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BaRatin, un outil pour des courbes de tarage plus robustes

De Wikigeotech


WIKHYDRO - Baratinage par Wikhydro


WIKHYDRO - Présentation Baratin par Wikhydro

Le plus souvent, les enregistrements continus de débits dans les cours d'eau sont basés sur de simples relations hauteur-débit (courbes de tarage), construites sur la base d'hypothèses implicites ou explicites sur les contrôles hydrauliques en présence. Ces relations sont calibrées à l'aide de mesures de couples hauteur-débit appelées «jaugeages ».

Parmi d'autres méthodes, l'inférence bayésienne a récemment émergé comme un cadre prometteur pour l'établissement de relations hauteur-débit et pour estimer l'incertitude associée de façon rigoureuse. Une méthodologie et les outils nécessaires (logiciel Baratin et son interface graphique BaRatinAGE) ont été développés pour aider à analyser les courbes d'étalonnage fixes, c'est à dire avec une relation hauteur-débit supposée constante sur la période (aucun détarage).

La première étape consiste à déterminer des a priori hydrauliques (lois hydrauliques contrôlant l'écoulement et les paramètres de ces lois) à partir de l'analyse de la zone d'étude (Figure 1) et d'une simulation numérique lorsque cela est utile, en particulier pour l'extrapolation de la relation hauteur-débit pour des débits élevés non jaugées.

Fig1.png

Dans la méthode Baratin, la courbe d'étalonnage est considérée comme une composition par morceau de lois puissance. Le caractère « par morceau » reflète le contrôle de l'écoulement par les différents éléments de contrôles hydrauliques présents (chenal, seuil, lit majeur etc.), ces contrôles s'activant à différentes gammes de niveau d'eau (Figure 2).

Généralement, les lois utilisées sont l'équation de Manning-Strickler pour les contrôles de l'écoulement par le chenal, et les équations hydrauliques classiques pour les ouvrages hydrauliques courants. Des distributions statistiques sont ensuite attribuées a priori à chaque paramètre des lois de chaque contrôle hydraulique identifié.

Deuxièmement, l'incertitude de chaque jaugeage doit être quantifiée. Ces incertitudes sont prises en compte individuellement dans une chaîne de Markov Monte Carlo qui génère un grand nombre de courbes de tarage réalistes. A partir de ces résultats (« spaghettis »), il est possible de calculer la courbe de tarage statistiquement la plus probable (Figure 2) et l'intervalle d'incertitude au niveau de confiance requis (95% généralement) (Figure 3). Les paramètres ainsi calculés doivent avoir une signification physique réaliste, une telle vérification permet d'évaluer leur pertinence.

Fig2.png Fig3.png

La méthode a été appliquée à des stations hydrométriques sur des cours d'eau de tailles variées, avec une diversité dans les combinaisons de contrôles hydrauliques, ainsi que dans les densités et les incertitudes sur les jaugeages. La méthode permet d'estimer la réduction de l'incertitude apportée par l'effort de la mesure de terrain, la présence d'une structure de contrôle artificiel, par la connaissance ou la modélisation de contrôles hydrauliques, etc. Le procédé permet également de valoriser pleinement des jaugeages plus incertains menés lors d'une forte crue à l'aide de flotteurs, vélocimètres radar, analyse de séquences d'images, et même des estimations de débit de pointe a posteriori lors de retours d'expérience.

Le logiciel baratin et son interface multilingue BaRatinAGE (Figure 4) sont distribués gratuitement par Irstea. Une perspective de développement est de prendre en compte une non stationnarité progressive (végétation) ou soudaine (affouillement lors d'une inondation) en utilisant des relations hauteur-débit avec paramètres variables dans le temps. La méthode pourrait également être appliquée à d'autres courbes de tarage utilisés en hydrométrie, tels que les courbes de tarage bi-modales, relations par indice de vitesse, ou les relations de turbidité par exemple.

Fig4.png

Cet outil a été rédigé par Jérôme Le Coz(1), Benjamin Renard(1), Laurent Bonnifait(2), Raphaël Le Boursicaud(1), Flora Branger(1) 1Irstea, UR HHLY, Hydrology-Hydraulics, Lyon, France 2DRIEA / CETE Ile-de-France, Trappes, France

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