a peu pr`es toujours le mˆeme d´ebit, sous r´eserve d’une hypoth`ese de r´egime permanent. En r´egime non permanent, c’est `a dire en crue ou en d´ecrue, on ne peut plus ´ecrire des relations du type Manning Strickler pour la courbe de tarage car il y a acc´el´eration ou d´ec´el´eration (Bois, 2003).
Hauteur d’eau (m)
Débit (m3/s)
Permanent
En crue
En décrue
Fig.2.1: ´Evolution de la courbe de tarage en r´egime non permanent.
Si le lit de la rivi`ere n’est pas fixe, sa bathym´etrie peut ´evoluer dans le temps, subissant un enfoncement lors des forts d´ebits et un engravement lors des faibles d´ebits. Au cours de p´eriodes o`u la v´eg´etation aquatique se d´eveloppe, la rugosit´e et la largeur efficace du lit changent, et il faut une hauteur d’eau plus importante pour faire passer le mˆeme d´ebit (Allain Jegou, 2002). Le d´ebit correspondant `a une hauteur donn´ee change donc au fil du temps.
Il est n´ecessaire de mettre `a jour r´eguli`erement la courbe de tarage d’un site. Hirsch et Costa (2004) pr´econisent de faire au moins 8 estimations de d´ebit par an par station de jaugeage.
2.3 Incertitude lors des ´ev´enements extrˆemes
2.3.1 L’incertitude en ´etiage
Les estimations de d´ebit durant les p´eriodes d’´etiage avec l’appareillage classique sont difficiles `
a r´ealiser car :
– les appareils intrusifs (moulinet ou ADCP) ne sont pas adapt´es aux mesures en faible tranche d’eau (il faut une hauteur d’eau minimale pour que l’appareil de mesure soit im-merg´e dans l’eau). La faible largeur du cours d’eau et la faible hauteur d’eau ne permettent pas de suivre les recommandations des chartes d’utilisation du moulinet (Buchanan et So-mers, 1969) qui consid`erent un nombre minimum de verticales de mesure sur une section transversale, et un nombre minimal de points de mesure sur chaque verticale. Pour l’ADCP, les zones non mesurables (partie 1.2.4.2) deviennent pr´epond´erantes et rendent l’estimation de vitesse impossible.
2.3. Incertitude lors des ´ev´enements extrˆemes 19
– la modification de la bathym´etrie des chenaux alluviaux durant les p´eriodes de forts d´ebits a des impacts tr`es importants sur la stabilit´e temporelle des couples hauteur-d´ebit en ´
etiage. Les effets de remous importants en ´etiage ´etendent cette caract´eristique au cas o`u la modification bathym´etrique se situe parfois plusieurs dizaines de m`etres en aval de la section jaug´ee, comme montr´e en figure 2.2.
h1 Q1 h2 Q2 h1 Q3 Q2 Q (m3/s) Q1 Q3 h1 h2 h (m) !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! "" "" "" ## ## ## $$$ $$$ $$$ %%% %%% %%% &&& &&& &&& ''' ''' ''' (( (( (( )) )) )) ** ** ** ++ ++ ++ ,, ,, ,, --.. .. // // 00 00 00 11 11 11 22 22 22 33 33 33 44 44 44 55 55 55 666 666 666 77 77 77 88 88 88 99 99 99 :: :: ;; ;; << << == == h1 Q1 >>> >>> >>> ??? ??? ??? @@ @@ @@ AA AA AA BB BB BB CC CC CC DD DD DD EE EE EE FF FF FF GG GG GG HH HH HH II II II JJ JJ KK KK LL LL LL MM MM MM NN NN NN OO OO OO PP PP PP QQ QQ QQ RR RR RR SS SS SS TT TT TT UU UU UU VV VV WW WW XX XX YY YY h2 Q2 ZZ ZZ ZZ [[ [[ [[ \\ \\ \\ ]] ]] ]] ^^ ^^ ^^ __ __ __ `` `` `` aa aa aa bb bb bb cc cc cc dd dd dd ee ee ee ff ff gg gg hh hh hh ii ii ii jj jj jj kk kk kk ll ll ll mm mm mm nn nn nn oo oo oo pp pp pp qq qq qq rr rr ss ss ttt ttt uuu uuu Q1 h3 h3 vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv www www www www www www www www www www www www www www www www A B
Fig.2.2: ´Evolution des couples hauteur-d´ebit en ´etiage pour une rivi`ere `a lit alluvial. Cas A : ´etiage puis fortes eaux et d´epˆot d’une couche de s´ediment sur le fond. Au nouvel ´etiage, la mˆeme hauteur d’eau h1 ne permet plus de faire passer le mˆeme d´ebit (coupe transversale au niveau de la section jaug´ee). Cas B : mˆeme chronologie avec cr´eation d’un bouchon en aval de la section jaug´ee lors des hautes eaux. Le mˆeme d´ebit Q1 provoque une hauteur d’eau plus importante (profil en long de la rivi`ere).
De plus, les ´etiages sont des ´ev`enements extrˆemes, avec une p´eriode de retour longue et donc peu souvent observables. De ces deux sources d’erreur d´ecoule une incertitude tr`es forte dans l’estimation du d´ebit `a partir d’une hauteur d’eau via la courbe de tarage en p´eriode d’´etiage (Pelletier, 1988).
2.3.2 L’incertitude en crue
De mˆeme que les ´etiages, les crues sont des ´ev`enements extrˆemes, `a p´eriode de retour longue, et donc peu souvent observables et mesurables. Comme on peut le voir sur la figure 2.3, une crue est caract´eris´ee par une hauteur d’eau et des vitesses beaucoup plus importantes qu’en r´egime hydraulique normal. Dans la majorit´e des rivi`eres, une crue est ´egalement associ´ee `a un fort transport de mati`eres solides en suspension ou en charriage, et `a un transport de nombreux objets flottants tels que des d´ebris v´eg´etaux (feuilles, branches, troncs, etc...) ou des objets anthropiques (bouteilles, sacs plastiques, voitures, etc...). Une mesure pr´ecise du d´ebit de crue est essentielle pour valider les mod`eles hydrologiques sens´es les repr´esenter, pour les g´eomorphologues ´etudiant l’´evolution bathym´etrique d’un tron¸con de rivi`ere, ou pour les ´ecologistes du milieu fluvial.
20 Chapitre 2. Limitations des m´ethodes op´erationnelles classiques
Fig.2.3: Crue de l’Ouv`eze `a Vaison-la-Romaine (photo : M.J. Tricart) et crue du Rhˆone (photo : Com-pagnie Nationale du Rhˆone).
Creutin et al. (2003) expliquent que les mesures intrusives en crue sont impossibles pour au moins deux raisons :
– les fortes vitesses et les d´ebris flottant mettent en danger les op´erateurs ou l’´equipement en contact avec l’eau ;
– en crue, le d´ebit et la hauteur d’eau de la rivi`ere peuvent varier rapidement et notablement, compromettant la qualit´e de l’estimation du d´ebit si celle-ci prend trop de temps.
On peut ajouter `a cela que, en petits bassins versants `a temps de r´eponse court, la rapidit´e des mont´ees et descentes de crues fait que la probabilit´e d’avoir une ´equipe de jaugeage au bon moment au bon endroit est faible. Ainsi, seulement 20% des stations fran¸caises sont jaug´ees pour des d´ebits sup´erieurs aux d´ebits d´ecennaux (source EDF).
La plupart du temps, le d´ebit des pics de crue est estim´e par extrapolation de la courbe de tarage, ce qui peut ˆetre hasardeux (voir la partie 2.4). Quand la situation est critique, les d´ebits de crue sont estim´es `a partir de mod´elisations hydrauliques forc´ees en entr´ee par des hauteurs d’eau provenant de mesures intrusives ou de laisses de crue (traces laiss´ees par la rivi`ere au moment de la d´ecrue : d´epˆot de s´ediment contre un mur (figure 2.4), d´epˆot de branchages ou de flottants en hauteur) si la gamme de mesure des capteurs de hauteur a ´et´e d´epass´ee (voir Kean et Smith, 2005).
Fig.2.4: Une laisse de crue sur un mur. Le s´ediment transport´e par la rivi`ere a marqu´e la hauteur maximale atteinte lors de la crue (photo : SNNE).