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L’évapotranspiration
Interception
Evapotranspiration
Valérie Borrell Estupina
FLST403 - Montpellier 2011
Interception verticale
= La partie non négligeable de l'eau des précipitations
n'atteint pas le sol
I = Pi -(Ps + Pt)
avec :
I
: interception (pluie n'atteignant jamais le sol)
[mm],
Pi
: pluie incidente [mm],
Ps
: pluie atteignant le sol drainée au travers du
couvert végétal (canopée) [mm],
Pt:
pluie atteignant le sol par écoulement le long des
branches et des troncs [mm].
Dans un milieu faiblement anthropisé, elle est due à
la présence de végétation essentiellement.
Interception
Pi
Ps
Pt
I
= Pi – I = Ps + Pt
Interception verticale est influencée par :
• Facteurs météorologiques : La structure de l'épisode pluvieux
:
– Evaporation de l’eau interceptée ∃ dans certaines cdts météo part. :
⇨ Interception lors d’une averse fractionnée > Interception lors d’une
averse continue
– A l'échelle d'une averse, l'interception est meilleure s'il s'agit
d'une pluie fine et faible plutôt qu'une pluie de type orageux :
⇨ Ce sont pour des petites pluies (< 15 mm) de faible intensité que les
pertes d'interception du feuillage sont les plus élevées (50 % env.
des pluies).
– Les pertes d'interception sont moindres lorsque les feuilles sont
secouées par des vents violents.
⇨ Ainsi, les quantités d'eau écoulée le long du tronc et la précipitation
au sol augmentent avec l'intensité des précipitations et la vitesse du
vent ; la capacité de stockage du feuillage n'est pas constante.
Difficile à mesurer / prédéterminer les paramètres
Interception
Interception verticale est influencée par :
• Facteurs végétatifs :
– Structure intrinsèque de la végétation = la capacité de stockage est
fct de la morphologie des végétaux :
⇨ Agencement des feuilles le long des branches. Ainsi, un peuplement
de feuillus intercepte en règle générale moins d'eau qu'un
peuplement de résineux.
⇨ Végétation basse. La végétation basse (fougères…) a des capacités
de stockages du même OdG que celle des feuillus.
– Densité des peuplements :
⇨ Définition d’indicateurs basés sur l'estimation de la surface foliaire
totale du couvert végétal (proportion en plan de la surface du sol
cachée par de la végétation)
– Age des peuplements :
⇨ La capacité de stockage augmente rapidement avec l'âge mais finit
par atteindre un seuil
Difficile à mesurer / prédéterminer les paramètres
Interception
Source Musy
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L’évapotranspiration
Interception
Evapotranspiration
– Définitions
– Evaporation
– Transpiration
– Evaluation de l’ETP
Valérie Borrell Estupina
FLST403 - Montpellier 2011
Dans la Troposphère, l'air ambiant
n'est pas sec
mais contient une part de vapeur d'eau
qui est fournie par :
L ’EVAPOTRANSPIRATION (ET)
englobe l ’ensemble
des phénomènes qui causent la
vaporisation de l ’eau
(passage à la phase vapeur de l ’eau
solide ou liquide)
=
EVAPORATION +
TRANSPIRATION
Stratosphère
Altitude (km)
Surface de la Terre
T°C
Pression (Pa)
Troposphère
Tropopause
-60 20
20
10
0
10
4
10
5
transpiration
évaporation
Evaporation
du sol
Evaporation
de l ’eau
interceptée
évaporation
Evapotranspiration
L ’EVAPOTRANSPIRATION (ET)
=
EVAPORATION = Evaporation des surface d’eau libre
(Lac, mer, rivière, flaque…) et
de l’eau contenue dans le sol et dans les plantes
+
TRANSPIRATION = Transpiration des végétaux
émanant de leur feuillage
Bien que l ’ET soit la composante du cycle de l ’eau la moins visible, à l ’échelle
du globe 2/3 des pluies continentales retournent à l ’atmosphère par ET !
L ’ET affecte les réserves en eau en surface, dans les sols et dans la
biomasse (si ET trop forte, alors création d ’un réservoir compromise).
Quantité d ’eau dispo pour écosystème et homme = Précipitations - ET
=> Composante à évaluer correctement !
Mais ces flux verticaux sont dans la pratique difficiles à quantifier….
transpiration
é
vaporation
Evaporation du
sol
Evaporation de
l ’eau
interceptée
évaporation
Evapotranspiration
transpiration
évaporation
Evaporation du sol
Evaporation de l ’eau
interceptée
évaporation
Evapotranspiration
L ’EVAPOTRANSPIRATION
=
EVAPORATION
+
TRANSPIRATION
Les changements de phase de l’eau sont provoqués par des variations de
pression et de température :
Changement d’état de l’eau
vaporisation
sublimation
fusion
Gaz (vapeur)
Liquide
Solide
(glace)
Température
T, °C
Pression
e, kPa
0.01
0.61
T
e
liquéfaction,
condensation
solidification
condensation
Point triple
Diagramme de phase de l’eau ou de changement d’état
Lv = chaleur
latente de
vaporisation
Humidité relative
Hr= e(T)/es(T)x100(%)
Lv = 2.501 -
2.361*10-3 Ta
avec Ta : T°C de
l ’air et Lv : énergie
latente de
vaporisation MJ/kg
Lv augmente qd Ta
diminue
Evaporation
L ’EVAPORATION affecte toutes les masses d ’eau.
• Etendue d’eau libre
• Eau contenue dans le sol…
= flux des molécules d ’eau qui ont une énergie suffisante pour se vaporiser et
rejoindre l ’atm depuis une surface d ’eau.
Ces molécules saturent l ’air immédiatement au dessus. La différence air saturé - air
sec du dessus influe sur le flux de vapeur d ’eau (mm/jour ou mm/mois ou mm/an).
Pour changer de phase -> besoin d ’énergie (chaleur latente de vaporisation) <- fournie
par le Rayonnement solaire
Rappel : Equation de diffusion (Dalton, 1802) :
E = f(u) * (e
s
- e
a
)
avec
E = flux de vapeur d ’eau dans l ’air (évaporé)
e
s
= Tension de vapeur saturante de l ’eau à T
surf
e
a
= Tension de vapeur de l ’air à la T° d ’une hauteur choisie
(e
s
- e
a
) = Demande évaporative de l ’atmosphère
Formulation de f(u) dans la loi de Dalton ?
On trouve plusieurs relations empiriques, parmi lesquelles :
E = C
E
* v
a
* (e
s
- e
a
)
avec :
v
a
= vitesse moy du vent à la hauteur choisie
C
E
= coef de transfert de la vapeur d ’eau dans l ’air = Nombre de Dalton -
> intègre dans son calage les autres paramètres influents et non
considérés (type de végétation, présence de vague de surface, taille du
lac…)
Formule de Rohwer : E = 0.484 * (1+0.6 * v
a
) * (e
s
- e
a
)
Evaporation
Evaporation
L ’EVAPORATION affecte toutes les masses d ’eau.
= flux des molécules d ’eau qui ont une énergie suffisante pour se vaporiser et
rejoindre l ’atm depuis une surface d ’eau. Ces molécules saturent l ’air immédiatement
au dessus. La différence air saturé - air sec du dessus influe sur le flux de vapeur
d ’eau (mm/jour ou mm/mois ou mm/an).
L ’EVAPORATION est influencée par :
> Rayonnement solaire : Quantité de chaleur disponible : l’évaporation 1g H
2
O
nécessite l’apport de 550 cal
> Température de l’air et de l’eau : T°C de l ’air > , quantité d ’eau que peut retenir
l ’atm > => tension de vapeur >
> Humidité relative de l’air : reflète le potentiel d ’évaporation
> Vitesse du vent : remplacement de l ’air saturé au contact de la surface d ’eau
par de l ’air + sec et + froid
> Qualité de l ’eau ….
= facteurs
météorologiques
Evaporation
Evaporation dans le sol :
Teneur en eau du sol. Plus le sol est sec et plus les flux évaporés seront
faibles. A l'inverse, un sol saturé peut même évaporer de l'eau à un taux
supérieur à celui d'une surface d'eau libre vu que le micro-relief du sol
peut constituer une surface évaporante plus importante que celle d'un lac
ou d'un réservoir.
Couleur du sol et albédo. Les sols de couleur claire présentant des
valeurs d'albédo élevées vont absorber moins de rayonnement que des sols
foncés. Toutefois, dans le cas où la quantité d'eau n'est pas un facteur
limitant, les écarts entre l'évaporation d'un sol clair et celui d'un sol
foncé ne sont généralement que de l'ordre de quelques %, l'avantage
étant donné au sol foncé.
…
transpiration
évaporation
Evaporation du sol
Evaporation de l ’eau
interceptée
évaporation
Evapotranspiration
L ’EVAPOTRANSPIRATION
=
EVAPORATION
+
TRANSPIRATION
Transpiration
La TRANSPIRATION d ’un végétal reflète sa consommation en eau + la quantité
de biomasse qu’il produit (80% d ’un végétal = eau).
Processus de transfert d ’eau dans le végétal :
> Absorption par les racines
> Circulation sous forme liquide dans dans le système vasculaire des racines
> du tronc
> des branches
> des feuilles
> Transpiration par les pores stomataux des feuilles (=90% de la
transpiration totale)
La transpiration stomatale est un produit direct de la photosynthèse, qui dépend
du rayonnement solaire (=> 95% de la transpiration a lieu le jour).
L ’eau forme une continuité d ’une extrémité à l ’autre de la plante => au fur et à
mesure qu’elle transpire, ses racines absorbent d ’avantage d ’eau.
La transpiration régule aussi la T°C de la plante (en s’évaporant l ’eau emporte
une partie de la chaleur de la plante)
Transpiration
La TRANSPIRATION est influencée par :
> Facteurs climatiques
> Nature, âge et développement du feuillage de la plante
> Humidité du sol
Si teneur en eau du sol < teneur min (« point de flétrissement »)
alors les racines ne parviennent plus à tirer l ’eau du sol => la transpiration cesse,
le feuillage flétrit, la plante meurt.
Elle se mesure directement en labo (avec un phytomètre), indirectement en
évaluant les besoins des racines -> travail d ’agronome et non pas d ’hydrologue.
transpiration
évaporation
Evaporation du sol
Evaporation de l ’eau
interceptée
évaporation
Evapotranspiration
L ’EVAPOTRANSPIRATION
=
EVAPORATION
+
TRANSPIRATION
Evapotranspiration
Exemples de Formule d’estimation de l’ETP
Formule de Penmann -> utilisation par les experts
Formule de Thornthwaite (1944)
ETP(m) =
• ETP(m) : l'ETP moyenne du mois m (m = 1 à 12) en mm
• T(m)= moyenne interannuelle des températures du mois, °C
• formule approchée de a : a = 0.016 * I + 0.5
• F(m,ϕ) : facteur correctif fonction du mois m et de la latitude ϕ
• I, appelé indice thermique annuel :
Permet d’estimer des valeurs moyennes mensuelles de l’ETP
∑
=
=
12
1
)(
m
miI
514.1
5
)(
)(
=
mT
mi
a
I
mT
)(*10
*16
*
F(m,ϕ)
Coefficient de correction F(m,ϕ
ϕϕ
ϕ) de la formule de Thornthwaite.
dans Brochet P. et Gerbier N, L'évapotranspiration, aspect agrométéorologique,
évaluation pratique de l'évapotranspiration potentielle,
Monographie N
°
65 de la Météorologie Nationale,1968, 67 pages.
Evapotranspiration
Exemple de Formule d’estimation de l’ETP
Formule de Turc (1961)
Formule Annuelle :
Avec :
ETP : ETP en mm par an
T : T °C température moyenne sur 1 an
P : pluie en mm par an
2
2
9.0
L
P
P
ETP
+
=
3
*05.0*25300 TTL ++=
Evapotranspiration
Exemple de Formule d’estimation de l’ETP
Formule de Turc (1961)
Formule Mensuelle/Journalière
Si hr >= 50 %
(en moy sur la période)
Si hr < 50 %
(en moy sur la période)
ETP : ETP en mm/période
J : nombre de jours (J>7)
T : T °C température moyenne sur la période
hr : Humidité relative de l’air (%) moyenne sur la période
Rg : radiation solaire globale moyenne, en cal/cm²/jour
(1W/m² = 2.065 cal/cm²/jour)
Iga : radiation solaire directe en l’absence d’atmosphère (cal/cm
2
/jour)
h/H : durée réelle d’insolation maximale possible (varie entre 0.1 et 1)
)
15
(*)50(**013.0
+
+=
T
T
RgJETP
)
70
50
1(*)
15
(*)50(**013.0
hr
T
T
RgJETP
−
+
+
+=
)/*62.018.0(* HhIgaRg
+
=
Evapotranspiration
Exemple de Formule d’estimation de l’ETP
Formule de Turc (1961)
Formule Mensuelle/Journalière
Rg : radiation solaire globale moyenne, en
cal/cm²/jour
(1W/m² = 2.065 cal/cm²/jour)
Iga : radiation solaire directe en l’absence
d’atmosphère (cal/cm
2
/jour)
h/H : durée réelle d’insolation maximale
possible (varie entre 0.1 et 1)
)/*62.018.0(* HhIgaRg
+
=
180323décembre
246390novembre
404536octobre
607710septembre
800858aout
938958juillet
983985juin
920944mai
764833avril
562673mars
360495février
222364janvier
50°40°latitude nord
Valeurs d'Iga
