I MINISTIBE de 1PAGRICUlX'UR.E

c DIRECTION DEPARTE%BNTAL;E de lvAGRICULTITRE CENTRE NATIONAL deETUDES TECmUES et de RECHERCHES TECHNOLOGaUES

AYENAGEHENT de l* 8 S1DIAILI;ES

Estimation du débit de crue

pa-

i J. GTJISCAFRE

Qlargé de Recherches ORSTON

i

4 ,/-- . O.R.S.T.O,M.

Service Ry'drdogique .'1) 2 PARIS - Juillet 1968 Cl u4 I*aménagement de la haute vallée de IVAFiNON, près de SIDIAILLES, en amont du pont des CEIZS, a pour objet dvétablir une retenue en vue de 19alimentation, ou d*un appoint dyalimentation, en eau de 32 communes avoisinantes, dont 12 de cette région de la MARCHE, qui seront réunies en un syndicat intema” intéressant, en tout ou partie, les six cantons de CHATEAUTIEILLANT, SAULZAIS-LE-POTIER, LE CHATELEX’, LIGNIEXIES, CHATEAUNEUF et de SAINT-”D-MON!I!ROND.

Pour lyétablissement du projet de lyouvrage, la connaissance des débits de crues, mêmes exceptionnelles, est utile à la détermination de la capacité de I?évacuateur,

Cette note tente de fournir ces informations hydrologiques, ou plus exactement une estimation de ces informations. Il n*&ste, en effet, aucune donnée quantitative de longue durée sur lvARxT0nT. Il. faut eonc procéder par analogie avec des cours d*eau voisins, contralés par des observations régulières (stations du réseau hydrométrique de base) en svappuyant sur les affinités géonorphologiques. 1 Le Bassin de ZVARNON à SIDIAIaEs (voir carte) - 0-Y-I- ----YI-._ Y-- 1.1 Situation et Caractéristiques - ---1-11 -.---__I Le bassin de 19ARNON à SIDIAIILES svétend en bordure nord du Massif Central, à la limite orientale de la MARCHE, 2, cheval sur les départeznents de 19ALLTHZ, du et de la CREUSE. Il. est compris entre les coordonnées suivades :

.!+6O 230 - 460 319 N (GU 5lG5O - 5lG7O) G G 2” 129 - 2’ 259 E (OU O 10 W- O 10 E du meridien &e PARIS)

L*AlwON poursuit sa course pour se jeter dans le Cm, affluent de la LOIRE.

Le site le plus en aval retenu pour lvouvrage se situe ti environ 300 mètres en mont du pont dit des CHETS, sur la route reliant ce hameau i la nationale 6q7. BASSIN DE L'ARNON A SIDIAILLES

Culan

WCham berat

V PLuviomë re

01 23L5kr-n Boussaci 51 G 50 -+ t (Ost Sylvain- Bas-le-Roc 1- 9 J. e- Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Merl}, $ DIV-261 307 -2-

Les caractéris2iques physiques de ce bassin versant, so& les suivantes :

Surface A : 159 km2 Périmètre P : 50,8 km Indice de compacité Kc : 1,14

Longueur du rectangle équivalent L : 15,O km

1.2 - Réseau hydreeu Le réseau hydrographique de ce bassin est B orientations tectoniques S-N et GE. L*APT(?;\Tprend sa source près de J"t-XfiRIDT h err-rlkron 438 m dvaltitude et coule dP0ues-L en Est SUT 7 km mec une pente longitudinale moyenne de 15 - 16 .m/Zan, pour prendre ensuite la direction S-N jusquPà son confluent avec la DIONNE affluent de rive droite (1= 8 a),dtoù il sgincw-s vers LPOuest jusquvau confluent avec le CHAGNON, ,affluent de rive gauche (1 = 6 kra) pour reprendre la direction S-N avec une pente longitudinale de 5 à 6 dim. Il. reçoit dors en rive gauche, la JOYEUSE, rivière prenant sa source près de PR€!XERANGES à 440 m dgaltitude,dont le bassin versant représente à peu près le tiers de la totalité du bassin de lOARNON à SIDIAILLES.

Le cours de lPARNOX s*encaisse très Tite ainsi que celui de ses affluents, surtout vers lPaval.

A71 droit du site, à 19 km de sa source, lPAEWON pr&se&e un lit mineur dPune douzaine de mètres de large et dPme profondeur de 1 à 2 mètres ; et les escarpements rocheux limitant le lit majeur, enser- rent ses rives bordces de langues de prairies ou de bosquets excédant rarement une dizaine de mètres de large. 1,3 - Relief Le relief de ce bassin est dans lPense&le -1om6, sPac- centuant au contact des t>Ll-,!>&:. -3-

Lvaltitude "le est de 508 m et celle du site 253 m ; lpaltitude moyenne est de 376 m.

- Altitude moyenne du bassin : 376 m - Indice global de pente IC = --H95% H5%- - 10,o m/km L rappc-.'; de la dénivel6e utile (90 % du relief) $iL, Cet indice classe le bassin de 1VARNON B SIDIAIILES cc"e kxx.6.n à rel? ef assez foFt a

1.4 - gologie, pédologie7-c et végétation Le bassin est en majeure partie sur substratum cristallophyl%n qui se décarpose com suit :

- I'G. cas chisba 7 - Migmatit es 84 %

0 Granite gneissique 1,5 % - Gizeiss avec amphibolites 3% Limn des plateaux 11,5 %

Dans son ensemble, les sols sont de texture fine, peu per- m6ables et de profondeur variable avec affleureaents rocheux aux lignes de rupture de pente,

Le couver-t :-SgGtal varri B en f mctim d.es pr.Auck5.ons agraires, avsc pr&L.m?nanc%da prajries ; les bais et boqueteam- í3jis de la Roche, etc.) ne c>u-trrc.,nt envirrm que 3,5 0: du- bassin. 1.5 Régime des pluies - _II-" Les pluies océaniques classiques sont à 1Oorigine des crues les plus nombreuses (décembre - mars) mis peuvent intervenir des pertw- bations Qmanant plus ou moins de NW à N (crues de mai-août - crues de mai l"-5 et de :*xi 1940) et des influences méditerranéennes (cme dvoctobre 1960) ... Les moyennes 1931-1960 de la Météorologie Nationale r2.1.,.... 2.g sur les postes voisins du bassin de 1vARNON à SIDIAILLES sont : - 731 " - St SYLVAIN-BAS-LEkROC 867 mm La hauteur moyenne sur le bassin se situe B lqestime entre 750 à 780 mrn par an,

Les raaxirnupls en 24 heures enregistres de 1959 à 1967 varient pour ~2.4~ - mLw entre 31,3 et 78,l mm (le 3/10/60) - PRl3VEXANCHES entre 24,3 et 89,6 m (le 3/10/60)

2 - Les BASSJXS de COMPARAISON-uI* 2,l Critères de sélection -___I

Le bassin de comparaison idéal répond am critsres suivants : - Longue période dvobservation - Kfinités géomorphologiques - Climat identique Un choix, confirmé par une mission sur le terrain du ler au 3 avril 1968, sfest porké sur des rivihes presentant toutgune longue période 0 obsemation etune si'tuatiion proche du bassin de 1 'J"N B SIDUILLES ; ce sont : - la ROZEILLE à AUBUSSON - la CREUSE à, FE7;LETIN - la PETITE-CREWS 6 PUY-RAGEAU

Q le CKER à CHAMEKNCHARD la TARDES à EVAUX - le CHER à TEILLET-ARGE" Présentation des divers bassins (voir carte de situation) 2*2 - --p.-- 2.2.1 Za ROZEILIX à AUBUSSON - -u Ce bassin a ét6 choisi outre sa longue période dOobservation pour sa superficie voisine de collzdu bassin étudié; mais situé en bordure du plateau des MILLEVACHES, il présente une pluvion6trie annuelle plus élevée, et bien que son sous-sol soit imperméable, les sols sont en revanche assez perméables.

Le couvert vSgétal se compose de prairies, forêts et bois. 2.2.2 - La CREWSE-- à, FELLETIN Ce bassin adjacent ?I celui de la ROZEILLE à AUBUSSON lui est comparable, mais de pent e plus forte.

Malheureusement sa période dvobservation ne présente pas 19homogen6ité des autres stations retenues (lacune de 1949 2 1957). 2.2.3 La PETITE-CREUSE B PUY RAGEAU - P Ce bassin est huit fois plus étendu que celui de lvARNON,de pente plus faible, dvécoulement dominant %O,mais lui est adjacent. 2.2.4 -=semble du CHER

Les trois stations du CKER contrôlent des bassins qui ont un relief voisin de celui de loARNON ; leurs bassins versants sont de 3 3. 10 fois plus étendus, mais de pluviométrie voisine et de substratum im- perméable, /

BASSIN DE L’ARNON ET BASSINS DE COMPARAISON

-Cher

,

J L- Office de ta Recherche scienttl/., ,,.pH DIV-261 308 Le tableau ci- joint donne les différents éléments de comparaison entre caractères physiques de ces bassins, extraits des cartes au 1/50 000 pour les petits bassins et au 1/100 000" pour les plus grands.

Le bass511 de la R0ZEIL;LE est assez camparable celui de lvARNON, bien que plus aros&. Les autres bassins de comparaison nvont PO:? but cy.? de codirme? les donn6es de la ROZEILLE sur le pL:n régional,

'.I '.I .. . 0.

,

': P km ': 50,8 : 75 : 63,2 : 156 110 *. K :c ..: Lkm : 15,O : 31,7 : 23,O : ?y7 : 42,7 : 57,6: 74,7 : '1 : 10,o : 8,1 : 13,O 3,3 : 6,h i 5, rt: 4,2 f :, g : Relief : assez : assez : assez : modéré :assez fort :assez: assez fort:

: fort : foyt : f0T.t : :fort : 1\

.:&-me : 508 : E86 : 950 : 655 : 804 :833 : 833 :Moyenne.. . 376 :' 679 : 739 .* 392 : 571: .:505 522 i *^_ "-:-*.-----' -e- -&.-"--+- L. ,:Perméabili% nulle : nulle ': nulle : nulle : nulle : null?; nulle : :-du sous- : *. '. .' sol : ..

-- (1) déterminée sur la carte au 1/100 30" -7-

3 .. Débits de crue des_u-- bassins de comparaison 3.1 Crues de la ROZEILLE à AUBUSSON - -Y- Deux bassins de comparaison ; la ROZEIU i AUBUSSON et la CREWSE à FEUETIN, ayant deux caractères physiques, superficie et indice global de pente, voisins de ceux de l9ARNON semblai-:n% ci2vtG-rs:rvir & l*Qtudestatistique de base.

La CREUSE i FELLETIN a dû être Qcartée, bien que les rksultab obtenus conf'irm.ex5 cem de la ROZEILLE à AUBUSSON,par suite dpune lacune dans 19échanWLlonnage.

Lvétude statistique de base porte donc SUT un échantillomage des débits "aux journaliers de la R0ZEILL;E à AUBUSSON pour les années hydrologiques de 1919-1920 à 1967-1968 ; soit au total 49 années.

A cet échantillon r: QtB ajustkue loi de FRECHGT avec une fonction de r6partition de la forme : -e -Y F (L Q) = e avec y= a (LQ - L Qo) De cette loi, ont été retirées les valeurs remarquables suivantes, pour les récurrences de 10, 50, 100 et 1000 ans, avec indica- tion de lVintemallede confiance $, 70 % relzl.tif à chaque valeur. estimée.

Fréquence O,9 '. 0,98 I 0,99 i 0,999 :

.--I : O,. :+ IC (70%): 44,l : 99 : 135 : 480 : .J. : an :estimation: 37,1 :' 74,6 i 100 i 265 i Ia?/, ;-IC (70%) I 32,l i 58 .: 76 : 166 :

Pour passer des débits journaliers Qj aux débits instantan& de crue &i, le nombre de couples (Qi, Q.) connu pour le bassin de la ROZELLLE, comme pour tout autre bassin, éiant insuffisan$ il a été établi, à partir des débits instantanés (horaires) des crues connues de tous les bassins de comparaison, une corrélation entre débits spécifiques instan- , tanés qi et débits spécifiques journaliers qj. z -8-

Cette corrélation est assez satisfaisante pour que l9on puisse en extraire des valeurs moyennes. Ainsi --L/ :. varie de 1,56 pow la crue décennale à 1,48 pour la crue centenaire. Cd rapport peut être évalué pour la crue millénaire à 1,40 environ. On en déduit les valeurs de &ipour les fréquences rem- quables retenues, po~la ROZEILLE.

:&if/Q. 1 : 1,9 : 2,51: 6,4: . >: .

Le coefficient de passage entre débits de crues instantanés de récurrences croissantesest mis en 6vidence dans ce tableau,

3.2 Crue décennale pour les autres bassins - --- _____.___---- Pour les autres bassins de comparaison, on disposait égalem?.%dvéchantillonnages, pour chaque station, de débits plaxiplaux journaliers pour des périodes couvrant de 44 à 49 années hydrologiques. Cela per3nit de leur ajuster soit une loi de FRXCHET soit une loi de GUM- BEL, desquelles ont ét6 retirées les valeurs pour la fréquence 0,9 (récurrence IO ans).

Pour obtenir les &bits spécifiques instantanés, la rela- tion qi/q. établie précédemment a 6% utilis6e, ce qui nous donne : J -9-

l/s/km2'i 320 305 210 330 ': qi i i : : 305

On constate une très faible diminution du débit spécifique de crue décennale lorsque la superficie croît de noins de 200 k& (ROZEILLE et CREUSE) à quelque 800 ~II? (PETITE CREUSE et TARDES). 3-1revanche, le CHER, à CWBON- CHARD est assez faible, tandis que le meme cours d*eau B TI3ILLJZ-ARG"TY paraît nettement trop fort ( étalonnage dPapr2s usine). .

La pluviosité annuelle joue sur le module mais peu sur les crues, dépendantes des fortes précipitations dont l9occurence peut &re estimée équiprobable dans Ilensemble de la région.

4 DETERMINATION des DEBITS de CRUES de 1*ARNON à SIDIAILLFS - -<--II_._LI- .-----.-- Si 190n applique à un bassin égal à celui de l*ARNON 5 SIDIAI- (A = 159 a2),les débits spécifiques instantanés des crues décennales des quatre bassins de comparaison les plus homogènes, on obtient la game de valeurs repr6sentées ci-après : . - 10 -

3 O5 : 330

Pow passer de lP&valuation pr8cédente donnant me ga"e de 49 B 53 d/s, au débit estimable de l7ARNON il faut rappeler que :

a) Tous les bassins de comparaison ont un coefficient de cornpacite K, et une perméabilité supérieurs $, ceux de l7AR.NON à SIDIA1L;L;ES

b) La ROZEIIJ1;E à AUBUSSON a un bassin plus amosé mais de pente p2us faible que celui de l*ARNON

Aussi proposerons-nous,pour la crue décennale de 1VARNON un débit de pointe cmpsis entre 53 d/s (maxi" de la gamme précedente) et 58 d/s débit décemal de la ROZEILLE, sait 55 d/s ; ce qui nous donne: en appliquant les rapports de passage aux crues plus rares calculés dgaprGs lPajustement de FRECHET sur les débits de la ROZEILLE à, AUEUSSON :

. : Fréquence 0,9 ,: 0,98 0,99 0,999 : _. -u-

5 - Crues exceptionn?lles WIIobservées

5.1 - Crue dtOctobre----_CI- 1960 sur 1~ARNONà SIDIAILLE A part une évaluation des Ponts et Chaussées dvune crue de mai 1856 à 110 m?/s et des témoignages descriptifs cme celui de G. SAND, dans*!Les Maftres SonneursPP en 1853, qui parlait de certains faits con- cerna.?% la JOYEUSE : %irivi6re avait si bien enflé que cvétait une vraie rivière dont le guéage nveut pas ét6 comodeP9, it nBya pas dvautre crue pouvant être Qvaluée avec assez de précision avant celle dvOctobre 1.960 souvent certains incidents locaux, foins emportés bouchant le vieux pat à CUUN, par exemple),rendat impossible une évaluation.

Suivant enquête auprès des habitants des CHETS, devant emprunter pour se rendre à SIDIAILLES, à 17Bpoque, une passerelle se trouvant B environ 300 m en aval du site choisi, la plus forte crue depuis cinquante ans environ a eu lieu en octobre 1960.

Lors de cette crue, le niveau le plus haut a été celui de la main courante de cette passerelle, au droit de laquelle nous avons relevé une section transversale.

Dvautre part au droit des sites choisis il a été ypsible de lever deux sections dvécoulment pour cette crue gr%ce à des laisses.

Nous avons évalué approximativement le débit de la crue de 1960 aux 3 sections (sections mouillées, pentes mesurées, application de la formule de MANNING-STRICSER avec K = 20).

On obtient environ 150 $/s. :@le est du &me ordre de gran- deur que la crue centenncL th6orique.

Cette crue a été provoquée pa' les pluies du 3 octobre 1.960 qui ont atteint les hauteurs suivmtes :

, - CHATEAU MEI- 78,5 mn - CULAN 78,1 ml - PREl!ERANCHF1S (P et C)87,1 rnpl - PFUZVERANCHXS (EDF) 89,6 MDI

/ c

Eh estimant la pluviométrie mgTenne en 24. heures sur le bassin i 83 mm, le cocfficient de ruissellement B 0,55 et le ra 1,77 (CREUSE à CONFOLENT, pour la crue du même jour) @ .1 obtient un débit de pointe de 148 d/s, ce qui corrobore précédente.

Avec 1,48 valeur la plus probable du rapport qi/qj pour une cru0 centerr.-"., l'évaluation précédente pour octobre 1960 tombe à 125 d/s.

5.2 - La crue de 1a'CREUSEY----- 5 C0NFOI;ENT du 4 octobre 1960 A la même date la CEEUSE à CONFOLENT (usine juste en aval de FEUTIN, 200 km?) atteignait le d6bit de po-i.nte pour cette crue, qua- lifiée m moins de center"2, de l$ d/s L3.13

Si 170nrapporte cette valeur à un bassin versant égal à celui de lPAR", au moyen de la fomnile :

nous obtenons pour des valeurs de n variant de 0,5 à O,?,.des débits va- riant de 135 à 14.8 $/s.

Conclusi on

Les débits estimés ou calculés des crues exceptionnelles observées SUT lQAF@ION, ou la C€EUSE, sont en harmo,iie avec la détermina- tion des crues théoriques de lTARNON ;tous ces débits oscillent autoUr de la rQci*rrence g9~entenniLe;,ce qui est tout à fait vraiseniblable pmr un Qvènement f9exceptionnelP9 à 10Qchelle de la mémoire humaine,

On peut donc tenir pour valablesles estimations théoriques effectuées . Elles sont rappelées,dans le tableau ci-dessous,avec indicatbn dtun intemalle de confiance à 70 $ déduit proportionnellemrrt de celui de la R0ZEILL;E à AUBUSSON, p~~lesmemes fb.'I equences , Les valeurs extrême3 des fourchettes de débits spécifiques indiquées dans le même tableau sont celles déduites des valeurs extrêmes de lvintervalle de confiance 2. 70 $.

:Décennale: Ginquantennale: CentennaLe: ds 3.000 :

On peut dire que la précision des estimations du tableau pré- cédent pour ce quj- est des valeurs les plus probables vaut, selon I*inter- valle de confiance à 70 $ tir6 de 19analyse des c rues de la ROZEULE : + 12 % pour la crue décennale

-+ 25 $ f9 cinquantennzle --I- 35 $ ~7 ** centenmlr: Les valeurs proposées pour la crue de 1000 ans d.; rQcurr?nc<: sofit simplement 2ndicat;ives. En cas de besoin, les d6bits "aux journaliers s*obtien- nent en multipliant les valeurs instantanées du tableau précédent par les inverses des rapports qi/q j' a, DOCUMENTATION CONSULTEE

- Carte de au 1/50 0004, type M, feuilles dPAUBUSSON, BCUSSAC, CHATEAUMEILLANT, FELLETIN, ROYERE. - Cqte de FRANCE au 1/100 000", feuilles de : AUBUSSON, GUERET, LA CHATRE, MONTLUCON, USSEL. - Carte géologique générale de FRANCE au 1/80 000:feuilles de : AUBUSSON , MON? UCCN, USSEL. - Carte géologique générale de FRANCE au 1/320 00" : feuille de CLERMONT.

2 CLIMATOLOGIE PLXTVIONE!FRIE - _I_ -Iu-IyyIII.. 2.1 - M, GAR" fYZhatologie de la FRANCE - Sélection dz données statistiquesvfMémorial de la Météorologie Nationale, Ministère de lpEquipement, 1967. 2.2 - M. GARNIER FfValeursnamaales des hauteurs dPeau de précipitations en FRANCE : 1 - Période 1931-l960, 2 - Période 1901-1950~f- Mo- nographie de la Météorologie Nationale, no 55, Ministère de 19Equipernent, Septembre 1966. 2.3 - J. PINARD - 9fLes précipitatims et lee types de temps 5, l*origine des cmes dans le N-O du Massif Central (1953-1962). Monographie de la Météorologie Nationale, no 42, Février 1965. 2.4 - Documents communiqués par la Météorologie Nationale : - pluviométriecarmuelle , mensuelle , "le en 24 heures des, postes de :

CULAN 1959 à 1967 PREVER ANGES 1959 à 1967 SAINTlI-SEVERE 1961 à, 1967

3.1 - Divers auteurs - PtLes crues d*Octobre 1960 dans le centre de la FRANCEY Mémoires et Travaux de la Société Rydrotechnique de FRANCE - 1961 Vol. II, pp. 95 à 168. - PgStationsde jaugeages exploitbspar les Circonscriptions EXectriquesf9 Winistère de 1PIndustrie. Annuairesde 1962 à 1966. - Documents ccunmuniqués par la 4ème Circonscription nectrique de LIMOGES et G R P H - MASSIF CIBTRAL - CREUSE à FELLETIN : Débits journaliers et débits instanta- nés de 1958 à, 1965 (mars) De%its maxirailux journaliers de 1920 B 1948 avec certains débits "aux instantanés - CREUSE à CONFOLERT : Débits journaliers de 1930 à 1967 sauf 1946 - ROZEIUE à AUBUSSON : Débits journaliers de 1959 à 1968 (mars) Débits maxiplaux journaliers avec certains débits "aux instantanés de 1918 & 1957 (sauf 1936) - PETITE CREUSE à Hfy-RAGEAU : Débits journaliers de 1958 2 1968 (mars) Débits maximaux journaliers avec certains débits s"aux instantanés de 1924 5 1957

- CHER à CHANBONCHARD : Débits journaliers de 1961 à 1968 (mars) . Débits dmam journaliers avec débits maz3.0 maux instantanés de 1919 à 1960 - TARDES à EVAUX : Débits journaliers de 1958 à 1968 (ms) Débits maximaux journaliers de 1919 à 1957 - CHER 2. TEILIXT-ARGE" : Débits journaliers de 1922 à 1967 4 DIlTi33.S VACHER - "LE BERRY? - -Armand Colin - 1908