Modélisation statistique de la géométrie hydraulique des cours d’eau : traduction hydraulique des débits dans les réseaux hydrographiques

The knowledge of temporal variations in river hydraulic characteristics (e.g. width, depth, velocity) across stream networks is a key element of catchment management because hydraulics influence physical habitats, water temperature, nutrients and sediment transport. At-a-station hydraulic geometry relationships describe the variation of depth and width with discharge within a stream reach. Variations of these relationships between rivers are not well understood. This study provides an analysis of at-a-station hydraulic geometry data collected in 659 stream reaches in France. Relationships between the hydraulic geometry parameters and variables describing catchment- and reach-scale characteristics of reaches were analyzed using stepwise linear regression and discriminant analysis. Results show that the reach Froude number and the ratio of median/bankfull width are important predictors of the width-discharge relationship. Fewer significant relationships explained depth-discharge relationships, despite a weak influence of reach Froude, substrate and slope. This study suggests that it is possible to explain the parameters of at-a-station hydraulic geometry with variables easily obtainable in the field or by analyzing aerial images. Using more developed statistical approaches and remote sensing tools, involving descriptors of bank cohesion, and better describing all forms of flow resistance are expected to provide improved models in the future. / La connaissance des variations temporelles de caractéristiques hydrauliques (ex : largeur, hauteur, vitesses) des réseaux hydrographiques est un élément essentiel pour dans la gestion des bassins versants, par son influence sur l’habitat écologique, le flux de nutriments et de sédiments, ou la température de l’eau. Les relations de géométrie hydraulique stationnelle décrivent les variations de hauteur et de largeur mouillée en fonction du débit dans un tronçon. Les variations de ces relations entre cours d’eau sont actuellement peu comprises. Cette étude décrit une analyse de relations de géométrie hydraulique stationnelle mesurées dans 659 tronçons de cours d'eau français. Les paramètres de géométrie hydraulique ont été mis en relation avec des variables explicatives candidates, décrivant le bassin versant et le tronçon, par régression linéaire multiple et par analyse discriminante. Cette étude montre que le nombre de Froude du tronçon et le rapport de largeur médiane/plein à plein bord sont des variables qui expliquent de manière importante les variations de lois largeur-débit. Les variations de lois hauteur-débit sont moins bien expliquées, malgré une influence du Froude, de la pente et du substrat des tronçons. Cette étude montre qu’il est possible d’expliquer les paramètres de géométrie hydraulique avec des variables facilement estimables sur le terrain ou par analyse d’images aériennes. L’utilisation d’approches statistiques plus développées et des outils de télédétection, une description de la cohésion des berges, une meilleure description des formes de résistance à l'écoulement sont des pistes d'amélioration des modèles.