La hauteur

Incertitude de la Hauteur

Introduction

Le niveau de l’eau est la hauteur de la surface de l’eau, généralement donné en mètres ou centimètres, au-dessus d’un certain plan de référence où le débit du cours d’eau est considéré nul, ou en tout cas en dessous des plus basses eaux possibles. Le niveau zéro de la hauteur est arbitraire, mais il est souvent choisi proche du zéro débit (surtout sur les petits cours d’eau).

Description de la source d’incertitude

Les principaux capteurs utilisés dans le domaine de l’hydrométrie sont : les sondes de pression, les capteurs bulle à bulle, les ultrasons émergés et immergés, les codeurs à flotteur, les radars. Les constructeurs annoncent une imprécision pour la pleine échelle de leur capteur qui est généralement bien en dessous de 1 %.

L’incertitude sur la hauteur est inhérente au capteur de niveau, et varie suivant le type de matériel utilisé et suivant que l’on est sur une rivière de plaine à vitesses d’écoulement lentes, ou si l’on est en crue dans un torrent de montagne. En effet, certains capteurs sont sensibles à la pression qu’exerce le courant sur leur extrémité, d’autre, sont plus ou moins réactifs aux montées rapides des eaux et enfin certains, aériens, sont sensibles aux différences de température entre leur environnement et celui du plan d’eau.

Amplitude classique de l’incertitude de la source

Incertitude liée au matériel

Dans une étude menée en 1993 sur 87 stations de leur réseau, majoritairement équipées de capteur bulle à bulle, EDF DTG a estimé que l’incertitude sur la détermination des débits de crue consécutive à l’incertitude intrinsèque du capteur de niveau, était comprise entre 0,5 et 3 % avec une moyenne de 1 %, et à 3 % pour des cas plus extrêmes de vitesses élevées ou de gradient de montée des eaux rapides.

Incertitude liée à la dérive du capteur

Lors des passages sur le terrain, la hauteur du plan d’eau est lue à l’échelle limnimétrique, puis contrôlée au niveau de la centrale d’acquisition. Il existe dans la littérature ou dans certaines démarches qualités des consignes en cas de dérive sur les capteurs. Les bonnes pratiques font que, si le gestionnaire de la station constate un décalage de 1 cm (plan d’eau très calme) à 10 centimètres (plan d’eau avec remous, batillage) entre l’échelle et le capteur, celui-ci est recalé. En cas de lecture incertaine, voire impossible de l’échelle, aucun recalage n’est effectué, mais examiné a posteriori.

La fréquence entre deux contrôles sur le terrain, varie généralement d’une semaine (pour les gestionnaires bénéficiant d’observateurs de crues) à 2 mois pour d’autres. Une incertitude existe sur la cote publiée sur les serveurs temps réel et importée dans les modèles de prévision (cote fournie par le capteur). Dans les cas les plus courants de dérive, une différence de moins de 3 centimètres est constaté. Mais on peut, dans certain cas de panne, avoir une différence de plusieurs dizaines de centimètres (un exemple de codeur à flotteur bloquée en montée de crue est donné en figure 1).

Incertitude liée au concentrateur des données

Même minime, il peut y avoir une incertitude, ou plutôt une erreur sur la valeur réelle de la hauteur collectée. En effet, selon les concentrateurs, la hauteur est : arrondie à l’unité du nombre (le plus souvent au cm), ou arrondie à la valeur supérieure. On a même vu, pour des valeurs négatives, un concentrateur ajouter -1 et donc être à 2 centimètres de la valeur réelle. Bien entendu, pour des niveaux de crue l’erreur est minime, mais pour des débits de référence d’étiage, elle est non négligeable.

Incertitude liée à la configuration du terrain

La hauteur récupérée par un concentrateur en temps réel, hauteur qui donc n’est pas validée par un contrôle terrain, peut dans certains cas, être source d’une erreur importante du fait de son caractère influencé.

• Exemple 1. Sur un cours d’eau en crue disposant d’une section relativement étroite, sous un pont, un embâcle pendant une crue peut faire monter artificiellement le niveau du plan d’eau et induire une erreur de +30 % au final sur le débit. Une des possibilités d’être alerté de cette erreur en temps réel, est l’affichage d’une période de retour de crue largement supérieur à ses voisines (Fig. 2). Lors du passage sur le terrain après la décrue, il ne sera pas aisé de détecter l’importance de l’erreur.

• Exemple 2. Sur un cours d’eau en étiage, disposant d’un contrôle hydraulique large type seuil béton et d’une faible hauteur d’eau : 1 centimètre de végétaux sur le seuil peut induire au final une erreur de +30 % voire plus sur le débit diffusé en temps réel. On peut être alerté de cette erreur en temps réel par l’affichage d’une situation humide de la station par rapport à ses voisines. Le passage sur le terrain fera que l’erreur sera corrigée.