Bilan de fonctionnement 2014 des stations LSPIV en Ardèche

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Bilan de fonctionnement 2014 des stations LSPIV en

Ardèche

G. Dramais, Antoine Gallavardin, Jérôme Le Coz, R. Le Boursicaud, I.

Horner, Isabelle Braud

To cite this version:

G. Dramais, Antoine Gallavardin, Jérôme Le Coz, R. Le Boursicaud, I. Horner, et al.. Bilan de fonctionnement 2014 des stations LSPIV en Ardèche. [Rapport de recherche] irstea. 2015, pp.47. �hal-02601461�

HHLY - EQUIPE METROLOGIE

15 juillet 2015

DRAMAIS, G., GALLAVARDIN, A., LE COZ, J., LE BOURSICAUD, R., HORNER, I., BRAUD, I.

IRSTEA - Centre de Lyon-Villeurbanne Unité de recherche Hydrologie-Hydraulique 5 rue de la Doua

CS70077 – 69626 Villeurbanne Cedex

Bilan de fonctionnement

2014 des stations LSPIV

en Ardèche

2 Le projet FloodScale est soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR)

3 Sommaire 1. Introduction ... 4 1.1 La rivière Ardèche ... 4 1.2 Contexte scientifique ... 4 1.3 La LSPIV ... 5 2 Présentation du réseau ... 6

2.1 Architecture des stations de mesure LSPIV ... 6

2.1.1 Station du Lignon à Jaujac ... 7

2.1.2 Station de la Volane à Vals les Bains ... 11

2.1.3 Station de l'Ardèche à Sauze - St Martin d'Ardèche ... 14

2.1.4 Station de l'Auzon à Vogüé Gare ... 16

3 Bilan de fonctionnement des stations en 2014 ... 19

3.1 Fonctionnement de la station du Lignon à Jaujac ... 19

3.1.1 Limnigrammes ... 20

3.1.2 Jaugeages et courbe de tarage sur le Lignon à Jaujac ... 20

3.1.3 Hydrogramme 2014 de la station du Lignon à Jaujac ... 22

3.2 Fonctionnement de la station de Vals les Bains ... 23

3.2.1 Limnigrammes ... 23

3.2.2 Jaugeages et courbe de tarage sur la Volane à Vals les Bains ... 24

3.2.3 Hydrogramme 2014 à Vals-les-Bains ... 26

3.3 Fonctionnement de la station de Sauze-Saint Martin d’Ardèche ... 27

3.3.1 Limnigramme ... 27

3.3.2 Jaugeages et courbe de tarage sur l’Ardèche à Sauze-Saint Martin d’Ardèche ... 28

3.3.3 Hydrogramme 2014 de la station de Sauze Saint-Martin-d’Ardèche ... 30

3.4 Fonctionnement de la station de Vogüé Gare ... 30

3.4.1 Limnigrammes ... 31

3.4.2 Jaugeages et courbe de tarage sur l’Auzon à Vogüé-gare ... 32

3.4.3 Hydrogramme 2014 de la station de l’Auzon à Vogüé gare ... 34

4 Bilan des jaugeages radar effectués pendant les SOP (Special Observation Periods) du projet Floodscale ... 34

4.1.1 Les jaugeages par radar mobile ... 34

4.1.2 La SOP ... 35

5 Conclusion ... 36

6 Bibliographie ... 37

4 1. Introduction

1.1 La rivière Ardèche

La rivière Ardèche a un régime hydrologique de type pluvial cévenol avec des crues potentiellement violentes à l'automne, lorsque se produisent les « épisodes cévenols » et des étiages sévères en été. L'Ardèche est approvisionnée en eau par les affluents à l'amont des gorges et par les infiltrations du massif karstique. Les épisodes cévenols se caractérisent par l'accumulation de masses nuageuses en provenance du golfe du Lion, souvent dans un régime de vents de sud à sud-est très humides, provoquant dans un premier temps des pluies orographiques sur les massifs qui finissent par s'étaler en général jusqu'en plaine, ils sont générateurs de crues violentes et parfois de dégâts matériels et humains.

La soudaineté de ces crues en fait des événements difficiles à mesurer à cause de la difficulté de prévoir ces phénomènes et leur localisation mais aussi de leur rapidité, des conditions d'accès, et des conditions de sécurité pour les équipes de jaugeage.

Les recherches en hydrométrie et les progrès technologiques ont permis de mettre au point de nouvelles techniques de mesure pour jauger ces crues violentes : les mesures en continu par analyse d'image (LSPIV pour Large Scale Particle Image Velocimetry) et les jaugeages ponctuels à l'aide de radar vélocimétriques.

1.2 Contexte scientifique

La première station LSPIV mise en place (Sauze - Saint Martin d'Ardèche) est issue d'une collaboration sur les méthodes innovantes de mesure du débit entre la Compagnie Nationale du Rhône (CNR) et Irstea en 2008 suite aux travaux de thèse de Hauet (2007). Par la suite dans le cadre de l’Observatoire Hydro-Météorologique Cévennes-Vivarais (OHM-CV), le LTHE et Irstea programment des actions de mesure des vitesses de surface et de débits de cours d’eau cévenols, en partenariat avec les gestionnaires de stations hydrométriques (SPC-Grand Delta et Compagnie Nationale du Rhône). Il s’agit essentiellement d’utiliser les nouvelles méthodes de mesure par vidéo (LS-PIV) pour affiner l’estimation des forts débits (souvent impossibles à jauger), lors de campagnes ponctuelles et également en suivi en continu (caméra fixe, traitement des images en temps réel, et transmission des données). C'est dans ce contexte que les stations de Jaujac et Vals les Bains ont été mises en place. La mise en œuvre de la quatrième station du réseau à Vogüé Gare coïncide avec le démarrage du projet ANR Floodscale [Braud et al., 2014]. Le projet FloodScale est une contribution au programme international HyMeX (Hydrological Cycle in the Mediterranean Experiment), [Drobinski et al., 2014]. Il a pour objectif d’améliorer la compréhension et la

5 simulation des processus hydrologiques conduisant à la survenue des crues éclair, qui sont l’un des risques naturels les plus destructeurs, notamment en région Méditerranéenne. La contribution d'Irstea à ce programme, pour la partie hydrométrie consiste à déployer des équipes de jaugeurs munis de radar vélocimétriques lors des événements de crue et d'assurer le bon fonctionnement des stations LSPIV.

1.3 La LSPIV

L'hydrométrie par analyse d'images permet de reconnaître, de manière statistique, le déplacement de formes visibles (traceurs de l'écoulement) sur deux images successives. L'analyse d'images permet de mesurer le champ de vitesse en surface d'un écoulement en deux dimensions à condition que des traceurs visibles, tels que des particules solides (débris végétaux, petits flottants, figures de turbulence, etc...) soient advectés avec l'écoulement [Hauet, 2006].

Une mesure LSPIV comprend 4 étapes :

1. L’enregistrement d’une séquence d’images horodatées de l’écoulement.

2. Une correction géométrique des images pour s'affranchir des effets de distorsion de perspective (ortho-rectification).

3. Un calcul du déplacement des traceurs de l'écoulement grâce à une analyse statistique en corrélation des motifs (analyse PIV).

4. Correction des vecteurs erronés et vérification de la qualité des vecteurs.

Figure 1 : Illustration des 4 étapes de la procédure de calcul LSPIV

Ensuite, connaissant la bathymétrie d'une section en travers et supposant un modèle de distribution verticale de vitesses, on peut arriver à l'estimation du débit à partir du champ de vitesse LSPIV.

Couramment, on suppose que la distribution verticale des vitesses suit une loi logarithmique ou une loi puissance en 1/m, d’où un rapport α entre la vitesse moyenne et la vitesse de surface d’environ 0,85 pour les conditions usuelles de rugosité. Dans la mesure du possible, il convient de vérifier cette hypothèse par des mesures de profils verticaux de vitesse.

6 2 Présentation du réseau

2.1 Architecture des stations de mesure LSPIV

Ces stations consistent en une caméra analogique reliée à un ordinateur robuste (système d’exploitation Linux Debian), ce qui permet un séquençage précis de rafales d'images. Par ailleurs, l’information de hauteur d’eau est obtenue par des capteurs grâce aux protocoles de communication numérique Modbus à Sauze et SDI12 sur les autres stations. Le système est connecté via le web (modem routeur ADSL) aux serveurs Irstea qui rapatrient automatiquement images et données de hauteur d’eau. Les calculs sont ensuite réalisés sur les séquences d’images intéressantes, soit sur place, soit après le rapatriement via des codes de calculs qui permettent le traitement automatiques de rafales successives. En cas de besoin les rafales d’images peuvent être post-traitées « manuellement » à l’aide du logiciel libre Fudaa-LSPIV développé par EDF et Irstea (https://forge.irstea.fr/projects/fudaa-lspiv). Ces stations de mesure couplent l’enregistrement des images via les caméras (dimension des images 720*576) et des mesures de hauteur d’eau par radar fixe (Ott RLS), ce qui en fait des stations totalement sans contact. La hauteur d’eau est enregistrée toutes les 5 minutes et l’acquisition des rafales est déclenchée sur dépassement de seuil de hauteur d’eau [Dramais, 2011].

Un certain nombre d'opérations (diagnostic, rapatriement de données, mise à jour, paramétrage des seuils d'acquisition, déclenchement de rafales) peuvent être réalisées à distance depuis un PC connecté au web et ayant des droits d'accès (cf. Annexe 1).

7

Figure 3 : Implantation des stations hydrométriques en Ardèche

2.1.1 Station du Lignon à Jaujac

Le Lignon prend sa source près du col de la Croix de Bauzon à 1420 m d'altitude, sur la commune de La Souche et rejoint l'Ardèche en rive droite après un parcours de 20,7 km. Son bassin versant est d'une superficie de 59,5 km². Le Lignon n'est pas suivi par une station hydrométrique du réseau national. Historiquement un observateur assurait des relevés de la hauteur d'eau à l'échelle du pont du Chastelas (Figure 7) où a été installée la station LSPIV (Figure 6).

8 Fiche station du Lignon à Jaujac

Code hydro. V5000580

Code BDOH RFM001

Coordonnées GPS 44° 38’ 15.2’’ N – 4° 15’ 17’’ E

Cote NGF zéro Échelle 387,065 m

(Repère de nivellement NGF IGN Q'.H.K3 - 29-I) Zéro échelle radar (mesure

de tirant d'air)

12752 mm (jusqu'au 16/01/2014) 12743 mm (jusqu'au 08/09/2014)

Adresse IP Fixe 80.14.138.184

N° Téléphone station 04 75 35 48 65

Parcelle cadastrale 211 (M. Chenebert Gilles)

Tableau 1: Identification de la station du Lignon à Jaujac

Acquisition PC SI852A-4URXX (Tino). Capacité 3.9 Go 1

Caméra Analogique VWBP330 (Panasonic) 2

Mesure de niveau d'eau Radar RLS (Ott) 3

Conversion de signal SDI12-RS232 - H4191 (Waterlog) 4

Communication Modem routeur ou Live Box Pro (Orange) 5

Tableau 2: Matériel en place sur la station du Lignon à Jaujac

PERIODE DE RETOUR DE CRUE (en m3/s) *

Période de retour de crue (an) 2 5 10 20 50 100

Débit de pointe 81 131 177 232 316 389

Tableau 3 : Période de retour de crue sur le Lignon à Jaujac

* La méthode SHYREG est une méthode d’estimation de l’aléa hydrologique, basée sur la régionalisation (prise en compte homogénéisée des caractéristiques locales) de paramètres de modèles (générateur de pluie et modélisation hydrologique).http://shyreg.irstea.fr.

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Figure 4 : Câblage des stations ARGOSS de première génération (Jaujac et Vals les Bains)

Figure 5 : Camera en place à Jaujac

Figure 6 : Implantation de la station à Jaujac (le triangle rouge représente l’angle de vue de la caméra, le point jaune représente la position de la caméra et de la logette de mesure)

Le matériel est installé sur la propriété d'un particulier, la logette de mesure est accessible à tous mais la caméra et le compteur EDF sont situés dans le garage du propriétaire. La station est en service depuis fin 2009 mais a subi les modifications listées ci-dessous :

 1ère version

Enregistrement local : PC industriel, distribution linux Fedora

Mesure de hauteur d’eau : Capteur immergé PLS (Ott) relié au PC via le protocole SDI 12, capteur arraché suite à une crue en septembre 2010.

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 2ème version (septembre 2011)

Mesure de hauteur d’eau : Capteur radar RLS (Ott) relié au PC via le protocole SDI 12.

 3ème version (Septembre 2013)

Remplacement de l'OS par un Linux Debian, Mise en place de l'acquisition en continu de la hauteur d'eau

La station de Jaujac subit régulièrement des coupures de téléphone ou de liaison ADSL qui sont dues à la difficulté de maintenance du réseau téléphonique dans cette zone éloignée.

Figure 7 : Le Lignon au pont du Chastelas à l'étiage et en crue (2013 - 2001)

Figure 9 : Image brute de la station LSPIV de Jaujac (03/11/2014)

Figure 8 : Echelle limnimétrique en rive gauche du pont du Chastelas

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2.1.2 Station de la Volane à Vals les Bains

La Volane prend sa source au pied du suc de l'Areilladou à 1 448 mètres d'altitude, sur la commune de Mézilhac et rejoint l'Ardèche en rive gauche après un parcours de 22,5 km. Son bassin versant a une superficie de 109 km². Une station du SPC Grand Delta est en place depuis 1994 et le suivi est continu depuis 1999. La station LSPIV en place est située au niveau du pont St Jean à Vals les Bain Figure 12 au même niveau que la station du SPC GD.

Fiche station de la Volane à Vals-les-Bains

Code hydro. V5015210

Code BDOH RFM002

Coordonnées GPS N 44° 39’ 38.1’’ – E 04° 22’ 01.3’’ Cote NGF zéro Échelle 243.15 m (SPC)

Zéro échelle radar (mesure de tirant d'air)

4316 mm (jusqu'au 1/02/2014)

Adresse IP Fixe 80.14.188.126 N° Téléphone station 04 75 38 85 98 Parcelle cadastrale Domaine public

Tableau 4: Identification de la station de la Volane à Vals-les-Bains

Acquisition PC SI852A-4URXX (Tino). Capacité 3.9 Go Caméra Analogique VWBP550 (Panasonic) Mesure de niveau d'eau Radar RLS (Ott)

Conversion de signal SDI12-RS232 - H4191 (Waterlog) Communication Live Box Pro (Orange)

12 PERIODE DE RETOUR DE CRUE (en m3/s)

Période de retour de crue (an) 2 5 10 20 50 100 Débit instantané calculé (Qj) 150 250 300 350 400 500

Tableau 6: Période de retour de crue sur la Volane à Vals les Bains

source : http://www.rdbrmc.com/hydroreel2/

Le matériel est installé sur le domaine public sur la place Saint Jean en rive gauche de la Volane, la caméra vise en amont du pont et est installée sur le mât d’un réverbère.

 Première version (2010)

Enregistrement local : PC industriel, distribution linux Fedora. Mesure de hauteur d’eau : Capteur radar RLS (Ott) relié au PC via le protocole SDI 12. Transfert de données via internet protocole sécurisé SSH

 2ème version (Septembre 2013)

Remplacement de l'OS par un Linux Debian. Mise en place de l’acquisition en continu de la hauteur d'eau.

La station de Vals les Bain est sujette à des coupures de courant liées à l’instabilité du réseau électrique local. L’éclairage public en place permet des mesures de nuit.

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Figure 11 : Image brute de la station LSPIV de Vals-les-Bains (03/11/2014)

Figure 12 : Implantation de la station à Vals les bains (le triangle rouge représente l’angle de vue de la caméra, le point jaune représente la position de la caméra, le violet la logette de mesure) Figure 10 : La Volane à vals les bain en crue (10/10/2014) amont du pont Saint Jean

Figure 13 : Echelle limnimétrique de la station de Vals les Bains. Visible de la rive droite du pont Saint Jean. (On aperçoit le radar en haut de l’échelle)

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2.1.3 Station de l'Ardèche à Sauze - St Martin d'Ardèche

Affluent rive droite du Rhône, l’Ardèche compte 125,1 km de longueur, elle prend sa source, à 1467 m d'altitude, dans le Vivarais, près du col de la Chavade, sur la commune d’Astet. Son bassin versant a une superficie de 2257 km². 6 stations de mesure de débit jalonnent l'Ardèche, le débit à Sauze-Saint Martin (station la plus en aval) (Figure 14) est suivi en continu depuis 1955, par la CNR et le SPC.

Fiche station de l'Ardèche à Sauze - St Martin d'Ardèche

Code hydro. V5064010

Code BDOH RFM003

Coordonnées GPS N 44° 18’ 50.3’’ – E 04° 33’ 04.1’’ Cote NGF zéro Échelle 45.81 m NGF Ortho (CNR)

46 m NGF (SPC) Adresse IP Fixe 80.13.115.105 N° Téléphone station 04 75 49 58 40

Parcelle cadastrale Domaine public / Cabane CNR

Tableau 7 : Identification de la station de l’Ardèche à Sauze

Acquisition Barebone Nuvo-2021 (32 Go) Carte mini pci Express Acquisition video

Caméra Analogique VWBP550 (Panasonic) Mesure de niveau d'eau LPN8/1 – avec sortie 4-20mA

Conversion de signal CAN 4-20 mA - MODBUS -RS232 - (Diaxys) Communication Live Box Pro (Orange)

15 PERIODE DE RETOUR DE CRUE (en m3/s) *

Période de retour de crue 2 5 10 20 50 Débit maximal instantané (Qix) 1700 2460 2970 3450 4080

Tableau 9 : Période de retour des crues sur l'Ardèche

* crues (en m3/s) - septembre à août ) - données calculées sur 55 ans Source : Banque hydro http://www.hydro.eaufrance.fr/

Figure 14 : Implantation de la station de Sauze, (le triangle rouge représente l’angle de vue de la caméra, le point jaune représente la position de la caméra et de la logette

de mesure)

Le matériel est installé contre la cabane de mesure de la CNR à Saint-Martin d’Ardèche, la logette de mesure est accessible avec une clé CNR prêtée ponctuellement par l’exploitant du barrage de Caderousse. La station est en service depuis juin 2008 mais a subit les modifications listées ci-dessous :

 1ère version (2008-2009)

Caméra IP de vidéosurveillance (résolution 1600*1200) reliée à un PC et un serveur distant. Acqusition d’image par station Q-Eyes. Sauvegarde et transfert de données via un serveur ftp. Contrôle de la station par un système de client VNC (Virtual Network Computing). Cette solution a rapidement montré ses limites : instabilité de Windows, problèmes de virus informatique, temps non maîtrisable entre les captures d’images, dérive de l’horloge.

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 2ème version (2010)

Remplacement de la Q-Eyes par un PC industriel avec un OS Linux Debian. La caméra a été remplacée par une caméra analogique. Les problèmes de mise à l’heure sont résolus par le protocole NTP (Network Time Protocol). L’acquisition en continu de la hauteur d'eau est mise en place. Transfert de données via internet protocole sécurisé SSH.

Figure 15 : Mesure des GRP (points d'ancrage) dans l'image LSPIV à Sauze

Figure 16 : Réparation de la caméra sur la cabane CNR à Sauze

Figure 17 : Image brute de la station LSPIV de Sauze (04/11/2014)

Figure 18 : Tronçon d'approche de la station hydrométrique de Sauze

2.1.4 Station de l'Auzon à Vogüé Gare

L'Auzon prend sa source sur le plateau du Coiron à proximité du village de Freyssenet (791m) et rejoint l'Ardèche en rive gauche après un parcours de 26 km. Un barrage a été érigé sur son cours supérieur destiné à l'irrigation de la plaine Lussas. Son cours inférieur, en aval de Saint-Germain et

17 jusqu'à sa confluence avec l'Ardèche, se fait sur un terrain karstique, ce qui explique son assèchement fréquent sur ce tronçon. Son bassin versant a une superficie de 115,7 km².

Fiche station de l'Auzon à Vogüé Gare

Code hydro. V5020500

Code BDOH RFM004

Coordonnées GPS 44°32’34.2’’ N - 04°24’35.7’’ E Cote NGF zéro Échelle 149.59 m

Zéro échelle radar (mesure de tirant d'air)

13494 mm (jusqu'au 1/09/2014)

Adresse IP Fixe 80.15.72.107 N° Téléphone station 04 75 88 76 36

Parcelle cadastrale Domaine public

Tableau 10 : Identification de la station de l’Auzon à Vogüé Gare

Acquisition PC SI852A-4URXX (Tino). Capacité 20 Go Caméra Analogique VWBP550 (Panasonic) Mesure de niveau d'eau Radar RLS (Ott)

Conversion de signal SDI12-RS232 - H4191 (Waterlog) Communication Live Box Pro (Orange)

Tableau 11 : Matériel en place à Vogüé Gare

PERIODE DE RETOUR DE CRUE * Période de retour de crue (années)

2 5 10 20 50 100 500 1000

Débit de pointe ( m³/s) 61.2 98.8 139 190 277 357 588 707

Tableau 12 : Période de retour de crue sur l'Auzon à Vogüé

18

Figure 21 : Implantation de la station de Vogüé (le triangle rouge représente l’angle de vue de la caméra, le point jaune représente la position de la caméra, le violet la logette de mesure)

Figure 22: Echelle en rive gauche

Figure 23: Support pour le radar et la caméra à Vogüé gare

Figure 19 : Tronçon d'approche de la station de Vogüé-Gare à sec

Figure 20 : Tronçon d'approche de la station de Vogüé-Gare en crue

19 3 Bilan de fonctionnement des stations en 2014

Les données issues des stations sont consultables sur la base de donnée BDOH*. On observe de nombreuses lacunes sur les limnigrammes dans la base BDOH : Les stations LSPIV étaient prévues initialement pour du suivi de crue uniquement. Elles ne faisaient pas de mesures la nuit. L'extraction de la hauteur d'eau mesurée entre février 2012 et septembre 2013 n'a pas été effectuée. Le suivi en continu de la hauteur d’eau n’est effectif que depuis 2013-2014.

Les courbes de tarage présentées dans cette partie sont calculées à partir des jeux de jaugeages en notre possession et à l’aide du programme BaRatin (BAyesian RATINg curve) qui est une méthode de calcul des courbes de tarage utilisant des a prioris hydrauliques elle permet l’estimation des incertitudes associées à l'aide d'un formalisme bayésien. La méthode est implémentée sous la forme d'un exécutable Fortran, accompagné de son interface utilisateur BaRatinAGE (BaRatin Advanced Graphical Environment).

https://forge.irstea.fr/projects/baratin

*BDOH : Base de Données pour les Observatoires en Hydrologie qui a pour vocation de permettre la gestion, la bancarisation et la mise à disposition des données hydrologiques et biogéochimiques issues des observatoires de long terme gérés par ou dans lesquels est fortement impliqué Irstea. https://bdoh.irstea.fr/

3.1 Fonctionnement de la station du Lignon à Jaujac

La station de Jaujac a assez bien fonctionné en 2014. Jusqu’au 13 janvier 2014 l’acquisition était réglée sur les périodes de jour, d’où les lacunes nocturnes. On observe ensuite une lacune importante (21 jours) juste avant l’été 2014 due à une coupure électrique. Ensuite durant l’automne quelques micro coupures électriques et une coupure plus importante en octobre d’une dizaine de jours due à un défaut électrique. Le réseau d’alimentation électrique de Jaujac est assez instable les riverains confirment que des coupures régulières ont lieu suite aux orages. La ligne téléphonique est aussi assez sensible aux orages, d’où des coupures régulières de la communication entre les serveurs de rapatriement et la station.

Une micro-centrale turbine une partie de l’eau du Lignon, elle utilise une prise d’eau au niveau du seuil en amont duquel est installé l’échelle limnimétrique et le capteur radar de la station de Jaujac. Les manœuvres d’ouverture/fermeture de vannes, et la rénovation du seuil expliquent sans doute les créneaux observés les, 31 mars, 29 avril, 28 juin, 11 septembre et 2 octobre.

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3.1.1 Limnigrammes

L’année 2014 a été très riche en évènements de crue avec une succession d’évènements en début d’année (entre janvier et février) puis pas moins de 6 évènements significatifs pendant la période d’observation de la SOP (Special Observation Period) qui permet aux participants du projet Floodscale d’accéder à des outils et services de prévision ciblés sur la zone d’étude. La Figure 24 représente la chronique annuelle de hauteur d’eau issue de la base BDOH.

Figure 24 : Limnigramme 2014 du Lignon à Jaujac 3.1.2 Jaugeages et courbe de tarage sur le Lignon à Jaujac

Des jaugeages LSPIV sont réalisés depuis la mise en place de la station. La sensibilité à bas débit n’est pas très bonne du fait du seuil très large et d’une prise d’eau pour une petite usine hydro-électrique. A haut débit l’écoulement est très chahuté ce qui rend difficile les jaugeages radar directement sur le pont du Chastelas. Les jaugeages radar sont effectués quelques km en amont du site sur le pont du Bruget. Les Figure 24 et Figure 25 montrent la courbe de tarage actuelle du site et un échantillon des jaugeages réalisés.

21

Figure 25 : Exemple de champ de vitesse LSPIV sur le Lignon le 12/10/2014 à 11h00 UTC

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Figure 27 : Courbe de tarage du Lignon à Jaujac calculée avec l'outil BaRatin (valable jusqu'au 01/01/2015)

3.1.3 Hydrogramme 2014 de la station du Lignon à Jaujac

23 L’hydrogramme montre un débit de pointe de 283 m³/𝑠 le 19 septembre de période de retour entre vingt et cinquante ans (calculé à partir de l’outil Shyreg) ce qui en fait un évènement assez exceptionnel. Malheureusement aucune image n’est disponible pour cet événement car il est arrivé en pleine nuit.

3.2 Fonctionnement de la station de Vals les Bains

Suite à une année 2013 très difficile au niveau technique, le système d’acquisition a été changé en septembre 2013 pour passer sur un système d’exploitation Debian. Le modem routeur a été remplacé suite à une panne par une live Box pro en décembre 2013. La station de Vals-les-Bains a connu quelques difficultés de fonctionnement en 2014, elles sont principalement dues à l’instabilité de l’alimentation électrique principale, en effet la station est branchée sur le réseau électrique de la commune qui est instable. Jusqu’au 26 février 2014 l’acquisition était réglée sur les périodes de jour d’où les lacunes nocturnes. Une nouvelle caméra a été mise en place suite à une panne de la caméra le 19 mars 2014. La lacune observée l’été est due à une défaillance de l’onduleur, qui depuis a été retiré du dispositif.

3.2.1 Limnigrammes

L’année 2014 a été très riche en évènements, les évènements du début d’année (entre janvier et février) n’ont pas pu être observés. Pendant l’automne (période d’observation de la SOP ) pas moins de 5 évènements significatifs ont été enregistrés. Comme l’illustre la Figure 29 issue de la base de données BDOH.

24 Des comparaisons de mesure de hauteur d’eau ont été réalisées entre les mesures du SPC et les mesures du radar Irstea, des écarts importants sont observés en crue Figure 30. Ceci a pu être en partie expliqué par un film amateur pris pendant une crue de l’automne 2014 sous le pont de Vals les bains. En effet on remarque sur ce film que les écoulements sont très turbulents sous le pont, et des vagues instationnaires se forment, ce qui explique les écarts observés entre les deux capteurs. Le capteur du SPC est installé en rive droite et le capteur IRSTEA est plus central mais influencé par la pile du pont. Pour confirmer les côtes maximales de crue, des échelles à maximum ont été installées sur ce site et les stations de Jaujac et Vogüé. Ces échelles consistent en un tube inox crépiné, dans lequel est installé un ruban rouge qui va se décolorer en fonction du niveau maximal atteint. Ce dispositif pourra nous aider à affiner à l’avenir les mesures des cotes de crues.

Figure 30 : Comparaison de mesures de hauteur d'eau (le 3 novembre 2014)

3.2.2 Jaugeages et courbe de tarage sur la Volane à Vals les Bains

La station de Vals-les-Bains est suivie par le SPC Grand Delta http://www.rdbrmc.com/hydroreel2/. Une série de jaugeages traditionnels est donc disponible. L’apport de la LSPIV et des jaugeages radar a permis d’affiner l’extrapolation du haut de la courbe de tarage. Les tracés des courbes (Figure 31 et Figure 32) prennent en compte les jaugeages sans contact réalisés.

25

Figure 31: Courbe de tarage de la Volane calculée avec l'outil BaRatin, (courbe valable jusqu’au 01/01/2015)

Figure 32 : Courbe de tarage de la Volane calculée avec l'outil BaRatin, (courbe valable jusqu’au 01/01/2015)

26

3.2.3 Hydrogramme 2014 à Vals-les-Bains

Figure 33 : Hydrogramme 2014 à Vals-les-Bains

L’hydrogramme montre deux débits de crue très forts, 266 m³/𝑠 le 19 septembre et 285 m³/𝑠 le 3 novembre, ces crues peuvent être classées avec une de période de retour entre cinq et dix ans (calculé à partir des données de la banque hydro) ce qui en font des évènements peu fréquents. L’évènement du 3 novembre a été particulièrement documenté avec plusieurs séquences d’images exploitées.

27 3.3 Fonctionnement de la station de Sauze-Saint Martin d’Ardèche

La station de Sauze-Saint Martin d’Ardèche connaît des difficultés de déclenchement automatique du fait d’une conversion de signal de hauteur d’eau instable. Cette difficulté doit être solutionnée début 2015. Cependant le déclenchement manuel à distance fonctionne bien ce qui a permis l’acquisition de nombreuses rafales d’images pendant les évènements 2014. Quelques rafales d’image ont été exploitées pour des hauteurs d’eau correspondante à la partie haute de la courbe de tarage. Une large zone est cependant extrapolée du fait de la position rasante de la caméra et de sa définition faible. Cette station pourrait être le lieu de test d’une nouvelle génération de camera IP en 2015.

3.3.1 Limnigramme

28

3.3.2 Jaugeages et courbe de tarage sur l’Ardèche à Sauze-Saint Martin d’Ardèche

Station suivie régulièrement par la CNR et le SPC grand delta, cette station est connue et jaugée régulièrement. La station LSPIV a initialement été installée sur ce site pour valider la méthode LSPIV dans le cadre d’une collaboration avec la CNR. Différents travaux, dont [Le Coz, 2010] présentent des résultats de comparaison et de validation. La courbe de tarage de la Figure 36 présente le tracé de la courbe de tarage à l’aide de l’outil BaRatin.

L’angle de vue de la caméra, sa résolution et la largeur importante de l’Ardèche à cet endroit fait qu’une faible zone de surface est exploitable pour les calculs LSPIV Figure 35. Sur cette station, le test d’une caméra haute résolution est envisagé pour améliorer la qualité de la mesure.

29

Figure 36 : Courbe de tarage de Sauze calculée avec l'outil BaRatin, (courbe valable jusqu’au 01/01/2015)

30

3.3.3 Hydrogramme 2014 de la station de Sauze Saint-Martin-d’Ardèche

Figure 38 : Hydrogramme de Sauze Saint-Martin-d'Ardèche

L’hydrogramme montre 4 dépassements de la crue biennale pendant l’automne 2014. (Banque Hydro) dont un évènement ; celui du 15 novembre, qui aurait dépassé la crue de période de retour 5 ans (le 15/11).

3.4 Fonctionnement de la station de Vogüé Gare

La station de Vogüé Gare n’a pas connu de difficultés techniques en 2014. Les lacunes observées en début d’année Figure 39 sont dues à la stratégie d’acquisition qui excluait les mesures de nuit. Cette stratégie a évolué courant janvier avec un déclenchement des acquisitions d’images sur dépassement de seuil de hauteur d’eau et par l’acquisition en continu des hauteurs d’eau. On observe fréquemment des valeurs nulles dans la chronique même pendant les périodes ou la rivière réagit, ces valeurs nulles sont dues au temps de réponse du radar et au code d’acquisition qui sont mal synchronisés, ce point doit être amélioré à l’avenir. Ces données sont filtrées pendant le processus de validation. Le processus de rapatriement automatique des données doit également être amélioré, il est actuellement semi-automatique, c’est un opérateur qui doit le déclencher.

31

3.4.1 Limnigrammes

L’année 2014 a été très riche en évènements de crue avec une succession de 5 évènements en début d’année (entre janvier et février) puis pas moins de 8 évènements significatifs pendant la période d’observation de la SOP. Comme l’illustre la Figure 39 issue de la base de données BDOH.

Figure 39 : Limnigramme 2014 de l'Auzon à Vogüé-gare

32

3.4.2 Jaugeages et courbe de tarage sur l’Auzon à Vogüé-gare

Des jaugeages sont effectués depuis mi-2013 sur la station de Vogüé-gare. Seulement 3 jaugeages « traditionnels » ont pu être réalisés, 2 au courantomètres acoustique Flowtracker et 1 à l’ADCP Streampro. 12 jaugeages au radar de surface ont été réalisés durant les périodes d’observation renforcée dans le cadre du projet Floodscale. Une centaine de séquence LSPIV ont été exploitées avec Fudaa LSPIV pour compléter la courbe de tarage présentée Figure 42. Des analyses de sensibilité ont été effectuées en exploitant la même séquence en faisant varier la hauteur d’eau ou le transect utilisé, un exemple de champ de vitesse est présenté Figure 41. La courbe de tarage et son enveloppe d’incertitude ont été calculées avec le logiciel BaRatin en utilisant tous les jaugeages radar et traditionnels ainsi qu’un sous échantillonnage de jaugeages LSPIV répartis sur la gamme jaugée.

33

Figure 42 : Courbe de tarage de l'Auzon a Vogüé Gare (courbe valable jusqu’au 01/01/2015)

Figure 43 : Courbe de tarage de l'Auzon a Vogüé Gare calculée avec l'outil BaRatin (courbe valable jusqu’au 01/01/2015)

34

3.4.3 Hydrogramme 2014 de la station de l’Auzon à Vogüé gare

Figure 44 : Hydrogramme de la station de L'Auzon à Vogüé

L’hydrogramme montre un débit de crue de 294 m³/𝑠 le 4 novembre, cette crue peut être classée avec une de période de retour supérieure à 50 ans (calculé à partir de l’outil SHYREG) ce qui en ferait un évènement exceptionnel. L’évènement du 4 novembre a été particulièrement documenté avec plusieurs séquences d’images exploitées.

4 Bilan des jaugeages radar effectués pendant les SOP (Special

Observation Periods) du projet Floodscale

4.1.1 Les jaugeages par radar mobile

La technique de mesure des vitesses de surface par radar mobile est rapide et simple à mettre en œuvre pour des jaugeages en crue. L'intérêt principal de ces radars et de cette technique est de pouvoir explorer le champ de vitesse de surface sans contact avec la rivière. Dans le cadre des SOP Floodscale un protocole de mesure a été proposé par Irstea [Dramais, 2013] pour le jaugeage par radar mobile, il propose notamment une solution de déploiement pour les cas où la hauteur d’eau varie très rapidement dans le cours d’eau. Cette technique a été comparée à d’autres et validée dans des cas d’étude variés.

35

4.1.2 La SOP

Dans le cadre des SOP Floodscale des sections de mesure ont été identifiées et topographiées sur plusieurs affluents de l’Ardèche. Des jaugeurs ont été formés à l’utilisation des radars et ont été déployés sur le bassin de l’Ardèche pour effectuer des jaugeages pendant les évènements cévenols, ainsi en 2014, 45 jaugeages exploitables ont été réalisés par 13 jaugeurs, avec 2 radars, la répartition de ces jaugeages est présentée dans le Tableau 13.

Tableau 13 : Bilan des jaugeages SVR sur l'Ardèche depuis le début du projet ANR Flooscale (les lignes en gras correspondent à des stations LSPIV)

Station Rivière Jaugeages

SVR 2012 Jaugeages SVR 2013 Jaugeages SVR 2014 Jaujac Lignon 2 / 6 Meyras Ardèche / / 4 Pont-de-Labeaume Ardèche / / 5 Pont-d’Ucel Ardèche 2 / 4 Vals-les-Bains Volane 5 1 Vogüé Ardèche 1 3 4 Vogüé Auzon 2 2 9 Rosières Beaume / / 3 Gravières Chassezac / / 3 Vallon-Pont-d’Arc Ardèche / / 5

Lagorce Ibie / / 1 (+ mesure

36 Ces jaugeages ont permis d’améliorer les courbes de tarage des stations et de comparer les résultats de ces deux méthodes sans contact.

5 Conclusion

Les 4 stations LSPIV ont globalement bien fonctionné en 2014. Il est nécessaire de faire évoluer les technologies des caméras, ou d’envisager des éclairages infrarouges pour permettre des mesures dans des conditions avec moins de visibilité. Une mise à niveau électrique est aussi à envisager, notamment la remise en place d’onduleurs pour pallier les coupures récurrentes d’électricité à Jaujac et Vals les Bains. Des échelles à maximum ont été mise en place pour valider les côtes maximales mesurées par les radars limnimétriques.

Les ressources humaines et matérielles apportées par le projet ANR Floodscale ont permis d’améliorer les stations, leur suivi et l’anticipation pour la mesure des événements cévenols grâces aux équipes de prévisions de nos partenaires mais également celle mise en place spécifiquement pour les SOP HyMex.

37

6 Bibliographie

Mémoire de thèse

HAUET, A., Estimation de débit et mesure de vitesse en rivière par Large-Scale Particle Image Velocimetry. Hydrology. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00116889

Articles de revues scientifiques à comité de lecture

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Rapport technique

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Sites internet http://www.gorgesdelardeche.fr/ http://floodscale.irstea.fr/ http://www.rdbrmc.com/hydroreel2/ http://services.sandre.eaufrance.fr/ https://forge.irstea.fr/projects/baratin https://forge.irstea.fr/projects/fudaa-lspiv https://bdoh.irstea.fr/

39

7 ANNEXES

Annexe 1 : Diagnostic de fonctionnement des stations distantes LSPIV : Annexe à la procédure de contrôle sur poste d’appel automatique

40 Diagnostic de fonctionnement des stations

distantes LSPIV

Annexe à la procédure de contrôle sur poste d’appel automatique UR HHLY – Métrologie 2 14/12/2014 1/ 1 MO/HHMET/LGI-018 Vers. : Date : Page :

1 Objet et domaine d’application

Cette procédure décrit les étapes pour contrôler le bon fonctionnement des stations de mesure par vidéo RFM sur le bassin de l’Ardèche. Le principe est d’établir une communication entre deux machines reliées à internet, via le protocole SSH.

SSH : (OpenBSD Secure Shell) fait référence pour l'accès distant sécurisé sur les stations Linux.

2 Déroulement

2.1 Connexion à la station

Lancer l’application « X2goClient » et ouvrir une session. Un émulateur Linux apparaît avec deux menus : application et raccourci.

Dans le menu application choisir accessoires puis terminal Un terminal s’ouvre et apparaît une phrase du type : appelauto@ltsp3:

Rq: en tapant sur la touche « flèche haut » on rappelle les précédentes commandes utilisées dans ce terminal

Taper :

ssh root@80.15.72.107 -p 42424 Puis Entrée

Cette commande permet d’accéder à distance à la station de mesure dont l’adresse IP (ici l’Auzon cf. tableau 1) est indiquée dans la commande.

Deux types de réponse sont attendues :

 ssh: connect to host 80.15.72.107 port 42424: Connection refused Signifie que la station est injoignable actuellement.

 root@80.15.72.107's password:

Signifie que la station répond, taper le mot de passe (cf. tableau 1) puis valider.

Apparaissent alors quelques phrases d’information (ci-dessous), cette étape nous indique que l’on est connecté à la station et que l’on peut lui envoyer des commandes.

Linux rfm001 2.6.32-5-686 #1 SMP Fri May 10 08:33:48 UTC 2013 i686 The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software; the exact distribution terms for each program are described in the

individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent permitted by applicable law.

Last login: Mon Feb 10 08:42:33 2014 from ltsp3.lyon.cemagref.fr root@rfm001:~#

Rq : une fois connecté après avoir effectué les contrôles de bon fonctionnement taper exit puis valider pour se déconnecter de la station.

41 Quelle station Adresse IP Mot de passe Zéro Echelle mm (02/2014)

Le Lignon à Jaujac 80.14.138.184 rfm001 12752 La Volane à Vals les bains 80.14.188.126 rfm002 4316 L’Ardèche à Sauze 80.13.115.105 rfm003

L’Auzon à Vogüé 80.15.72.107 rfm004 13494

Tableau 1 : Identification des stations.

2.2 Consulter la hauteur d’eau instantanée root@rfm001:~#

Une fois connecté à la station, effectuer un contrôle instantané de la hauteur d’eau : Contrôle de la hauteur d’eau taper :

 rfm--wls

Ensuite valider et attendre quelques secondes, des commandes SDI12 sont envoyées au capteur qui en réponse donne la hauteur d’air sous le radar.

Réponse attendue : SCOM send 3 car. (IM!) F... SCOM send 4 car. (ID0!) Conversion methode SDI12 task rfm - water level= 3669mm root@rfm002:~#

Rq : une fois connecté après avoir effectué les contrôles de bon fonctionnement taper exit puis valider pour se déconnecter de la station.

2.3 Commandes complémentaires

Ces commandes sont indiquées à titre d’information mais n’ont pas lieu d’être utilisée à chaque contrôle hebdomadaire des stations de mesure.

2.3.1 Récupérer le fichier des hauteurs d’eau

Depuis le terminal sans se connecter aux stations (adapter l’adresse IP et le nom du fichier)  scp -P 42424 root@80.15.72.107:/data/logs/depth.log /tmp/auzon.txt

(ensuite répondre yes puis donner le mot de passe de la station consultée)

Le fichier txt des hauteurs d’eau de la station sera copié dans le dossier tmp de la machine virtuelle linux (au-dessus de home). Changer le nom du fichier pour chaque station. Récupérer le fichier par courriel via Zimbra ou autres.

2.3.2 Autres commandes et points utiles

Rq : Les commandes suivantes sont utilisées une fois connecté à la station :

 date

Consulte la date et l’heure de la station  rfm --help

42 task rfm : version 0.9.3

--help affichage help

--version affichage numero de version

--print affichage des parametres d'exploitation de l'application --wls demande et affichage donnees de mesure de hauteur d'eau --shoot Déclenchement de l'aquisition du niveau d’eau et d'une salve d'images

 consulter les N dernières lignes du fichier limni : tail -N /data/logs/depth.log

 lister les fichiers images présents sur la station : ls /data/images

 Un filtrage selon le nom des fichiers est possible, du style : ls /data/images/2014120*

(n'affiche que les images des 9 premiers jours du mois de décembre)  afficher le taux d'occupation des espaces mémoire :

df -h

2.3.3 Modifier les paramètres d’acquisition de la station (option expert)

Rq : La commande suivante est utilisée une fois connecté à la station :

Cette commande ouvre le fichier rfm.ini :  nano /etc/rfm/rfm.ini

Le fichier rfm.ini : descendre avec la flèche pour accéder à tous les réglages, quitter avec Ctrl X en sauvegardant les modifications. Puis rouvrir le fichier pour vérifier la bonne prise en compte des modifications souhaitées.

2.3.4 Stockage des images

Les images lors des dépassements de seuils de hauteur d’eau sont rapatriées et stockées sur le réseau interne irstea Lyon à l’adresse :

\\Hydromel\lspiv

2.3.4 Lire l’Exif d’une image Ouvrir une image avec Xnview

43 Diagnostic de fonctionnement des stations

distantes LSPIV

Annexe à la procédure de contrôle sur poste d’appel automatique UR HHLY – Métrologie 2 14/12/2014 1/ 1 MO/HHMET/LGI-018 Vers. : Date : Page :

Edition/Métadonnées/exporter les données Exif Ouvrir le fichier txt avec un bloc note

Contenu : [Camera]

Camera Manufacturer : TINO SYSTEM Camera Model : FI852A-4URXX

Software : RIVER FLOW MEASUREMENT 0.9.3 Date modified : 2014/02/07 15:46:28

[Image]

44 UR Hydrologie-Hydraulique Equipe métrologie Démarche Qualité 4 14/12/2014 1/ 1 MO/HHMET/MSP/003

Intervention sur stations rfm

LSPIV Ardèche Vers. :

Date : Page :

1. Se connecter en « root »

Une fois l’écran branché connectez vous en « root » Login : root

Password : rfm001 pour Jaujac, rfm002 pour Vals, rfm003 pour Sauze 2. Interroger la hauteur d’eau instantanée

Ensuite changer de répertoire vers rfmuser : [root@RFM00X ]# cd /home/rfmuser/ [root@RFM00X rfmuser ]# ./rfm –wls Il donne la valeur de hauteur d’eau en mm à renseigner sur la fiche de terrain.

3. Interroger le répertoire Image Se connecter en « root » (cf. 1)

[root@RFM00X ]# cd /home/rfmuser/images/ [root@RFM00X ]# ls

On peut alors voir tout le contenu du répertoire image. Autres :

[root@RFM00X ]# cd ..(change direction)

[root@RFM00X ]# ls ./home (lister dans le répertoire home)

[root@RFM00X ]# ls /data/images/201406* / (lister les images de juin 2014) 4. Installer une clé usb et récupérer les images en local

Définir le port usb (tty)

Se connecter en « root » (cf. 1)

[root@RFM00X ]# tail –f /var/log/messages

On place ensuite la clé et l’ordinateur reconnaît cette clé et le port sur laquelle elle est installé (de la forme sdXX) Tapez CtrlZ pour sortir de ce message

Créer un répertoire intermédiaire nommé « usb » [root@RFM00X ]# cd /mnt

[root@RFM00X ]# mkdir usb Monter la clé

[root@RFM00X ]# mount -t vfat /dev/sdXX/ /mnt/usb Changer de direction vers le répertoire image

45 On vérifie le contenu

[root@RFM00X ]# ls

On copie le contenu complet dans le répertoire [root@RFM00X ]# cp ./* /mnt/usb/

On copie seulement les images de septembre (par exemple) dans le répertoire [root@RFM00X ]# cp ./201009* /mnt/usb/

5. Faire un reboot de la station Se connecter en « root » (cf. 1) [root@RFM00X ]# reboot

Laisser le processus se terminer puis taper « exit » pour sortir 6. Effacer les images

Dans le répertoire rfmuser rm –f ./images/*.tiff Depuis le répertoire image rm *.tiff

7. Consulter la dernière rafale Se connecter en user

tail –f ./exif/messages

(Normalement on visualise le nom de l’image et la côte de l’eau) 7’. Consulter le depth.log

tail –f /data/logs/depth.log

8. Acquisition d’image instantanée (pour GRP par exemple) et copie sur clé

L'acquisition se fait à l'aveugle, donc mieux vaut imprimer au préalable une image de la station permettant ensuite d'évaluer sur le terrain si le GRP est dans l'image... ou regarder une image sur un PC portable. ************************

Montage/démontage de la clé USB: ************************

tail -f /var/log/messages

(permet de connaître le port sd*** pour commande suivante) mount -t vfat /dev/sd*** /mnt/cle

(le répertoire mnt/cle est alors créé) umount /mnt/cle

(Sert à désinstaller la clé avant éjection) ************************

Capture d'écran ************************

46 (toto.tiff est le nom donné à l'image, peut être toto.jpg également)

(le lien avec le n° de GRP et de point topo doit être faisable avec le nom du fichier toto et avec l'heure de création du fichier -> Tout noter et mettre n° GRP et n° point topo dans le nom du fichier toto).

9. Matériel nécessaire : Ecran, clavier (usb)

Convertisseur SDI 12 Ott et logiciel adéquat (pour l’utilisation du convertisseur SDI 12 se reporter à la notice constructeur).

47

Direction générale

1, rue Pierre-Gilles de Gennes CS 10030

92761Antony Cedex tél. +33 (0)140966121 fax +33 (0)140966225 www.irstea.fr