Etude de la dynamique sédimentaire dans le bassin versant de l'Oued Bellah (Algérie)

Résumé

Cet article s'intéresse à l'étude du transport solide dans le bassin versant de l'Oued Bellah. Pour comprendre la dynamique sédimentaire dans le bassin versant, on s'est basé sur l'exploitation des données de prélèvements instantanés des débits liquides et des concentrations des sédiments transportés en suspension dans le cours d'eau. Les résultats obtenus montrent que la dégradation spécifique moyenne annuelle est de l'ordre de 610 t km⁻² an⁻¹. Cette valeur est comparable à celles trouvées pour d'autres régions à régime hydrologique similaire. L'analyse de l'évolution de la concentration des sédiments dans le cours d'eau et la quantification du flux de sédiments ont montré que l'apport sédimentaire se fait essentiellement pendant les crues. On distingue alors, trois périodes d'érosion active, la première, intense en hiver, les deux autres de plus faible ampleur au printemps et en automne.

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé S. Faye

Citation Elahcene, O., et al., 2013. Etude de la dynamique sédimentaire dans le bassin versant de l'Oued Bellah (Algérie). Hydrological Sciences Journal, 58 (1), 1–13.

Abstract

This paper presents a study of the sediment transport in the Wadi Bellah watershed. In order to understand the sedimentation dynamic in the watershed, analysis is based on instantaneous flow data and the concentration of suspended sediments transported in the stream. The results show that the annual average of specific degradation is about 610 t km⁻² year⁻¹. This value is comparable to those found in other regions with similar hydrologic regimes. Analysis of the evolution of sediment concentration in the stream and the quantification of sediment fluxes showed that the sediment supply occurs mainly during floods. Three periods of active erosion are distinguished, the first, intense in winter, the other two of lesser extent in spring and autumn.

Mots clefs:

• concentrations
• suspension
• débit solide
• débit liquide
• crue
• hystérésis
• Oued Bellah
• zone semi-aride
• Algérie

Key words:

• concentrations
• suspension
• sediment discharge
• water discharge
• flood
• hysteresis
• semi-arid zone
• Wadi Bellah
• Algeria

INTRODUCTION

Dans les zones semi-arides, caractérisées par des précipitations très irrégulières souvent intenses, les facteurs climatiques ont une influence considérable sur le détachement des particules du sol. Ces dernières, se trouvent transportées par ruissellement dans les oueds. Elles finiront par se déposer dans les retenues provoquant ainsi leur envasement. Elles sont aussi rejetées à la mer provoquant ainsi sa pollution. Les recherches effectuées dans le domaine de l'érosion et du transport solide, montrent que les dégradations spécifiques, des bassins versants maghrébins, varient de 1000 à 5000 tonnes par km² et par an (Walling 1984). Ces dégradations sont très variables d'un bassin à un autre et peuvent atteindre, comme pour le cas de l'Oued Agrioun en Algérie, 7200 tonnes par km² et par an (Probst et Amiotte Suchet 1992). Cette estimation est obtenue en se basant sur les données observées, durant la période de 1972 à 1979, sur le bassin versant de l'Oued Agrioun qui alimente le barrage d'Irhil Emda. Comme conséquence de ces dégradations, la part des sédiments qui se déversent annuellement dans la mer Méditerranée est estimée à 100 × 10⁶ t (Probst et Amiotte Suchet 1992).

En Algérie, pays à faible ressource hydrique (Bouanani et al. 1999), les pertes en terre sont estimées à 120 × 10⁶ t an⁻¹ (Hadjadj 1997) et la quantité de sédiments déposés dans les barrages ne cesse d'augmenter, passant de 484 × 10⁶ m³ en 1996 (Djeziri 1998) à 700 × 10⁶ m³ en 2000 (Remini 2002). Il existe, actuellement, 63 barrages en exploitation en Algérie et chaque année 45 × 10⁶ m³ de vase se déposent au fond de 57 grands barrages du pays, ce qui représente une perte de capacité annuelle de stockage égale à 0,7% de la capacité totale (Remini 2008).

Sur cette problématique du transport solide dont l'étude est devenue essentielle, un grand nombre de chercheurs ont tenté d'expliquer les mécanismes complexes du transport solide et de quantifier les volumes des sédiments transportés. Dans ce contexte, on notera les travaux de Tixeront (1960), Heusch (1982), Milliman et Meade (1983), Sogreah (1983), Walling (1984), Kattan et al. (1987), Williams (1989), Lahlou (1990) et Probst et Amiotte Suchet (1992). D'autre part, Ghorbel et Claude (1977), Demmak (1982), Rais et Abidi (1989), Snoussi et al. (1990), Merzouki (1992), Bourouba (1996, 1998), Albergel et al. (1998), Bergaoui et al. (1998), Moukhchane et al. (1998), Meddi (1999), Megnounif et al. (2000, 2003, 2007), Terfous et al. (2001), Benkhaled et Remini (2003a), Bouanani (2004), Achite et Meddi (2004, 2005), Achite et Ouillon (2007), Khanchoul et al. (2007) et Ghenim et al. (2007, 2008) ont présenté en conclusion de leurs travaux des informations significatives sur le flux des sédiments transportés par les cours d'eau de quelques bassins tunisiens, marocains et algériens.

Le présent travail a pour objectif de s'intéresser à la dynamique des sédiments transportés en suspension par l'Oued Bellah situé au nord de l'Algérie. Il contribue à la quantification des flux des sédiments transitant par cet oued et se déposant en mer Méditerranée. Notre intérêt pour ce bassin est surtout motivé par l'absence d'études qui lui sont consacrées dans ce domaine et pour la disponibilité et la diversité des données relatives à la réalisation de ce type d'étude. La présente étude se base sur les données de prélèvements effectués par l'Agence Nationale des Ressources Hydriques (ANRH, Algérie) entre 1974 et 2007.

PRESENTATION DU BASSIN VERSANT

Le bassin versant de l'Oued Bellah est situé en zone semi-aride. Il s'étend sur une superficie de 55 km² pour un périmètre de 38 km. Bassin du côtier algérois, faisant partie de la wilaya de Tipaza, il est situé à une centaine de kilomètres à l'Ouest de la capitale Alger. Il est situé entre 2°9′33,84″ et 2°16′1,2″ de longitude Est et entre 36°30′7,56″ et 36°36′41,76″ de latitude Nord (Fig. 1).

Fig. 1 Situation de la région d'étude (Oued Bellah).

Le bassin versant de l'Oued Bellah est de type montagneux. Il a une altitude moyenne de 254 m. L'altitude à l'exutoire, où se situe la station hydrométrique Pont RN 11, est de 25 m. Il est caractérisé par une altitude maximale de 736 m, la longueur de son rectangle équivalent est de 10,39 km, sa densité de drainage est de 3,6 km/km², son coefficient de torrentialité est de 32,76 et la longueur de son talweg principal est de 16 km.

Les pentes supérieures à 12,5% occupent dans le bassin versant une grande place, tandis que les pentes inférieures à 12,5% occupent le reste du bassin. Le pourcentage des terres sur les pentes de 0 à 3% est très faible correspondant aux plaines littorales situées à l'aval de l'oued.

Les principaux types de sol dans le bassin versant de Oued Bellah sont les sols alluviaux, dans la vallée de l'Oued Bellah et les sols calcaires dans la plus grande partie du bassin versant. Les potentialités forestières sont importantes. Cependant, la majorité des formations forestières sont à l'état de maquis donc dégradées, qu'il conviendrait de densifier et d'aménager afin de renforcer la stabilité physique du bassin.

La zone d'étude est constituée par des terrains stables à instables malgré la prédominance des pentes fortes supérieures à 12,5%. Ceci s'explique par la dominance d'un substrat résistant et moyennement résistant aux agents érosifs.

Le bassin est contrôlé par la station hydrométrique Pont RN 11 (coordonnées Lambert (X = 458,65 m; Y = 367,50 m). Elle dispose de mesures de hauteurs d'eau et des débits liquides à partir du 1er mai 1972 jusqu'à ce jour.

Le climat du bassin versant de l'Oued Bellah est de type semi-aride, humide et froid en hiver et sec et chaud en été (Fig. 2). Les mois les plus pluvieux sont novembre (85 mm) et décembre (89 mm). Le bassin reçoit entre 300 et 700 mm de pluie par an avec une moyenne inter-annuelle de 519 mm pour une période allant de 1974/75 à 2006/07 (Fig. 3).

Fig. 2 Précipitations moyennes mensuelles. Poste Bellah RN 11 (1974/75 à 2006/07).

Fig. 3 Variation inter-annuelle des précipitations: station Bellah RN 11 (de 1974/75 à 2006/07).

DONNEES HYDROLOGIQUES

L'étude est basée sur les mesures instantanées, des débits liquides Q _l (m³/s) et des concentrations C (g/L), réalisées par les services de l'Agence Nationale des Ressources Hydriques (ANRH) à la station Pont RN 11. Les mesures couvrent une période allant de 1974/75 à 2006/07. Les débits liquides sont obtenus de deux façons: sur la base de la courbe de tarage à partir des hauteurs d'eau lues sur une échelle limnimétrique d'une part, et par dépouillement des hauteurs d'eau enregistrées par un limnigraphe à flotteur, d'autre part.

La concentration est obtenue d'après le protocole suivant. A chaque lecture de hauteur d'eau, on prélève un échantillon d'eau, chargée, sur la rive à la surface de l'oued au moyen d'un flacon de 50 cL. Les sédiments filtrés sur papier-filtre sont ensuite séchés à l'étuve pendant 30 min à une température de 105°C. Ramenée à l'unité de volume (1 L), cette charge est attribuée à la concentration en suspension instantanée véhiculée par le cours d'eau en g/L. La cadence de prise des mesures varie selon l'ampleur de l'événement. En période de crue, les prises sont intensifiées jusqu'à des intervalles de temps d'une heure ou même de 30 min en fonction de la vitesse de l'augmentation des débits liquides. En période d'écoulement normal ou en période d'étiage, on se contente d'une prise quotidienne effectuée généralement à midi. Le débit solide en suspension est alors calculé par la relation: Q_s = CQ_l où Q_s représente le débit solide (en kg/s), C la concentration des sédiments en suspension (en g/L) et Q_l le débit liquide journalier (en m³/s).

RESULTATS ET DISCUSSION

Relation entre débits solides en suspension et débits liquides instantanés

Pour étudier l'évolution des débits solides déterminés à partir des concentrations et des débits liquides mesurés à l'Oued Bellah, on a procédé par une analyse temporelle à différentes échelles. Les résultats obtenus (Fig. 4) montrent qu'il existe une relation étroite entre le débit solide et le débit liquide caractérisant l'Oued Bellah. Cette relation est représentée par une loi en puissance de la forme Q_s = aQ_l ^b .

Fig. 4 Relation entre les débits solides et les débits liquides instantanés mesurés entre 1974 et 2007 sur l'Oued Bellah suivant plusieurs échelles temporelles.

Les résultats obtenus montrent qu'il existe une bonne corrélation entre ces deux grandeurs représentant la dynamique sédimentaire de l'Oued Bellah. Ceci, peut s'expliquer par la validité de la relation en puissance, c'est-à-dire que le débit solide est lié au débit liquide par la relation Q_s = CQ_l .

Une analyse graphique des relations obtenues (Fig. 4, série complète), montre qu'à de faibles débits liquides (moins de 0,6 m³/s) peuvent être associés de forts débits solides (près de 13 kg/s) déclenchés probablement à la suite d'orages violents. De même, de fortes valeurs de débits liquides n'ont engendré qu'un faible transport solide (moins de 10 kg/s) dû à la vidange des nappes survenue à la suite d'une crue importante. On remarque aussi que l'automne, l'hiver et le printemps se distinguent par un flux important de matières solides en suspension. Le débit solide maximal est de l'ordre de 1386 kg/s, atteint en novembre 1984, résultant d'un débit liquide de 26 m³/s. En revanche, durant l’été, on constate une régression nette des débits liquides qui ne dépassent pas les 5 m³/s vu l'inexistence d’écoulement durant cette saison. Toutefois, on remarque quelques spécificités pour chaque saison.

Les nuages des points pour le printemps et l'hiver sont assez épais, variation importante des débits solides pour de faibles variations des débits liquides, ce qui se traduit par l'existence d'un nombre important de prélèvements lors des tarissements, et donc une contribution importante des nappes dans l’écoulement durant ces deux saisons.

Après la saison sèche, les premières pluies de l'automne trouvent un sol sec et dur. Elles contribuent à la rupture des liaisons entre particules du sol sans pour autant produire une érosion importante. La réponse du bassin en matières en suspension est donc très faible. Ce sont les pluies torrentielles qui surviennent en octobre et novembre qui arracheront de grandes quantités de matières solides, qui seront par la suite véhiculées en suspension par le cours d'eau. La réponse du bassin se manifeste rapidement par des ruissellements et des écoulements hypodermiques peu profonds. La relation entre les deux variables (débits liquides et solides) semble être plus étroite pour les valeurs fortes.

Quoique moins importantes que celles de l'automne, les pluies du printemps survenues après un hiver pluvieux et froid avec une succession de gel et de dégel favorisant la déstabilisation de la structure du sol le rendant plus vulnérable à l’érosion, trouvent un sol meuble et déclenchent alors, des écoulements fortement chargés.

En hiver, période de transition entre les deux saisons humides, bien que la pluviométrie soit importante, les écoulements le sont encore plus, ce qui est dû essentiellement aux réserves importantes en eau, emmagasinées dans le sol, suite aux fortes pluies de l'automne.

L’été se distingue des autres saisons, par ses valeurs très dispersées. L'analyse de ce résultat s'avère difficile vu l'insuffisance du nombre d'observations à cause de l'inexistence d’écoulement. Pour la série des crues, l'analyse graphique, montre que cette série se distingue aussi par une quantité importante de matières solides en suspension vu qu'elle rassemble toutes les saisons.

L'ensemble de relations obtenues est donné dans le Tableau 1. D'après le Tableau 1, on voit clairement qu'il y a de bonnes corrélations pour l'ensemble des échelles étudiées (de 84% en été à 92% en hiver).

Tableau 1  Relations débit solide–débit liquide pour chaque échelle de temps de 1974 à 2007

Echelle temporelle	Nombre d'observations	Coefficient de corrélation	Relations retenues
Série complète	3179	0,90 (90%)	Qs  = 4,62Ql ^1,38
Automne	505	0,89 (89%)	Qs  = 13,16Ql ^1,21
Hiver	1709	0,92 (92%)	Qs  = 3,95Ql ^1,44
Printemps	960	0,91 (91%)	Qs  = 3,43Ql ^1,38
Eté	5	0,84 (84%)	Qs  = 17,11Ql ^1,74
Crues	1516	0,84 (84%)	Qs  = 9,33Ql ^1,12

Bilan des apports solides

Pour estimer les apports solides en suspension, nous avons utilisé la relation de la série complète (Q_s  = 4,62Q_l ^1,38). Le calcul se fait sur une période de 33 ans allant de 1974/75 à 2006/07. Les résultats obtenus sont représentés dans le Tableau 2 et la Fig. 5.

Fig. 5 Variation des apports solides mensuels moyens en suspension dans le bassin versant de l'Oued Bellah pour la période de 1974/75 à 2006/07.

Le Tableau 2 montre que les années 1975/76, 1978/79, 1986/87, 1990/91 et 1998/99 se caractérisent par des volumes de sédiments en suspension d'un ordre de grandeur double à triple comparés aux autres années. Ceci peut s'expliquer par le fait que ces années ont été marquées par des crues exceptionnelles en volume et en durée. Dans ce contexte, on notera la crue de février 1976 (57 895 t) avec un apport liquide de 6,60 hm³ et une concentration de 8,79 g/L, la crue de mars 1979 (69 025 t) avec un apport liquide de 3,10 hm³ et une concentration de 22,2 g/L, la crue d'avril 1995 (26 862 t) avec un apport liquide de 2,78 hm³ et une concentration de 9,71 g/L, la crue de décembre 1998 (35 535 t) avec un apport liquide de 3,83 hm³ et une concentration de 9,40 g/L et la crue de novembre 2001 (21 106 t) avec un apport liquide de 1,65 hm³ et une concentration de 12,73 g/L.

Tableau 2  Répartition mensuelle et annuelle des apports solides en suspension (A _s , en t) et des dégradations spécifiques (A_{s s} , en t km⁻² an⁻¹) dans le bassin versant de l'Oued Bellah (1974/75 à 2006/07)

Année	Septembre	Octobre	Novembre	Décembre	Janvier	Février	Mars	Avril	Mai	Juin	Juillet	Août	As (×10^6)	Ass
74/75	45	7872	6719	469	447	3070	4640	4638	5002	280	156	354	0, 034	613
75/76	213	191	14872	3744	5642	57895	6646	2295	4203	175	47	31	0, 110	1926
76/77	268	1894	2847	3989	4991	733	3961	2614	605	63	24	19	0, 022	400
77/78	671	1887	2875	13077	4962	13275	7365	2107	2205	1318	754	928	0, 051	935
78/79	6	10926	353	4368	2743	18363	69025	2202	358	113	58	19	0, 110	1973
79/80	88	211	3419	7907	15598	8389	9126	2043	852	168	84	106	0, 048	873
80/81	134	199	315	2304	3907	1853	2506	981	3358	297	220	191	0, 016	296
81/82	450	933	2672	10746	7199	5813	2586	1055	1521	240	116	118	0, 033	608
82/83	515	466	3929	6358	1360	3168	941	279	363	89	115	7	0, 018	320
83/84	34	52	277	5662	8139	1860	6914	676	905	382	66	6	0, 025	454
84/85	53	8493	13664	1770	7308	6692	10615	1838	1776	207	8	17	0, 052	953
85/86	157	21	1148	400	1061	4949	12607	3375	415	1302	1120	148	0, 027	486
86/87	3198	437	15433	15382	7142	18439	13198	4779	3700	905	569	1515	0, 085	1540
87/88	1864	459	1930	12418	5319	4130	12633	5189	3356	1472	501	6	0, 049	896
88/89	97	505	4906	378	5127	1310	1711	19223	2055	850	198	50	0, 036	662
89/90	2812	1545	4622	2019	6689	1347	1418	1829	1912	669	0	0	0, 025	452
90/91	0	605	504	2289	25910	8508	15456	554	848	110	40	17	0, 055	997
91/92	44	104	1073	4316	56	356	1705	2762	1893	558	93	23	0, 013	236
92/93	192	749	2063	4613	1198	3843	988	660	360	77	74	20	0, 015	270
93/94	633	16	84	1625	3441	2704	471	1015	4	5	0	6	0, 010	303
94/95	445	145	1914	18	4465	720	8437	26862	290	52	12	16	0, 043	789
95/96	10	5	3	51	283	741	53	993	2088	98	4	3	0, 004	79
96/97	80	2331	7095	695	491	8990	1717	223	327	51	13	20	0, 022	401
97/98	1	0	1107	1014	889	622	401	420	379	0	0	0	0, 005	88
98/99	0	0	666	35535	1269	9315	12861	200	386	0	0	0	0, 060	1095
99/00	56	251	29	257	7504	2032	612	156	995	0	0	0	0, 012	216
00/01	85	102	627	120	1172	333	119	388	9	1	0	0	0, 003	54
01/02	2	0	21106	100	203	111	2191	31	6	0	16	23	0, 024	433
02/03	0	1	305	108	6958	1688	521	589	340	7	0	0	0, 011	191
03/04	38	0	1818	1855	6272	5379	620	985	214	32	0	0	0, 017	313
04/05	39	6	239	2223	4268	6930	7983	485	90	18	1	1	0, 022	405
05/06	170	6	43	12615	2884	2801	1219	263	9747	968	4	2	0, 031	559
06/07	3877	22	84	1633	4822	3358	1704	1348	12	6	3	3	0, 017	307
Moyen	493	1225	3598	5153	4840	6355	6756	2820	1533	319	78	111	0, 033	610

La Fig. 5 montre que les quantités maximales des sédiments transportés en suspension par l'Oued Bellah s'observent entre novembre et avril. On constate que les crues d'hiver et les crues de printemps (de 40 à 87 m³/s) favorisent le transport des sédiments en suspension car elles sont caractérisées par une forte turbulence, due aux débits extrêmes, tandis que, les crues d'automne se caractérisent par de fortes concentrations et de faibles débits car la faible turbulence ne favorise pas le transport en suspension.

A partir des apports solides A_s (t), on peut déterminer la dégradation spécifique A_ss (t km⁻² an⁻¹) par la relation A_ss = A_s /S où S est la surface du bassin (Tableau 2). On note, alors, que la dégradation spécifique est très variable d'une année à l'autre. Elle varie de 54 t km⁻² an⁻¹ pour l'année 2000/01 à 1973 t km⁻² an⁻¹ pour l'année 1978/79, soit un rapport de 1 à 37.

On peut aussi remarquer que, pour deux années recevant presque la même quantité de précipitations, la charge en suspension peut être très différente. A titre d'exemple, en 1975/76, on a prélevé 0,11 × 10⁶ t pour une précipitation de 698 mm alors qu'en 1980/81, presque pour la même quantité des précipitations de l'ordre de 658 mm, on a prélevé 0,016 × 10⁶ t de sédiments, soit un rapport de 1 à 7.

L'apport moyen annuel des sédiments enregistré à l'exutoire du bassin versant de l'Oued Bellah est évalué à 33 000 t, ce qui correspond à une dégradation spécifique de 610 t km⁻² an⁻¹. On notera que cette valeur se situe dans la fourchette des dégradations trouvées pour quelques bassins versants maghrébins (Tableau 3).

Tableau 3  Quelques valeurs de dégradations spécifiques publiées pour des bassins versant voisins

Bassin versant	Dégradation spécifique (t km^−2 an^−1)	Auteurs
Maghreb	265 à 2569	Heusch et Millies-Lacroix (1971)
Maghreb	1000 à 5000	Walling (1984)
Maghreb	397	Probst et Amiotte Suchet (1992)
Maroc	750	Snoussi (1988)
La Tafna (Algérie)	150	Sogreah (1967)
Oued Mazafran (Côtier algérois)	1610	Bourouba (1997)
L'Isser (Lakhdaria)	2300	Bourouba (1997)
Algérie orientale	145	Bourouba (1998)
Ebda (Algérie)	1875	Meddi (1999)
Mouilah (Algérie)	126	Terfous et al. (2001)
La haute Tafna (Algérie)	1120	Megnounif et al. (2003)
Sebdou (Algérie)	937	Bouanani (2004)
Sikkak (Algérie)	170	Bouanani (2004)
Mina (Algérie)	187	Achite et Meddi (2005)
Abd (Algérie)	136	Achite et Ouillon (20070
Saf Saf (Algérie)	461	Khanchoul et al. (2007)
Sebdou (Algérie)	1330	Ghenim et al. (2007)
Bellah (Algérie)	610	Présente étude

Evolution de la concentration des sédiments transportés en suspension en fonction des débits liquides pendant les crues

L’étude du transport solide par événement peut permettre de déterminer la provenance des sédiments transportés, par l'analyse des courbes représentant la concentration en MES en fonction du débit liquide qui présentent parfois des hystérésis. Dans ce contexte, on notera les travaux de Williams (1989), Asselman (1999), Picouet et al. (2000), Benkhaled et Remini (2003b), Lefrançois et al. (2005) et Bača (2008). La présente étude de l'hystérésis est basée sur les travaux de Williams (1989), qui propose une classification de ces relations basées sur le rapport C/Q_l durant les phases de montée de crue et de décrue. Cinq modèles de relations sont ainsi établis (Tableau 4).

Tableau 4  Classes des relations C/Q _l

Classe	Modèle	Critère C/Ql
I	Courbe simple (« single line »), ligne droite	(C/Ql )i ≈ (C/Ql )f, les pentes des deux sections montée et décrue sont égales
	Courbe, la pente croît quand Ql augmente	Les pentes des deux sections montée et décrue sont inégales
	Courbe, la pente décroît quand Ql augmente	Les pentes des deux sections montée et décrue sont inégales
II	Boucle dans le sens des aiguilles d'une montre (« clockwise loop »)	(C/Ql )i > (C/Ql )f pour toutes les valeurs de Ql
III	Boucle dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (« counterclockwise loop »)	(C/Ql )i < (C/Ql )f pour toutes les valeurs de Ql
IV	Linéaire simple plus une boucle (« single line plus a loop »)	(C/Ql )i ≈ (C/Ql )f pour une partie des valeurs de Ql (C/Ql )i > < (C/Ql )f pour l'autre partie des valeurs de Ql
V	Forme en huit (« figure eight »)	(C/Ql )i> (C/Ql )f pour une partie des valeurs de Ql (C/Ql )i < (C/Ql )f pour l'autre partie des valeurs de Ql
Notes: (C/Ql )i: (C/Ql ) de la courbe de montée de crue pour des débits données; (C/Ql )f: (C/Ql ) de la courbe de décrue.

Bien que ce ne soit pas toujours évident, vu le manque et l'imprécision des données, nous allons présenter, dans ce qui suit, les graphes des relations C/Q_l pour les crues enregistrés à l'Oued Bellah sur la période hydropluviométrique étudiée. Nous essayerons en même temps de caractériser et de classer ces différentes relations pour une meilleure compréhension du phénomène.

Pour les besoins de cette étude, nous avons sélectionné huit crues, présentées dans le Tableau 5. Le terme de crue fait référence à un événement hydrologique complet, avec une montée de crue et une décrue. Elles ont été choisies sur la base des critères suivants:

Tableau 5  Chronologie des crues sélectionnées

Crue	Date de la crue	Nombre d'observations
01	7 février 1976	19
02	20 septembre 1979	17
03	15 novembre 1979	21
04	5 mars 1980	25
05	16–17 décembre 1980	19
06	10 octobre 1984	27
07	29 décembre 1984	16
08	8 mars 2007	20

a.	la réalisation d'un hydrogramme complet et non complexe;
b.	la prise en compte des fortes et faibles crues; et
c.	le turbidigramme est bien suivi.

Le Tableau 6 donne les caractéristiques statistiques des crues traitées pour les variables Q_l et C, donnant d'une part, l'écart type, la moyenne, le mode, la médiane, le coefficient de variation, l'aplatissement et l'asymétrie, et d'autre part, le temps de base, le temps de montée, ainsi que le volume écoulé. Les intervalles de variation des estimations des paramètres statistiques des échantillons analysés (en les considérant un à un) sont assez importants, témoignant de l'irrégularité de l'écoulement du régime hydrologique de l'Oued Bellah.

Tableau 6  Statistiques par événement

Crue	Variables	Ecart type	Moyenne	Mode	Médiane	Cv	Aplatissement	Asymétrie
01	Ql	25,92	36,83	6,80	36,00	0,70	−1,17	0,33
	C	4,70	13,10	18,60	13,80	0,36	−0,41	−0,70
02	Ql	1,99	3,21	2,30	3,05	0,62	−0,48	0,61
	C	17,59	34,35	−	39,82	0,51	−0,40	−0,64
03	Ql	6,14	9,14	7,45	8,84	0,67	−1,02	−0,29
	C	15,38	44,76	62,18	40,72	0,34	−0,83	−0,25
04	Ql	12,81	16,79	28,40	15,50	0,76	−1,32	0,30
	C	5,13	7,53	−	8,79	0,68	−1.60	0,11
05	Ql	6,47	9,23	13,00	10,60	0,70	−1,20	−0,06
	C	5,67	12,35	16,18	15,92	0,46	−1,66	−0,60
06	Ql	6,18	8,82	13,00	7,30	0,70	1,43	1,30
	C	12,39	28,67	−	31,04	0,43	−0,66	0,04
07	Ql	2,55	5,11	4,10	4,38	0,50	−0,83	0,52
	C	5,99	12,99	−	11,56	0,46	−1,48	0,38
08	Ql	2,17	3,77	4,10	3,55	0,58	−0,31	0,44
	C	8,92	28,26	−	28,13	0,32	2,85	−1,39
Notes: Cv: coefficient de variation; Ql en m^3/s et C en g/L.

Le tracé des graphes temporels ainsi que celui représentant l'hystérésis est donnée en Fig. 6. L'application de l'approche des hystérésis, pour les huit crues enregistrées au niveau du bassin étudié durant les périodes de données disponibles, fait ressortir la distribution des différentes classes d'évolution des relations des concentrations en sédiments transportés avec les débits liquides et leur fréquence relative (Tableau 7).

Fig. 6 Evolution des concentrations des sédiments transportés en suspension et des débits liquides lors des crues enregistrées sur l'Oued Bellah (de 1974 à 2007) et classification des relations C/Q_l . La chronologie des variations de C et Q_l est représentée à gauche et l'hystérésis à droite.

Tableau 7  Fréquence des différentes classes d’évolution de la relation C/Q _l (Tableau 4) des huit crues au niveau du bassin versant de l'Oued Bellah (de 1974 à 2007)

Classe	I	II	III	IV	V
Fréquence	0%	50%	12,5%	0%	37,5%

Les courbes de la Fig. 6 présentent les fluctuations de la concentration des sédiments transportés en suspension et des débits liquides pour les crues. Elles montrent qu'à Oued Bellah, l’évolution des concentrations en fonction des débits liquides pendant les crues suit principalement trois modèles.

L’évolution de la relation des concentrations des sédiments en suspension et le débit liquide pour les crues de l'Oued Bellah, se présente à 50% suivant le modèle en boucle dans le sens des aiguilles d'une montre (« clockwise loop »). Ce modèle se présente particulièrement pour les crues du printemps. Ceci est peut être dû à la disponibilité des sédiments produits par les crues précédentes d'hiver, comparé, à un manque ou à une diminution des réserves en sédiments à la fin de la saison sèche. Selon Heidel (1956), dans les petits cours d'eau, la concentration maximum des sédiments se produit habituellement avant le débit maximum. Cela peut se présenter pour les crues d'automne et les crues d'hiver. Dans notre étude, ce modèle se présente par deux crues en automne (la crue du 20 septembre 1979 et celle du 15 novembre 1979) avec un pourcentage de 25% et par deux crues en hiver (la crue du 16–17 décembre 1980 et celle du 29 décembre 1984) avec un pourcentage aussi de 25%.

Les courbes en boucle dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (modèle « counterclockwise loop ») sont caractéristiques surtout des crues d'hiver et de printemps. Sur l'Oued Bellah, ce modèle caractérise la crue d'hiver (la crue du 7 février 1976) avec un pourcentage de 12,5%. Le sol étant plus ou moins saturé, le couvert résiste mieux à la pluie. L’érosion et le transport solide se verront légèrement retardés par rapport aux écoulements. Ainsi, ce n'est qu'après une érosion prolongée que la concentration en matières en suspension augmente.

Les formes en huit (37,5%), se présentent souvent pendant les crues de printemps (la crue du 5 mars 1980 et celle du 8 mars 2007) avec un pourcentage de 25%, saison caractérisée par de fortes pluies tombant après un hiver relativement froid mais généralement pluvieux. Aussi, les sédiments accumulés dans le lit de l'Oued seront mobilisés dès les premières crues du printemps pour donner au départ des pics de concentration antérieurs aux pics de débits liquides. Le phénomène s'inverse avec le temps dès l’épuisement du stock de sédiments, comme cela peut se présenter pour la crue d'automne dans la zone d’étude (la crue du 10 octobre 1984) avec un pourcentage de 12,5%.

Analyse des hystérésis

Les concentrations des sédiments en suspension sont directement liées aux débits, dans les petits cours d'eau. Généralement, elles augmentent très rapidement pendant les montées de crues, produisent une pointe avant le débit liquide maximal puis diminuent plus lentement pendant la décrue. Autrement, le débit liquide et la concentration instantanée des sédiments en suspension peuvent ne pas avoir une relation stationnaire pendant un écoulement simple dû à une averse. La tendance pour que la concentration en sédiments soit différente pour des débits identiques est l'effet d'hystérésis. Le caractère cyclique de la relation concentration en matières solides en suspension en fonction du débit liquide est illustré dans la Fig. 7. Cette dernière, montre que l'hystérésis se distingue par trois périodes (Benkhaled et Remini 2003b):

Fig. 7 Modèle de la relation C/Q_l formant une hystérésis. 1: érosion; 2: transport; 3: sédimentation.

La première période (Fig. 7(1)) est caractérisée par une forte augmentation de la concentration de sédiments en suspension et du débit. Cette phase est définie par l'arrivée successive des premières quantités de matériaux en suspension produites essentiellement par l'effet « splash » des pluies érosives dans les zones de ruissellement proches de l'exutoire du bassin. Cette période peut aussi correspondre à la remobilisation des matériaux déposés sur le fond lors des basses eaux (Kattan et al. 1987).

La seconde période (Fig. 7(2)) est caractérisée par une diminution de la concentration des sédiments en suspension et une forte augmentation du débit. Cette phase de transport correspond à la dilution de la concentration des sédiments et peut également être attribuée à l'érosion des berges du cours d'eau (Kattan et al. 1987, Dinehart 1992).

La troisième période (Fig. 7(3)) est caractérisée par une diminution de la concentration des sédiments en suspension et du débit. Cette phase correspond au dépôt des matériaux sur le lit des cours d'eau et dans les zones alluviales du bassin.

De manière plus générale, les causes de formations de ces boucles sont la diminution du stock de sédiments au cours de l'événement et l'existence d'une couche de pavage formée sur le fond du lit antérieurement à la crue. L'observation d'hystérésis horaire indique que les sédiments transportés durant la crue proviennent du lit de la rivière, mais peuvent provenir des berges et des affluents. Signalons que l'Oued Bellah est concerné par le sapement des berges, c'est-à-dire qu'au moment des crues, les eaux ont tendance à saper les berges concaves et à provoquer des éboulements.

CONCLUSION

On doit retenir de cette étude, que les transports solides en suspension dans le bassin versant de l'Oued Bellah se font essentiellement pendant les crues. On distingue trois périodes d'érosion actives, la première, intense, en hiver, les deux autres à plus faible ampleur en automne et au printemps.

Les débits solides en suspension varient en fonction des débits liquides selon une loi en puissance de la forme Q_s  = 4,62Q_l ^1,38. Sur la base de cette relation, nous avons calculé le débit solide en suspension journalier pour une période de référence de 33 ans allant de 1974/75 jusqu’à 2006/07. Les résultats obtenus ont permis de calculer le tonnage annuel des sédiments transportés en suspension par l'Oued Bellah.

Les quantités de sédiments transportés par l'oued sont très variables d'une année à une autre. Elles varient de 3000 t par an pour l'année 2000/01, ce qui correspond à une dégradation spécifique de 54 t km⁻² an⁻¹, à 110 000 t par an pour l'année 1978/79, ce qui correspond à une dégradation spécifique de 1973 t km⁻² an⁻¹, soit un rapport de 1 à 37.

L'apport moyen annuel en sédiments enregistré à l'exutoire du bassin versant de l'Oued Bellah est évalué à 33 000 tonnes, ce qui correspond à une dégradation spécifique moyenne de 610 t km⁻² an⁻¹. Cette valeur est comparable à celles trouvées pour des bassins versants à climat et hydrologie similaires en Algérie et au Maghreb.

L'évolution des concentrations des sédiments en fonction des débits liquides durant les crues montre que la réponse des concentrations aux débits suit trois modèles de courbes (dans le sens des aiguilles d'une montre, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et en forme en huit). Le modèle dans le sens des aiguilles d'une montre est le plus fréquent (50%). On le trouve, essentiellement, pour des crues d'automne (25%) et pour des crues d'hiver (25%). Pour ce modèle, l’érosion est active dès les premières pluies qui, même si elles sont d'un faible apport liquide, peuvent donner des concentrations importantes des sédiments en suspension. Les sédiments transportés durant la crue pour ce modèle proviennent, essentiellement, du lit de la rivière, mais aussi des berges et des affluents.