Incertitude des mesures de débit des cours d’eau au courantomètre. Amélioration des méthodes analytiques et apports des essais interlaboratoires

Uncertainty in discharge measurements using the velocity-area method. Improvement of analytical methods and contribution of field inter-laboratory experiments

• Auteur / Autrice : Aurélien Despax
• Direction : Anne-Catherine Favre Pugin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 27/09/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement - Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement
• Jury : Président / Présidente : Michel Esteves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Belleville, Dominique Berod, Michel Lang, Rachel Puechberty, Jérôme Le Coz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jan Seibert, Jean-Luc Bertrand-Krajewski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Débitmètres

Cours d'eau

Hydraulique

Hydrologie fluviale

Mots clés libres

Hydrométrie

Incertitude

Débit

Jaugeage

Métrologie

Hydrometry

Uncertainty

Stream discharge

Streamflow measurement

Résumé

Lors des crises (sécheresses ou crues) les données hydrométriques participent directement aux processus de décision pour la gestion en temps réel de la ressource en eau mais également à l'analyse a posteriori pour le règlement des litiges. Pour pouvoir prendre des décisions cohérentes, il est alors essentiel de connaître l'incertitude associée aux données de débit. Si les techniques hydrométriques se sont nettement améliorées au cours des dernières décennies, l'estimation des incertitudes reste un défi pour la communauté de l'hydrométrie.Cette étude, portant sur la quantification des incertitudes des jaugeages au courantomètre, s'inscrit dans une suite de travaux récents dont la perspective vise la mise à jour potentielle de la norme ISO 748. Une méthode de propagation analytique des incertitudes, nommée FLAURE, est exposée dans ce manuscrit. Elle permet de pallier les inconvénients des méthodes existantes et vise l’objectivation des différentes sources d’incertitude. Une attention particulière est portée au terme prépondérant d’incertitude dû à l’intégration latérale des profils de vitesse et de bathymétrie (u’m). Pour cela un lien a été établi entre un indice de qualité d’échantillonnage et les erreurs d’interpolation latérale des profils grâce à l’étude de jaugeages à haute résolution latérale de mesure.En l’absence d’étalon de référence en termes de débit d’un cours d’eau, l’apport des essais interlaboratoires, permettant d’obtenir une estimation de l’incertitude dans les conditions des essais, est discuté. La confrontation des approches analytiques à deux campagnes d’essais interlaboratoires a montré les limites de ces deux approches et n’a pas permis de mettre en évidence une méthode analytique fiable. Néanmoins, la multiplication des campagnes d’essais de ce type dans des conditions variées permettra, à terme, d’aboutir à un calcul d’incertitude plus fiable grâce notamment à l’estimation de composants d’incertitude jusqu’alors omis.

During crisis (droughts or floods) hydrometric data are essential for decisions, in real-time, related to water resource management but also afterwards in cases of disagreement. Discharge measurements are the first step to produce such data and associated uncertainty has to be estimated in order to make coherent decisions. Although discharge measurements techniques have improved in recent years, uncertainty analysis is still a challenge in hydrometry.This study aims to estimate uncertainty in discharge measurements using the velocity-area method with potential perspective of ISO 748 standard updating. Different analytical methods, that follow the guide to the expression of uncertainty in measurement, are available in the literature, all with their own limitations and drawbacks. To address the limitations of existing methods, this study presents a new methodology, called FLAURE, to estimate the uncertainty components. Special attention is given to the estimation of u’m component related to cross-sectional interpolation errors. High-resolution reference gaugings are used to assess the uncertainty component through a statistical analysis. The method then establishes an explicit link between the estimation of cross-sectional interpolation errors and a sampling quality index.It is a challenging task to assess which analytical method provides the best uncertainty estimation due to the lack of streamflow measurement reference standards in natural streams. A useful tool to empirically estimate the uncertainty of a gauging method is the field inter-laboratory experiments. This study presents a comparison between analytical methods and two field inter-laboratory experiments. The comparison has shown the limits of these two approaches and has not highlighted the best analytical method. However, further comparisons, with various site conditions, between the two approaches will probably consolidate analytical methods and improve the reliability of discharge uncertainty estimates.