2 3 ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE DE LA...
2 3
ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE
DE LA CASAMANCE MARITIME
B. MILLET(i) , J.C. OLIVRY(l) et Y. LETROQUER
--
--
(1) Hydrologues de 1'ORSTOM en poste au Centre ORSTOM de Montpellier-
Miniparc no 2 - 34100 - Montpellier - France.
(2) Technicien hydrologue de 1'ORSTOM en poste au Centre ORSTOM de
Dakar-Hann.
2 4
R E S U M E
Présentation des résultats des mesures courantomé-
triques effectuées entre Ziguinchor et Sefa : caractéris-
tiques du champ de vitesse dans cet estuaire qui apparait
exceptionnellement bien mélangé et calcul des
variations
longitudinales des volumes oscillants et "excursions" de
marée. Les enregistrements du courantomètre AANDERAA sont
dans l'optique du calcul d‘un bilan hydrîque et salin
global de l'estuaire. Présentation enfin, de la probléma-
tique de l'élaboration en
cours d'un modèl..e hydrodynami-
que bidimentionnel de propagation de marée dans l'estuai-
re.
A B S T R A C T
Hydrological features of the estuary : presentation
of the velocity measurements made between Ziguinchor
and
Sefa : caracteristics of the speed range in
the estuary
which appears as an exceptionally well mixed estuary, and
calculation of the longitudinal variations of oscillating
tidal volumes.
Presentation of some considerations about the AANDE-
RAA recording interpretation) in the perspective of the
evaluation of a global' hydroiogical
and saline balance
evaluation in the estuary.
Presentation, at Iast, of the management concerning
the elaboration of a two-dimensional
tidal.
circulation
mode1 in the estuary.
2 5
I N T R O D U C T I O N
Le programme pluridisciplinaire “Pêche et Environnement” développé de-
puis le début de l’année 1984 sur l’estuaire de la Casamance devait être
accompagné d’une étude des caractéristiques hydralogiques (au sens large) de
ce milieu.
Une précédente étude limnimétrique de propagation de marise a été effec-
tuée entre 1968 et 1970 par M. BRUNET-MORET (Ingenieur hydrologue à 1”ORSTOM).
Cette étude de référence nécessitait d’être complétée par une étude du champ
des vitesses de courant dans l’estuaire, afin de pouvoir étayer les études bio-
logiques.
C’est ainsi qu’ont été envisagées les trois études suivantes qui se si-
tuent chacune à trois niveaux de réflexion différents. La première étude est
Eondamentale et consiste à mesurer les vitesses du courant à travers plusieurs
sections de l’estuaire et au cours de plusieurs cycles complets de marée. La
seconde étude qui se place dans une logique purement hydrologique consiste à
calculer un bilan hydrique et salin global de l’estuaire, à partir des enregis-
trements en continu d’un courantomètre immergé au niveau du pont de Ziguinchor.
La troisième approche
obéit à une logique déterministe et consiste à simuler
les mécanismes de circulation et de dispersion dans l’estuaire entre Ziguinchor
et Diana-Malari par l’élaboration d’un modèle hydrodynamique.
Cette note se propose de présenter les résultats de l’étude du champ des
vitesses dans l’estuaire, de faire le point des problèmes rencontrés pour
l’exploitation des enregistrements du courantomètre de Ziguinchor et de présen-
ter la problématique du modèle hydrodynamique.
1 .
L E S
M E S U R E S
C O U R A N T O L O G I Q U E S
D A N S L” E S T U A I R E
Ces mesures qui constituent un préliminaire indispensable, sont destinées
à quantifier les vitesses d’écoulement de marée entre les sections 13 et 30 de
l’estuaire, telles qu’elles ont été définies en avril 1984, et de juger de leurs
répartitions longitudinales, latérales et verticales au cours de plusieurs cy-
cles de marée. La figure 1 présente tout d’abord les résultats des quatre pre-
mières campagnes qui consistaient à suivre longitudinalement dans l’estuaire
les vitesses maximales d’une même onde de marée, repérees
successivement aux
stations 13, 17, 19, 21, 25, 27 et 30. Une nette diminution des vitesses ma-
ximales apparaît entre les stations 21 et 25.
Les mesures ultérieures de vitesses, effectuées entre le 4/08/84 et le
6/08/85, sont destinées à mesurer d’une part la structure verticale du champ
de courant dans l’estuaire ce qui est déterminant pour caractkiser le type
d’écoulement et à calculer, d’autre part, les volumes oscillants de marée à
travers plusieurs sections de l’estuaire. C’est pourquoi les mesures ont Cté
fiaites par la méthode de jaugeage par verticales indépendantes qui, en procé-
dant par
intégration en laissant descendre un courantomètre à vitesse cons-
tante sur toute la profondeur et sur plusieurs verticales préalablement maté-
rialisces sur la section, permet de mesurer un flux à travers une section dont
le niveau d’eau varie en cours de jaugeage ; de plus, trois mesures en point
fixe de 30 seconde à une minute ont été réalisées à chaque passage sur chaque
verticale,
à 20 c m d e la s u r f a c e 3 mi-~,rofondeur e t à ‘30 Cm iitj f o n d ~
2 6
Ces mesures ont été faites sur les sections 13, 21, 25 et 30 de l’estua,i-
re avec 5, 7 et 11 verticales respectivement définies sur ces sections. L’ensem-
ble de l’écoulement est ainsi jaugé pour les sections 13, 25 et 30 mais seule-
ment la partie active du chenal pour la section 21. D’une façon générale, le
calcul final du volume oscillant de marée est effectué à chaque fois sur la
totalité de la section mouillée et une extrapolation spatiale des vitesses a
donc éts nécessaire pour la section 21 le 23/3/85 sur 300 mètres de platier
en rive droite. Pour cette dernière section, un suivi plus précis des phénomè-
nes de renverse de courant a été fait à partir de 2 verticales supplémentaires
le 2213185 et de 6 verticales supplémentaires le 6/8/85.
La figure 2 présente trois exemples représentatifs des mesures de la
structure verticale des vitesses de courant. La figure 2a concerne la vertica-
le centrale de la section 13 ; les figures 2b et 2c concernent deux verticales
situées respectivement au centre du chenal et en bordure du platier de rive
droite de la section 25. On remarquera l’excellente homogénéïté verticale du
champ de vitesse, qui sera le cas pour toutes les observations effectuées à
travers l’estuaire et ce qui n’était pas évident à priori, même pour un estuai-
re de relativement faible profondeur.
Ces observations du champ vertical des vitesses qui présentent des profils
classiques de type logarithmique en l’absence totale de stratification sont
déterminantes quant au
choix du modèle hydrodynamique ulterieur. Cette homogé-
néïté verticale s’oppose aux importantes hétérogénéïités longitudinale (amont-
aval) et latérale (chenal-platier) du champ de vitesse, qui accompagnent d’impor-
tants phénomènes d’ammortissement de l’onde de marée incidente dans cet estuai-
re à la topographie très.irrégulière.
Le tableau 1 présente les résultats des calculs des volumes oscillants de
flots (‘VF) et de jusant (VJ) ainsi que les “excursions” correspondantes effec-
tués à ,partir des mesures de vitesse d’intégration sur verticales indépendantes.
Le principe est le suivant : On cal.cule tout d’abord des “débits unitaires”
instantanés, sur chaque verticale exprimés en m” ,s -“en faisant le produit de la
vitesse moyenne intégrée, par la profondeur. On trace. ensuite pour chaque ver-
ticale les variations de ces dé’bits unitaires en fonction du temps, diagramme
qui permet, par extrapolation graphique, de reconstituer une chronique continue
de valeurs pour chaque verticale n’ayant été mesurée que par intermittance. Les
variations du plan d’eau sont alors implicitement prises en compte. Puis on
trace à partir de ces figures, les variations spatiales des “débits unitaires”
sur toute la section pour une série d’instants t, en prenant simultanément sur
toutes les verticales, les valeurs de ces débits unitaires aux instants t. On
calcule alors les valeurs des débits (m3. s-‘)Par planimétrage des courbes
0btenue.s. On trace les variations de.ces débits en fonction du temps sur un
cycle de marée et un nouveau planimétrage donne les volumes oscillants de flot
et de jusant sur toute la section mouillée. Les figures 3a, 3b et 3c présentent
respectivement trois exemples representatifs des variations horaires du champ
des vitesses moyennes sur la verticale, aux sections 13, 25 et 30 de l’estuai-
re. Les figures 4 et 5 présentent respectivement les variations longitudinales
des volumes oscillants de flot et de jusant entre les sections 13 et 30 et des
“excursions” de marée (en km) calculées en ramenant les valeurs des volumes
oscillants à celles des sections mouillées mesurées simultanément sur les sec-
tions correspondantes. Tous ces résultats sont susceptibles d’être directement
utilisés pour les études biologiques et l’ensemble des données disponibles dans
le détail auprès des auteurs.
2 7
Tableau 1. - Résultats des campagnes de mesures courantométriques
Station
Date
Volumes oscillants
Durée
Excursions de marée
(10 6 3
in 1
(h.mn)
(W
flot
jusant
f l o t jusant
f l o t
jusant
Ziguinchor
13
4/ 8184
39,6
46,5
5.55
6.30
8
9,4
1018184
51,6
50,5
6.15
6.15
10,4
10.2
251’3185
5 5
58,5
6.10
6.10
11
11,8
2613185
5 5
5 3
6.20
6.00
11
10,7
2713185
4 8
59
6.06
6.25
997
11,9
11/6/85
49
52,5
5.55
6.15
999
10,6
12/6/85
36,5
45
6.15
5.50
773
991
01/8/85
68,5
46,5
7.05
5.40
13,8
9,4 (vent)
0218185
6 8
48,5
6.55
5.50
13,7
9,8 (vent)
Goudomp
21
2313185
22,8
26,8
5.45
6.25
476
534
Hamdalaye
2 5
2213185
13
898
6.20
5.45
496
331
14/6/85
7
14,3
5.50
6.55
2,5
5,l (vent)
15/6/85
13,4
13
6.05
6.45
4.8
436
0618185
633
11,i
5.15
7.00
291
3,7 (vent)
Sefa
3 0
1716185
397
397
5.55
6.55
497
4,7
04f8.85
3,2
497
5.10
6.40
491
690
2. LA
T E N T A T I V E D E
B I L A N
H Y D R I Q U E A
Z I G U I N C H O R
La réffexion sur le régime hydrologique de l’estuaire en terme de bilan
global a été l’origine de l’immersion d’un courantomètre enregistreur de ty-
pe AANDERAA 4 4 mètres de profondeur dans la partie la plus profonde du che-
nal de la sec’tion 13 de l’estuaire choisie comme l’exutoire de l’étude hydro-
logique. Sur les 438 journées d’immersion, l’appareil a fonctionné en continu
pendant 7 périodes successives d’environ un mois, soit un total de 177 jour-
nées disponibles entre le 17/7/84 et le 2819.85. Le bilan nécessite de longue
chronique de flux que l’on cherchera par conséquent à calculer à partir des
enregistrements ponctuels du courantomètre, en utilisant les résultats des
campagnes d’étalonnage de débits effectuées sur la même section (cf tableau 1).
Le tableau 2 présente quelques exemples du type de formules de régres-
sion obtenues entre les enregistrements de vitesse (V) et les mesures de dé-
bits (Q) observés sur la section 13 et qui apparaissent rassurantes. Malheu--
reusement deux problèmes se posent et qui interdisent pour le moment toute
exploitation massive des enregistrements sans filtrage préalable. Tout d’abord
les traitements systsmatiques effectues au COB de BREST mettent en évidence
2 8
une excursion résultante de courant nettement positive vers l’aval ce qui pa-
raît immédiatement suspect vis à vis des observations de l’hypersalinisation
de l’estuaire. Ce biais des enregistrements semble d’ailleurs confirmé quand
on constate que la durée de jusant enregistrée au courantométre est toujours
supérieure 3 celle des mesures de débit et pouvant même la dépasser d’une
heure et demi.
Tableau 2.- Quelques exemples de régression entre les enregistrements
de vitesse de 1’ANDERBA de ZiguinchIor et les mesures de
débit d’étalonnage.
Date
Marée
Nombre de
Coefficient
Formule de
valeurs
de corrélation
régression
2!5/3/85
jusant
73
0,967
Q = 4 3 8 2 . V + 81
2713.85
jusant
7 7
0,967
Q - 4563.V - 117
flot
5 8
0,992
Q = 5609.V - 8 4
1116185
jusant
75
0,937
Q = 5412.V - 367
Cl4/R. 85
flot
5 6
0,925
Q = 3498.V + 142
D’autre part, il apparaît que les bonnes corrélations ne sont pas tou-
jours obtenues sur durée totale du flot ou du jusant mais que l’on doive
dans la majorité des cas amputer les séries des faibles valeurs de vitesse,
ce qui revient à limiter les corrglations aux 3 ou 4 heures pendant lesquel-
les le régime de courant est bien établi.
Les enregistrements du courantomètre devront maintenant faire l’objet
d’une analyse harmonique qui permettra de mettre en évidence l’existence éven-
tuelle de phénomène dont la’fréquence serait différente de celles, connues,
des principales composantes de la marée 3 Ziguinchor. Deux principales hypo-
thèses peuvent être émises pour expliquer ce comportement du courantomètre :
- Une anomalie hydraulique au niveau de la section d.e Ziguinchor du fait
du resserrement très brutal de l’estuaire à ce niveau, ce qui rendrait assymé-
trique les écoulements de flot et de jusant. Cette assymétrie n’apparaît ce-
pendant pas sur les flux d’étalonnage observés.
- Un mauvais fonctionnement de l’appareil qui présenterait de grandes os-
cillations en régime de petites vitesses, c’est à dire aux périodes d’étales,
ou bien des couples de torsion, ou blocages de la P<art du système de mouilla-
ge.
D’une manière ggnérale,
ces enreg,istrements sont con.servés et devront don-
ner des résultats représentatifs après un filtrage guidé par l’analyse harmo-
nique des enregistrements 9 qui sera effectuée au Centre OSSTOM de Montpel-
lier.
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CO 0
b 0
5: l
5:
1
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g
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I
E l
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0
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STATION 13-ZIGUINCHOR-CENTRE DU CHENAL-25-03 - 1985
V J u s a n t (cm-s-l)
V F l o t Ccm.s-‘1)
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100 80 60
40 20
2 0 40 60 80 100
I
- STATION 25-CENTRE DU CHENAL-
2 2 - 0 3 - 1 9 8 5
V J u s a n t (cm-s-1 3
V F l o t Icm.s-‘1
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S T A T I O N 25- BORDIJRE D E P L A T I E R RD-22-03-1985
FIG.2.- Quelques exemples de la structure verti.cale du
champ de vitesse.
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FIG. 3c.- Variations horaires du champ de vitesse.
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FIG. 4.- Variations longitudinales des ,volumes oscillants
marée.
3 5
L (km)
FLOT
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S T A T I O N S
-
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l
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v
-
-
13
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JUSANT
14
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8
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6
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75
18 21
25
6
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S.- V a r i a t i.ons longitudirlnlcs des e x c u r s i o n s dtl InarGe
3 6
3. LA
P E R S P E C T I V E D ' U N
M O D E L E
H Y D R O D Y N A M I Q U E D E
C I R C U L A T I O N
D A N S L ' E S T U A I R E
Cette dernière étape, de loin la plus élaborée de cette étude hydrologi-
que, consiste 3, préparer un modèle hydrodynamique de la propagation des ma-
rées 3 travers tout l’estuaire à l’amont de Ziguinchor.On prendra corrrne con-
ditions aux limites un hydrogramme de flux continental, un forçage de marée
B l'aval et d'éventuelles fonctions de transfert laLtéra1 au niveau des bolons
tributaires ou des zones marginales de mangrove.
Cette approche hydrodynamique s'appuie sur une formulation mathématique
qui reprend, en les adaptant à la nature littorale de l’estuaire, les équa-
tions fondamentales de l’écoulement des fluides réels, dans une représenta-
tion bidimensionnelle intégrée sur la profondeur (equation de St. VENANT). Un
schéma numérique aux différences finies permet l'approximation des équations
différentielles en utilisant un maillage régulier de 500 mètres de côté (du
moins .jusqu’à SEFA) et un pas de temps de l'ordre de quelques minutes seule-
ment. Ce modèle est actuellement e.n cours de réalisation au Centre ORSTOM de
Montpellier, Département "Ecosystèmes Aquatiques" (A. LAHOUD et B. MILLET).
L'approche ultérieure de la dispersion saline saisonnière dans l'estuai-
re nécessitera le couplage avec un modèle compartimenté de conception “hydro-
logique", fonctionnant à pas de temps long, à partir des champs de vitesse
résiduelles issus du premier modèle.
B I B L I O G R A P H I E
BRUNET-MORET (Y.), 1970.- Etude hydrologique en Casamance. Rapport final.
ORSTOM, Paris, 52 p.
3 7
D I S C U S S I O N
Q*- L’étude faite au niveau du fleuve sera-t-elle élargie aux différents bo-
lons tributaires ?
R.- Non, seul le lit mineur (y compris Soungrougrou) sera considéré dans le
maillage, dans un premier temps. A l’issue des premiers résultats, l'im-
portance de certains tributaires sera mise en évidence et leur fonction-
nement fera l’objet d’un traitement hydrologique complémentaire.
Q.- Four l’établissement d’un bilan hydrologique, a-t-on pris en compte l’ap-
port des nappes phréatiques ?
R.- Le bilan étant fait à l’aval, il prend en compte l’ensemble des echanges
y compris celui des nappes dont l’importance est par ailleurs totalement
inconnue - Il en est de même des surfaces évaporantes exondées.
Q*- La vitesse moyenne pour une verticale correspond-elle à celle enregistrée
à un noint fixe ou bien s’agit-il de l’intégration du champ de vitesse ?
R.- Lors des campagnes de mesure il s'a9i.t d’une intégration verticale du
champ de vitesse effectuée sur 7 ou 8 verticales par section. En ce qui
concerne les enregistrements en continu à Ziguinchor, il s’agit d’une
vitesse ponctuelle à 4 m de profondeur dans la partie la plus profonde
du chenal.
Q.- Le nombre de verticales est-il suffisant pour estimer correctement les
écoulements résiduels dans le chenal et sur le platier ?
Q.- Il y a hétérogén6ité spatiale, surtout pour les stations amont, entre
les parties actives du chenal (zones les plus profondes) et les zones du
platier qui peuvent être très étendues.
Q.- Quelles sont les observations complémentaires de terrain prévues pour les
besoins du modèle ?
R.- Contrairement aux modèles hydrologiques, il n’est pas besoin de longues
séries chronologiques. Sont indispensables : une bonne bathymétrie, des
mesures limnimétriques de calage du modèle, qui soient impérativement
synchrones sur quelques mois avec une batterie d’enregistreurs.
ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE
DE LA CASAMANCE MARITIME
B. MILLET(i) , J.C. OLIVRY(l) et Y. LETROQUER
--
--
(1) Hydrologues de 1'ORSTOM en poste au Centre ORSTOM de Montpellier-
Miniparc no 2 - 34100 - Montpellier - France.
(2) Technicien hydrologue de 1'ORSTOM en poste au Centre ORSTOM de
Dakar-Hann.
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R E S U M E
Présentation des résultats des mesures courantomé-
triques effectuées entre Ziguinchor et Sefa : caractéris-
tiques du champ de vitesse dans cet estuaire qui apparait
exceptionnellement bien mélangé et calcul des
variations
longitudinales des volumes oscillants et "excursions" de
marée. Les enregistrements du courantomètre AANDERAA sont
dans l'optique du calcul d‘un bilan hydrîque et salin
global de l'estuaire. Présentation enfin, de la probléma-
tique de l'élaboration en
cours d'un modèl..e hydrodynami-
que bidimentionnel de propagation de marée dans l'estuai-
re.
A B S T R A C T
Hydrological features of the estuary : presentation
of the velocity measurements made between Ziguinchor
and
Sefa : caracteristics of the speed range in
the estuary
which appears as an exceptionally well mixed estuary, and
calculation of the longitudinal variations of oscillating
tidal volumes.
Presentation of some considerations about the AANDE-
RAA recording interpretation) in the perspective of the
evaluation of a global' hydroiogical
and saline balance
evaluation in the estuary.
Presentation, at Iast, of the management concerning
the elaboration of a two-dimensional
tidal.
circulation
mode1 in the estuary.
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Le programme pluridisciplinaire “Pêche et Environnement” développé de-
puis le début de l’année 1984 sur l’estuaire de la Casamance devait être
accompagné d’une étude des caractéristiques hydralogiques (au sens large) de
ce milieu.
Une précédente étude limnimétrique de propagation de marise a été effec-
tuée entre 1968 et 1970 par M. BRUNET-MORET (Ingenieur hydrologue à 1”ORSTOM).
Cette étude de référence nécessitait d’être complétée par une étude du champ
des vitesses de courant dans l’estuaire, afin de pouvoir étayer les études bio-
logiques.
C’est ainsi qu’ont été envisagées les trois études suivantes qui se si-
tuent chacune à trois niveaux de réflexion différents. La première étude est
Eondamentale et consiste à mesurer les vitesses du courant à travers plusieurs
sections de l’estuaire et au cours de plusieurs cycles complets de marée. La
seconde étude qui se place dans une logique purement hydrologique consiste à
calculer un bilan hydrique et salin global de l’estuaire, à partir des enregis-
trements en continu d’un courantomètre immergé au niveau du pont de Ziguinchor.
La troisième approche
obéit à une logique déterministe et consiste à simuler
les mécanismes de circulation et de dispersion dans l’estuaire entre Ziguinchor
et Diana-Malari par l’élaboration d’un modèle hydrodynamique.
Cette note se propose de présenter les résultats de l’étude du champ des
vitesses dans l’estuaire, de faire le point des problèmes rencontrés pour
l’exploitation des enregistrements du courantomètre de Ziguinchor et de présen-
ter la problématique du modèle hydrodynamique.
1 .
L E S
M E S U R E S
C O U R A N T O L O G I Q U E S
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Ces mesures qui constituent un préliminaire indispensable, sont destinées
à quantifier les vitesses d’écoulement de marée entre les sections 13 et 30 de
l’estuaire, telles qu’elles ont été définies en avril 1984, et de juger de leurs
répartitions longitudinales, latérales et verticales au cours de plusieurs cy-
cles de marée. La figure 1 présente tout d’abord les résultats des quatre pre-
mières campagnes qui consistaient à suivre longitudinalement dans l’estuaire
les vitesses maximales d’une même onde de marée, repérees
successivement aux
stations 13, 17, 19, 21, 25, 27 et 30. Une nette diminution des vitesses ma-
ximales apparaît entre les stations 21 et 25.
Les mesures ultérieures de vitesses, effectuées entre le 4/08/84 et le
6/08/85, sont destinées à mesurer d’une part la structure verticale du champ
de courant dans l’estuaire ce qui est déterminant pour caractkiser le type
d’écoulement et à calculer, d’autre part, les volumes oscillants de marée à
travers plusieurs sections de l’estuaire. C’est pourquoi les mesures ont Cté
fiaites par la méthode de jaugeage par verticales indépendantes qui, en procé-
dant par
intégration en laissant descendre un courantomètre à vitesse cons-
tante sur toute la profondeur et sur plusieurs verticales préalablement maté-
rialisces sur la section, permet de mesurer un flux à travers une section dont
le niveau d’eau varie en cours de jaugeage ; de plus, trois mesures en point
fixe de 30 seconde à une minute ont été réalisées à chaque passage sur chaque
verticale,
à 20 c m d e la s u r f a c e 3 mi-~,rofondeur e t à ‘30 Cm iitj f o n d ~
2 6
Ces mesures ont été faites sur les sections 13, 21, 25 et 30 de l’estua,i-
re avec 5, 7 et 11 verticales respectivement définies sur ces sections. L’ensem-
ble de l’écoulement est ainsi jaugé pour les sections 13, 25 et 30 mais seule-
ment la partie active du chenal pour la section 21. D’une façon générale, le
calcul final du volume oscillant de marée est effectué à chaque fois sur la
totalité de la section mouillée et une extrapolation spatiale des vitesses a
donc éts nécessaire pour la section 21 le 23/3/85 sur 300 mètres de platier
en rive droite. Pour cette dernière section, un suivi plus précis des phénomè-
nes de renverse de courant a été fait à partir de 2 verticales supplémentaires
le 2213185 et de 6 verticales supplémentaires le 6/8/85.
La figure 2 présente trois exemples représentatifs des mesures de la
structure verticale des vitesses de courant. La figure 2a concerne la vertica-
le centrale de la section 13 ; les figures 2b et 2c concernent deux verticales
situées respectivement au centre du chenal et en bordure du platier de rive
droite de la section 25. On remarquera l’excellente homogénéïté verticale du
champ de vitesse, qui sera le cas pour toutes les observations effectuées à
travers l’estuaire et ce qui n’était pas évident à priori, même pour un estuai-
re de relativement faible profondeur.
Ces observations du champ vertical des vitesses qui présentent des profils
classiques de type logarithmique en l’absence totale de stratification sont
déterminantes quant au
choix du modèle hydrodynamique ulterieur. Cette homogé-
néïté verticale s’oppose aux importantes hétérogénéïités longitudinale (amont-
aval) et latérale (chenal-platier) du champ de vitesse, qui accompagnent d’impor-
tants phénomènes d’ammortissement de l’onde de marée incidente dans cet estuai-
re à la topographie très.irrégulière.
Le tableau 1 présente les résultats des calculs des volumes oscillants de
flots (‘VF) et de jusant (VJ) ainsi que les “excursions” correspondantes effec-
tués à ,partir des mesures de vitesse d’intégration sur verticales indépendantes.
Le principe est le suivant : On cal.cule tout d’abord des “débits unitaires”
instantanés, sur chaque verticale exprimés en m” ,s -“en faisant le produit de la
vitesse moyenne intégrée, par la profondeur. On trace. ensuite pour chaque ver-
ticale les variations de ces dé’bits unitaires en fonction du temps, diagramme
qui permet, par extrapolation graphique, de reconstituer une chronique continue
de valeurs pour chaque verticale n’ayant été mesurée que par intermittance. Les
variations du plan d’eau sont alors implicitement prises en compte. Puis on
trace à partir de ces figures, les variations spatiales des “débits unitaires”
sur toute la section pour une série d’instants t, en prenant simultanément sur
toutes les verticales, les valeurs de ces débits unitaires aux instants t. On
calcule alors les valeurs des débits (m3. s-‘)Par planimétrage des courbes
0btenue.s. On trace les variations de.ces débits en fonction du temps sur un
cycle de marée et un nouveau planimétrage donne les volumes oscillants de flot
et de jusant sur toute la section mouillée. Les figures 3a, 3b et 3c présentent
respectivement trois exemples representatifs des variations horaires du champ
des vitesses moyennes sur la verticale, aux sections 13, 25 et 30 de l’estuai-
re. Les figures 4 et 5 présentent respectivement les variations longitudinales
des volumes oscillants de flot et de jusant entre les sections 13 et 30 et des
“excursions” de marée (en km) calculées en ramenant les valeurs des volumes
oscillants à celles des sections mouillées mesurées simultanément sur les sec-
tions correspondantes. Tous ces résultats sont susceptibles d’être directement
utilisés pour les études biologiques et l’ensemble des données disponibles dans
le détail auprès des auteurs.
2 7
Tableau 1. - Résultats des campagnes de mesures courantométriques
Station
Date
Volumes oscillants
Durée
Excursions de marée
(10 6 3
in 1
(h.mn)
(W
flot
jusant
f l o t jusant
f l o t
jusant
Ziguinchor
13
4/ 8184
39,6
46,5
5.55
6.30
8
9,4
1018184
51,6
50,5
6.15
6.15
10,4
10.2
251’3185
5 5
58,5
6.10
6.10
11
11,8
2613185
5 5
5 3
6.20
6.00
11
10,7
2713185
4 8
59
6.06
6.25
997
11,9
11/6/85
49
52,5
5.55
6.15
999
10,6
12/6/85
36,5
45
6.15
5.50
773
991
01/8/85
68,5
46,5
7.05
5.40
13,8
9,4 (vent)
0218185
6 8
48,5
6.55
5.50
13,7
9,8 (vent)
Goudomp
21
2313185
22,8
26,8
5.45
6.25
476
534
Hamdalaye
2 5
2213185
13
898
6.20
5.45
496
331
14/6/85
7
14,3
5.50
6.55
2,5
5,l (vent)
15/6/85
13,4
13
6.05
6.45
4.8
436
0618185
633
11,i
5.15
7.00
291
3,7 (vent)
Sefa
3 0
1716185
397
397
5.55
6.55
497
4,7
04f8.85
3,2
497
5.10
6.40
491
690
2. LA
T E N T A T I V E D E
B I L A N
H Y D R I Q U E A
Z I G U I N C H O R
La réffexion sur le régime hydrologique de l’estuaire en terme de bilan
global a été l’origine de l’immersion d’un courantomètre enregistreur de ty-
pe AANDERAA 4 4 mètres de profondeur dans la partie la plus profonde du che-
nal de la sec’tion 13 de l’estuaire choisie comme l’exutoire de l’étude hydro-
logique. Sur les 438 journées d’immersion, l’appareil a fonctionné en continu
pendant 7 périodes successives d’environ un mois, soit un total de 177 jour-
nées disponibles entre le 17/7/84 et le 2819.85. Le bilan nécessite de longue
chronique de flux que l’on cherchera par conséquent à calculer à partir des
enregistrements ponctuels du courantomètre, en utilisant les résultats des
campagnes d’étalonnage de débits effectuées sur la même section (cf tableau 1).
Le tableau 2 présente quelques exemples du type de formules de régres-
sion obtenues entre les enregistrements de vitesse (V) et les mesures de dé-
bits (Q) observés sur la section 13 et qui apparaissent rassurantes. Malheu--
reusement deux problèmes se posent et qui interdisent pour le moment toute
exploitation massive des enregistrements sans filtrage préalable. Tout d’abord
les traitements systsmatiques effectues au COB de BREST mettent en évidence
2 8
une excursion résultante de courant nettement positive vers l’aval ce qui pa-
raît immédiatement suspect vis à vis des observations de l’hypersalinisation
de l’estuaire. Ce biais des enregistrements semble d’ailleurs confirmé quand
on constate que la durée de jusant enregistrée au courantométre est toujours
supérieure 3 celle des mesures de débit et pouvant même la dépasser d’une
heure et demi.
Tableau 2.- Quelques exemples de régression entre les enregistrements
de vitesse de 1’ANDERBA de ZiguinchIor et les mesures de
débit d’étalonnage.
Date
Marée
Nombre de
Coefficient
Formule de
valeurs
de corrélation
régression
2!5/3/85
jusant
73
0,967
Q = 4 3 8 2 . V + 81
2713.85
jusant
7 7
0,967
Q - 4563.V - 117
flot
5 8
0,992
Q = 5609.V - 8 4
1116185
jusant
75
0,937
Q = 5412.V - 367
Cl4/R. 85
flot
5 6
0,925
Q = 3498.V + 142
D’autre part, il apparaît que les bonnes corrélations ne sont pas tou-
jours obtenues sur durée totale du flot ou du jusant mais que l’on doive
dans la majorité des cas amputer les séries des faibles valeurs de vitesse,
ce qui revient à limiter les corrglations aux 3 ou 4 heures pendant lesquel-
les le régime de courant est bien établi.
Les enregistrements du courantomètre devront maintenant faire l’objet
d’une analyse harmonique qui permettra de mettre en évidence l’existence éven-
tuelle de phénomène dont la’fréquence serait différente de celles, connues,
des principales composantes de la marée 3 Ziguinchor. Deux principales hypo-
thèses peuvent être émises pour expliquer ce comportement du courantomètre :
- Une anomalie hydraulique au niveau de la section d.e Ziguinchor du fait
du resserrement très brutal de l’estuaire à ce niveau, ce qui rendrait assymé-
trique les écoulements de flot et de jusant. Cette assymétrie n’apparaît ce-
pendant pas sur les flux d’étalonnage observés.
- Un mauvais fonctionnement de l’appareil qui présenterait de grandes os-
cillations en régime de petites vitesses, c’est à dire aux périodes d’étales,
ou bien des couples de torsion, ou blocages de la P<art du système de mouilla-
ge.
D’une manière ggnérale,
ces enreg,istrements sont con.servés et devront don-
ner des résultats représentatifs après un filtrage guidé par l’analyse harmo-
nique des enregistrements 9 qui sera effectuée au Centre OSSTOM de Montpel-
lier.
--l----r-
CO 0
b 0
5: l
5:
1
-.--
g
FS
I
E l
------r
0
----
STATION 13-ZIGUINCHOR-CENTRE DU CHENAL-25-03 - 1985
V J u s a n t (cm-s-l)
V F l o t Ccm.s-‘1)
w . _ +---+...-+-+-t--
---+-----l---t~
100 80 60
40 20
2 0 40 60 80 100
I
- STATION 25-CENTRE DU CHENAL-
2 2 - 0 3 - 1 9 8 5
V J u s a n t (cm-s-1 3
V F l o t Icm.s-‘1
*.. _ . .^____
&-$-
_
_--.
S T A T I O N 25- BORDIJRE D E P L A T I E R RD-22-03-1985
FIG.2.- Quelques exemples de la structure verti.cale du
champ de vitesse.
>
0 E
0 0 --
3
1
a
‘0
>
0 f
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I
l-
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v i t e s s e s m o y e n n e s i n t é g r é e s s u r l a urofondeur
R
w
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L e 1 7 - 0 6 - 1 9 8 5
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FIG. 3c.- Variations horaires du champ de vitesse.
- .
- -
. - . - - - . ~
- - - - “ - 1 -
- - . -
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3 4
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70
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60
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1983
30 -
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-
-
-
-
-
-
- - - - - -
I
I
13
18
-
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-
-
-
-
-
-
-
-
2
‘1 25 30
6 0
J U S A N T
-1
10
0 1
FIG. 4.- Variations longitudinales des ,volumes oscillants
marée.
3 5
L (km)
FLOT
+ .JUIN lY8!,
S T A T I O N S
-
-
l
-
-
v
-
-
13
18
21
25 30
km)
JUSANT
14
12
10
+ J U I N 1
8
fiAI’t1101Jt
x ~\\OIIl
6
4
2
_, l ,.s / I:lrJ:>
0
__
.
_.
-__----. __ -
-.-.-
- T - - - T - - - - .- -.----‘T--.--
75
18 21
25
6
F!(i.
S.- V a r i a t i.ons longitudirlnlcs des e x c u r s i o n s dtl InarGe
3 6
3. LA
P E R S P E C T I V E D ' U N
M O D E L E
H Y D R O D Y N A M I Q U E D E
C I R C U L A T I O N
D A N S L ' E S T U A I R E
Cette dernière étape, de loin la plus élaborée de cette étude hydrologi-
que, consiste 3, préparer un modèle hydrodynamique de la propagation des ma-
rées 3 travers tout l’estuaire à l’amont de Ziguinchor.On prendra corrrne con-
ditions aux limites un hydrogramme de flux continental, un forçage de marée
B l'aval et d'éventuelles fonctions de transfert laLtéra1 au niveau des bolons
tributaires ou des zones marginales de mangrove.
Cette approche hydrodynamique s'appuie sur une formulation mathématique
qui reprend, en les adaptant à la nature littorale de l’estuaire, les équa-
tions fondamentales de l’écoulement des fluides réels, dans une représenta-
tion bidimensionnelle intégrée sur la profondeur (equation de St. VENANT). Un
schéma numérique aux différences finies permet l'approximation des équations
différentielles en utilisant un maillage régulier de 500 mètres de côté (du
moins .jusqu’à SEFA) et un pas de temps de l'ordre de quelques minutes seule-
ment. Ce modèle est actuellement e.n cours de réalisation au Centre ORSTOM de
Montpellier, Département "Ecosystèmes Aquatiques" (A. LAHOUD et B. MILLET).
L'approche ultérieure de la dispersion saline saisonnière dans l'estuai-
re nécessitera le couplage avec un modèle compartimenté de conception “hydro-
logique", fonctionnant à pas de temps long, à partir des champs de vitesse
résiduelles issus du premier modèle.
B I B L I O G R A P H I E
BRUNET-MORET (Y.), 1970.- Etude hydrologique en Casamance. Rapport final.
ORSTOM, Paris, 52 p.
3 7
D I S C U S S I O N
Q*- L’étude faite au niveau du fleuve sera-t-elle élargie aux différents bo-
lons tributaires ?
R.- Non, seul le lit mineur (y compris Soungrougrou) sera considéré dans le
maillage, dans un premier temps. A l’issue des premiers résultats, l'im-
portance de certains tributaires sera mise en évidence et leur fonction-
nement fera l’objet d’un traitement hydrologique complémentaire.
Q.- Four l’établissement d’un bilan hydrologique, a-t-on pris en compte l’ap-
port des nappes phréatiques ?
R.- Le bilan étant fait à l’aval, il prend en compte l’ensemble des echanges
y compris celui des nappes dont l’importance est par ailleurs totalement
inconnue - Il en est de même des surfaces évaporantes exondées.
Q*- La vitesse moyenne pour une verticale correspond-elle à celle enregistrée
à un noint fixe ou bien s’agit-il de l’intégration du champ de vitesse ?
R.- Lors des campagnes de mesure il s'a9i.t d’une intégration verticale du
champ de vitesse effectuée sur 7 ou 8 verticales par section. En ce qui
concerne les enregistrements en continu à Ziguinchor, il s’agit d’une
vitesse ponctuelle à 4 m de profondeur dans la partie la plus profonde
du chenal.
Q.- Le nombre de verticales est-il suffisant pour estimer correctement les
écoulements résiduels dans le chenal et sur le platier ?
Q.- Il y a hétérogén6ité spatiale, surtout pour les stations amont, entre
les parties actives du chenal (zones les plus profondes) et les zones du
platier qui peuvent être très étendues.
Q.- Quelles sont les observations complémentaires de terrain prévues pour les
besoins du modèle ?
R.- Contrairement aux modèles hydrologiques, il n’est pas besoin de longues
séries chronologiques. Sont indispensables : une bonne bathymétrie, des
mesures limnimétriques de calage du modèle, qui soient impérativement
synchrones sur quelques mois avec une batterie d’enregistreurs.