Hydrologie

Hydrologie

 L'hydrologie est l'étude du comportement des eaux : origine, répartition et circulation; propriétés physiques et chimiques; interaction avec l'environnement physique et vivant. L'hydrologie appliquée s'intéresse principalement aux précipitations, à la présence et au mouvement des eaux gelées, stagnantes ou courantes (à la surface ou en sous-sol) ainsi qu'à l'évaporation. Plus précisément, l'hydrologie concerne l'étude des eaux intérieures ou de l'eau contenue dans l'atmosphère, plutôt que l'étude des eaux marines. Elle vise à recueillir des données pour déterminer les quantités d'eau et leur mouvement.

Les mesures donnent des renseignements essentiels sur le volume des chutes de pluie et de neige, le taux d'infiltration et de ruissellement, le débit des cours d'eau, les variations de niveau des lacs et des nappes d'eau souterraines et l'évapotranspiration. L'hydrologie englobe également l'étude des lois physiques régissant le mouvement de l'eau pendant le cycle hydrologique et l'interaction de l'eau avec l'environnement. Cette science se fonde sur diverses techniques mathématiques pour définir et décrire les relations empiriques qui existent entre le mouvement des eaux et les conditions et forces l'influençant.

Historique

Les applications pratiques et intuitives des principes hydrologiques ont précédé la compréhension approfondie de cette science. Dès l'an 4000 av. J.-C., les Sumériens élaborent un système d'irrigation complexe et fort étendu qui perdure pendant environ 5000 ans. Dans la vallée du Nil, on développe une agriculture à grande échelle irriguée par les INONDATIONS, au moins dès l'an 3400 av. J.-C. En Chine, les ouvrages destinés à transporter l'eau remontent à plus de 2000 ans av. J.-C. Les premières données hydrologiques remontent à 3500 ou 3000 ans av. J.-C., époque à laquelle on mesure pour la première fois les niveaux du Nil à l'aide de « nilomètres ». On trouve des pluviomètres rudimentaires en Inde dès le IV^e siècle av. J.-C.

Quelques penseurs anciens semblent avoir compris l'essentiel de l'hydrologie, mais il faut attendre l'an 1580 de notre ère pour que le monde scientifique puisse compter sur une description réaliste du cycle hydrologique. C'est en effet à cette époque qu'un naturaliste français, Bernard Palissy, écrit que les cours d'eau sont alimentés par la pluie et la neige. Un siècle plus tard, les physiciens français Pierre Perrault et Edmé Mariotté mesurent les chutes de pluie et le ruissellement dans le bassin de la Seine et prouvent que les chutes de pluie suffisent à assurer le débit de la rivière. Peu de temps après, l'astronome anglais Edmond Halley démontre, en la mesurant, que l'évaporation de la Méditerranée pourrait alimenter les cours d'eau qui s'y jettent.

À la fin du XVII^e siècle et au XVIII^e siècle, les Italiens Giovanni Cassini, Bernardino Ramazzini et Antonio Vallisnieri élaborent la théorie de la pression artésienne, ce qui entraîne d'importants progrès dans la théorie et l'instrumentation hydrauliques. Vers la fin du XVIII^e siècle, des progrès en GÉOLOGIE ouvrent la voie à l'avancement de l'hydrogéologie. Dans la deuxième moitié du XIX^e siècle, les recherches s'intensifient dans ce domaine en raison des pressions exercées en Europe pour développer un système de distribution des eaux.

Au Nouveau Monde, on se penche d'abord sur le jaugeage des débits. Aux États-Unis et au Canada, à la fin du XIX^e siècle, on met sur pied des mesures visant à calculer les débits, à compiler les relevés et à créer un réseau de stations d'observation climatologique. La collecte continue de données permet de mettre au point des méthodes statistiques et empiriques utilisées dans l'hydrologie analytique. Ainsi, en s'appuyant sur la théorie des probabilités et en supposant que l'enregistrement de la quantité de pluie ou du débit d'un cours d'eau est représentatif de ce qui surviendra, les hydrologues élaborent des méthodes pour déterminer la probabilité des événements hydrologiques.

Pour résoudre divers problèmes, on définit les rapports qu'il y a entre la fonte des neiges et la température, entre le taux de précipitations, la couverture du sol et le ruissellement, entre l'importance d'un BASSIN HYDROGRAPHIQUE et l'ampleur des inondations, entre la perméabilité du sol et le volume de la nappe d'eau souterraine, entre le rayonnement et l'évapotranspiration, etc. On perfectionne les techniques à mesure que l'on dispose de nouvelles données.

Enseignement

En 1948, R.H. Clark donne le premier cours universitaire d'hydrologie à des étudiants en génie de l'U. du Manitoba. Trente ans plus tard, les départements de génie (voir INGÉNIERIE and GEOGRAPHY) et de GÉOGRAPHIE de plus de 40 universités du pays offrent des cours sur divers aspects de l'hydrologie. Les étudiants en GÉNIE CIVIL reçoivent maintenant une formation en hydrologie.

Il n'existe aucune faculté d'hydrologie, mais plusieurs établissements offrent des études supérieures dans cette discipline. Le nombre d'inscriptions varie d'une année à l'autre. À la fin des années 70, les universités canadiennes décernaient environ 40 maîtrises et doctorats par année. Les cours de deuxième et de troisième cycles approfondissent les sujets abordés au premier cycle (eaux de surface, érosion, etc.). En raison de l'utilisation étendue des ordinateurs, l'élaboration de modèles hydrologiques est devenue un important champ d'études supérieures.

Rapports entre l'hydrologie et les autres domaines

En raison des liens étroits qui existent entre l'eau et les autres aspects du milieu naturel, la ligne de démarcation entre l'hydrologie et les autres domaines d'étude n'est pas très nette. La météorologie s'intéresse aux précipitations et à l'évapotranspiration; la géomorphologie, au ruissellement; la géologie, au mouvement des nappes d'eaux souterraines; la pédologie et la mécanique des sols, à l'infiltration; la physiologie, à la transpiration végétale. Des sciences de base comme la physique et les mathématiques sont essentielles pour effectuer des travaux détaillés.

Applications

Les hydrologues conseillent les gestionnaires des réseaux aquatiques en ce qui a trait à l'utilisation et à la manipulation des eaux. Par exemple, ils peuvent intervenir quand vient le temps de répartir entre divers utilisateurs un approvisionnement limité en eau; de déterminer les dimensions des constructions (déversoirs, ponts) destinées à laisser passer les débits de crue de façon sûre; de planifier la gestion des eaux ou des installations HYDROÉLECTRIQUES de façon à optimiser l'utilisation des ressources; de prévoir les crues et les étiages (basses eaux); de concevoir et gérer les RÉSERVOIRS, les digues et les canaux d'évacuation des crues; de concevoir des ouvrages destinés à restreindre l'ÉROSION; de découvrir, inventorier et distribuer les eaux provenant de sources souterraines profondes; d'appliquer les principes hydrologiques à l'ensemble sol-plante-eau pour favoriser la production de nourriture et de fibres.

Associations et revues

Diverses associations favorisent les relations professionnelles et la publication d'articles d'hydrologues canadiens. Le Comité conjoint sur l'hydrologie du CONSEIL NATIONAL DE RECHERCHES parraine des colloques à intervalles réguliers. La Société canadienne de météorologie et d'océanographie publie la revue Atmosphère-Océan; l'Association canadienne des ressources hydriques, le Revue canadienne des ressources en eau; la Société canadienne de génie civil, la Revue canadienne de génie civil.

Le Journal canadien des sciences de la terre est au service des hydrogéologues. Le Water Resources Research est publié par l'American Geophysical Union. Diverses publications de l'American Society of Civil Engineers et de la National Water Well Association diffusent les articles d'Américains et de Canadiens. L'International Association of Hydrological Sciences et l'International Association of Hydrogeologists, qui publie le Hydrological Sciences Journal, offrent une tribune scientifique mondiale aux hydrologues.

Le Journal of Hydrology et Agriculture and Forest Meteorology sont également des publications importantes. À la suite de la Décennie hydrologique internationale de l'UNESCO (1965-1974) qui mettait de l'avant la recherche internationale en hydrologie est créé le Programme hydrologique international. Dans les deux cas, la participation du Canada est importante sur les plans administratif et scientifique.