TITAAviri - Instrumentation hydrogéologique et météorologique du bassin versant expérimental de la rivière Titaaviri (Tahiti)

Notre projet a pour finalité de mettre en place un dispositif instrumental de suivi hydrogéologique et météorologique du bassin versant expérimental de la rivière Titaaviri situé dans la Commune de Teva I Uta (Papeari, Île de Tahiti), de collecter des données et d'étudier les relations pluie/débit/concentrations de matières en suspension sur la période 2013-2017. Ce projet est réalisé en partenariat avec la société Marama Nui, exploitant hydroélectrique de cette vallée qui a co-financé l'installation du dispositif. Ce dispositif a vocation à être un observatoire hydrologique de référence pour l'Île de Tahiti.

> Action GOPS 2012

Mots-clés : Débit, Hydrologie, Matière En Suspension, Pluie, Rivière

Budget: GOPS 16 000 euros, Co-financements: Sté EDT-Marama Nui 17 219 euros, Observatoires et laboratoires 9 000 euros, Bourses thèses Ministère de la Recherche 83 000 euros

Zone géographique : Polynésie française, Tahiti

Matériel acquis :
- Turbidimètre, préleveur, transmetteur pour turbidimètre et accessoires
- Ordinateur portable de terrain
- Panneaux solaires, batterie d'alimentation et régulateur de tension
- Centrale d'acquisition, capteur de pression à immersion, station météo et accessoires

Rivière Ttaaviri

Rivière Titaaviri au site d'observation. © Lydie Sichoix et Lucie Pheulpin.

Contexte:

Le projet avait pour finalité première la mise en place d'un dispositif instrumental de suivi hydrogéologique et météorologique du bassin versant expérimental de la rivière Titaaviri situé dans la Commune de Teva I Uta (Papeari, île de Tahiti), pour étudier le fonctionnement hydrologique du bassin versant. Ce projet vise à déterminer les relations pluie/débit/concentrations de matières en suspension sur la période 2013-2018 et à mieux comprendre les processus de transports sédimentaires (matières en suspension et charriage).

Ce dispositif a vocation à être un observatoire hydrologique de référence pour l'île de Tahiti, et à moyen terme, ce réseau d'instruments pourrait s'étoffer de capteurs environnementaux et même évoluer comme un observatoire du Réseau des Bassins Versants (RBV). Il a été convenu que la société Marama Nui (filiale de l'Électricité de Tahiti) et l'UPF - Gepasud se partagent l'organisation et la réalisation de ce programme d'instrumentation et d'acquisition de données selon des opérations, responsabilités et dispositions définies dans la convention signée le 17 mai 2013 pour une durée de cinq années.

Nous nous appuyons également sur des collaborations scientifiques notamment de l'Unité de Recherche « Erosion Torrentielle Neige et Avalanches » (IRSTEA de Grenoble). Suite à l'attribution d'une bourse de thèse du ministère de la Recherche pour une durée de trois années, en septembre 2013 le laboratoire GEPASUD-UPF a recruté Lucie Pheulpin. Cette thèse est co-dirigée par le Dr. A. Recking de l'IRSTEA Grenoble.

Pour le bassin versant de Titaaviri, nous avons expérimenté la méthode régionale de De Lavenne (2013). Cette méthode permet de reconstruire des hydrogrammes de débit Q(t) à partir d'une convolution entre l'hydrogramme unitaire u(t) (fonction de transfert) et la chronique d'intensité de pluie nette homogène sur toute la surface S du bassin, et à partir de la valorisation des stations de mesures disponibles de bassins voisins à partir de la transposition d'une donnée de débit d'un bassin jaugé vers un bassin non jaugé. En fonction de l'obtention de nouveaux financements, nous proposons de compléter l'instrumentation de la Titaaviri par en amont du bassin Titaaviri 2 et en aval du bassin Titaaviri 1. Ces mesures permettront d'obtenir des estimations sans l'effet des barrages de la vallée principale. Il y a aussi un autre site intéressant localisé dans un autre sous-bassin versant de Titaaviri. Les nouvelles observations nous serviront à tester et valider l'approche régionale et à caractériser indirectement l'impact des barrages hydroélectriques sur l'écoulement du cours d'eau.

Travaux réalisés :
Suite à des difficultés administratives, météorologiques et logistiques, l'installation du dispositif de suivi hydrologique a subi un retard d'une année et a finalement été effectué entre novembre 2013 et janvier 2014. Grâce à notre dispositif désormais opérationnel, nous avons pu observer les fortes crues du 6 au 12 février 2014, liées à un épisode pluvieux très intense ayant affecté toute l'île de Tahiti (865 mm de pluie à la station pluviométrique de Marama Nui située au bassin n°2 de la Titaaviri).

Episode pluvieux

Extrait de l'épisode pluvieux du 6 au 12 février 2014. © Lydie Sichoix.

Intérêts et bénéfices :
- La montée des eaux des rivières dans les îles hautes peut être extrêmement brutale. Une meilleure prévision du débit des rivières et des maxima des crues permettrait de mieux préserver les infrastructures de fortes crues.
- Les besoins en hydroélectricité et socio-économiques sont importants. Ce projet vise à mieux connaître les flux sédimentaires et la genèse des crues dans un bassin versant anthropisé mais peu urbanisé, améliorer la gestion des retenues d'eau ainsi que la gestion des ressources en eau potable.

Perspectives :

A moyen terme, ce nouveau dispositif de suivi hydrogéologique et météorologique est destiné à constituer un véritable observatoire qui pourrait s'étoffer de capteurs environnementaux dans un contexte de changement climatique. Il pourrait même évoluer comme un observatoire du Réseau des Bassins Versants (RBV), labellisé par l'Alliance nationale de recherche pour l'environnement (ALLENVI) (cf. la Guadeloupe, la Nouvelle-Calédonie et La Réunion).

Le transport sédimentaire est à ce jour mal connu sur l'ensemble des bassins versants tahitiens de petite dimension (1 km² à 90 km²). Les bassins versants comme Titaaviri et Punaruu, distincts par leur formation géologique et caractéristiques hydroclimatiques, sont des cas d'étude très intéressants et motivés en raison des enjeux socio-économiques et environnementaux (production hydroélectrique, entreprises industrielles, distribution d'eau potable à une population en forte croissance, protection de la population contre les risques d'inondations, continuité écologique et sédimentaire...).

Pour appréhender la dynamique sédimentaire de nos deux cas, nous retenons deux grands objectifs qui requièrent des techniques, protocoles ou approches complémentaires multiples : le diagnostic des problèmes de continuité sédimentaire à l'échelle du bassin versant ; la recherche des éléments ou ouvrages transversaux pouvant avoir induit des altérations (ou impacté les biocénoses aquatiques).

Quelques pistes d'actions à entreprendre : recensement des chroniques de volumes de curage pour estimations qualitatives, exploitation d'archives photographiques aériennes diachrones, évolution de l'occupation des sols, localisation des pressions pouvant altérer la dynamique sédimentaire, réalisation de campagnes d'identifications des zones de production, transfert, stockage, caractérisation géomorphologique (zonage du bassin, sectorisation du réseau hydrographique, changements morphologiques, pente de la vallée, largeur du fond de vallée, puissance des cours d'eau,…), analyse granulométrique, évaluation de l'intensité du colmatage du lit de rivière par sédiments fins, évolution des profils en long, repérage des divergences ou écarts des tronçons étudiés en comparaison aux modèles théoriques.
Nous proposons de mettre en œuvre des placettes d'échantillonnage des sédiments pour chacun des bassins versants par identification de séquences de tronçons hydrauliquement et géomorphologiquement homogènes, avec zone de référence naturelle, zone impactée ou potentiellement influencée par des ouvrages transversaux ou des processus à déterminer. La comparaison entre tronçons d'un même bassin versant permettra de définir une base de référence naturelle utile pour étudier les évolutions à moyen terme d'un cours d'eau. L'analyse granulométrique permet de caractériser le type de cours d'eau en indiquant la charge solide prédominante charriée et de repérer les dysfonctionnements géomorphologiques. Elle établit la distribution statistique des différentes tailles de grains de l'échantillonnage. Des profils granulométriques seront conduits avant et après la saison des pluies, voire après un événement de pluie exceptionnel. Les résultats de ces analyses granulométriques associées aux données hydrologiques permettront de calculer le transport solide à partir des lois de transport. Des caméras numériques visibles infrarouges à prises régulières automatiques seront déployées pour surveiller en permanence les déplacements de blocs générés par propagation d'ondes sédimentaires pouvant atteindre plusieurs mètres de hauteur.

Contacts et partenaires :
Université de la Polynésie française, Laboratoire Géopôle du Pacifique Sud, Lydie Sichoix, Jean-Pierre Barriot - Lydie.Sichoix(at)upf.pf

Publications:

Les résultats préliminaires ont été présentés aux Doctoriales en avril 2014 et en mai 2015, ont fait l'objet d'un Proceeding.

De Lavenne, A., Modélisation hydrologique à base géomorphologique de bassins versants non jaugés par régionalisation et transposition d'hydrogramme, Thèse de doctorat, AGROCAMPUS-OUEST, sous le label de l'Université européenne de Bretagne, Rennes : 2013NSARD072, pp. 226, 2013.

Une partie importante de la thèse de L. Pheulpin est consacrée au transport solide (charriage) du bassin versant de Titaaviri (lire ci-dessus).

Pheulpin L., Sichoix L., Barriot J.-P., and Recking A., 2014, An Example of Flash-flood Events in Tahiti, French Polynesia, in International Conference on Earth Observations and Societal Impacts (2014 ICEO&SI), Miaoli. Taiwan, June 22-24, 2014 (proceeding)

Pheulpin L., Sichoix L., Barriot J.-P., and Recking A., 2015, Development of an event-based rainfall-runoff model in a small tropical catchment with hydroelectric dams in Tahiti (French Polynesia). IUGG General Assembly 2015 Abstract overview, Prague.