longitudinale schématique de la station limnigraphique.
Pour procéder aux travaux, le rio a été détourné de son lit, 30 mètres en amont
de la station. Une fois les travaux achevés, il était prévu de faire la mise en eau le
jeudi 21 mai , en laissant le rio détourné jusqu'à cette date , afin de laisser sécher le
béton . Durant la période de séchage du béton, la station limnimétrique n'effectuait
pas de mesures.
1-2. Conditions climatiques :
Alors que les journées du 19 au 2 1 mai ont été plutôt sèches, le 18 mai a
connu une pluie relativement importante ( 12,4 mm mes urés à La Mica, Tab. 1).
Même si cette pluie est importante, ell n 'est nullement exceptionnelle. Ainsi, en ce
début d 'année 1998, nous avo ns déjà mesuré à La Mica quatre journées de pluie plus
importante : 15,8 mm le janvier, 13,1 mm le 23 avr il, 14,7 mm le 3 mai et 14,6 mm
le 10 mai. De plus, la pluie anté rieure est quasi nulle (0,1 mm le 17 mai) .
17 mai 18 mai 19 mai i 20 mai 21 mai
hauteur de pluie 0,1 12,4 0,3 0,0 0,0
mesurée (m m )
'l'ah/eau 1 : pluie j ournalière mesurée cl La Mica
Lors de l ' êvénem nt, les conditions pluviométriques n'étaient donc pas
exceptionnelles. Il en est de même pour l'état de la couverture de neige du glacier,
dont la limite inférieure oscillait entre 5050 m le 18 mai , et 5100 m le 2 ] mai . Cette
hausse de l'altit de de la limite de la neige montre que les 19 et 20 mai orrespondent
à des journées de fusion pour le glacier.
II. Etat de la station le 21 mai:
Le jeudi 2 1 mai , en venant effectuer la remise en eau du canal, nous avons
constaté que le rio était retourné dans son lit initial (se retrouvant d' aill eurs en rive
gauche de ce lit, alors que précédement, il était en rive droite). Il s'est manifestement
produit une crue qui a laissé de nombreuses marques de son passage sur les
installations de la tation:
~ le bas in de retenue situé en rive gauche de la station, ainsi que Je
canal lui-même, le plan incl iné et la cu e située en aval du canal étaient
entièrement rem plis de sédiments et de pierres (jusqu 'à 30 cm de diamètre)
(photo 1, 2, 3,4).
, en rive droi te du canal, et en rive gauche du bassin, une forte érosion
a eu lieu (photo 5). En rive droite du canal, le niveau du s 1 s' est abaissé
de 30 à 40 cm, et un trou s'est creusé sous le plan incliné (photo 6),
menaçant l' intégrité de l 'ouvrage.
.,. les marches en métal ont été arrachées (photo 1)
Photo 1 : vue du plan incliné
Photo 2 : vue du bassin de retenu et du canal, depuis l'amont
Photo 3 : vue du canal depuis l'aval
Photo 4 : vue de la cuve située à l'aval du canal
Photo 5 : vue de l'exutoire du canal depuis l'aval
Photo 6 : vue du trou sous le plan incliné
Ill. Estimation du débit de pointe de l'événement:
111-1. Approche adoptée:
Au vu du nombre et de la taille des pierres déposées au niveau de la station, la
crue du 19 ou 20 mai 1 98 semble d'une ampleur inhabituelle. Le rio ayant été
détourné pour 1 s travaux. il n'y avait pas de mesures effectuées par la station
limnigraphique lors de l' év ênement. fi nous faut donc reconstituer ce qui s'est produit
uniquement à partir des traces laissées par la crue. Ces traces sont interprétées avec
les formules de l'hydraulique class ique : on considère que l'écoulement liquide n'a
pas été modifié par la présence du matérau transporté.
Malgré l' importance des dépôts observés au niveau de la station, il ne semble
pas que nous ayions eu affaire à une lave torrentielle, mais bien à un phénomène de
charriage classique. En effet , les débordements rive droite du canal sont dûs à une
sur-verse du canal. En cas de lave torrentielle, ces débordements auraient aussi été
chargés par des blocs charriés et auraient donc donné lieu à des dépôts vu la faible
pente de l'endroit. Or au contraire, nous observons une forte érosion en rive droite
(photo 3) : c'est donc une eau peu chargée qui a débordé de ce coté, les bloc s étant
piégés au fond du canal suiva nt le mécanisme classique du charriage.
111-2. Estimation d'un débit de pointe atteint minimum:
Au niveau de la station, il y a des traces évidentes de débordement aussi bien
en rive droite qu 'en ri e gauc he . On compte quatre endroits où il ya eu passage de
l'eau (fig 2):
CD le canal lui-même
Cl) rive droite du canal
<] seuil en rive gauche du canal
@) rive gauche du seuil
Mais on ne sait pas à priori s i ces débordements ont eu lieu dès la pointe de crue , ou
seulement ensuite lor que le anal s 'est bouché, du fait des dépots de matériaux à la
décrue.
Dans la cuve situé en aval du canal, on a retrouvé des pierres dont le
diamètre allait jusqu'à 25-30 cm. Si ces pierres sont dans la cuve, c'est qu'elles sont
passées dans le canal. Or, pour que de telles pierres transitent par le canal, il faut des
hauteurs d 'eau minimales de 78 et 93 cm d'eau dans le canal , soit des débits de 1,2 à
' 1,4 m3/s (annexe 1). On peut donc considérer que , avant que le canal ne s'obstrue,
celui-ci était entièrement rempli d'eau (la profondeur du canal est de Jm), avec un
débit de l'ordre de 1,5 m3/s, au minimum.
En conséquence, si lors de la pointe de crue le canal était entièrement rempli,
il semble logique de su pposer que les débordements ont aussi eu lieu lors de cette
pointe de crue . Ainsi, au vu des traces laissées, on peut dire que les débits dans les
passages Q) et @ étaient au minimum de 0,6 et de 0,2 m3/s (annexe 2). Il est possible
que ces débits soient encore très en deça de la vérité.
<-
....._1
1
/
j )(
1------ Q) ,,/..-' -=:1'/ 1 ~
..-' ..-'
L~[--. =r:~ ~<D --- --i[~__ .
---- ---- - ....... <., ~ -----,
~......... . ~ .........
'-
Fig. 2 : , lch éma en vue aérienne de la station.
Par contre, il n ' est pas possible de faire une estimation, même minimaliste du
débit dans le passage 0. En effet, après que le canal se soit obstrué, le rio a débord '
préférentiellement en rive droite, aggravant ainsi l'érosion de cette partie. Il n 'est pas
possible de différencier si les traces laissées l'ont été par la poi nte de crue, ou par
l'écoulement consécutif à l'obstruction du canal.
Nous obtenons donc un débit minimum de 2,3 m)/s .
111-3. Estimation d'un débit de pointe "possible" :
L'estimation précédente nous donne un débit de pointe nurumum assez
robuste, mais el le es t suceptible de minimiser fortement la réa lité de l'événement.
Ainsi, bien que l' estimation d' un débit possible soit beaucoup plus sujette à caution,
du fait des fortes hypothèses et simplifications sur lesquelles elle se base, cette
deuxième estimation cerne peut-être mieux l'importance du phénomène.
Nous avons donc n plus considéré une section du torrent un peu à l'amont de
la station, en un endroit où des marques de niveau maximum atteint étaient
facilement visibles. Si l ' on suppose que les pierres de 30 cm de diamètre sont aussi
pass ées dans cette section , alor s on peut estimer un débit de 5 m) /s (cf. annexe 3). Le
problème de cette estimation est qu 'elle considère l'écoulement permanent, à cause
du manque de donnée s dispo nibles pour faire mieux. Néanmoins, la hauteur d'eau
atteinte dans cette hypothèse correspond au traces re levées sur le terrain.
Nous considérons donc un débit possible de 5m 3/s.
IV. La cause de la crue:
IV-1. La fonte journalière du glacier:
D'après les enregistrements effectués de novembre 1997 à mai 1998, les
débits habituels de la stat ion limnigraphique sont au maximum de l'ordre de 300 à
350 Vs. Il y a eu des mesures à 800 Ils avant cette période, mais elles sont fortement
sujettes à caution, à cause du phénomène d 'anti-dune, non encore détecté à cette
époque. Cependant, même si l'on considère un déb it habituel maximal de l'ordre de
800 l/s, cela reste très en deça des débits estimés pour l'événement du 19 ou 20 mai
1998, aussi bien pour le débit possible (5 rrr'/s) que pour le débit minimum (2,3 rn /s).
Cette crue ne peut don pas s 'expliquer entièrement par la fusion glaciaire d ' une
journée.
IV-2. La pluie:
Seule la pluie du 18 mai fut significative. Cependant, si l'on considère les
débits de pointe des crues engendrées par les quatres journées de pluies plu
importantes enregistrées depuis le début de l'année, on s' apercoit que aucun de ces
débits ne dépasse les 150 Ils (Tab. 2).
9 janvier 23 avril 3 mai 10 mai
pluie à La Mica 15,8 n ,1 14,7 14,6(mm)
débit de pointe de 60 140 94 140
la crue générée (l.s)
Tableau 2 : débit de point ' Ie 'riteS générées par 4 pluies supérieures à celle du 18
mal
Si l'on ajo ute à cette observation que l'état de saturation préalable du sol était
plutôt faible (0,1 mm de pluie le 17 mai), il parait inconcevable, même en l'absence
de données d ' intensités horaires, que la pluie du 18 mai soit à l'origine de la crue
observée.
IV-3. Rupture d'une poche d'eau:
La crue ne pouvant être expliquée ni par la fusion journalière du glacier, ni par
la pluviométrie, il reste l' hypothèse de la rupture d 'une poche d 'eau située soit dans le
glacier lui-même, soit dans la moraine, soit encore dans la glace morte. Cette
hypothèse peut expliquer l' importance du débit de pointe de la crue sans forcément
mettre en jeu des volumes d'eau trop importants. .
Un repérage du cours amont du rio à montré que le lit du rio situé entre le
glacier et la glace morte, a lui aussi connu le passage d'une crue exceptionnelle : le
mélange de sable et de graviers qui formait ce lit est maintenant creusé par un cafion
de 2,50 à 3 mètres de profo ndeur et d'à peu près 4 mètres de large . La poche d'eau
était donc située en amont de la glace morte et de la moraine, sûrement sous le
glacier.
L'observation de la langue du glacier montre qu'au moins tille partie de l'eau
est venue de sous de glacier (creusement d'une petite arche). Cependant, les traces
d'érosion observées ur le glacier montrent qu'une partie de l'eau s'est, elle , écoulée
sur la surface même du glac ier. Sur le bord d'une des premières crevasses du glac ier,
nous avons retrouvé un tas de sable et de gravier de 40 à 50 cm de haut , probablement
form épar une résurgence de la crue au niveau de cette crevasse.
Le glacier en lui-même ne semble pas montrer de changement morphologique
permettant de localiser l'emplacement de la poche d'eau. Celle-ci devait donc bien
être de taille modeste. C'est la soudaineté de la rupture qui a créé la violence de
l'événement.
v. Conclusion:
La crue exceptionn Il observée entre le 19 et le 20 mai 1998 peut être
estimée à un débit minim um de 2,3 m3/s et à un débit possible de 5 m3/s. Elle semble
due à la rupture d'une poche d'eau de taille modeste située sous le Glacier 15a lui-
même. L'eau ainsi libérée aurait cheminé en partie sous le glacier et en partie sur la
surface du glacier via la remontée par des crevasses.
Il est possible que la rupture de cette poche d'eau soit liée à l'activité sismique
de l'Antizana qui est, ne l' oublions pas, un volcan actif. Ce dernier est équipé d'une
station sismographique (Réseau Nationale Equatorien). Malheureusement, cette
station était hors-service au moment de l'événement, ce qui ne permet pas de
rechercher la trace de la signature sismique soit de l'événement lui-même, soit de la
secousse qui aurait pu provoquer la rupture.
En l'absence d'enregistrements limnigraphiques, il nous est impossi ble
d'estimer le volum d'eau transité lors de la crue , et donc la taille exacte de la poche
d'eau. A l'avenir, même lorsque le canal sera hors-d 'eau, nous continuerons les
enregistrements de la stat ion limnim étriques.
Notons que cet événement n'est pas isolé. Plusieurs autres torrents de
l'Antizana montrent des traces d'érosion et de dépôts qui sem blent générées par ce
type de crues soudaines (cf. Contribution hydrologique des glaciers de l'Antizana au
système collecteur de La Mica, M. Stephan, NGT Equateur, juin 1998) . C'est donc un
phénomène dont il sera nécessaire de tenir compte dans les études futures sur
l'Antizana.
Enfin, il est possible que les traces de cette crue puissent se voir maintenant
sur les enregistrements limnimétriques effectués à la station limnigraphique. En effet,
les hydrogrammes semblent décalés dans le temps de 2 heures : les pointes de crues
qui survenaient avant l'événement entre 14 et 15 heures arrivent maintenant entre 16
et 17 heures. La crue peut avoir creusé dans la glace morte (ou ailleurs ...) des cavités
et des réseaux souterrains expliquant ce décallage temporel. Il pourrait être fort
intéressant d'aller prochainement faire des traçages en amont de la station afin de
savoir ce qu'il en est exactement.
Annexe 1 :
Pour estimer le débit de début d'entrainement des pierres, la formulation en débit
apparent de l'équation de Meyer-Peter (Meyer Peter, ]948) est utilisée:
25 [(k
s
)3!2 _ ]3/2
q"=(S-l).(I-p) k
r
.h.l-O,047.(S-l).dm (1.1)
Où : qs est le débit solide en volume apparent par unité de largeur
S est la densité relative par rapport à l'eau du matériau
k, est le coefficient de Strickler total du fond
kr est le coefficient de rugosité de Strickler du grain
h est la hauteur d'eau
i est la pente de la ligne d'énergie
dm est le diamètre moyen des pierres
p est la porosité
Suivant (1.1), le début d'entraînement à lieu pour:
(~:r.h.i= 0,047.(8 - I).d. (1.2)
Pour le canal Iimnimétrique, nous ne prenons pas en compte le terme correcteur en
(ks/k:rY'(3/2) qui correspond à l'effet de masquage, car on considère que les matériaux
à transporter ne forment pas le radier du canal, mais viennent de l'amont. Nous
obtenons donc l'équation simplifiée suivante:
h = 0,047.(S-1).dm / i (1.3)
Nous ne pouvons pas faire autrement que de considérer l'écoulement comme
permanent, donc i est pris comme égal à la pente du radier, soit i = 2,5 % pour le
canal de la station. Ainsi, à partir de l'équation (1.3), pour des pierres de densité
apparente S = 2,65, nous obtenons les résultats suivants:
dm = 25 cm =>
dm = 30 cm =>
h = 78 cm
h=93 cm
En extrapolant la courbe de tarage établie pour la station Iimnigraphique (suivant une
équation de Manning), nous obtenons des débits respectifs de 1,2 et 1,4 m3/s
Annexe2:
Les sections Q) et @ marquent une rupture de pente de quasi-nulle à verticale. La
vitesse de l'eau dans ces sections est donc au moins égale à la vitesse UIDin telle que le
nombre de Froude dans ces sections soit égal à 1 (vitesse égale à Umin si l'écoulement
amont est fluvial, vitesse supérieure s'il est torrentiel) :
1= Urnin~g~
Où: g est l'accélération de la pesanteur (prise égale à 9.81 m/s'')
S est la surface mouillée de la section
b est la largeur au miroir à la section
(2.1)
A partir de simplement les caractéristiques géométriques des sections Q) et @ et des
traces marquant les niveaux atteints par l'eau, l'équation (2.1) permet de calculer les
débits mimima QIDin qui se sont écoulés dans ces sections. Soit:
section Q) :
section @ :
y
~----_ .....
i 10
Y
!f\
!
~O
!
S = 0 12 m2,
b=O,4 m
UIDin = 1,72 mis
Qmin ~ 0,2 m3/s
(3.1)
Annexe 3 :
La hauteur d'eau de début d'entraînement nous est donnée par l'équation (1.2). Cette
fois-ci, nous prenons en compte le terme correcteur (ks/krY'(3/2). Le lit du cours d'eau
étant contitué principalement de pierres dont le diamètre varie de 5 à 40 cm, nous
choisissons dans les tables un coefficient de Strickler total du fond k, = 25. Le
coefficient de rugosité du grain nous est donné par la formule empirique (3.1) :
k _ 21,1
r - VJ::
Donc, pour des pierres de diamètre dm = 30 cm, nous avons kr = 25,8.
Une fois encore nous considérons l'écoulement permanent, ce qui nous permet
d'assimiler i à la pente du lit du rio. Nous estimons i = 5 %. Ainsi, pour des pierres de
densités apparentes S = 2,65 et de diamètre moyen dm = 30 cm, (1.2) nous donne une
hauteur de début d'entraînement: h = 44 cm.
Cette hauteur est cohérente avec celle relevée sur le site: h = 42 cm. Les hypothèses
concernant l'évaluation des différents paramètres paraissent donc correctes. Nous
estimons le débit en appliquant la formule de Manning (3.2), valable en régime
permanent:
(S5) 1:3Q= r, Ji. 'pl
Où : Q est le débit
S est la surface mouillée de la section de passage
P est le périmètre mouillé de la section de passage
(3.2)
La section relevée sur le terrain peut-être assimilée à une section rectangulaire de
largeur 4,2 m et de hauteur 0,42 m. L'équation (3.2) nous donne donc un débit:
Q = 5 m3/s


La crue du 19 au 20 mai 1998 à la station limnimétrique de l'Antizana 15

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