Fonctionnement du dispositif limnimétrique et potentiel d’analyse

2.3.1 Mise en œuvre de l’expérimentation

Le dispositif de capteurs limnimétriques a été mis en œuvre de manière progressive avec l’objectif d’implanter suffisamment de stations pour appliquer la stratégie d’échantillonnage prévue. Le nombre de stations limnimétriques est passé de 7 en 2007 à 18 en 2009 (Tableau IV.III). Différentes contraintes ont ralenti la densification du dispositif de mesures spatialisées :

Tableau IV.III : Calendrier de disponibilité trimestrielle des mesures limnimétriques (cellules opaques) et de présence de lacunes dans les données (damier gris). Les stations sont localisées sur la carte de la Figure IV.2.

Stations 2007 2008 2009 2010 Exutoire Confluence Mercier Aval Presles Aval Fossé jardin Mercier D70 Presles D70 Presles Etg Balmes Aval Mercier Int Mercier At Presles At Balmes At Luère Bouillon Bouillon At Fossé Pollionnay Presles Inter Contraintes technologiques :

Le nombre de station a augmenté en 2008 lorsque la fiabilité des premiers capteurs a pu être estimée, et lorsque de nouveaux capteurs ont été produits par le laboratoire de métrologie de l’IMFT en intégrant des améliorations essentielles comme la gestion de l’autonomie ou celle de la dérive de la mesure. Dès lors qu’une station était instrumentée nous avons fait le choix de la maintenir sur la durée complète de l’expérimentation. D’autre part la durée de fonctionnement optimal de la partie électronique du capteur IMFT est estimée environ à 2 ans du fait d’une protection insuffisante de l’humidité. Pour atteindre 18 stations fin 2009, le dispositif a finalement été densifié avec 3 capteurs limnimétriques piézométriques de technologie identiques à celui qui est utilisé à l’exutoire du bassin versant depuis 1997. Il s’agit de capteurs piézométriques MiniDiver®,

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apparus récemment sur le marché, mieux adaptés à de faibles niveaux d’eau, dont la mesure brute doit être compensée par une mesure barométrique pour obtenir le niveau d’eau.

Contraintes logistiques :

Un temps d’adaptation a été nécessaire pour se familiariser avec les capteurs, ajuster les emplacements et définir un protocole de terrain pour la tournée de collecte des données enregistrées dans les data-loggers. L’optimisation de la tournée de collecte des données a été continuelle et a permis d’accroitre le nombre de station. Toutefois au-delà de 15 stations le temps de travail pour réaliser cette collecte a souvent dépassé 1,5 jours en rythme de croisière. Cette durée augmente en cas de maintenances diverses et réparations sur place. Par exemple, la fiabilité de la carte électronique est limitée, des problèmes d’étanchéité du boitier ont rendu nécessaire le changement de plusieurs cartes en cours d’expérimentation.

Par ailleurs des lacunes plus ou moins importantes selon les stations viennent interrompre la continuité des enregistrements limnimétriques (Tableau IV.III). Les causes sont diverses : principalement pannes, disfonctionnements et maintenances qui s’en suivent, mais également vols et erreurs humaines de paramétrage. Par ailleurs, le profil morphologique des sections instrumentées a évolué au cours du temps en particulier suite à des régimes de crue et de transport solide. Ce phénomène s’est traduit dans 2 stations par de la perte d’information à cause du déplacement du lit du cours d’eau par rapport à la position du limnimètre.

2.3.2 Paramétrage et exemple de données brutes produites

La mesure de niveau effectuée par le capteur limnimétrique se fait à pas de temps constant. L’intérêt est de disposer de la totalité de la chronique en évitant d’introduire un paramètre de déclenchement de la mesure qui serait délicat à contrôler pour des faibles niveaux. L’inconvénient est le besoin en capacité de stockage et les contraintes de post-traitement des données. La première campagne de mesure effectuée fin 2007 était basée sur une fréquence d’enregistrement de 3 min qui représentait un compromis compte tenu de la taille de la mémoire et de l’autonomie des batteries. En 2008 la disponibilité d’une nouvelle génération de capteur à permis de réduire cette fréquence à 2 min par le biais de plus grandes capacités mémoire et d’une meilleure gestion de l’autonomie. Ces pas de temps de mesure sont faibles mais garantissent un bon contrôle des dynamiques de crue. Ils assurent également une bonne synchronisation des mesures entre les différents capteurs installés sur les multiples stations. La tournée de collecte des données est effectuée tous les 30 à 35 jours. A raison d’une mesure toutes les 2 min la capacité mémoire des capteurs est saturée à 44 jours d’enregistrements. Les fichiers sont extraits du data logger via le port RS232 d’un PC. Un logiciel spécifique est utilisé pour faire dialoguer PC et DataLoggers.

L’enregistrement par le dispositif d’un épisode pluvieux significatif et suffisamment homogène dans sa distribution spatiale et temporelle donne une série de limnigraphes (Figure IV.7).

145 Talwegs amont Réponse à l’exutoire Talwegs d’ordre 2 Fossé rural Talwegs amont Réponse à l’exutoire Talwegs d’ordre 2 Fossé rural

Figure IV.7 : Sortie graphique des données brutes enregistrées par 7 limnimètres et par le pluviomètre situé à l’exutoire lors de l’épisode pluvieux du 6 aout 2007 sur le bassin versant du Mercier (60 mm).

Dans le cas de figure d’un épisode pluvieux significatif affectant l’ensemble du bassin versant, une interprétation aisée de la dynamique de crue se dégage avec une réponse retardée à l’exutoire par rapport aux stations internes emboitées. On remarque également les réponses limnimétriques très limitées des talwegs les plus amonts avec des hauteurs qui avoisinent seulement 10 cm d’eau pour un épisode pluvieux tout de même conséquent de 60 mm.

2.3.3 Potentiel d’exploitation des chroniques limnimétriques spatialisées

Compte tenu des propriétés du capteur capacitif et de la stratégie d’observation mise en œuvre, le dispositif de mesures limnimétriques spatialisé nous renseigne aisément sur les deux premiers niveaux de connaissance des réseaux hydrographiques transitoires : (1) présence / absence d’un écoulement de surface, (2) dynamique temporelle de cet écoulement. Le troisième niveau qui est le débit est bien plus délicat à obtenir pour des raisons liées à la fois au contexte de mesure limnimétrique sur des stations à section irrégulière et variable au cours du temps, ainsi qu’à la fidélité de mesure du capteur qui est peu adaptée aux stations amont faiblement réactives. La recherche d’une mesure de qualité des débits de manière spatialisée sur l’ensemble des stations n’a pas été conduite dans cette expérimentation. Ce travail métrologique aurait représenté un investissement trop important station par station avec une installation de type section en V ou canal jaugeur. Rappelons que l’objectif assigné à cette expérimentation est d’exploiter un dispositif de mise en œuvre souple pour une information hydrologique in situ spatialisée et rapidement exploitable. Cet objectif n’est pas compatible avec une information acquise par une métrologie classique basée sur l’élaboration de courbes de tarage. Notons que les tarages classiques sont par défaut délicats sur des stations à faibles débits. Le cas de l’exutoire du Mercier en est un exemple, car le tarage des bas débits y est très incertain (Michel, 2009) à cause d’une section large et des faibles niveaux d’eau en crue, et ce malgré un investissement important pour multiplier les jaugeages.

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Des campagnes de jaugeages ont néanmoins été effectuées sur la plupart des stations disposées dans le réseau hydrographique à partir d’une mesure hydrométrique par dilution. Ces mesures n’ont pas permis d’aboutir à des courbes de tarages de qualité. Le domaine de validité des courbes est très restreint car les hauts débits sont très peu explorés. De plus après chaque crue significative, les sections instrumentées changent souvent de géométrie. Cette approche fournit cependant des ordres de grandeur du débit pour quelques stations. Si pour des raisons techniques l’approche spatialisée quantitative des flux reste très limitée, le potentiel d’exploitation des chroniques limnimétriques présenté dans le Tableau IV.IV n’en reste pas moins très vaste. L’analyse temporelle offre beaucoup de possibilité de valorisation pour décrire le fonctionnement du réseau hydrographique transitoire. Chaque station représente un fonctionnement hydrologique liée à un contexte local. L’ensemble des dynamiques observées constituent un fonctionnement hydrologique multi-local que l’on doit extrapoler au fonctionnement d’ensemble du réseau hydrographique car ce dernier n’est que partiellement couvert.

Tableau IV.IV : Potentiel d’analyse du fonctionnement du réseau hydrographique à différentes échelles temporelles à partir du dispositif multi-local de limnimètres.

Echelle temporelle Episode pluvieux Mensuelle à annuelle Intra-épisode Inter-épisode Analyse locale Interprétations du Limnigraphe : temps de montée, réponse, descente Interprétations des Limnigraphes : Tendances statistiques Cycle saisonnier de l’écoulement de base. Effets des antécédents pluvieux

Analyse multi-locale

Dynamique multi-locale des écoulements, temps de propagation. Extension du réseau de drainage. « Pattern » de transfert multi-local. Extrapolation : Tendances d’extension du réseau de drainage Cartographie du “pattern” saisonnier de transfert

Ce potentiel d’analyse est exploité dans le Chapitre suivant.