L'imperméabilité des sols : Différence entre versions

Ligne 12 : Ligne 12 :
 
|Introduction=On a vu sur la maquette de bassin versant que la pluie s’écoule jusqu’à une rivière, puis jusqu’à la mer.
 
|Introduction=On a vu sur la maquette de bassin versant que la pluie s’écoule jusqu’à une rivière, puis jusqu’à la mer.
  
Toute la pluie ? Pas si sûr ! Une partie de l’eau est absorbée par le sol. Le reste, qui s’écoule, est appelé "ruissellement".
+
Toute la pluie ? Pas si sûr ! Une partie de l’eau est absorbée par le sol. Le reste, qui s’écoule, est appelé « ruissellement ».
  
  
Ligne 34 : Ligne 34 :
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
 
|Step_Title=Préparer les éponges
 
|Step_Title=Préparer les éponges
|Step_Content=Avant tout, il faut s’assurer que les éponges tiennent dans les barquettes plastiques choisies. Elles n’ont pas besoin d’en occuper tout l’espace, mais c’est mieux si c’est le cas ! Si besoin, découpe-les pour les faire rentrer.
+
|Step_Content=Avant tout, il faut s’assurer que les éponges tiennent dans les barquettes plastiques choisies. Elles n’ont pas besoin d’en occuper tout l’espace, mais c’est mieux si c’est le cas. Si besoin, les découper pour les faire rentrer.
  
 
Dans l’idéal, il faudra 2 éponges identiques. Dans notre expérience, elles représenteront différents sols.
 
Dans l’idéal, il faudra 2 éponges identiques. Dans notre expérience, elles représenteront différents sols.
  
La première devra être humide. Pour cela, plonge-la dans l’eau puis essore la bien.
+
La première devra être humide. Pour cela, la plonger dans l’eau puis bien l'essorer.
  
La deuxième devra être gorgée d'eau. Dans ce cas, presse la bien pour chasser l'air et laisse la reprendre sa forme sous l'eau.
+
La deuxième devra être gorgée d'eau. Dans ce cas, bien la presser pour chasser l'air et la laisser reprendre sa forme sous l'eau.
  
Si tu as une éponge tout sèche qui traine, tu peux l'utiliser aussi. Dans ce cas, ne la mouille pas avant de débuter l'expérience.
+
Si une éponge tout sèche traine dans les parages, on peut également l'utiliser. Dans ce cas, ne pas la mouiller avant de débuter l'expérience.
  
Découpe une feuille de plastique (ou d’aluminium) à la taille d’une des éponges.
+
Découper une feuille de plastique (ou d’aluminium) à la taille d’une des éponges.
 
 
Si tu as une éponge tout sèche qui traine, tu peux l'utiliser aussi ! Dans ce cas, ne la mouille pas avant de débuter l'expérience.
 
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0172.JPG
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0172.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0173.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0173.JPG
Ligne 53 : Ligne 51 :
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
 
|Step_Title=Préparer la barquette
 
|Step_Title=Préparer la barquette
|Step_Content=La barquette plastique nous servira de bassin versant. Tu peux déjà identifier ses limites : les bords définissent la ligne de partage des eaux.
+
|Step_Content=La barquette plastique servira de bassin versant. Il est déjà possible d'identifier ses limites : les bords définissent la ligne de partage des eaux.
  
Pour l’estuaire, nous allons découper une ouverture au centre d’un des petits côtés de la barquette.
+
Pour l’estuaire, découper une ouverture au centre d’un des petits côtés de la barquette.
  
Découpe aux ciseaux une petite ouverture (quelques millimètres de largeur) sur chaque barquette.
+
Découper aux ciseaux une petite ouverture (quelques millimètres de largeur) sur chaque barquette.
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0142.JPG
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0142.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0142.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0142.JPG
Ligne 66 : Ligne 64 :
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
 
|Step_Title=Préparer la pluie
 
|Step_Title=Préparer la pluie
|Step_Content=Si tu as déjà utilisé une bouteille avec un bouchon percé pour une autre expérience, tu peux la récupérer et passer cette étape !
+
|Step_Content=Si une bouteille avec un bouchon percé a déjà été utilisée pour une autre expérience, on peut la récupérer et passer cette étape !
  
Pose le bouchon sur une table et perce une dizaine de trous en appuyant et tournant avec une vrille, une vis ou un clou. Plus tu auras de trous, plus ta pluie sera efficace !
+
Poser le bouchon sur une table et percer une dizaine de trous en appuyant et tournant avec une vrille, une vis ou un clou. Plus il y aura de trous, plus la pluie sera efficace !
  
Ensuite, tu peux remplir la bouteille d’eau et remettre le bouchon. Tu peux également ajouter du colorant alimentaire à l’eau si tu veux mieux la voir.
+
Ensuite, remplir la bouteille d’eau et remettre le bouchon. On peut également ajouter du colorant alimentaire à l’eau afin de mieux la voir.
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0168.JPG
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0168.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0171.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0171.JPG
 
}}
 
}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
|Step_Title=Réaliser l'expérience !
+
|Step_Title=Réaliser l'expérience
|Step_Content=Place l'éponge humide dans la barquette, le plus haut possible si elle n’occupe pas toute la place. Fais pleuvoir dessus et regarde comment se comporte ton bassin versant !
+
|Step_Content=Placer l'éponge humide dans la barquette, le plus haut possible si elle n’occupe pas toute la place. Faire pleuvoir dessus et regarder comment se comporte le bassin versant !
  
Observe bien l’eau ! Est-ce que tu vois des changements avec le temps ?
+
Bien observer l’eau. Est-ce que des changements sont perceptibles avec le temps ?
  
Ensuite remplace l'éponge humide par celle gorgée d'eau et recommence l'expérience.
+
Ensuite, remplacer l'éponge humide par celle gorgée d'eau et recommence rl'expérience.
  
La pluie circule-t-elle de la même façon sur chaque éponge ? Il y a-t-il des cas où ton bassin s'inonde, voir déborde ?
+
La pluie circule-t-elle de la même façon sur chaque éponge ? Existe-t-il des cas où le bassin s'inonde, voir déborde ?
  
Si tu as une éponge desséchée, compare avec les deux précédentes. Que remarques-tu ?
+
Si une éponge desséchée est disponible, la comparer avec les deux précédentes. Que remarque-t-on ?
  
Recommence l’expérience en plaçant la feuille de plastique sur l’éponge humide (il faudra l'essorer à nouveau !). Que remarques-tu ?
+
Recommencer l’expérience en plaçant la feuille de plastique sur l’éponge humide (il faudra l'essorer à nouveau). Que remarque-t-on ?
  
Comment est ton éponge à la fin de l'expérience ?
+
Comment est l'éponge à la fin de l'expérience ?
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0155.JPG
 
|Step_Picture_00=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0155.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0158.JPG
 
|Step_Picture_01=Coefficient_de_ruissellement_DSC_0158.JPG
Ligne 99 : Ligne 97 :
 
|Observations=La pluie est absorbée par l'éponge humide et s'écoule tout doucement en sortie de la barquette.
 
|Observations=La pluie est absorbée par l'éponge humide et s'écoule tout doucement en sortie de la barquette.
  
Par contre, si l'éponge est  gorgée d'eau, l'eau s'écoule dessus ! On observe alors toute la pluie arriver à la sortie et ça déborde !
+
Par contre, si l'éponge est  gorgée d'eau, l'eau s'écoule dessus. On observe alors toute la pluie arriver à la sortie et ça déborde !
  
Si on arrose assez longtemps, l’éponge humide sature et n’arrive plus à retenir la pluie !
+
Si on arrose assez longtemps, l’éponge humide sature et n’arrive plus à retenir la pluie.
  
Étonnamment, l'eau ruisselle sur l'éponge toute sèche ! Celle-ci finit par s'humidifier et absorber l'eau, puis par saturer comme les deux autres.
+
Étonnamment, l'eau ruisselle sur l'éponge toute sèche. Celle-ci finit par s'humidifier et absorber l'eau, puis par saturer comme les deux autres.
  
 
Enfin, quand on ajoute une couche étanche, quel que soit le sol en dessous, une grande partie de l’eau s’écoule directement jusqu’à l’estuaire. On remarque que l'éponge n'est pas plus mouillée qu'au début : l'eau n'atteint même pas le sol !
 
Enfin, quand on ajoute une couche étanche, quel que soit le sol en dessous, une grande partie de l’eau s’écoule directement jusqu’à l’estuaire. On remarque que l'éponge n'est pas plus mouillée qu'au début : l'eau n'atteint même pas le sol !
|Avertissement=* Si tu n’arroses pas chaque éponge de la même manière, impossible de comparer !
+
|Avertissement=*Si l'arrosage de chaque éponge n'est pas effectué de la même manière, impossible de comparer ;
* S'il n'y a pas de différence d'humidité entre les éponges en début d'expérience, il sera difficile d'observer des résultats.
+
*S'il n'y a pas de différence d'humidité entre les éponges en début d'expérience, il sera difficile d'observer des résultats ;
* Si l'ouverture de la barquette est trop grande, il n'y aura pas de débordement ou d'inondation !
+
*Si l'ouverture de la barquette est trop grande, il n'y aura pas de débordement ou d'inondation.
|Explanations=Lorsque la pluie tombe, une partie de l’eau est absorbée par le sol et une autre se met à s’écouler à la surface, on parle alors de ruissellement. Selon le sol, la pente et l’intensité de la pluie, la part de l’eau qui ruisselle peut varier. En hydrologie (l’étude des mouvements de l’eau) on parle de “coefficient de ruissellement”. Celui-ci s’exprime en pourcentage de l’eau qui ruisselle par rapport à la totalité de l’eau qui tombe sur une surface.
+
|Explanations=Lorsque la pluie tombe, une partie de l’eau est absorbée par le sol et une autre se met à s’écouler à la surface, on parle alors de ruissellement. Selon le sol, la pente et l’intensité de la pluie, la part de l’eau qui ruisselle peut varier. En hydrologie (l’étude des mouvements de l’eau) on parle de « coefficient de ruissellement ». Celui-ci s’exprime en pourcentage de l’eau qui ruisselle par rapport à la totalité de l’eau qui tombe sur une surface.
  
 
Ce coefficient varie selon le type de sol (sable, terre, route, etc.).
 
Ce coefficient varie selon le type de sol (sable, terre, route, etc.).
  
Dans notre expérience, le coefficient de ruissellement des éponges varie beaucoup selon leur taux d’humidité. Il est très élevé sur l'éponge gorgée d’eau et plutôt faible sur l’éponge humide. Un même sol peut avoir un coefficient de ruissellement très différent selon son état.
+
Dans cette expérience, le coefficient de ruissellement des éponges varie beaucoup selon leur taux d’humidité. Il est très élevé sur l'éponge gorgée d’eau et plutôt faible sur l’éponge humide. Un même sol peut avoir un coefficient de ruissellement très différent selon son état.
  
Contrairement à ce qu'on pourrait penser, l'eau n'arrive pas à s'infiltrer dans une éponge (ou un sol) complètement sec. C'est la raison pour laquelle des inondations se produisent aussi l'été !
+
Contrairement à ce qu'on pourrait penser, l'eau n'arrive pas à s'infiltrer dans une éponge (ou un sol) complètement sec. C'est la raison pour laquelle des inondations se produisent aussi l'été.
  
Tu peux également essayer de refaire l’expérience en faisant varier l’inclinaison des éponges ou l’intensité de la pluie !
+
Il est également tout à fait possible d'essayer de refaire l’expérience en faisant varier l’inclinaison des éponges ou l’intensité de la pluie.
  
Lorsque l’on ajoute une couche étanche (feuille de plastique ou aluminium, en hydrologie on parle de surface imperméable), l’eau qui tombe dessus ne peut pas atteindre le sol ! Elle se met alors à ruisseler. Même si elle ruisselle jusqu’à une couche dans laquelle elle peut s’infiltrer, celle-ci ne sera généralement pas capable d’absorber toute l’eau qui tombe sur sa surface en plus de celle qui arrive.
+
Lorsque l’on ajoute une couche étanche (feuille de plastique ou aluminium, en hydrologie on parle de surface imperméable), l’eau qui tombe dessus ne peut pas atteindre le sol. Elle se met alors à ruisseler. Même si elle ruisselle jusqu’à une couche dans laquelle elle peut s’infiltrer, celle-ci ne sera généralement pas capable d’absorber toute l’eau qui tombe sur sa surface en plus de celle qui arrive.
|Deepen=Tu as remarqué que nos éponges, même si on les essore bien, contiennent encore de l’eau ? C’est la même chose pour le sol ! Il a une capacité à retenir de l’eau. Pour un sol, la quantité d’eau qu’il peut absorber entre le moment où il est sec et le moment où il sature (il ne peut pas contenir plus d’eau) est appelée “réserve utile”. C’est la quantité d’eau qui peut en être facilement extraite, par les racines des plantes par exemple. Celle-ci est mesurée en millimètres de hauteur d’eau, comme la pluie. Elle varie principalement selon le type de sol (graviers, sable, terre argileuse).
+
|Deepen=On remarque que les éponges, même si elles sont bien essorées, contiennent encore de l’eau ? C’est la même chose pour le sol. Il a une capacité à retenir de l’eau. Pour un sol, la quantité d’eau qu’il peut absorber entre le moment où il est sec et le moment où il sature (il ne peut pas contenir plus d’eau) est appelée « réserve utile ». C’est la quantité d’eau qui peut en être facilement extraite, par les racines des plantes par exemple. Celle-ci est mesurée en millimètres de hauteur d’eau, comme la pluie. Elle varie principalement selon le type de sol (graviers, sable, terre argileuse).
  
Si un sol est privé d'eau pendant une longue période, il peut perdre ses réserves d'eau. C'était le cas de notre éponge toute sèche. Les pores qui retenaient l'eau se rétractent et sa structure se modifie. On observe parfois des fissures qui témoigne de son assèchement. Lorsque c'est le cas, l'eau a du mal à se frayer un chemin, le coefficient de ruissellement augmente alors fortement.
+
Si un sol est privé d'eau pendant une longue période, il peut perdre ses réserves d'eau. C'était le cas de l'éponge toute sèche. Les pores qui retenaient l'eau se rétractent et sa structure se modifie. On observe parfois des fissures qui témoigne de son assèchement. Lorsque c'est le cas, l'eau a du mal à se frayer un chemin, le coefficient de ruissellement augmente alors fortement.
  
 
Lorsqu’une éponge est gorgée d’eau (dès le début ou après quelques instants d’arrosage) elle n’est plus capable d’en absorber. Son coefficient de ruissellement monte alors jusqu’à 100% (toute l’eau ruisselle) ! C'est la même chose pour le sol, si la pluie est trop intense ou dure trop longtemps, il finira par saturer.
 
Lorsqu’une éponge est gorgée d’eau (dès le début ou après quelques instants d’arrosage) elle n’est plus capable d’en absorber. Son coefficient de ruissellement monte alors jusqu’à 100% (toute l’eau ruisselle) ! C'est la même chose pour le sol, si la pluie est trop intense ou dure trop longtemps, il finira par saturer.
Ligne 128 : Ligne 126 :
 
Nos éponges ont des coefficients de ruissellement très différents selon leur état.
 
Nos éponges ont des coefficients de ruissellement très différents selon leur état.
  
De la même façon, l’inclinaison ou le relief du sol peut influer fortement sur le ruissellement. Tu peux tester cela facilement chez toi : l’eau s'écoule très rapidement sur les surfaces qui ne sont pas horizontales. Un sol en pente a un coefficient de ruissellement bien supérieur à celui d'un sol horizontal de même surface . Au contraire, si un sol comporte des bosses et des creux, ceux-ci vont ralentir l’écoulement de l’eau et l’aider à s’infiltrer.
+
De la même façon, l’inclinaison ou le relief du sol peut influer fortement sur le ruissellement. Il est possible de tester cela facilement chez soi : l’eau s'écoule très rapidement sur les surfaces qui ne sont pas horizontales. Un sol en pente a un coefficient de ruissellement bien supérieur à celui d'un sol horizontal de même surface . Au contraire, si un sol comporte des bosses et des creux, ceux-ci vont ralentir l’écoulement de l’eau et l’aider à s’infiltrer.
|Applications=Le coefficient de ruissellement varie beaucoup selon l’usage et la végétation d’un sol. On estime que 5% de l’eau qui tombe sur une forêt ruisselle, contre 25% sur un champ cultivé [https://www.giser.be/wp-content/uploads/2019/05/Guide-technique-Eaux-pluviales.pdf <nowiki>[1]</nowiki>].
+
|Applications=Le coefficient de ruissellement varie beaucoup selon l’usage et la végétation d’un sol. On estime que 5 % de l’eau qui tombe sur une forêt ruisselle, contre 25 % sur un champ cultivé [https://www.giser.be/wp-content/uploads/2019/05/Guide-technique-Eaux-pluviales.pdf <nowiki>[1]</nowiki>].
  
Et dans nos villes alors ? Les toits de nos habitations n’absorbent pas l’eau, bien au contraire, leur coefficient de ruissellement est de 100% ! Globalement, le coefficient de ruissellement en ville dépasse 90%. Lorsque nous construisons nos habitations ou nos routes, nous créons des surfaces imperméables (étanches) pour l’eau. Lors de fortes précipitations, celle-ci est alors contrainte de ruisseler. Les petites surfaces qui ne sont pas recouvertes ne suffisent généralement pas à absorber toute l’eau qui tombe sur toute la zone. L’eau continue de ruisseler et s’accumule, c’est l’inondation !
+
Et dans les villes alors ? Les toits des habitations n’absorbent pas l’eau, bien au contraire, leur coefficient de ruissellement est de 100% ! Globalement, le coefficient de ruissellement en ville dépasse 90 %. Lorsque nous construisons nos habitations ou nos routes, nous créons des surfaces imperméables (étanches) pour l’eau. Lors de fortes précipitations, celle-ci est alors contrainte de ruisseler. Les petites surfaces qui ne sont pas recouvertes ne suffisent généralement pas à absorber toute l’eau qui tombe sur toute la zone. L’eau continue de ruisseler et s’accumule, c’est l’inondation.
  
On estime qu’en 2010, presque 9% de la surface de la France était artificialisée (c’est à dire utilisée par l’homme, d’une manière ou d’une autre), dont 5% totalement imperméables (habitations, routes, etc.) [https://www.gissol.fr/rapports/Rapport_HD.pdf <nowiki>[2]</nowiki>] !
+
On estime qu’en 2010, presque 9 % de la surface de la France était artificialisée (c’est à dire utilisée par l’homme, d’une manière ou d’une autre), dont 5 % totalement imperméables (habitations, routes, etc.) [https://www.gissol.fr/rapports/Rapport_HD.pdf <nowiki>[2]</nowiki>] !
  
L’artificialisation des sols continue en France ! Dans la majorité des cas (90% entre 2000 et 2006, [https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/sites/default/files/2018-10/Le_point_sur___Sols_V7.pdf <nowiki>[3]</nowiki>]), ce sont d’anciens sols agricoles qui sont artificialisés. Ceux-ci ne sont alors plus capables d’absorber et de filtrer l’eau.
+
L’artificialisation des sols continue en France ! Dans la majorité des cas (90 % entre 2000 et 2006, [https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/sites/default/files/2018-10/Le_point_sur___Sols_V7.pdf <nowiki>[3]</nowiki>]), ce sont d’anciens sols agricoles qui sont artificialisés. Ceux-ci ne sont alors plus capables d’absorber et de filtrer l’eau.
  
Aujourd’hui, lorsque que l’on souhaite créer de nouvelles zones d’habitations, on est obligé de prendre en compte le ruissellement. Une solution souvent utilisée est de créer un “bassin de rétention”, qui va pouvoir accueillir toute l’eau qui ruisselle et éviter les inondations. Celui-ci a un coefficient de ruissellement très faible, voire nul, d’abord parce qu’il est en forme de cuvette (l’eau ne peut pas s’en échapper), mais aussi parce que son sol est très perméable, comme du sable.
+
Aujourd’hui, lorsque que l’on souhaite créer de nouvelles zones d’habitations, il est obligatoire de prendre en compte le ruissellement. Une solution souvent utilisée est de créer un « bassin de rétention », pouvant accueillir toute l’eau qui ruisselle et éviter les inondations. Celui-ci possède un coefficient de ruissellement très faible, voire nul, d’abord parce qu’il est en forme de cuvette (l’eau ne peut pas s’en échapper), mais aussi parce que son sol est très perméable, comme du sable.
|Related=* [https://www.wikidebrouillard.org/w/Le_bassin_versant Le bassin versant]
+
|Related=*[https://www.wikidebrouillard.org/w/Le_bassin_versant Le bassin versant]
* [https://www.wikidebrouillard.org/w/Attention,_%C3%A7a_d%C3%A9borde_! Attention, ça déborde !]
+
*[https://www.wikidebrouillard.org/w/Attention,_%C3%A7a_d%C3%A9borde_! Attention, ça déborde !]
* [https://www.wikidebrouillard.org/w/Filtration_de_l'eau Filtration de l'eau]
+
*[https://www.wikidebrouillard.org/w/Filtration_de_l'eau Filtration de l'eau]
* Transport et érosion
+
*[[Transport et érosion : la dynamique des cours d'eau|Transport et érosion]]
|Objectives=*Comprendre le principe de coefficient de ruissellement et le rôle du sol dans l’absorption de la pluie.
+
|Objectives=*Comprendre le principe de coefficient de ruissellement et le rôle du sol dans l’absorption de la pluie ;
*Découvrir comment se forme une inondation.
+
*Découvrir comment se forme une inondation ;
 
*Découvrir l'impact de l'artificialisation des surfaces sur l'écoulement de l'eau.
 
*Découvrir l'impact de l'artificialisation des surfaces sur l'écoulement de l'eau.
|Animation=* Pour amener l'expérience, il est possible de la présenter comme une suite de l'expérience "[[Le bassin versant]]".
+
|Animation=*Pour amener l'expérience, il est possible de la présenter comme une suite de l'expérience "[[Le bassin versant]]".
* L'utilisation d'une vieille éponge sèche peut être intéressante ! Celle-ci aura du mal à absorber l'eau, son coefficient de ruissellement sera d'abord très élevé. C'est le cas des sols victimes de sécheresse prolongée.
+
*L'utilisation d'une vieille éponge sèche peut être intéressante. Celle-ci aura du mal à absorber l'eau, son coefficient de ruissellement sera d'abord très élevé. C'est le cas des sols victimes de sécheresse prolongée.
* La feuille plastique ou aluminium représente un sol imperméabilisé, comme une ville. Or en ville, il y a souvent des espaces verts, même minimes ! Une activité possible est de "dessiner" une partie de ville (en s’aidant de cartes par exemple) et de découper la feuille étanche pour avoir des ouvertures qui correspondent aux zones où le sol est à découvert. On peut ensuite comparer le coefficient de ruissellement global de différents quartiers.
+
*La feuille plastique ou aluminium représente un sol imperméabilisé, comme une ville. Or en ville, il y a souvent des espaces verts, même minimes ! Une activité possible est de « dessiner » une partie de ville (en s’aidant de cartes par exemple) et de découper la feuille étanche pour avoir des ouvertures qui correspondent aux zones où le sol est à découvert. On peut ensuite comparer le coefficient de ruissellement global de différents quartiers.
* Une autre piste est d’amener le public à s’interroger sur la formation des inondations ou simplement de flaques. Dans ce cas, l’éponge peut servir à représenter un aquifère (nappe d’eau souterraine). Lorsque celui-ci est rempli, l’eau déborde et s’écoule.
+
*Une autre piste est d’amener le public à s’interroger sur la formation des inondations ou simplement de flaques. Dans ce cas, l’éponge peut servir à représenter un aquifère (nappe d’eau souterraine). Lorsque celui-ci est rempli, l’eau déborde et s’écoule.
* Il est également possible d'utiliser cette expérience pour mettre en évidence le transport des polluants ! Pour cela, ajouter quelques gouttes de colorant (ou d’encre) sur chaque éponge (puis sur la feuille étanche) lors de la mise en place. On peut alors observer comment évolue la "pollution" selon le coefficient de ruissellement.
+
*Il est également possible d'utiliser cette expérience pour mettre en évidence le transport des polluants. Pour cela, ajouter quelques gouttes de colorant (ou d’encre) sur chaque éponge (puis sur la feuille étanche) lors de la mise en place. On peut alors observer comment évolue la « pollution » selon le coefficient de ruissellement.
 
|Notes=[https://www.giser.be/wp-content/uploads/2019/05/Guide-technique-Eaux-pluviales.pdf <nowiki>[1]</nowiki>] Guide technique du Groupe Transversal Inondation de Wallonie (Belgique) sur le dimensionnement des bassins de rétention.
 
|Notes=[https://www.giser.be/wp-content/uploads/2019/05/Guide-technique-Eaux-pluviales.pdf <nowiki>[1]</nowiki>] Guide technique du Groupe Transversal Inondation de Wallonie (Belgique) sur le dimensionnement des bassins de rétention.
  

Version du 15 mars 2023 à 16:54

Auteur avatarJules BUFFET | Dernière modification 9/10/2023 par UnAutreJules

Coefficient de ruissellement DSC 0138.JPG

Introduction

On a vu sur la maquette de bassin versant que la pluie s’écoule jusqu’à une rivière, puis jusqu’à la mer.

Toute la pluie ? Pas si sûr ! Une partie de l’eau est absorbée par le sol. Le reste, qui s’écoule, est appelé « ruissellement ».


Cette fiche expérience s’intègre dans le Parcours 1 : Fonctionnement d'un bassin versant. Elle est réalisée dans le cadre d'un partenariat avec l'agence de l'eau Loire - Bretagne.

Étape 1 - Préparer les éponges

Avant tout, il faut s’assurer que les éponges tiennent dans les barquettes plastiques choisies. Elles n’ont pas besoin d’en occuper tout l’espace, mais c’est mieux si c’est le cas. Si besoin, les découper pour les faire rentrer.

Dans l’idéal, il faudra 2 éponges identiques. Dans notre expérience, elles représenteront différents sols.

La première devra être humide. Pour cela, la plonger dans l’eau puis bien l'essorer.

La deuxième devra être gorgée d'eau. Dans ce cas, bien la presser pour chasser l'air et la laisser reprendre sa forme sous l'eau.

Si une éponge tout sèche traine dans les parages, on peut également l'utiliser. Dans ce cas, ne pas la mouiller avant de débuter l'expérience.

Découper une feuille de plastique (ou d’aluminium) à la taille d’une des éponges.


Étape 2 - Préparer la barquette

La barquette plastique servira de bassin versant. Il est déjà possible d'identifier ses limites : les bords définissent la ligne de partage des eaux.

Pour l’estuaire, découper une ouverture au centre d’un des petits côtés de la barquette.

Découper aux ciseaux une petite ouverture (quelques millimètres de largeur) sur chaque barquette.


Étape 3 - Préparer la pluie

Si une bouteille avec un bouchon percé a déjà été utilisée pour une autre expérience, on peut la récupérer et passer cette étape !

Poser le bouchon sur une table et percer une dizaine de trous en appuyant et tournant avec une vrille, une vis ou un clou. Plus il y aura de trous, plus la pluie sera efficace !

Ensuite, remplir la bouteille d’eau et remettre le bouchon. On peut également ajouter du colorant alimentaire à l’eau afin de mieux la voir.



Étape 4 - Réaliser l'expérience

Placer l'éponge humide dans la barquette, le plus haut possible si elle n’occupe pas toute la place. Faire pleuvoir dessus et regarder comment se comporte le bassin versant !

Bien observer l’eau. Est-ce que des changements sont perceptibles avec le temps ?

Ensuite, remplacer l'éponge humide par celle gorgée d'eau et recommence rl'expérience.

La pluie circule-t-elle de la même façon sur chaque éponge ? Existe-t-il des cas où le bassin s'inonde, voir déborde ?

Si une éponge desséchée est disponible, la comparer avec les deux précédentes. Que remarque-t-on ?

Recommencer l’expérience en plaçant la feuille de plastique sur l’éponge humide (il faudra l'essorer à nouveau). Que remarque-t-on ?

Comment est l'éponge à la fin de l'expérience ?

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

La pluie est absorbée par l'éponge humide et s'écoule tout doucement en sortie de la barquette.

Par contre, si l'éponge est gorgée d'eau, l'eau s'écoule dessus. On observe alors toute la pluie arriver à la sortie et ça déborde !

Si on arrose assez longtemps, l’éponge humide sature et n’arrive plus à retenir la pluie.

Étonnamment, l'eau ruisselle sur l'éponge toute sèche. Celle-ci finit par s'humidifier et absorber l'eau, puis par saturer comme les deux autres.

Enfin, quand on ajoute une couche étanche, quel que soit le sol en dessous, une grande partie de l’eau s’écoule directement jusqu’à l’estuaire. On remarque que l'éponge n'est pas plus mouillée qu'au début : l'eau n'atteint même pas le sol !

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

  • Si l'arrosage de chaque éponge n'est pas effectué de la même manière, impossible de comparer ;
  • S'il n'y a pas de différence d'humidité entre les éponges en début d'expérience, il sera difficile d'observer des résultats ;
  • Si l'ouverture de la barquette est trop grande, il n'y aura pas de débordement ou d'inondation.

Explications

Lorsque la pluie tombe, une partie de l’eau est absorbée par le sol et une autre se met à s’écouler à la surface, on parle alors de ruissellement. Selon le sol, la pente et l’intensité de la pluie, la part de l’eau qui ruisselle peut varier. En hydrologie (l’étude des mouvements de l’eau) on parle de « coefficient de ruissellement ». Celui-ci s’exprime en pourcentage de l’eau qui ruisselle par rapport à la totalité de l’eau qui tombe sur une surface.

Ce coefficient varie selon le type de sol (sable, terre, route, etc.).

Dans cette expérience, le coefficient de ruissellement des éponges varie beaucoup selon leur taux d’humidité. Il est très élevé sur l'éponge gorgée d’eau et plutôt faible sur l’éponge humide. Un même sol peut avoir un coefficient de ruissellement très différent selon son état.

Contrairement à ce qu'on pourrait penser, l'eau n'arrive pas à s'infiltrer dans une éponge (ou un sol) complètement sec. C'est la raison pour laquelle des inondations se produisent aussi l'été.

Il est également tout à fait possible d'essayer de refaire l’expérience en faisant varier l’inclinaison des éponges ou l’intensité de la pluie.

Lorsque l’on ajoute une couche étanche (feuille de plastique ou aluminium, en hydrologie on parle de surface imperméable), l’eau qui tombe dessus ne peut pas atteindre le sol. Elle se met alors à ruisseler. Même si elle ruisselle jusqu’à une couche dans laquelle elle peut s’infiltrer, celle-ci ne sera généralement pas capable d’absorber toute l’eau qui tombe sur sa surface en plus de celle qui arrive.

Plus d'explications

On remarque que les éponges, même si elles sont bien essorées, contiennent encore de l’eau ? C’est la même chose pour le sol. Il a une capacité à retenir de l’eau. Pour un sol, la quantité d’eau qu’il peut absorber entre le moment où il est sec et le moment où il sature (il ne peut pas contenir plus d’eau) est appelée « réserve utile ». C’est la quantité d’eau qui peut en être facilement extraite, par les racines des plantes par exemple. Celle-ci est mesurée en millimètres de hauteur d’eau, comme la pluie. Elle varie principalement selon le type de sol (graviers, sable, terre argileuse).

Si un sol est privé d'eau pendant une longue période, il peut perdre ses réserves d'eau. C'était le cas de l'éponge toute sèche. Les pores qui retenaient l'eau se rétractent et sa structure se modifie. On observe parfois des fissures qui témoigne de son assèchement. Lorsque c'est le cas, l'eau a du mal à se frayer un chemin, le coefficient de ruissellement augmente alors fortement.

Lorsqu’une éponge est gorgée d’eau (dès le début ou après quelques instants d’arrosage) elle n’est plus capable d’en absorber. Son coefficient de ruissellement monte alors jusqu’à 100% (toute l’eau ruisselle) ! C'est la même chose pour le sol, si la pluie est trop intense ou dure trop longtemps, il finira par saturer.

Nos éponges ont des coefficients de ruissellement très différents selon leur état.

De la même façon, l’inclinaison ou le relief du sol peut influer fortement sur le ruissellement. Il est possible de tester cela facilement chez soi : l’eau s'écoule très rapidement sur les surfaces qui ne sont pas horizontales. Un sol en pente a un coefficient de ruissellement bien supérieur à celui d'un sol horizontal de même surface . Au contraire, si un sol comporte des bosses et des creux, ceux-ci vont ralentir l’écoulement de l’eau et l’aider à s’infiltrer.

Applications : dans la vie de tous les jours

Le coefficient de ruissellement varie beaucoup selon l’usage et la végétation d’un sol. On estime que 5 % de l’eau qui tombe sur une forêt ruisselle, contre 25 % sur un champ cultivé [1].

Et dans les villes alors ? Les toits des habitations n’absorbent pas l’eau, bien au contraire, leur coefficient de ruissellement est de 100% ! Globalement, le coefficient de ruissellement en ville dépasse 90 %. Lorsque nous construisons nos habitations ou nos routes, nous créons des surfaces imperméables (étanches) pour l’eau. Lors de fortes précipitations, celle-ci est alors contrainte de ruisseler. Les petites surfaces qui ne sont pas recouvertes ne suffisent généralement pas à absorber toute l’eau qui tombe sur toute la zone. L’eau continue de ruisseler et s’accumule, c’est l’inondation.

On estime qu’en 2010, presque 9 % de la surface de la France était artificialisée (c’est à dire utilisée par l’homme, d’une manière ou d’une autre), dont 5 % totalement imperméables (habitations, routes, etc.) [2] !

L’artificialisation des sols continue en France ! Dans la majorité des cas (90 % entre 2000 et 2006, [3]), ce sont d’anciens sols agricoles qui sont artificialisés. Ceux-ci ne sont alors plus capables d’absorber et de filtrer l’eau.

Aujourd’hui, lorsque que l’on souhaite créer de nouvelles zones d’habitations, il est obligatoire de prendre en compte le ruissellement. Une solution souvent utilisée est de créer un « bassin de rétention », pouvant accueillir toute l’eau qui ruisselle et éviter les inondations. Celui-ci possède un coefficient de ruissellement très faible, voire nul, d’abord parce qu’il est en forme de cuvette (l’eau ne peut pas s’en échapper), mais aussi parce que son sol est très perméable, comme du sable.

Vous aimerez aussi

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

  • Comprendre le principe de coefficient de ruissellement et le rôle du sol dans l’absorption de la pluie ;
  • Découvrir comment se forme une inondation ;
  • Découvrir l'impact de l'artificialisation des surfaces sur l'écoulement de l'eau.

Pistes pour animer l'expérience

  • Pour amener l'expérience, il est possible de la présenter comme une suite de l'expérience "Le bassin versant".
  • L'utilisation d'une vieille éponge sèche peut être intéressante. Celle-ci aura du mal à absorber l'eau, son coefficient de ruissellement sera d'abord très élevé. C'est le cas des sols victimes de sécheresse prolongée.
  • La feuille plastique ou aluminium représente un sol imperméabilisé, comme une ville. Or en ville, il y a souvent des espaces verts, même minimes ! Une activité possible est de « dessiner » une partie de ville (en s’aidant de cartes par exemple) et de découper la feuille étanche pour avoir des ouvertures qui correspondent aux zones où le sol est à découvert. On peut ensuite comparer le coefficient de ruissellement global de différents quartiers.
  • Une autre piste est d’amener le public à s’interroger sur la formation des inondations ou simplement de flaques. Dans ce cas, l’éponge peut servir à représenter un aquifère (nappe d’eau souterraine). Lorsque celui-ci est rempli, l’eau déborde et s’écoule.
  • Il est également possible d'utiliser cette expérience pour mettre en évidence le transport des polluants. Pour cela, ajouter quelques gouttes de colorant (ou d’encre) sur chaque éponge (puis sur la feuille étanche) lors de la mise en place. On peut alors observer comment évolue la « pollution » selon le coefficient de ruissellement.

Sources et ressources

[1] Guide technique du Groupe Transversal Inondation de Wallonie (Belgique) sur le dimensionnement des bassins de rétention.

[2] Rapport du Groupement d'Intérêt Scientifique sur l'utilisation des sols français.

[3] Rapport du Commissariat Général au Développement Durable sur l'artificialisation des sols.

Les agences de l'eau

Dernière modification 9/10/2023 par user:UnAutreJules.

Commentaires

Draft