1.4.6. Classifications pour prévoir le comportement des cours d’eau

Malgré la grande quantité d’études sur la morphologie et la dynamique processuelle des cours d’eau déjà réalisée, on peut considérer qu’il est encore impossible de prévoir avec exactitude le comportement des cours d’eau face à des changements, naturels ou provoqués par l’homme, sur les éléments qui contrôlent le système fluvial (comme par exemple le débit, la charge sédimentaire ou la pente). Par contre, l’avancée de l’état des connaissances hydrologiques et géomorphologiques permet l’élaboration de systèmes de classification de plus en plus complexes. La quête d’un système de classification universel, qui permette de faire des prévisions sur le comportement des cours d’eau, se poursuit.

Pour Rosgen (1994), le processus d’élaboration d’une classification se justifie quand on essaye d’atteindre les objectifs suivants : 1) Prédire le comportement d’une rivière à partir de son apparence ; 2) Développer des rapports spécifiques entre l’hydraulique et les sédiments pour un type donné de rivière, dans un état donné ; 3) Donner un mécanisme permettant l’extrapolation des données d’un site spécifique à l’ensemble d’un tronçon aux caractéristiques similaires ; 4) Donner une cadre de référence consistant et reproductible pour ceux qui travaillent sur des rivières. Cet auteur a ainsi présenté une proposition de classification des chenaux naturels, en essayant d’intégrer tout ce qui a été appris sur la dynamique des cours d’eau dans l’histoire de la discipline, de façon à rendre disponible un schéma méthodologique commun à toutes les branches de la science qui travaillent sur les milieux fluviaux. La proposition méthodologique de Rosgen (1994) a été développée à deux niveaux d’analyse, afin de permettre l’organisation des variables en respectant les différentes échelles spatiales. Le premier niveau est celui de la caractérisation géomorphologique, tandis que le deuxième niveau est celui de la description morphologique. En termes pratiques, l’application de la méthodologie se fait à travers l’utilisation de quelques clés de classification (Figures 5, 6 et 7).

Le processus de classification commence par le choix entre les entrées « cours d’eau à chenal unique » et « cours d’eau à chenaux multiples ». En descendant dans la clé de classification, il est nécessaire de définir le rapport d’encaissement. La définition du rapport d’encaissement donnée par l’auteur est « la largeur de la surface soumise aux crues divisée par la largeur du chenal à pleins bords » (ROSGEN, 1994). La largeur de la surface soumise aux crues est définie par l’auteur comme « la largeur mesurée pour une hauteur égale à deux fois la profondeur maximale à pleins bords » (ROSGEN, 1994). Dans la suite de la classification, le critère suivant est le rapport largeur/profondeur. Ce rapport est calculé en divisant la largeur à pleins bords par la profondeur moyenne du chenal. Enfin, la détermination de la sinuosité est la dernière étape pour arriver à un des huit types de chenaux (Figure 7, Tableau 2). Le type Aa+, le type de chenal n° 9 qui n’est pas représenté dans la clé de classification, existe pour les chenaux à très forte pente, très encaissés, avec une charge sédimentaire formée de débris.

Pour donner une continuité à la classification, afin d’arriver à un des 94 sous-types de cours d’eau proposés par Rosgen (1994), il est nécessaire d’établir la pente du profil en long du tronçon et ensuite le type de matériel du chenal (Figure 7), du fait que ces deux variables interfèrent directement avec le style fluvial (ROSGEN, 1994).

Le système de classification proposé par Rosgen (1994) est très vaste. L’auteur discute son applicabilité dans plusieurs domaines de la science, comme par exemple dans les recherches sur l’évolution des systèmes fluviaux, les études hydro-sédimentaires et les travaux de restauration et récupération d’habitats. Ces dernières années, cette méthodologie a gagné en notoriété et, malgré sa popularité, elle a été soumise à quelques dures critiques de la part de Miller et Ritter (1996). Selon ces deux auteurs, la classification proposée par Rosgen (1994) présente une terminologie sans consistance et pas très bien définie, et utilise de façon très discutable des extrapolations de données entre des cours d’eau similaires. La classification en question utilise la surface soumise aux crues comme un des facteurs de contrôle, ce qui, selon Miller et Ritter (1996), n’a aucune signification géomorphologique pour certains cours d’eau, comme par exemple les cours d’eau des milieux désertiques. L’absence de prise en considération de l’histoire des cours d’eau, quant au régime climatique et au régime hydrologique, et l’inconsistance des modèles évolutifs présentés par Rosgen (1994) ont été aussi beaucoup critiquées par Miller et Ritter (1996).

Au Royaume-Uni, Newson et al (1998) ont élaboré un travail de classification et de typologie de cours d’eau ayant pour but la création d’un outil qui permette de faire des prédictions sur la dynamique des chenaux, sur la tendance évolutive des systèmes fluviaux et sur la sensibilité de ces systèmes aux impacts possibles. Le travail a aussi pour ambition de servir de base géomorphologique pour des travaux de protection contre les inondations et pour un système écologique d’évaluation, restauration et réhabilitation d’habitats.

Ce dernier travail a utilisé la base de données du RHS – River Habitat Survey (Service des Habitats Fluviaux). A partir de cette base de données, les critères utilisés dans la classification ont été choisis en raison de leur importance géomorphologique et écologique. L’analyse des données disponibles a permis la reconnaissance de cinq types de variables : variables de localisation, de condition, d’énergie, de résistance et de style. L’ensemble des variables fournit des informations à quatre échelles spatiales distinctes : à l’échelle du bassin, du secteur, du tronçon et de la section en travers. Quelques informations non disponibles sur la base de données y ont été ajoutées. C’est le cas des données topographiques (altitude, pente et style), photographiques, morphologiques de base (la forme des vallées, la nature des chenaux), morphologiques de détail (le profil des berges), dimensions (le niveau de plein bord, la largeur du chenal), la composition (le matériel des berges, le matériel du fond du lit), les éléments des berges (les berges érodables), les éléments naturels du chenal (la quantité de seuils, de bancs, etc.), et les éléments artificiels du chenal (piliers, gabions). Afin de donner une idée des conditions originales des cours d’eau, la classification a été élaborée seulement à partir des données des 484 sites considérés comme en état semi-naturel.

L’analyse des données a pris en considération la redondance et la discrimination entre les données des sites, et elle a été faite à l’aide d’un logiciel de classification. À la fin, un schéma méthodologique de classification complexe a été développé, basé principalement sur les données du matériel de fond, compte tenu de l’importance de ce critère pour la discrimination des sites d’étude. L’application du schéma élaboré a donné 13 classes de cours d’eau, dans lesquelles ont été regroupés les 484 sites issus de la base de données. Un essai de comparaison des résultats obtenus avec les données concernant la puissance dans le chenal des sites étudiés a été fait, mais il n’a pas été possible de définir des zones homogènes de puissance bien nettes. En synthèse, les résultats atteints ont été considérés comme bons, mais il est encore impossible de faire des pronostics sur le comportement des cours d’eau à partir de la typologie élaborée. Ainsi, il faudra essayer des nouvelles méthodes de regroupement à partir d’autres combinaisons de variables.

En France, Schmitt (2001), motivé par les exigences de la Directive Cadre Européenne sur l’Eau, a élaboré une étude portant sur la dynamique naturelle (dynamique hydro-géomorphologique) des cours d’eau d’Alsace, de façon à définir les types de tronçons homogènes de cours d’eau dans lesquels il serait possible classer tous les cours d’eau de la région et de préciser la méthode de découpage qu’il conviendrait d’utiliser pour aboutir à ces types de tronçons homogènes. La typologie proposée devait aussi constituer un outil de gestion en « routine » des cours d’eau, permettre d’évaluer la qualité du milieu physique des cours d’eau, permettre de guider les opérations de restauration de cours d’eau et enfin permettre d’évaluer les impacts des aménagements des cours d’eau.

La collecte de données sur la totalité du réseau hydrographique alsacien aurait été trop longue et coûteuse, tandis que la collecte d’informations sur des sites de mesure disposés sur les réseaux à intervalle fixe n’aurait pas été représentative. Aussi Schmitt (2001) a-t-il sélectionné les tronçons à étudier à partir d’un échantillonnage stratifié. Pour chaque point de mesure sélectionné, 31 variables ont été mesurées. L’élaboration d’analyses multivariées des données collectées sur les plusieurs sites a permis l’élaboration d’une typologie des cours d’eau alsaciens, rendant plus évidents quelques aspects de la dynamique hydrogéomorphologique du réseau hydrographique. Dans une deuxième étape, Schmitt (2001) a élaboré une sectorisation longitudinale des cours d’eau, en faisant apparaître les discontinuités longitudinales de la morphodynamique fluviale. Un point remarquable du travail fait par Schmitt (2001) est l’utilisation de la puissance dans le chenal comme variable discriminatoire pour la sectorisation du réseau hydrographique. Dans le but d’incorporer quelques facteurs de contrôle dans le calcul, la puissance dans le chenal s’est révélée être une variable tout à fait fiable pour procéder au découpage d’un réseau hydrographique.

Les méthodes présentées par Schmitt (2001) ont été très efficaces pour la caractérisation, le regroupement et la sectorisation des cours d’eau d’Alsace. L’utilisation de l’ordinateur a rendu possible l’application des analyses statistiques sur un ensemble important de variables, de façon que le regroupement des cours d’eau en ensembles homogènes a été fait en considérant plusieurs aspects de leur dynamique. La transférabilité de la méthode présentée par Schmitt (2001) pour d’autres régions hydrographiques, une des conditions désirées par l’auteur au début du travail, a été aussi prouvée par l’application ultérieure de cette méthodologie à d’autres cours d’eau (HALLOT et al., 2004 ; SCHMITT et al., 2004). Par contre, l’applicabilité de la méthode demande une grosse quantité de données, qui ne sont pas toujours disponibles, et la collecte sur le terrain est aussi très longue. Cela rend difficile l’application de la méthode dans les grands bassins versants et dans les endroits pas très bien instrumentés par les services hydrologiques.