CHAPITRE 1.4. INCERTITUDES DE MESURE
4. I NCERTITUDE SUR LES MESURES PLUVIOMÉTRIQUES , LES DÉBITS ET LES VOLUMES
4.4. Synthèse des incertitudes sur les mesures pluviométrique, les débits et les volumes
Nous avons regroupés en Tableau 39 les valeurs retenues pour l’incertitude de mesure de la pluviométrie, et l’incertitude sur les débits et les volumes au niveau des différents sites de mesure.
Tableau 39: valeurs retenues pour les incertitudes de mesure de la pluviométrie, des débits et des volumes Pluviométrie I 10 . 7 05 . 0 I I ≈ + −4 ∆ et H 2 . 0 05 . 0 H H + ≈ ∆ Volume ruisselé/surface H 2 . 0 25 . 0 Vruis Vruis + ≈ ∆ Débit et volume chaussées
Q 10 . 7 01 . 0 Q Q −6 + ≈ ∆ et Vtot 20 01 . 0 Vtot Vtot + ≈ ∆ Débit et volume exutoire
07 . 0 Q Q Vtot Vtot ≈ ∆ ≈ ∆ Notations : H = hauteur de pluie (mm) I = intensité de pluie (mm/h)
Vruis = volume ruisselé par hectare (l/ha) Q = débit (l/h pour les chaussées et m3
/s à l’exutoire) Vtot = volume total au cours de l’événement (m3
CONCLUSION
DE LA PARTIE 1
CONCLUSION :
SYNTHESE DU CONTEXTE EXPERIMENTAL
Mettre en place un dispositif expérimental d’étude de la qualité des
eaux pluviales urbaines : les leçons du Marais
Assurer des données fiables et représentatives…
Le cas du bassin versant du Marais illustre la difficulté à mettre en place un dispositif de mesure de la qualité des eaux pluviales urbaines qui permette d’obtenir des données représentatives et fiables.
La représentativité des concentrations flux et masses polluantes mesurées est conditionnée principalement par le choix du site de mesure et le choix du dispositif de mesure.
Le site de mesure devra être choisi de façon à assurer sa représentativité par rapport au type d’effluent que l’on souhaite étudier et ainsi permettre l’extrapolation des données acquises. Une bonne connaissance du bassin versant drainé est de ce fait nécessaire. Cette connaissance du site est également indispensable à la compréhension des mécanismes en jeu et à leur modélisation. Délimitation du bassin versant, topographie, occupation du sol, population, type de rejet, description du réseau d’assainissement… sont autant d’éléments indispensables à la compréhension du fonctionnement hydraulique du bassin versant, à l’identification des sources potentielles de pollution et à l’étude des mécanismes de génération et de transport de la pollution.
Le dispositif de mesure est quant à lui susceptible d’introduire un certain nombre de biais conduisant à des divergences plus ou moins importantes entre les valeurs réelles et les valeurs mesurées. Ces biais peuvent être limités si l’on respecte un certain nombre de règles concernant les performances des équipements de mesure, leurs conditions d’installation et les protocoles de mesure (notamment protocoles de prélèvement, de conservation des échantillons et d’analyse). Nous avons synthétisé en Tableau 40 les principaux critères à respecter lors du choix et de l’installation d’un système de prélèvement automatique d’échantillons.
Partie 1. Contexte expérimental Conclusion
Tableau 40 : critères à respecter lors du choix et de l’installation d’un préleveur automatique
Source d’erreur Précautions à prendre
Représentativité du point de prélèvement
S’assurer du bon mélange de l’effluent à l’endroit de la prise d’eau Positionner la prise d’eau à mi hauteur d’eau (choisir un système de fixation
qui permet de suivre les fluctuations de niveau) Ségrégation au niveau
de la prise d’eau
Vitesse de prélèvement > vitesse de l’écoulement
Ségrégation durant le transport
Vitesse de prélèvement > 10 × vitesse de sédimentation Prélever des échantillons de grand volume (> 300 ml)
Le tuyau de prélèvement doit suivre une pente ascendante depuis la prise d’eau jusqu’au préleveur (veiller à ce qu’il n’y ait pas de goulot
d’étranglement, de point bas ou de courbure vive) Contamination Purge puissante avant et après prélèvement
Colmatage Diamètre du tuyau de prélèvement > 12 mm
Favoriser l’auto nettoyage du tuyau (orientation dans le sens de l’écoulement, fixation souple)
Dans le cas du bassin versant du Marais, la première année de recherche a été consacrée à une description méthodologique du site expérimental (synthétisée en Tableau 41), tant en surface qu'en réseau, accompagnée d'une réflexion sur le choix des points de mesure, le choix des équipements et de leurs conditions d'installation (Tableau 42), ainsi que la mise au point et le test des protocoles d’analyse (Tableau 43). Cette phase préliminaire, trop souvent négligée lors de la mise en place de campagnes expérimentales, est une étape indispensable pour assurer la validité des mesures de pluie, de débit et de qualité, permettre leur extrapolation et leur interprétation.
Tableau 41: Le bassin versant du Marais : "Carte d'identité"
Surface du bassin versant Réseau d’assainissement
Situation :
Paris centre, 3ème
et 4ème arr. Taille : 41.9 ha Population : 12 372 hab. Occupation du sol :
Résidentiel + activités du secteur tertiaire
Répartition des surfaces : Toitures : 54.4% voirie : 23.2%
cours, jardins, squares : 22.4% Pente moyenne de la voirie : 0.84%
TYPE DE RESEAU :
Unitaire, visitable, ramifié Sections :
Ovoïdes et ovoïdes à banquettes PENTES :
0.025 à 2.13% pour les égouts élémentaires
0.04 à 0.09% pour les 3 collecteurs ENCRASSEMENT :
Important dans les parties amont des collecteurs
Faible dans les égouts élémentaires
Tableau 42: synthèse du dispositif expérimental
Type d’eau Nombre
de sites Mesures effectuées Paramètres étudiés Equipement Pluviométrie 2 Hyétogramme de pluie ∅ Pluviomètre à auget Ruissellement des toitures 4 + 7 Concentration moyenne Fût de collecte Ruissellement des cours 3 Concentration moyenne MES, MVS, DCO, DBO5, Cd, Cu, Pb, Zn, hydrocarbures Echantillonneur automatique asservi au temps + détecteur de
pluie Ruissellement des chaussées 6 Unitaire temps de pluie Unitaire temps sec 1 Débit Concentration moyenne Pollutogrammes
Lavage voirie 3 Débit
Concentration moyenne MES, MVS, DCO, DBO5, Cd, Cu, Pb, Zn, hydrocarbures, Vitesses de chute
Débitmètre (chaussées : augets basculants ou déversoir,
exutoire : Ultraflux) + 2 échantillonneurs automatiques asservis au débit
(monoflacon et multiflacon)
Tableau 43: Protocoles d’analyses
MES Filtration sur filtre en fibre de verre GFF Whatmann, séchage à 105°C MVS Calcination à 525°C des filtres ayant servis à la détermination des MES
DCO Micro-méthode HACH
DBO5 Dosage électrochimique de l’oxygène dissous à t=0 et après 5 jours d’incubation à 20°C
Métaux Spectrométrie d’adsorption atomique Hydrocarbures Chromatographie en phase gazeuse Vitesse de
sédimentation
Protocole CERGRENE95, basé sur une méthode de suspension homogène sans prétraitement de l'échantillon
La fiabilité des données expérimentales passe également par une maintenance régulière, lourde et coûteuse, de l'ensemble des équipements. L'entretien des sites de mesure sur le bassin versant est effectué de façon hebdomadaire ainsi qu'à chaque prévision de pluie, monopolisant trois personnes durant une journée.
Des incertitudes inévitables qu’il faut prendre en compte…
Le dispositif expérimental mis en place résulte le plus souvent d’un compromis entre le respect rigoureux de l’ensemble des critères assurant la validité des mesures, et les possibilités financières et techniques dont on dispose.
Partie 1. Contexte expérimental Conclusion
principales sources d’incertitude dans le cas de notre recherche sont synthétisées en Tableau 44. On notera que l’incertitude d’analyse ne représente dans la plupart des cas qu’une fraction de l’incertitude globale. Dans le cas des effluents de temps de pluie prélevés en réseau d’assainissement, les principales sources d’incertitudes sont dues aux modifications de l’échantillon induites par le système de prélèvement et au mode de constitution de l’échantillon moyen.
Les incertitudes sur les concentrations et donc sur les masses mesurées sont importantes dans certains cas et il convient d’en tenir compte lors de l’interprétation des résultats.
Les valeurs retenues pour les incertitudes de mesure dans le cadre de ce travail sont synthétisées en Tableau 39 pour les débits et les volumes, et en Tableau 34 et Tableau 36 pour les concentrations.
Tableau 44: principales sources d’incertitude, dans le cas du Marais
Type de mesure Principales sources d’incertitude
Pluviométrie durée de remplissage de l’auget, état de remplissage du premier et dernier auget, hétérogénéité spatiale des pluies
Toitures Homogénéisation de l’échantillon moyen + analyse
Cours Constitution de l’échantillon « moyen » (discrétisation de l’événement à pas de temps fixe) + homogénéisation de l’échantillon moyen + analyse Chaussées Homogénéisation de l’échantillon moyen + analyse
Concentration moyenne au cours d’un événement pluvieux
Exutoire Constitution de l’échantillon moyen (manque de prélèvement en tout début et en fin d’événement) + incertitude de prélèvement moyennée (hétérogénéité dans la section, ségrégation au niveau de la prise d’eau, contamination, modification au cours du transport…) + homogénéisation de l’échantillon moyen + analyse
Chaussées Analyse Concentration
pollutogram
me Exutoire Incertitude de prélèvement (hétérogénéité dans la section, ségrégation auniveau de la prise d’eau, contamination, modification au cours du transport…)
+ analyse
Volume ruisselé /
surface Valeur du coefficient de ruissellement + hauteur de pluie
Chaussées
Débitmètre à augets : durée de remplissage de l’auget, état de remplissage du premier et dernier auget
Déversoir triangulaire : mesure de la hauteur d’eau + relation hauteur débit + compactage des données
Débit, volume
Exutoire Mesure de hauteur d’eau+ mesure de vitesse + méthode de calcul du débit