4.3 Revue des travaux LSPIV en rivi` eres
5.1.2 Le site de mesure
Estimation continue du d´ebit de la rivi`ere
Iowa par analyse d’images
5.1 Pourquoi cette ´etude ?
5.1.1 Les lacunes de connaissance en LSPIV
Toutes les ´etudes LSPIV pr´ec´edentes (voir la section 4.3) sont des mesures ponctuelles, dans des conditions choisies et id´eales au point de vue de l’illumination du site et de l’ensemencement. Or, au vu du faible coˆut de la mesure et de sa rapidit´e, la m´ethode LSPIV semble adapt´ee au contrˆole en continu et en temps r´eel des rivi`eres. C’est ce que nous avons souhait´e tester par l’installation d’un syst`eme de mesure sur la rivi`ere Iowa, `a Iowa City. De plus, cr´eer un syst`eme de mesure en continu signifie tester la pr´ecision de la mesure dans des conditions exp´erimentales vari´ees donc parfois difficiles (mauvais temps, vent, reflets ou ombres sur la rivi`ere) et de mettre en ´evidence les sources d’erreurs importantes.
Il nous a ´egalement sembl´e important de monter une base de donn´ees associ´ee `a ce syst`eme de mesure en continu permettant l’archivage des photographies, des estimations de d´ebit, et de donn´ees m´et´eorologiques. Le but de cette base de donn´ees est de permettre des analyses a posteriori de situations de mesures pr´esentant des int´erˆets particuliers.
5.1.2 Le site de mesure
Le syst`eme de mesure LSPIV en temps r´eel et en continu a ´et´e install´e au laboratoire IIHR, `
a Iowa City, Iowa, USA, en ´et´e 2004. La cam´era a ´et´e fix´ee sur le toit du laboratoire. Ce site a ´et´e choisi pour diff´erentes raisons list´ees ci-dessous.
Le bˆatiment de l’IIHR est situ´e sur la rive droite de la rivi`ere Iowa, et son toit, `a une quinzaine de m`etres au dessus du niveau de la rivi`ere, est un excellent poste d’observation de celle-ci. Le mat´eriel informatique est stock´e en s´ecurit´e dans le laboratoire, et il n’y a pas de probl`eme de transmission de donn´ees puisque le capteur et les ordinateurs servant au calcul et au stockage sont au mˆeme endroit. La figure 5.1 montre le site de mesure.
A une centaine de m`etre en amont du site de mesure se trouve une retenue d’eau. L’eau, en chutant d’environ 3 m`etres, cr´ee de l’´ecume (visible sur la figure 5.1) bien r´epartie sur toute la
50 Chapitre 5. Estimation continue du d´ebit de la rivi`ere Iowa par analyse d’images
IIHR building Caméra
Fig.5.1: Vue du site de mesure. La cam´era est plac´ee sur le toit de l’immeuble de IIHR, et pointe vers la rivi`ere. La chute d’eau produisant l’´ecume est visible `a droite.
largeur de la rivi`ere. Cette ´ecume se conserve sur une distance importante et sert de traceur des vitesses de surface pour l’analyse PIV. Creutinet al.(2003) expliquent la pr´esence abondante de cette ´ecume par la concentration importante en s´ediments fins dans la rivi`ere, due `a la nature du terrain et aux fortes activit´es agricoles dans le bassin versant, qui change la tension de surface du m´elange eau-s´ediment et qui produit de l’´ecume d`es que ce m´elange est agit´e. Le site choisi a donc le grand int´erˆet d’avoir une bonne concentration de traceur toute l’ann´ee, et donc ne n´ecessite aucun apport artificiel.
Le site d’´etude a ´egalement l’avantage d’ˆetre bien connu, hydrauliquement et morphologique-ment parlant. L’IIHR y a conduit de nombreuses ´etudes. Creutinet al.(2003) y ont conduit leurs exp´eriences. La bathym´etrie du site est un ´el´ement important : pour des estimations de d´ebit en continu sur un temps long, elle doit ˆetre stable, ou ˆetre actualis´ee fr´equemment, et surtout apr`es des ´episodes de crues. La rivi`ere Iowa est une rivi`ere de plaine, avec une pente de l’ordre de 10−4, et les vitesses moyennes d´epassent rarement le m`etre par seconde. L’hypoth`ese que dans ces conditions la bathym´etrie reste constante a ´et´e faite. Cette hypoth`ese `a ´et´e v´erifi´ee par comparaison de la bathym´etrie d’une section transversale de la rivi`ere effectu´ee par Creutinet al. (2003) en 2001, avec une perche, et de la bathym´etrie effectu´ee pour cette ´etude, en 2004, avec un ADCP depuis un bateau et au th´eodolite pour les point ´emerg´es au moment de la campagne de terrain. Comme illustr´e sur la figure 5.2, les bathym´etries `a 3 ans d’´ecart sont similaires.
Une station de jaugeage de l’USGS est situ´ee sur le site (voir
http ://waterdata.usgs.gov/ia/nwis/uv ?site no=05454500). Cette station mesure une hauteur d’eau toutes les 30 minutes, et une estimation de d´ebit en est tir´ee via la courbe de tarage. La r´ef´erence de la station est USGS 05454500. Depuis 1984, l’USGS y a r´ealis´e, `a ce jour, 272 mesures de d´ebits par m´ethodes directes (moulinet et ADCP). La figure 5.3 repr´esente la chronologie de
5.1. Pourquoi cette ´etude ? 51
Fig.5.2: Bathym´etrie de la section en travers utilis´ee pour le calcul du d´ebit, avec les mesures de Creu-tin et al. (2003) (´etoiles), et celles r´ealis´ees en 2004 par th´eodolite (losanges) et par ADCP (croix).
ces mesures. Il est int´eressant de noter que 65 % de ces mesures ont ´et´e r´ealis´ees pour des d´ebits
Fig.5.3: Chronologie des 272 mesures directes r´ealis´ees par l’USGS depuis 1984. Les valeurs les plus fortes correspondent `a la crue de 1993 du Mississippi sup´erieur.
inf´erieurs `a 100m3s−1, et 80 % pour des d´ebits inf´erieurs `a 200m3s−1. Pratiquement toutes les valeurs sup´erieures `a 300 m3s−1 ont ´et´e estim´ees pendant l’´episode de crue de 1993.
Enfin, une station de mesure m´et´eorologique du National Weather Service de la National
Oceanographic andAtmosphericAdministration (NOAA) install´ee `a l’a´eroport municipal d’Iowa City (voir http ://www.crh.noaa.gov/data/obhistory/KIOW.html), non loin de la zone de me-sure. Cette station donne, chaque heure, le vent (direction et magnitude), la visibilit´e, la n´ ebu-losit´e, la temp´erature et la temp´erature de ros´ee.
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