Évaluation des performances du modèle RUNOFF01 et de son potentiel pour la conception de micro-bassins versants

Pourquoi convertir la pluie en ressource compte

Dans les régions sèches, la majeure partie de la pluie précieuse qui tombe lors d’orages courts et intenses s’écoule rapidement sous forme de ruissellement au lieu d’infiltrer le sol où les cultures pourraient l’utiliser. Cet article étudie si un modèle informatique relativement simple, nommé RUNOFF01, peut prédire de manière fiable quelle part de ces précipitations se transformera en ruissellement dans de petites parcelles et des micro-bassins construits spécifiquement. Si le modèle fonctionne bien, agriculteurs, ingénieurs et aménageurs pourraient concevoir des systèmes peu coûteux pour capter davantage d’eau de pluie, réduire l’érosion des sols et permettre aux cultures de survivre pendant de longues périodes sèches.

Comment l’eau parcourt le terrain

L’étude se concentre sur un type particulier de ruissellement qui se produit lorsque la pluie tombe plus vite que le sol ne peut l’absorber. Dans ce cas, l’eau commence à se pondre à la surface puis s’écoule en nappe vers l’aval. Les chercheurs décrivent ce processus en trois phases : d’abord une phase d’accumulation, lorsque le sol continue d’absorber l’eau et que la zone d’écoulement s’étend ; ensuite une phase d’équilibre, lorsque l’ensemble de la pente contribue et que le débit en pied de pente se stabilise ; enfin une phase de décrue, lorsque la pluie cesse et que l’écoulement décroît progressivement à mesure que l’eau de surface s’évacue. Pour de petits bassins pentus en climat sec, les orages durent souvent suffisamment longtemps pour que la pente atteigne rapidement l’état d’équilibre, et presque toute sa surface participe activement au ruissellement.

Un outil simple pour une tâche complexe

RUNOFF01 traduit ce comportement en équations qui estiment la part d’eau infiltrée dans le sol et celle qui ruisselle vers l’aval. Le modèle calcule d’abord la vitesse d’infiltration du sol, en s’appuyant sur une formule bien établie qui dépend de la perméabilité du sol et de la façon dont l’eau est attirée dans les pores secs. Une fois que les précipitations dépassent cette capacité d’absorption, le modèle suppose que le ruissellement commence immédiatement. Une seconde composante du modèle fait ensuite descendre cette mince nappe d’eau le long de la pente, en utilisant une description simplifiée de la manière dont la profondeur d’eau, la pente et la rugosité de la surface contrôlent la vitesse d’écoulement. Lorsque la surface est plus rugueuse, par exemple avec un couvert de gravier, l’écoulement ralentit ; lorsqu’elle est plus lisse ou crustée, l’eau se déplace plus rapidement.

Mise à l’épreuve du modèle

Pour évaluer les performances de RUNOFF01, les auteurs ont comparé ses prédictions à trois séries de mesures très différentes. Dans des parcelles expérimentales contrôlées, ils ont utilisé des expériences antérieures sur un sol limoneux traité de diverses façons : laissé nu, couvert de gravier, réaménagé en petites crêtes, et pulvérisé avec un produit chimique simple favorisant la formation d’une croûte de surface. Dans un autre ensemble d’essais en rigole (flume), ils ont examiné des sols de limon sableux et d’argile limoneuse sous différentes pentes et intensités de pluie. Enfin, ils ont testé le modèle sur les données d’un véritable bassin versant agricole de 4,83 hectares, où le ruissellement avait été auparavant simulé et mesuré à l’aide d’un modèle de bassin versant plus complexe. Dans ces situations, les orages étaient suffisamment longs et les pentes suffisamment courtes pour que l’ensemble de la surface devienne rapidement actif dans la production de ruissellement.

Qualité de l’accord entre modèle et réalité

Dans les expériences en laboratoire, RUNOFF01 a reproduit de près à la fois le timing et le volume du ruissellement, avec des niveaux d’erreur jugés bons à excellents selon des mesures statistiques standard, et une correspondance très étroite entre valeurs prédites et observées. Les différences entre traitements de surface se sont comportées comme prévu : le gravier a augmenté la rugosité et ralenti l’écoulement, les crêtes l’ont accéléré en canalisant l’eau, et la croûte chimique a réduit l’infiltration et accru le ruissellement. Dans les essais en rigole, les prédictions pour le limon sableux étaient particulièrement précises ; l’argile limoneuse, dont les fines particules se réarrangent et scellent les pores pendant les orages, a posé davantage de difficultés mais a néanmoins montré un bon accord global. Dans le bassin réel, les performances restaient acceptables mais moins parfaites, principalement parce que le modèle ne suit pas l’humidité initiale du sol avant chaque averse — un facteur qui influence fortement la rapidité d’amorçage du ruissellement.

Implications pour l’agriculture en terres sèches

La conclusion principale est que, dans des conditions courantes en régions arides et semi-arides — pentes courtes et orages suffisamment longs pour que l’ensemble de la pente commence à s’écouler — RUNOFF01 peut estimer de manière fiable le ruissellement total sans se préoccuper des « effets d’échelle » qui compliquent les bassins plus étendus. Avec seulement quelques entrées clés, comme l’intensité des précipitations, la vitesse d’infiltration du sol, la pente et la rugosité de surface, le modèle peut guider la conception des micro-bassins, aider à dimensionner les zones contributrices et de plantation, et soutenir des dispositifs de lutte contre l’érosion. Bien qu’il omette encore certaines complexités du monde réel, notamment les variations d’humidité du sol entre les orages, il offre un outil pratique et facile à utiliser pour transformer les pluies brèves et intenses en une source d’eau fiable pour les cultures et pour protéger les sols vulnérables.

Citation: Shabani, A., Roodari, A. & Sepaskhah, A.R. Evaluating the RUNOFF01 model’s performance and potential for micro-catchment design. Sci Rep 16, 7966 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36785-8

Mots-clés: récupération des eaux pluviales, modélisation du ruissellement, micro-bassins versants, agriculture en zones arides, infiltration du sol