Un cours d’eau est une masse d’eau de surface courante de n’importe quelle taille, allant d’un minuscule filet d’eau à un puissant fleuve. La zone à partir de laquelle l’eau s’écoule pour former un cours d’eau est appelée son bassin versant. Toutes les précipitations (pluie ou neige) qui tombent dans un bassin de drainage finissent par se déverser dans le cours d’eau, à moins qu’une partie de l’eau ne puisse passer dans un bassin de drainage adjacent par le biais de la nappe phréatique. Un exemple de bassin versant est présenté à la figure 13.4.
Le ruisseau Kawston est un petit bassin versant typique (environ 25 km2) situé dans une vallée glaciaire très abrupte. Comme le montre la figure 13.5, les parties supérieure et médiane du ruisseau présentent des gradients abrupts (en moyenne environ 200 m/km mais allant de 100 à 350 m/km), et la partie inférieure, dans la vallée de la rivière Similkameen, est relativement plate (<5 m/km). La forme de la vallée a d’abord été contrôlée par un soulèvement tectonique (lié à la convergence des plaques), puis par l’érosion fluviale et le glissement de masse pré-glaciaires, puis par plusieurs épisodes d’érosion glaciaire, et enfin par l’érosion fluviale post-glaciaire. L’élévation la plus basse du ruisseau Cawston (275 m à la rivière Similkameen) constitue son niveau de base. Le ruisseau Cawston ne peut pas s’éroder en dessous de ce niveau, à moins que la rivière Similkameen ne s’érode plus profondément dans sa plaine d’inondation (la zone qui est inondée lors d’une crue).
L’approvisionnement en eau de Metro Vancouver provient de trois grands bassins de drainage sur la rive nord de l’inlet Burrard, comme le montre la figure 13.6. Cette carte illustre le concept de division d’un bassin de drainage. La limite entre deux bassins de drainage est la hauteur de terrain qui les sépare. Une goutte d’eau tombant sur la limite entre les bassins hydrographiques (alias bassins versants) de Capilano et de Seymour, par exemple, pourrait s’écouler dans l’un ou l’autre de ces bassins.
La configuration des affluents à l’intérieur d’un bassin versant dépend largement du type de roche sous-jacente et des structures présentes dans cette roche (plis, fractures, failles, etc.). Les trois principaux types de schémas de drainage sont illustrés dans la figure 13.7. Les schémas dendritiques, qui sont de loin les plus courants, se développent dans les zones où la roche (ou le matériau non consolidé) sous le cours d’eau n’a pas de tissu ou de structure particulière et peut être érodée aussi facilement dans toutes les directions. Le granite, le gneiss, la roche volcanique et la roche sédimentaire qui n’a pas été pliée en sont des exemples. La plupart des régions de la Colombie-Britannique présentent des configurations dendritiques, tout comme la plupart des régions des Prairies et du Bouclier canadien. Les configurations de drainage en treillis se développent généralement là où les roches sédimentaires ont été pliées ou inclinées, puis érodées à divers degrés selon leur résistance. Les montagnes Rocheuses de la Colombie-Britannique et de l’Alberta en sont un bon exemple, et de nombreux systèmes de drainage dans les Rocheuses présentent des configurations en treillis. Les configurations rectangulaires se développent dans les zones qui ont très peu de topographie et un système de plans de litage, de fractures ou de failles qui forment un réseau rectangulaire. Les schémas de drainage rectangulaires sont rares au Canada.
Dans de nombreuses régions du Canada, en particulier dans les zones relativement plates où l’on trouve d’épais sédiments glaciaires, et dans une grande partie du Bouclier canadien dans l’est et le centre du pays, les schémas de drainage sont chaotiques, ou ce que l’on appelle des dérangements (figure 13.8, à gauche). Les lacs et les zones humides sont fréquents dans ce type d’environnement.
Un quatrième type de schéma de drainage, qui n’est pas spécifique à un bassin versant, est dit radial (figure 13.8, à droite). Les schémas radiaux se forment autour de montagnes (comme les volcans) ou de collines isolées, et les cours d’eau individuels présentent généralement des schémas de drainage dendritiques.
Au cours des temps géologiques, un cours d’eau érode son bassin de drainage en un profil lisse semblable à celui de la figure 13.9. Si nous comparons ce profil à celui d’un cours d’eau non dégradé comme le ruisseau Cawston (figure 13.5), nous pouvons constater que les cours d’eau dégradés sont plus abrupts dans leur cours supérieur et que leur pente diminue progressivement vers leur embouchure. Les cours d’eau non classés ont des sections abruptes à divers endroits et présentent généralement des rapides et des chutes à de nombreux endroits sur leur longueur.
Un cours d’eau classé peut devenir non classé s’il y a un nouveau soulèvement tectonique, ou s’il y a un changement du niveau de base, soit à cause d’un soulèvement tectonique, soit pour une autre raison. Comme indiqué précédemment, le niveau de base du ruisseau Cawston est défini par le niveau de la rivière Similkameen, mais cela peut changer, et l’a fait dans le passé. La Figure 13.10 montre la vallée de la rivière Similkameen dans la région de Keremeos. Le canal de la rivière se trouve juste au-delà de la rangée d’arbres. Le champ vert au loin repose sur des matériaux érodés par les collines situées derrière et déposés par un petit ruisseau (pas le ruisseau Cawston) adjacent à la rivière Similkameen lorsque son niveau était plus élevé qu’aujourd’hui. Au cours des derniers siècles, la rivière Similkameen a érodé ces dépôts (formant la rive abrupte de l’autre côté de la rivière), et le niveau de base du petit ruisseau a été abaissé d’environ 10 mètres. Au cours des prochains siècles, ce ruisseau cherchera à redevenir nivelé en s’érodant vers le bas à travers son propre éventail alluvial.
Un autre exemple de changement de niveau de base peut être observé le long de la piste Juan de Fuca au sud-ouest de l’île de Vancouver. Comme le montre la figure 13.11, de nombreux petits cours d’eau le long de cette partie de la côte se jettent dans l’océan sous forme de chutes d’eau. Il est évident que les terres de cette région se sont élevées d’environ 5 m au cours des derniers milliers d’années, probablement en réponse à la déglaciation. Les cours d’eau qui se jetaient directement dans l’océan ont maintenant beaucoup de coupes descendantes à faire pour être reclassés.
L’océan est le niveau de base ultime, mais les lacs et autres rivières servent de niveau de base pour de nombreux cours d’eau plus petits. Nous pouvons créer un niveau de base artificiel sur un cours d’eau en construisant un barrage.
Exercice 13.2 L’effet d’un barrage sur le niveau de base
Lorsqu’un barrage est construit sur un cours d’eau, un réservoir (lac artificiel) se forme derrière le barrage, et cela crée temporairement (pendant plusieurs décennies au moins) un nouveau niveau de base pour la partie du cours d’eau située au-dessus du réservoir. Comment la formation d’un réservoir affecte-t-elle le cours d’eau à son entrée dans le réservoir et qu’advient-il des sédiments qu’il transportait ? L’eau qui quitte le barrage ne contient pas de sédiments. Comment cela affecte-t-il le cours d’eau en aval du barrage ?
Les sédiments s’accumulent dans la plaine d’inondation d’un cours d’eau, puis, si le niveau de base change, ou s’il y a moins de sédiments à déposer, le cours d’eau peut entailler ces sédiments existants pour former des terrasses. Une terrasse sur la rivière Similkameen est illustrée à la figure 13.10 et certaines sur le fleuve Fraser sont illustrées à la figure 13.12. La photo du fleuve Fraser montre au moins deux niveaux de terrasses.
À la fin du XIXe siècle, le géologue américain William Davis a proposé que les cours d’eau et les terrains environnants se développent selon un cycle d’érosion (figure 13.13). À la suite d’un soulèvement tectonique, les cours d’eau s’érodent rapidement, formant des vallées profondes en forme de V qui ont tendance à suivre des trajectoires relativement droites. Les gradients sont élevés et les profils sont non dégradés. Les rapides et les chutes d’eau sont fréquents. Au cours de la phase de maturité, les cours d’eau érodent des vallées plus larges et commencent à déposer d’épaisses couches de sédiments. Les pentes sont lentement réduites et le nivellement augmente. Au stade de la vieillesse, les cours d’eau sont entourés de collines ondulées et ils occupent de larges vallées remplies de sédiments. Les méandres sont courants.
Les travaux de Davis ont été réalisés bien avant l’idée de la tectonique des plaques, et il ne connaissait pas les impacts de l’érosion glaciaire sur les cours d’eau et leurs environnements. Bien que certaines parties de sa théorie soient dépassées, elle reste un moyen utile de comprendre les cours d’eau et leur évolution.
