HYDROLOGIE: HISTOIRE, OBJET D'ÉTUDE ET DE RECHERCHE - SCIENCE - 2024

L' hydrologie est la science qui traite de l'étude de l'eau sous tous ses aspects, y compris sa distribution sur la planète et son cycle hydrologique. Il aborde également la relation de l'eau avec l'environnement et les êtres vivants.

Les premières références à l'étude du comportement de l'eau remontent à la Grèce antique et à l'Empire romain. Les mesures du débit de la Seine (Paris) effectuées par Pierre Perrault et Edme Mariotte (1640) sont considérées comme le début de l'hydrologie scientifique.

Station hydrométéorologique dans le parc national de la Serra da Bocaina, Brésil. Source: Halley Pacheco de Oliveira, de Wikimedia Commons.

Par la suite, les mesures sur le terrain se sont poursuivies et des instruments de mesure de plus en plus précis ont été développés. L'hydrologie fonde actuellement ses recherches principalement sur l'application de modèles de simulation.

Parmi les études les plus récentes, l'évaluation du recul des glaciers dû au réchauffement climatique se démarque. Au Chili, la surface glaciaire du bassin de Maipo a reculé de 25%. Dans le cas des glaciers andins, leur réduction est liée au réchauffement de l'océan Pacifique.

L'histoire

Civilisations anciennes

En raison de l'importance de l'eau pour la vie, l'étude de son comportement fait l'objet d'observation depuis le début de l'humanité.

Le cycle hydrologique a été analysé par différents philosophes grecs tels que Platon, Aristote et Homère. Pendant leur séjour à Rome, Sénèque et Pline étaient soucieux de comprendre le comportement de l'eau.

Cependant, les hypothèses avancées par ces anciens sages sont considérées comme erronées aujourd'hui. Le romain Marco Vitruve a été le premier à indiquer que l'eau infiltrée dans le sol provenait de la pluie et de la neige.

En outre, à cette époque, une grande quantité de connaissances hydrauliques pratiques a été développée, ce qui a permis la construction de grands ouvrages tels que les aqueducs de Rome ou les canaux d'irrigation en Chine, entre autres.

Renaissance

À la Renaissance, des auteurs tels que Léonard de Vinci et Bernard Palissy ont apporté d'importantes contributions à l'hydrologie; Ils ont pu étudier le cycle hydrologique en relation avec l'infiltration de l'eau de pluie et son retour par les sources.

XVII siècle

On considère qu'à cette époque, l'hydrologie en tant que science est née. Des mesures de terrain ont été lancées, notamment celles effectuées par Pierre Perrault et Edmé Mariotte dans la Seine (France).

Edmond Halley. Source: Inconnu, via Wikimedia Commons

Le travail réalisé par Edmond Halley en Méditerranée se démarque également. L'auteur a réussi à établir la relation entre l'évaporation, les précipitations et l'écoulement.

Siècle XVIII

L'hydrologie a fait des progrès importants au cours de ce siècle. De nombreuses expériences ont été menées qui ont permis d'établir certains principes hydrologiques.

Nous pouvons mettre en évidence le théorème de Bernoulli, qui stipule que dans un courant d'eau, la pression augmente lorsque la vitesse diminue. D'autres chercheurs ont apporté des contributions pertinentes en ce qui concerne les propriétés physiques de l'eau.

Toutes ces expériences constituent la base théorique du développement d'études hydrologiques quantitatives.

XIXème siècle

L'hydrologie se renforce en tant que science expérimentale. Des progrès importants ont été réalisés dans le domaine de l'hydrologie géologique et dans la mesure des eaux de surface.

A cette époque, d'importantes formules appliquées aux études hydrologiques ont été développées: l'équation de Hagen-Pouiseuille de l'écoulement capillaire et la formule du puits de Dupuit-Thiem (1860) ressortent.

L'hydrométrie (discipline qui mesure le débit, la force et la vitesse des liquides en mouvement) pose ses fondations. Des formules de mesure du débit ont été élaborées et divers instruments de mesure sur le terrain ont été conçus.

D'autre part, Miller, en 1849, a constaté qu'il existe une relation directe entre la quantité de précipitations et l'altitude.

20e et 21e siècles

Au cours de la première partie du XXe siècle, l'hydrologie quantitative est restée une discipline empirique. Au milieu du siècle, des modèles théoriques ont commencé à être développés pour faire des estimations plus précises.

En 1922, l'Association internationale d'hydrologie scientifique (IAHS) a été créée. L'AISH regroupe des hydrologues du monde entier jusqu'à nos jours.

Des contributions importantes sont apportées aux théories de l'hydraulique des puits et de l'infiltration d'eau. De même, les statistiques sont utilisées dans les études hydrologiques.

En 1944, Bernard pose les bases de l'hydrométéorologie en mettant en évidence le rôle des phénomènes météorologiques dans le cycle de l'eau.

Actuellement, les hydrologues, dans leurs différents domaines d'études, développent des modèles mathématiques complexes. Grâce aux simulations proposées, il est possible de prédire le comportement de l'eau dans différentes conditions.

Ces modèles de simulation sont très utiles dans la planification de grands travaux hydrauliques. De plus, il est possible de faire une utilisation plus efficace et rationnelle des ressources en eau de la planète.

Champ d'étude

Le terme hydrologie vient du grec hydros (eau) et logo (science), qui signifie la science de l'eau. Par conséquent, l'hydrologie est la science responsable de l'étude de l'eau, y compris de ses modèles de circulation et de distribution sur la planète.

L'eau est un élément essentiel pour le développement de la vie sur la planète. 70% de la Terre est recouverte d'eau, dont 97% est salée et constitue les océans du monde. Les 3% restants sont de l'eau douce, et la plupart sont gelés aux pôles et glaciers du monde, ce qui en fait une ressource rare.

Dans le domaine de l'hydrologie, les propriétés chimiques et physiques de l'eau, sa relation avec l'environnement et sa relation avec les êtres vivants sont évaluées.

L'hydrologie en tant que science est de nature complexe, son étude a donc été divisée en différents domaines. Cette division envisage divers aspects qui se concentrent sur certaines des phases du cycle hydrologique: la dynamique des océans (océanographie), des lacs (limnologie) et des rivières (potamologie), les eaux de surface, l'hydrométéorologie, l'hydrogéologie (eaux souterraines) et cryologie (eau solide).

Glacier de Quelccaya (Pérou). Source: Edubucher, de Wikimedia Commons

Exemples de recherches récentes

La recherche en hydrologie ces dernières années s'est principalement concentrée sur l'application de modèles de simulation, de modèles géologiques 3D et de réseaux de neurones artificiels.

Hydrologie des eaux de surface

Dans le domaine de l'hydrologie des eaux de surface, des modèles de réseaux neuronaux artificiels sont appliqués pour étudier la dynamique des bassins hydrographiques. Ainsi, le projet SIATL (Watershed Water Flow Simulator) est utilisé dans le monde entier pour la gestion des bassins versants.

Des programmes informatiques tels que WEAP (Water Evaluation and Planning), mis au point en Suède et offerts gratuitement en tant qu'outil complet de planification de la gestion des ressources en eau, ont également été développés.

Hydrogéologie

Dans ce domaine, des modèles géologiques 3D ont été conçus qui permettent de créer des cartes tridimensionnelles des réserves d'eau souterraines.

Dans une étude menée par Gámez et ses collaborateurs dans le delta de la rivière Llobregat (Espagne), les aquifères actuels ont pu être localisés. De cette manière, les sources d'eau de cet important bassin qui alimente la ville de Barcelone ont été enregistrées.

Cryologie

La cryologie est un domaine qui a connu un essor considérable ces dernières années, principalement en raison de l'étude des glaciers. En ce sens, il a été observé que les glaciers du monde sont gravement affectés par le réchauffement climatique.

Par conséquent, des modèles de simulation sont conçus pour estimer le comportement de perte futur des glaciers.

Castillo, en 2015, a évalué les glaciers du bassin de Maipo, constatant que la surface glaciaire a reculé de 127,9 km ², un recul qui s'est produit au cours des 30 dernières années et correspond à 25% de la surface initiale du glacier.

Dans les Andes, Bijeesh-Kozhikkodan et al. (2016) ont mené une évaluation de la surface du glacier au cours des années 1975 à 2015. Ils ont constaté que pendant cette période, il y avait une réduction significative de ces masses d'eau gelées.

La principale réduction de la surface glaciaire andine a été observée entre 1975 et 1997, coïncidant avec le réchauffement de l'océan Pacifique.

Références

1. Comité de travail de l'ASCE sur l'application des réseaux de neurones artificiels en hydrologie (2000) Réseaux de neurones artificiels en hydrologie. I: Concepts préliminaires. Journal of Hydrologic Engineering 5: 115–123.
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4. Castillo Y (2015) Caractérisation de l'hydrologie glaciaire du bassin de la rivière Maipo à travers la mise en œuvre d'un modèle glacio-hydrologique semi-distribué basé physiquement. Thèse de Master en Sciences de l'Ingénieur, Mention en Ressources en Eau et Environnement. Universidad de Chile, Faculté des sciences physiques et mathématiques, Département de génie civil.
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6. Groupe d'hydrologie souterraine (GHS), CSIC - Espagne. https://h2ogeo.upc.edu/es/ Révisé le 27 janvier 2019.