4.1.2. La compartimentation du profil en long

Le profil en long d’un cours d’eau est un graphique qui met en rapport la variation de l’altitude du lit ou du fond de la vallée et la distance. La distance, représentée sur l’axe des abscisses, est toujours mesurée à partir d’un point de départ donné, souvent localisé à une extrémité du réseau hydrographique, comme par exemple à une confluence, à l’entrée dans un lac ou dans l’océan (GORDON et al., 2004). Sur un profil en long, on peut observer les variations de pente qui se succèdent au long d’un cours d’eau. Ces variations sont importantes car elles peuvent donner de façon indirecte des informations sur les climats antérieurs, sur l’augmentation amont-aval des débits, sur la charge sédimentaire transportée et sur les caractéristiques du bassin versant (LEOPOLD et al. 1995). Les variations de pente peuvent être aussi très utiles pour détecter des contrôles structuraux et pour déterminer les tronçons en érosion et les tronçons à dépôt (JULIEN, 2002).

Selon Gordon et al (2004), « sur la plupart des cours d’eau, les profils en long présentent une forme caractéristique concave, avec une réduction de la pente entre la partie « érosive » supérieure et la partie « dépositionnelle » inférieure. Cette forme est associée en même temps à une augmentation du débit et à une diminution de la taille des sédiments en direction de l’aval ». Les auteurs affirment encore que le climat joue aussi un rôle important dans la courbure du profil en long : sous les climats plus humides la concavité tend à être plus prononcée, tandis que sous les climats plus secs cette concavité tend à ne pas se produire (GORDON, 2004). En réalité, le profil en long d’un cours d’eau peut présenter des formes très variables, car il est le résultat de la combinaison de plusieurs variables avec différents degrés de dépendance ou d’indépendance entre eux. Pour Gordon et al (2004), la forme du profil en long peut être modifiée par la topographie locale, les caractéristiques du bedrock, des différences du matériel de fond, entre autres variables. Selon ces auteurs, le profil tend à être plus raide quand le cours d’eau traverse des lithologies plus résistantes à l’érosion, et plus plat quand le lit se trouve sur des roches moins résistantes. Selon Leopold et al. (1995), la forme du profil longitudinal d’un cours d’eau est donnée par les variables suivantes : le débit (Q), la charge délivrée dans le chenal (G), le diamètre des sédiments (D), la résistance au flux (n), la vitesse (v), la largeur (w), la profondeur (d) et la pente (s).

Pour Scheidegger (2004), la plupart des géomorphologues considèrent que les profils en long des cours d’eau présentent la forme d’une courbe exponentielle (concave), néanmoins ces courbes peuvent présenter des interruptions par des knickpoints, des points où on observe un changement abrupt de pente. Selon cet auteur, la présence de knickpoints sur un profil est souvent associée à une instabilité des variables de contrôle. Certains profils présentent plusieurs knickpoints, qui les divisent en plusieurs segments de longueur et de pente variables. Dans ce cas, il ne faut pas chercher une courbe exponentielle pour l’ensemble des segments, mais chacun de ces segments doit être considéré comme une courbe exponentielle indépendante (LEOPOLD et al., 1995).

Le profil en long est, d’une certaine manière, une synthèse de la combinaison de plusieurs variables de contrôle. Au travers du profil en long, on peut aussi de faire des estimations de l’énergie du cours d’eau. La pris en compte du profil en long dans un travail de sectorisation est importante, car il permet de séparer des tronçons dont l’énergie et les caractéristiques hydro-sédimentaires tendent à être similaires. Afin de mieux comprendre le fonctionnement amont-aval de l’Ivaí, on va travailler sur le profil en long de l’Ivaí, de façon à faire ressortir les caractéristiques communes et les hétérogénéités de chaque tronçon.

Le profil en long de l’Ivaí a déjà été brièvement discuté par DESTEFANI (2005). Dans son travail, l’auteure a élaboré un profil de l’Ivaí à partir des données altimétriques des cartes topographiques. Ce profil a été divisé en sept segments, basés sur les changements de pente, et pour chaque un de ces segments, elle a présenté les valeurs de pente moyenne.

A fin de mieux caractériser les différents segments du profil en long de l’Ivaí, un nouveau profil en long a été élaboré (Figure 89), à partir des données altimétriques issues d’une mosaïque d’images SRTM - Shuttle Radar Topography Mission. Les images SRTM sont des fichiers matriciels de données altimétriques qui ont été recueillies au cours d'une mission de la navette spatiale Endeavour en février 2000. Ces images sont mises à disposition gratuitement par la NASA - National Aeronautics and Space Administration. Au profil élaboré, on a superposé des informations sur la géologie, extraites de la carte géologique du Paraná (MINEROPAR, 1989) et la position des stations visitées pendant les travaux sur le terrain.

Figure 89. Profil en long de la Dos Patos et de l’Ivaí. Les flèches marquent les sections visitées pendant les travaux sur le terrain ; la barre du bas présente la géologie simplifiée du bedrock.

Sur le graphique, on observe que le profil en long de l’Ivaí présente au moins trois knickpoints bien marqués. Ces trois knickpoints ont servi de point de départ pour la division du profil en quatre grands secteurs (secteurs 1, 2, 3 et 4). Dans les secteurs 1 et 4, des changements de pente moins importants ont été pris en compte pour la subdivision intra-secteur. Pour la subdivision du secteur 4, on a aussi utilisé les informations issues du rapport d’une expertise géologique réalisée par le Secrétariat de Transports du Paraná pour une recherche sur la navigabilité de la basse Ivaí (SETR, 1982) (Figure 90).

Chacune des unités délimitées a été décrite en fonction de leurs caractéristiques (Tableau 12) :

Secteur 1 – Ce secteur correspond au tronçon qui commence aux sources de la Dos Patos et qui s’étend jusqu’à la partie haute de la chute d’eau Barão do Rio Branco, proche de la ville de Prudentópolis. Ce tronçon coule sur les terrains basaltiques et sédimentaires qui forment le contact entre le 2ème et le 3ème Plateaux. Sa longueur totale est d’environ 101 km, et les altitudes varient entre 1200 m et 700 m (la partie supérieure de ce segment n’est pas représentée sur le profil élaboré). Avec une pente moyenne de 0,4%, ce secteur présente approximativement la forme exponentielle décrite dans la littérature géomorphologique. En raison des différences de pente et de lithologie il a été divisé en deux sub-secteurs.

• Le sous-secteur 1A commence aux sources de la Dos Patos et se termine 16 km plus en aval, dans une section placée à environ 5 km en aval du village d’Itapará. Ce sous-secteur est une zone de relief à dominante basaltique, assez mouvementé, avec des altitudes qui varient entre 1200 m et 800 m. A cet endroit, la Dos Patos coule dans un lit relativement sinueux (une sinuosité sans liberté, contrôlée par la structure du basalte sous-jacent), avec une pente moyenne de 2,5 %.
• Le sous-secteur 1B commence à environ 5 km en aval du village d’Itapará et va jusqu’à la chute Barão do Rio Branco, proche de la ville de Prudentópolis, sur une longueur d’environ 85 km ; les altitudes dans cette unité varient entre 800 m et 700 m. Le relief est moins mouvementé car la Dos Patos coule sur le plateau sédimentaire, mais à certains endroits la rivière présente des petites marches. Près de la transition avec le compartiment suivant, la rivière présente une chute, la chute Manduri (ou Rickli). Malgré cette rupture, la pente moyenne dans ce sous-secteur est relativement faible, autour de 0,1 %.

Secteur 2 – Ce secteur correspond au tronçon qui se trouve entre la partie haute de la chute d’eau Barão do Rio Branco et la confluence de la São João, point à partir duquel commence officiellement l’Ivaí. Ce tronçon, qui a seulement 23 km de longueur, présente un profil relativement linéaire, avec une concavité dans la partie la plus aval. Les altitudes varient entre 700 m et 508 m. Au début de ce compartiment, la chute Barão do Rio Branco représente une dénivellation ponctuelle d’environ 64 m. Après, la rivière coule dans une vallée étroite, avec un lit peu sinueux, contrôlé par la structure, avec beaucoup de blocs rocheux, de petits rapides et de marches au long du chenal. La pente moyenne dans ce secteur est d’environ 0,8 %.

Secteur 3 – Ce secteur correspond au tronçon limité par la confluence de la São João et de la Dos Patos et par la station située à environ 5 km en amont du bac qui relie les villes de Grandes Rios et de Jardim Alegre. Dans ce secteur, long de 267 km, le profil est relativement linéaire, avec quelques dénivellements bien localisés, liés à la structure et aux changements de lithologie. Les altitudes sont comprises entre 508 m et 410 m, et la pente est d’environ 0,04 %. Dans la partie amont du secteur, la rivière coule dans une vallée assez étroite, longée par des hautes collines d’origine volcanique (des dikes plus résistants, avec une orientation préférentielle SE–NW), tandis que dans la partie plus aval la vallée est nettement plus ample.

Secteur 4 – Ce secteur commence à la station située à environ 5 km amont du bac qui relie les villes de Grandes Rios et de Jardim Alegre, et se termine à la confluence avec le Paraná. C’est le secteur le plus long, avec 420 km. Le profil dans ce secteur est relativement concave dans la partie amont et plus linéaire dans les parties moyenne et aval. Les altitudes varient entre 410 m et 235 m, et on observe quelques dénivellements localisés, liés à la structure et aux contacts entre les différentes couches basaltiques (SETR, 1982). La pente moyenne est d’environ 0,04 %, mais cette valeur varie au long du compartiment. Pour cette raison, ce secteur a été divisé en trois sous-secteurs.

• Le sous-secteur 4A correspond à la partie amont du secteur, qui se trouve entre le bac de Grandes Rios et la section amont du pont qui relie les villes de Doutor Camargo et Jusarra. Ce sous-secteur, d’une longueur de 180 km, se différencie des autres par sa pente un peu plus accentuée et la forme du profil en long, relativement plus concave que les sous-secteurs suivants. Les altitudes varient entre 410 m et 275 m et la pente moyenne est d’environ 0,07 %. A quelques endroits, on observe des rapides, probablement liés aux contrôles structuraux imposés par le basalte.
• Les sous-secteurs 4B et 4C correspondent respectivement aux secteurs B et A du 1er tronçon délimité par le Secrétariat de Transports du Paraná dans le rapport de l’expertise géologique réalisée sur la basse Ivaí (SETR, 1982) (Figure 90). Le sous-secteur 4B commence à la station située à l’amont du pont qui relie les villes de Doutor Camargo et Jusarra, et termine au rapide de la Corredeira de Ferro, proche de la ville de Mirador, ce qui représente un tronçon de 83 km de longueur. L’Ivai coule ici sur des terrains basaltiques, entre les altitudes 275 m et 260 m. Le profil présente une forme faiblement concave, avec une pente moyenne d’environ 0,02 %. D’après les informations du rapport du SETR (1982), ce secteur est soumis à un important contrôle structural imposé par la lithologie, ce qui explique les étroitements du lit et les courbes fermées, ainsi que la présence de beaucoup de rapides (Figure 90). Dans la partie aval de ce sous-secteur, le rapide de la Corredeira do Ferro est une rupture importante dans le continuum du chenal de l’Ivaí. Ce rapide représente un dénivelé altimétrique, un changement de pente, mais aussi une transition entre deux lithologies. Peu après la fin de la Corredeira do Ferro se trouve la limite inférieure du basalte. Le sous-secteur 4C commence justement après le rapide Corredeira do Ferro, et se termine à la confluence avec le Paraná. Ce tronçon de 157 km de longueur se caractérise par une dénivellation très faible, les altitudes variant entre 260 m et 235 m. Le profil est relativement linéaire, avec une pente moyenne d’environ 0,016 %. Le chenal devient un peu plus large que dans le sub-secteur précédent, avec un style en amples méandres encaissés, contrôlés par les grands linéaments régionaux. Les berges gréseuses sont en général hautes, parfois asymétriques. Les rapides sont encore présents, mais ils deviennent moins fréquents que dans le secteur précédent en raison des changements de lithologie et de la pente très faible. Dans ce sous-secteur on observe aussi le développement de la plaine alluviale. Selon les informations du rapport du SETR (1982), les premiers éléments de cette plaine sont présents dès la fin du sous-secteur précédent, un peu avant la Corredeira do Ferro. En réalité, on va avoir une plaine plus continue et développée seulement à partir de la limite inférieure de la Corredeira do Ferro. Cette plaine est relativement étroite, avec largeurs qui varient entre 3 et 5 km, mais au fur et à mesure qu’on descend l’Ivaí cette valeur augmente, et la largeur peut varier entre 6 et 10 km. En ce qui concerne l’origine de cette plaine, le rapport de la SETR (1982) la divise en deux parties : une partie amont, qui a été construite par la dynamique de l’Ivaí, et une partie aval qui, a été formée par la dynamique du Paraná, et qui correspond à la plaine de rive gauche du Paraná. Selon ce même rapport, le contact entre ces deux parties de la plaine se trouve à peu près 30 km avant la confluence avec le Paraná. Les recherches sur l’origine de la plaine de l’Ivaí sont encore très neuves, et l’on n’a pas beaucoup de certitudes sur l’histoire de sa formation et sur son âge. Par contre, on sait que le chenal actuel de l’Ivaí est souvent limité par des berges rocheuses, de façon qu’il n’est pas possible que le lit migre dans la plaine. Ainsi, on peu estimer que cette plaine n’est pas le résultat de la dynamique actuelle de l’Ivaí, mais probablement est liée à une dynamique antérieure de ce cours d’eau.

Tableau 12 – Synthèse des caractéristiques de chaque secteur et sous-secteur du profil en long de la Dos Patos et de l’Ivaí

Compartiment	Longueur (km)	Z Max (m)	Z Min (m)	ΔZ (m)	S (m/m)	S (%)
Secteur 1	101	1200	700	500	0,004	0,4
Sous-secteur 1A	16	1 200	800	400	0,025	2,5
Sous-secteur 1B	85	800	700	100	0,001	0,1
Secteur 2	23	700	508	192	0,008	0,8
Secteur 3	267	508	410	98	0,0004	0,04
Secteur 4	420	410	235	175	0,0004	0,04
Sous-secteur 4A	180	410	275	135	0,0007	0,07
Sous-secteur 4B	83	275	260	15	0,0002	0,02
Sous-secteur 4C	157	260	235	25	0,00016	0,016

L’identification des différents secteurs du profil en long est importante car chaque compartiment limite un tronçon de même pente moyenne, ce qui aura un certain rapport avec l’énergie du tronçon. En plus, il est probable que dans chaque compartiment la combinaison des facteurs de contrôle du profil en long est plus ou moins homogène, et que par conséquent le comportement des cours d’eau en est aussi homogène. Bref, la compartimentation du profil en long est un critère très important pour la compréhension et la sectorisation amont-aval d’un cours d’eau.

Figure 90. Synthèse des informations recueillies dans la basse Ivaí pendant une expertise géologique réalisée par le Secrétariat de Transports du Paraná pour une recherche sur la navigabilité de ce tronçon.