World Hydrological Cycle Observing System (WHYCOS) - … · 2014-10-09 · solide et gazeuse. On la trouve, en outre, dans les trois principaux espaces environnementaux facile-ment

2.1 INTRODUCTION–LECYCLEHYDROLOGIQUE,OBJETD’OBSERVATION

L’eau est présente sur la Terre en quantités impor-tantes sous ses trois phases physiques: liquide, solide et gazeuse. On la trouve, en outre, dans les trois principaux espaces environnementaux facile-ment accessibles à l’homme: l’atmosphère, les mers et océans et les continents. Du fait que l’eau passe aisément d’un espace à l’autre et d’une phase à l’autre en fonction de son environnement, elle constitue un milieu dynamique aux caractéristiques variables dans l’espace et dans le temps. Le système terrestre de multiples réservoirs disponibles pour le stockage de l’eau et la multitude des flux entre ces derniers a été conceptualisé sous forme de cycle hydrologique, représenté dans la figure I.2.1. Traditionnellement, la science hydrologique n’en-globe pas la totalité du cycle de l’eau, mais se limite à sa partie continentale et à ses interactions avec les océans et l’atmosphère.

Du fait que l’homme passe la majeure partie de son temps sur les terres émergées et que l’eau lui est à la fois une matière vitale et un danger potentiel, la connaissance hydrologique est précieuse pour notre survie et notre bien-être. De manière traditionnelle, l’acquisition de cette connaissance passe par des mesures ponctuelles des stocks et des flux d’eau en différents points dans l’espace et dans le temps. L’analyse et la synthèse de ces mesures, ou données, est la source des connaissances et de l’information hydrologiques. Le volume II de ce guide traite de l’analyse hydrologique.

Deux des équations de base décrivant la physique du cycle hydrologique sont également pertinentes pour décrire les systèmes utilisés pour effectuer la mesure de ses propriétés transitoires: a) l’équation de conservation de la masse et b) l’équation de continuité de l’énergie. Par exemple, une forme de l’équation de conservation de la masse:

Q = AV (2.1)

Précipitations océaniques

Eau atmosphérique

Stockage cryosphérique

Écoulement de fonte vers les

rivières

Précipitationscontinentales

Domaine continental

Pertes

Sources

Surface continentale

Ruissellement

Eaux océaniques

Stockage souterrain

Écoulement souterrain

Stockage d’eau douce

Surface océanique

Domaine océanique

Écoulement descours d’eau

Transpiration

Infiltration

Évaporation

Département de l'intérieur desÉtats-Unis d'AmériqueU.S. Geological Survey

CHAPITRE 2

MÉTHODES D’OBSERVATION

Figure I.2.1. Le cycle hydrologique

GUIDE DES PRATIQUES HYDROLOGIQUESI.2-2

sert souvent pour la détermination du débit dans un ruisseau ou un canal. Dans cette équation, Q est le flux par unité de temps à travers une section transversale du chenal, de surface A et de vitesse moyenne V. Habituellement, le flux par unité de temps ou débit ne peut pas être mesuré directement pour les cours d’eau, même de taille modeste. Une section transversale, en revanche, peut être mesurée à partir de son profil, et les vitesses au moyen de courantomètres. Ainsi l’utilisation de cette équa-tion, décrite en détail au chapitre 5, a permis la mesure des débits même des plus grands fleuves du monde.

Un autre exemple du rôle de l’équation de conser-vation de la masse concerne l’évaporation de l’eau d’un lac. Dans ce cas, l’équation prend la forme:

P + I – O – E = ∆S (2.2)

où, durant la période d’observation considérée, P est la quantité d’eau précipitée sur la surface du lac, I et O les entrées et les sorties des eaux respective-ment superficielles et souterraines, E la quantité d’eau évaporée par la surface du lac, et ∆S la varia-tion de volume de l’eau du lac.

Les précipitations peuvent être mesurées selon les techniques décrites au chapitre 3; les entrées et sorties d’eau peuvent être mesurées en utilisant les techniques des chapitres 4, 5 et 6; la variation du volume d’eau du lac peut être déterminée en mettant en rapport la différence de niveau de la surface entre le début et la fin de la période d’obser-vation avec son volume à ces dates. La mesure du niveau fait l’objet du chapitre 5. Quatre des cinq termes de l’équation 2.2, étant soit mesurés, soit observés, on peut calculer algébriquement le cinquième, l’évaporation.

Des observations hydrologiques systématiques sont au cœur même du développement de bases de données d’informations et de connaissances, néces-saires à une gestion efficace des ressources en eau. Ce chapitre aborde un certain nombre de sujets qui sont fondamentaux pour le fonctionnement des réseaux d’observations hydrologiques et météorolo-giques et pour la production de l’information hydrologique.

Le chapitre donne un aperçu des normes et codes hydrologiques, de la précision des mesures, des concepts de planification des réseaux, des méthodes d’observation, des mesures de caractéristiques physiographiques, du rôle des données hydrolo-giques dans les systèmes d’information et des liens

avec le développement durable. Certains de ces sujets sont discutés ci-après plus en détail dans ce volume. Quand c’est le cas, des renvois aux sections correspondantes sont fournis.

2.2 SYSTÈMESD’INFORMATIONPOURLESRESSOURCESENEAU

2.2.1 Besoinsendonnéesetinformations

Le Rapport de la Conférence internationale sur l’eau et l’environnement tenue à Dublin, en janvier 1992 (Nations Unies, 1992a), fournit une estima-tion pouvant faire référence quant à l’importance des ressources en eau pour l’environnement et l’économie de la planète. Ses conclusions spéci-fiques sur les politiques publiques mettent en relief le rôle qu’ont à jouer les services hydrologiques vis-à-vis d’objectifs liés au développement durable. La conférence a traité les sujets suivants:a) Développement et gestion intégrés des

ressources en eau; b) Estimation des ressources en eau et impacts du

changement climatique sur ces ressources; c) Protection des ressources en eau, de la qualité

de l’eau, et des écosystèmes aquatiques; d) L’eau et le développement urbain durable,

alimentation en eau potable et assainissement dans un contexte urbain;

e) L’eau pour une production alimentaire et un développement rural durables et alimenta-tion en eau potable et assainissement dans un contexte rural;

f) Procédures d’action et de coordination aux niveaux global, national, régional et local.

Le chapitre 3 du volume II examine l’évolution de la gestion intégrée des ressources en eau et fournit des exemples des meilleures pratiques. La nature des informations qui seront nécessaires pour répondre aux besoins d’une gestion intégrée des ressources en eau est difficile à prévoir. Les meilleures idées viendront, peut-être, de l’examen des ten-dances récentes en matière de gestion de l’eau (section 2.2.4). Comme les données sont recueillies pour l’usage des gestionnaires de l’eau, que ce soit dans des organismes gouvernementaux ou privés, l’évolution la façon dont l’eau est gérée influencera les demandes de données et d’information.

Les impacts de ces changements peuvent inclure:a) Une compétition croissante pour l’eau abou-

tissant à une augmentation de la valeur des réserves disponibles, et en définitive à la redéfi-nition des biens et services en fonction de leur

CHAPITRE 2. MéTHODES D’OBSERVATION I.2-3

contenu en eau; ce qui peut être exacerbé par la baisse à la fois des disponibilités en eau et de sa qualité dans de nombreuses zones;

b) Des pressions économiques aboutissant à plus de frais pour l’utilisateur, de partage des coûts et de financement local des programmes; avec un glissement simultané de l’accent mis sur les activités liées au développement de la ressource vers les programmes environnemen-taux et la gestion de la demande;

c) Un intérêt croissant pour la conservation et la réutilisation de l’eau dans toutes les phases du développement du projet; dans certaines régions, recycler les eaux coûte désormais moins cher que fournir de l’eau douce;

d) Une législation environnementale conçue pour rendre les pollueurs et les usagers redevables de leurs impacts sur les ressources disponibles;

e) Des mesures juridiques pour s’assurer que les usagers et les gestionnaires de l’eau justifient leurs besoins, usages et pratiques de gestion; une priorité croissante devant être accordée aux usages environnementaux de l’eau (par exemple poissons et habitats de la faune) par opposition aux usages économiques tradition-nels (par exemple agriculture et industrie);

f) La promotion de la gestion de l’eau à l’échelle régionale ou à celle du bassin versant comme moyen pour résoudre les problèmes et conflits transfrontaliers.

Ces tendances montrent que des efforts pour une plus grande coordination dans la collecte des données seront nécessaires pour répondre aux besoins futurs des gestionnaires de l’eau. La gestion des eaux est de plus en plus intégrée dans les disci-plines et spécialités; il s’ensuit que des données compatibles, quantitatives et qualitatives, sur les eaux de surface et souterraines, ainsi que pour des régions et des bassins particuliers seront néces-saires. Les problèmes actuels d’accessibilité, de compatibilité et de fiabilité des données devront être résolus pour répondre à ces besoins. En outre, les défis de la gestion de l’eau sont étroitement liés avec ceux de la gestion de l’environnement ou de celle des écosystèmes. Par conséquent, une approche de plus en plus holistique de la gestion est nécessaire.

Même si de nombreux utilisateurs continueront encore à avoir besoin de données à des fins de conception ou d’analyse, une attention croissante doit être portée au besoin d’une information régio-nale exhaustive sur les eaux superficielles, capable de répondre à différents types de questions et de problèmes. Ce qui signifie que l’ensemble des infor-mations, fiches de renseignements et résumés,

cartographie des eaux superficielles et des précipita-tions, estimations hydrologiques par bassin et région et informations relatives à l’estimation de la qualité de l’eau et aux problèmes des eaux souter-raines doivent être disponibles. L’utilisation, en temps réel, des données sur l’eau continuera à croître pour répondre à de nombreux besoins.

2.2.2 Systèmesd’informationhydrologiques

Le présent volume du guide traite des activités de terrain de l’hydrologie opérationnelle. Cependant les données produites par des activités de terrain ont peu ou pas de valeur si elles ne sont pas fiables et facilement accessibles aux utilisateurs poten-tiels. Dans un service hydrologique donné, l’hydrologie opérationnelle peut être considérée comme un système d’information fournissant une base conceptuelle pour le développement d’ap-proches adaptées et garantissant que les bonnes données sont disponibles dans la bonne forme, au bon endroit et au bon moment. La figure I.2.2 présente les composantes d’un système d’informa-tion hydrologique. Idéalement, un système d’information fait partie d’une séquence naturelle d’actions et décisions commençant par la percep-tion d’une opportunité et culminant dans la mise en œuvre des décisions qui en maximisent les impacts positifs.

Un système d’information hydrologique combiné avec une série de modèles – physiques, statistiques ou socioéconomique – constitue un système d’aide à la décision. En ayant fortement à l’esprit les exigences de l’aide à la décision, le concepteur du système d’information peut spécifier les procé-dures à mettre en œuvre pour analyser les données hydrologiques. Ces techniques d’analyse des données peuvent utiliser un seul modèle ou une combinaison de modèles prenant en compte la nature probabiliste, stochastique ou déterministe des phénomènes hydrologiques étudiés. Le volume II de ce Guide (en particulier les cha-pitres 5 à 7), traite de plusieurs de ces techniques d’analyse des données.

La collecte proprement dite des données peut commencer à ce point de la séquence, et c’est aussi en ce point que le feedback, représenté par une flèche en tireté dans la figure I.2.2, commence à prendre place. Les étapes précédentes ayant été fondées sur un certain niveau de connaissance des conditions hydrologiques, lorsque les données sont collectées ce niveau augmente et de nouvelles tech-niques d’analyse des données et une nouvelle conception du réseau peuvent devenir appropriées.


Les recommandations pour la collecte des données sont données dans la section 2.5.

Sur la figure I.2.2, il est possible de voir que l’assu-rance qualité est une partie intégrante du système d’information et intervient dans toute la séquence, des activités de terrain à la diffusion des données et des informations. En raison de son omnipré-sence, on trouvera des recommandations pour l’assurance qualité tout au long de ce volume.

Aucune discussion autour des systèmes d’informa-tion ne peut être complète sans mentionner les systèmes de gestion des données. L’information contenue dans un solide système de gestion des

données est accessible non seulement pour les usages pour lesquels les données ont été collectées, mais aussi pour une multitude d’autres usages qui peuvent ne jamais avoir été anticipés. Cependant cette soli-dité a un prix. Les options inhérentes aux systèmes robustes tendent à rendre leur utilisation difficile, requérant des formations plus approfondies. Ce qui représente la première part du prix, part qui peut être minimisée par la conception de systèmes convi-viaux. Le deuxième facteur du prix est la perte potentielle d’informations que la solidité du système implique. En effet, un système de gestion de données ne pouvant tout faire et satisfaire tout le monde, des compromis doivent être faits qui se traduisent d’habitude par une compression et la perte de

Technologie d’analyse de

données

Conception de réseaux de

données

Procédures d’assurance de

qualité

Collecte des données

Système de gestion des

données

Information

Système d’information

Objectif(s)

Technologie de décision

Impact

Figure I.2.2. Composantes d’un système d’information hydrologique


données et de leurs attributs. Pour limiter cette perte, des sous-systèmes retenant davantage de données objectives et spécifiques peuvent être ajoutés au système central solide. Ces systèmes sont débattus au chapitre 10. La technique actuelle permet le dévelop-pement de systèmes d’informations hydrologiques distribuées incluant des métadonnées consultables. À condition que les questions de sécurité informa-tique soient pleinement prises en compte, les systèmes virtuels de données fournissent un moyen efficace et solide d’accès aux données et informa-tions nécessaires à la prise de décision.

Le produit ultime du système d’information est obtenu par traitement des données selon la même technique d’analyse que celle qui a, initialement, déterminé la conception du réseau de mesure. Cette phase aboutit à l’intégration de l’information hydrologique dans un processus de décision conçu de façon à avoir un impact optimal. Le moyen d’obtenir cette optimisation tient en la compatibi-lité entre la technique décisionnelle, la technique d’analyse des données et le réseau de mesure.

Un réseau d’information bien conçu repose sur une synergie obtenue de trois façons. Premièrement, l’information est un produit qui n’est pas détruit par son utilisation. Ainsi, si l’information est correctement stockée, elle reste disponible à moindre coût pour différents usages non prévus lors de sa collecte. Deuxièmement, l’information peut être utilisée pour améliorer la compréhension des processus hydrologiques. Cette compréhen-sion améliorée accroît la quantité d’information contenue dans les données déjà acquises ou qui seront acquises dans le futur. Troisièmement, la synergie évolue en s’appuyant sur la réalisation des autres synergies. De nouvelles approches et techniques de conception de systèmes d’informa-tion, tout comme les données qu’ils contiennent sont des ressources réutilisables.

2.2.3 Utilisationdesinformationssurlesressourceseneau

Les Services hydrologiques ou hydrométéorolo-giques ou les agences associées ont été créés dans les pays pour la collecte systématique des données sur la ressource en eau, leur archivage et leur diffusion tels que décrit ailleurs dans ce volume. Leur rôle principal est de fournir aux décideurs une informa-tion sur l’état et l’évolution des ressources en eau. Une telle information peut être demandée dans plusieurs buts (OMM/UNESCO, 1991):a) Évaluation de la ressource en eau d’un pays

(quantité, qualité, distribution temporelle et spatiale), du potentiel pour un développement

lié à l’eau et de la capacité des approvisionne-ments à faire face aux demandes actuelles et prévisibles;

b) Planification, conception et réalisation de projets d’aménagement liés à l’eau;

c) Évaluation des impacts sur l’environnement, l’économie et la société des pratiques, exis-tantes et projetées, de gestion de la ressource en eau et planification de saines stratégies de gestion;

d) Renforcement des mesures de sécurité pour les personnes et les biens en prévision d’aléas hydrologiques, en particulier inondations et sécheresses;

e) Répartition de l’eau entre des usages concur-rents, tant à l’intérieur du pays qu’au-delà de ses frontières;

f) Respect des exigences réglementaires.

Le plus souvent, l’information concernant la ressource en eau est collectée pour des besoins parti-culiers comme, par exemple, pour un projet d’usine hydroélectrique. Cependant, de plus en plus, la concurrence qui existe entre les différentes utilisa-tions d’une eau rare, exige une gestion intégrée de la ressource, de façon que les interactions entre les divers projets soient prises en compte. Cela augmente la charge de travail des organismes gestionnaires de l’information sur la ressource en eau, parce que plusieurs types d’informations sont nécessaires simultanément, et doivent être présen-tés sous une forme différente pour chaque utilisateur. Il est donc essentiel que les agences d’évaluation comprennent les besoins de tous leurs utilisateurs, et non plus seulement les besoins de ceux avec qui elles ont l’habitude de travailler. Encore plus exigeante est la nécessité de projeter les futurs besoins des utilisateurs de données et de commencer à collecter l’information avant qu’une demande ne soit clairement exprimée. Il est donc nécessaire que la conception et la mise à jour des réseaux de données, et spécialement des stations principales, soient coordonnées pour garantir que les stations de contrôle des différents éléments du cycle de l’eau soient suffisamment nombreuses et bien réparties géographiquement pour former un réseau intégré (2.4). Une telle approche devrait mettre en valeur les informations contenues dans les séries de données pour répondre autant aux besoins connus qu’à ceux futurs non encore prévus.

Avec la reconnaissance croissante de certains sujets, comme la possibilité d’un changement climatique et l’impact des activités humaines (comme l’urbani-sation) sur l’environnement, l’information requise est de plus en plus importante en tant que fonde-ment à l’aménagement et le développement durable


de la ressource en eau. Le volume II, chapitre 3, présente les arguments pour cette gestion intégrée des ressources en eau et des éléments des meilleures pratiques dans ce domaine.

2.2.4 Typesd’informationsconcernantlaressourceeneau

La diversité des usages possibles de l’information sur la ressource en eau implique qu’il y ait un éventail considérable de types de données. L’information conventionnelle sur la ressource en eau est composée en particulier des statistiques d’un certain nombre d’éléments hydrologiques et météorologiques incluant ce qui suit (OMM/UNESCO, 1991):a) Précipitations, par exemple pluie, neige et

ruissellement du brouillard;b) Hauteurs d’eau et débits des cours d’eau,

niveaux des lacs et des réservoirs;c) Niveaux des nappes d’eau souterraine;d) Évapotranspiration;e) Concentration des matières en suspension et

charge solide des rivières;f) Qualité (bactériologique, chimique et physique)

des eaux de surface et souterraines.

Les statistiques comprennent:a) Débit moyen annuel, mensuel ou valeurs

moyennes saisonnières;b) Maxima, minima et quantiles sélectionnés;c) Mesures de la variabilité, comme l’écart type;d) Enregistrements continus sous la forme, par

exemple, de l’hydrogramme d’un cours d’eau.

On demande à la fois des données historiques et des données en temps réel afin de pourvoir à tout l’éventail des besoins qui vont de la gestion de la ressource en eau à la conception de projets et à la prévention des crues. La prévision des crues et des étiages (volume II, chapitre 7) peut nécessiter des données synthétiques pour le futur simulées par des modèles numériques de débits (volume II, section 6.3.4).

La publication Évaluation des ressources en eau — Manuel pour une étude d’appréciation des activités nationales (UNESCO/OMM, 1988) recense un certain nombre de programmes sur la ressource en eau pour lesquels une information hydrologique est demandée (tableau I.2.1).

Ces derniers rassemblent une quantité importante de données et d’informations liées à l’eau que les Services hydrologiques et les autres agences peuvent être amenées à collecter et archiver. Les priorités sont différentes suivant les pays et leur

niveau de développement économique et social, la sensibilité de leur environnement à l’influence de l’activité humaine, et la nature de l’environne-ment physique en lui-même, comme le climat, la topographie, et l’abondance ou non de l’eau.

Un programme efficace d’évaluation des ressources en eau a des exigences essentielles:a) Données de bonne qualité devant permettre

des analyses statistiques fiables; b) Les données et les informations fournies

doivent correspondre aux demandes des utilisateurs;

c) Le programme d’observation intégrée, dans lequel les mesures de plusieurs variables sont faites simultanément, doit être structuré pour fournir le plus grand nombre de valeurs;

d) D’autres types d’informations, compatibles et pouvant être analysées avec les informations sur la ressource en eau, devraient être disponibles;

e) Un système efficace d’archivage et de diffusion des données, garantissant qu’elles ne soient ni perdues ni altérées, et les mettant à dispo-sition sous une forme qui permette l’analyse (chapitre 10).

Les exigences ci-dessus peuvent être satisfaites par l’utilisation des technologies contemporaines (par exemple la télémétrie pour des données en temps quasi réel) par la mise en œuvre de bases de données informatisées et consultables, par l’utili-sation de la télédétection pour recueillir plus efficacement les informations géographiques et par les Systèmes d’information géographiques (SIG) (section 2.6.7) pour analyser les données spatialisées. Dans le même temps de nouveaux dispositifs informatiques d’archivage et l’utilisa-tion de l’Internet rendent les données plus accessibles. Néanmoins, la technologie n’est pas la seule exigence et un personnel qualifié et bien géré est même souvent d’une importance plus fonda-mentale. Comme les ressources financières sont de plus en plus limitées dans beaucoup de pays, il devient de plus en plus vital que des structures organisationnelles efficaces soient mises en place pour garantir que ces ressources sont utilisées avec le meilleur rendement possible.

En plus des mesures les plus classiques, il est de plus en plus admis qu’il est nécessaire de mesurer d’autres aspects des milieux d’eau douce et de l’en-vironnement au sens large dont l’eau douce n’est qu’un élément parmi d’autres. Ceci inclut entre autres:a) Les volumes d’eau prélevés pour l’industrie,

l’alimentation en eau potable, l’agriculture et


la navigation qui modifient désormais de façon significative le cycle hydrologique dans de nombreux bassins versants;

b) Les caractéristiques des rivières et les volumes nécessaires pour les usages internes au cours d’eau, par exemple, les habitats d’eau douce pour les poissons et les activités aquatiques récréatives;

c) Les caractéristiques des bassins versants qui peuvent être liées à l’hydrologie, par exemple, les types de végétation, l’humidité du sol, la topographie et les caractéristiques des aquifères;

d) Les préoccupations environnementales, par exemple, l’eutrophisation des lacs et les dommages causés aux eaux douces naturelles et aux écosystèmes des estuaires.

2.3 SYMBOLESHYDROLOGIQUES,CODESETPRÉCISIONDESMESURES

2.3.1 Unitésetsymboles

Il est souhaitable de normaliser les unités et les symboles et cela peut être fait à l’aide des recom-mandations figurant dans les tableaux I.2.2 à I.2.4 (ISO, 1993). Les unités usuelles et les facteurs de conversion correspondants sont également donnés. Tous les symboles et unités utilisés dans le Guide sont conformes à ceux donnés dans ces tableaux.

2.3.2 Codeshydrologiques

2.3.2.1 Généralités

Tous les systèmes de transmission de données utilisent des méthodes de codage pour garantir une

Tableau I.2.1. Information hydrologique requise pour les projets de ressources en eau

Type de projet

Niveaux d’eau Débit des rivières Sédiments Qualité de l’eaua

Séries chrono- logiques

max min Séries chrono- logiques



max min

Redistribution de l’eau dans l’espace (dérivations, prises d’eau, canaux)

M M M H H H H M M H M M

Redistribution de l’eau dans le temps (réservoirs)

M M M H H H H M M H M M

Production d’énergie (hydroélectricité, rejets thermiques)

H M M H M H H M M M M M

Ouvrages de retenue (barrages, digues)

H H M M H M M M M M M M

Ouvrages d’évacuation (évacuateur de crue)

M H M H H M M

Amélioration de la qualité (traitement des eaux et des eaux usées)

H M H M M M H H H

Zonage (champ d’inondation, rivières touristiques)

H H M M H M M

Assurance (dommages des crues, dommages de la pollution)

H H H H H H

Prévision des débits et des niveaux (maîtrise des crues, gestion des réservoirs)

H H H H H H

Normes et législation (qualité de l’eau)

M H H M H H H H H

a Les variables de qualité de l’eau dépendent du type de projet. H = Haut niveau de priorité M = Niveau de priorité moyen


Tableau I.2.2. Symboles recommandés, unités et facteurs de conversion

I II III IV V VI VII

Article Grandeur SymboleUnité Facteur de

conversion* RemarquesRecommandée Également utilisée

1 Accélération due à la pesanteur

g m s–2 ft s–2 0,305 ISO

2 Albédo r Fraction décimale

3 Aire (section transversale) (bassin de drainage)

A m2

km2

ft2

acre ha

mile2

0,0929

0,00405 0,01 2,59

ISO

ISO

4 Qualité chimique mg l–1 ppm ~ 1 pour les solutions diluées

5 Coefficient de Chézy[v (RhS)–1/2]

C m1/2 s–1 ft1/2 s–1 0,552 ISO

6 Débitance K m3 s–1 ft3 s–1 0,0283 ISO

7 Degré-jour D Degré-jour Degré-jour Formule de conversion °C = 5/9 (°F–32)

La colonne IV utilise des °C

et la colonne V des °F

8 Masse volumique p kg m–3 lb ft–3 16,0185 ISO

9 Profondeur, diamètre, épaisseur

d m cm

ft in

0,305 2,54

ISO

10 Débit (rivière) (puits) Q Qwe

m3 s–1

l s–1ft3 s–1

gal (US) min–10,0283 0,063

ISO

Débit spécifique – Q A–1

q m3 s–1 km–2

l s–1 km-2ft3 s–1 mile–2 0,0109

10,9ISO

11 Rabattement s m cm

ft 0,305 30,5

12 Viscosité dynamique (absolue)

η N s m–2 ISO Pa, s, kg m–1 s–1

est également utilisé

13 Évaporation E mm in 25,4

14 Évapotranspiration ET mm in 25,4

15 Nombre de Froude Fr Nombre sans dimension ISO

16 Charge (altitude) z m ft 0,305 ISO

17 Charge (pression) hp m kg (force) cm–2

lb (force) in–210,00 0,705

18 Charge statique (niveau d’eau) = z + hp

h

h

cm

m

ft 30,05

0,305

ISO

19 Charge totale = z + hp + hv

H m ft 0,305 ISO

20 Charge dynamique = v2 (2g)–I

hv cmm

ft 30,05 0,305


(suite)




21 Coefficient de perméabilité (de Darcy)

K cm s–1 m d–1

ft min–1

0,00116

0,508

22 Diffusivité hydraulique = TCs

D cm2 s–1

23 Rayon hydraulique = A Pw

Rh m ft 0,305 ISO

24 épaisseur de glace dg cm in 2,54

25 Infiltration ƒ mm in 25,4

26 Taux d’infiltration Iƒ mm h–1 in h–1 25,4

27 Perméabilité intrinsèque

k 10–8 cm2 Darcy 0,987

28 Viscosité cinématique

v m2 s–1 ft2 s–1 0,0929 ISO

29 Longueur l cm

m

km

in

ft

mile

2,54

0,305

1,609

ISO

30 Coefficient de Manning = Rh S

1/2 v–1

n s m–1/3 s ft–1/3 1,486 ISO l/n = k on peut aussi utiliser le coef-ficient de rugosité

31 Masse m kg

g

lb

oz

0,454

28,35

ISO

32 Porosité n % α peut également être utilisé si nécessaire

33 Précipitation P mm in 25,4

34 Intensité des précipitations

Ip mm h–1 in h-1 25,4

35 Pression p Pa hPa

mm Hg

in Hg

100,0

133,3

3386,0

Voir article 17

36 Rayonnement ** (quantité d’énergie rayonnée par unité de surface)

R J m–2 ly 4,187 x 104

37 Intensité radiative ** (flux par unité de surface)

lR J m–2 s–1 ly min–1 697,6

38 Rayon d’influence r2 m ft 0,305

39 Coefficient de tarissement

Cr exprimé en fraction décimale

–1

–1

2/3


(suite)




40 Humidité relative U %

41 Nombre de Reynolds

Re Nombre sans dimension ISO

42 Ruissellement R mm in 25,4

43 Concentration des matières en suspension

cs kg m–3 ppm dépend de la masse

volumique

44 Débit solide Qs t d–1 ton (US) d–1 0,907

45 Contrainte de cisaillement

τ Pa ISO

46 Pente (hydraulique, bassin)

S Nombre sans dimension ISO

47 Couverture neigeuse

An %

48 épaisseur de neige dn cm in 2,54

49 Fonte de neige M mm in 25,4 habituellement exprimée à l’échelle

journalière

50 Humidité du sol Us % volume % masse dépend de la masse

volumique

51 Déficit en eau du sol

U’s mm in 25,4

52 Débit spécifique = Qwe s

–1Cs m2 s–1 ft2 s–1 0,0929

53 Conductivité K μS cm-1 à θ = 25 °C

54 Porosité efficace Ys exprimé en fraction décimale

55 Stockage S m3 ft3 0,0283

56 Coefficient d’emmagasinement (eaux souterraines)

CS exprimé en fraction décimale

57 Ensoleillement n/N exprimé en fraction décimale réel (n) / possible (N) heures

58 Tension superficielle σ N m–1 ISO

59 Température θ °C °F Formule de conversion °C = 5/9 (°F–32)

t également utilisé par ISO

60 Teneur totale en matières dissoutes

md mg l–1 ppm ~ 1 pour les solutions diluées

61 Transmissivité T m2 d–1 ft2 d–1 0,0929

62 Pression de vapeur e Pa hPa mm Hg

100,0 133,3

3386,0

63 Vitesse (Eau) v m s–1 ft s–1 0,305 ISO

64 Volume V m3 ft3

acre ft0,0283 1230,0

ISO





65 équivalent en eau de la neige

wn mm in 25,4

66 Nombre de Weber We Nombre sans dimension

67 Périmètre mouillé Pw m ft 0,305

68 Largeur (section transversale, bassin)

b m km

ft mile

0,305 1,609

ISO

69 Vitesse du vent u m s–1 km h–1

mile h–1

kn (ou kt)

0,278 0,447 0,514

70 Activité (quantité de radioactivité)

A Bq (Becquerel) Ci (Curie) 3,7 x 1010 AIEA

71 Fluence radiative (ou fluence énergétique)

F J m–2 erg cm–2 103 AIEA

72 Intensité de flux radiatif (ou intensité de flux énergétique)

l J m–2 s–1 erg cm–2 s–1 103 AIEA

Note: Lorsqu’il existe des symboles internationaux, ils ont été utilisés et fléchés ISO dans la dernière colonne.* Colonne IV = Facteur de conversion (Colonne VI) x Colonne V.** Termes généraux. Pour une terminologie et des symboles détaillés, voir le Guide des instruments et des méthodes d’observation météorologiques (OMM-N° 8).

Tableau I.2.3. Symboles divers

Article Unité Symbole Remarques

1 Concentration c ISO

2 Coefficient (en général) C ISO

3 Différence ∆ ISO, valeurs exprimées dans les mêmes unités

4 Flux entrant I

diverses unités5 Décalage temporel ∆t

6 Charge L

7 Nombre (ou rang) m ISO

8 Flux de sortie O

9 Recharge ƒ (voir l’article 25 du tableau I.2.2)

10 Nombre total N

(suite)


Tableau I.2.4. Unités recommandées apparaissant dans le tableau I.2.2

Article Unité Symbole Remarques

1 Centimètre cm ISO

2 Jour d ISO

3 Degré Celsius ˚C ISO

4 Gramme g ISO

5 Hectare ha

6 Hectopascal hPa ISO

7 Heure h ISO

8 Joule J ISO

9 Kilogramme kg ISO

10 Kilomètre km ISO

11 Noeud kn, kt

12 Litre l ISO

13 Mètre m ISO

14 Microsiemens μS

15 Milligramme mg ISO

16 Millimètre mm ISO

17 Minute min ISO

18 Newton N ISO

19 Parties par million ppm

20 Pascal Pa ISO

21 Pourcentage %

22 Seconde s ISO

23 Tonne (métrique) t ISO

24 Année a ISO

25 Bequerel Bq AIEA

transmission rapide et fiable de l’information (section 9.3). Dans le cas de systèmes entièrement automatisés, l’information doit être codée avant d’être traitée. Pour cette raison, les codes doivent être normalisés pour que l’information transmise soit donnée dans une forme compatible avec le traitement. Ce traitement est habituellement précédé d’un contrôle de qualité (section 9.8).

La structure des codes internationaux est régie par une convention et les codes sont le résultat d’un effort collectif. L’OMM a élaboré, depuis des années, des codes pour répondre aux exigences de l’échange de données météorologiques.

En hydrologie opérationnelle, les exigences quant à la forme des données ne sont pas établies à l’échelle mondiale, et pourtant de multiples codes ont été introduits dans ce domaine. Ce qui a conduit la

Commission d’hydrologie de l’OMM à développer des codes hydrologiques internationaux. Leur but est de répondre aux besoins généraux de sorte que, dans la mesure du possible, les procédures de codage et de collecte des données soient normalisées. Les codes HYDRA et HYFOR développés et utilisés dans le passé ne sont plus recommandés actuellement. Ils sont remplacés par le code à caractères pour la représentation et l’échange des données (character form for the representation and exchange of data, CREX), développé ces dernières années pour la représentation et la transmission des données hydrométéorologiques.

Ce code est particulièrement utile pour de grands bassins nationaux ou internationaux, où un grand nombre de stations sont connectées à un centre de traitement. Habituellement, les observations sont codées manuellement par un observateur et ensuite


transmises à un centre de collecte pour leur traitement.

2.3.2.2 Codeàcaractèrespourlareprésentationetl’échangededonnées

CREX est un système de codage pour la présenta-tion et l’échange des données météorologiques et hydrologiques et des données de qualité de l’eau. Bien que conçu, à l’origine pour les données n’ayant pas de code OMM, CREX a été utilisé récemment comme norme de codage pour les données trans-mises à partir de plateformes de collecte de données (PCD). Un message CREX est constitué d’une ou plusieurs sous-séries de données météorologiques connexes définies, décrites et représentées par une seule entité CREX. Pour les données d’observation, chaque sous-série correspond à un message. CREX utilise plusieurs principes du code précédent (Forme universelle de représentation de données binaires des données météorologiques, BUFR) et chaque message est constitué des sections suivantes:

Numéro de section Nom Contenu

0 Indicateur de la section

CREX

1 Description des données

Numéro de table principale du code CREX, numéro d’édition, numéro de version de table, catégorie de données et série de descripteurs définissant la forme et le contenu des sous séries de données composant la section des données et chiffre indicateur “E” facultatif de vérification

2 Section de données

Série de données définie par la section 1

3 Section optionnelle

SUPP suivi d’éléments supplémentaires à usage local

4 Fin de section

7777

De plus amples informations peuvent être trouvées sur le lien: http://www.wmo.int/pages/prog/www/WMOCodes.html.

2.3.3 Exactitudedesmesureshydrologiques

2.3.3.1 Principesdebase

Théoriquement, les valeurs exactes des grandeurs hydrologiques ne peuvent pas être déterminées car les erreurs de mesure ne peuvent être complètement éliminées. L’incertitude sur la mesure a un caractère aléatoire qui peut être défini comme étant l’intervalle

dans lequel la valeur vraie se situerait avec une certaine probabilité ou niveau de confiance. L’étendue de l’in-tervalle de confiance est aussi appelée plage d’erreur.

Si les mesures sont indépendantes les unes des autres, l’incertitude des résultats des mesures peut être évaluée à partir de 20 à 25 observations, en calculant la déviation standard qui en résulte, puis en détermi-nant le niveau de confiance des résultats. Cette procédure ne peut généralement pas être suivie pour les mesures hydrométriques en raison de la variation de la valeur à mesurer pendant la période de mesure. Par exemple, la prise de plusieurs mesures consécu-tives d’un débit au courantomètre à niveau constant est clairement irréalisable sur le terrain. Ainsi une esti-mation de l’incertitude doit être faite en examinant les différentes sources d’erreur susceptibles d’affecter la mesure.

Mais faire l’hypothèse que les observations sont des variables aléatoires indépendantes issues de la même distribution statistique pose un problème dans l’appli-cation des statistiques aux données hydrologiques. Cette condition est rarement remplie pour ce type de données. Le débit d’une rivière n’est, par nature, pas totalement aléatoire. Il dépend des débits précédents. On admet généralement que la façon dont les données hydrologiques s’écartent des concepts théoriques d’erreur ne pose pas de problème sérieux. Toutefois, il faut bien noter qu’aucune analyse statistique ne peut remplacer des observations correctes, en particulier du fait que les erreurs fallacieuses et systématiques ne peuvent être éliminées par une telle analyse. Seules les erreurs aléatoires peuvent être caractérisées par des moyens statistiques.

Cette section 2.3.3 présente les définitions des termes de base liés à l’exactitude des mesures hydrologiques. Des méthodes pour estimer l’incertitude y sont décrites et des valeurs numériques d’exactitude, exigées pour les grandeurs hydrologiques les plus importantes, y sont fournies. Des renvois aux recom-mandations du Règlement technique (OMM-N° 49) et à d’autres publications sont également inclus.

2.3.3.2 Définitiondestermesliésàl’exactitude

Les définitions des termes liés à l’exactitude fournies ci-après tiennent compte de celles contenues dans le Règlement technique (OMM-N° 49), Volume III – Hydrologie, et dans le Guide des instruments et des méthodes d’observation météorologiques (OMM-N° 8):

Correction: Valeur à ajouter au résultat d’une mesure pour tenir compte de toutes les erreurs


systématiques connues, et obtenir ainsi une meilleure approximation de la valeur réelle.

Distribution normale: Distribution continue, symétrique, en forme de cloche, définie mathémati-quement, censée traditionnellement représenter les erreurs aléatoires.

Écart type (Sy): Mesure de la dispersion des valeurs autour de leur moyenne. Il est défini comme la racine carrée positive de la somme des carrés des écarts par rapport à la moyenne arithmétique, divisée par (n – 1). Il est donné par la formule:

S y =

yi – y( )2

1

n∑

n – 1

⎡

⎣

⎢⎢

⎤

⎦

⎥⎥

1/2

(2.3)

où y_ est la moyenne arithmétique d’un échan-

tillon de n mesures indépendantes de la variable y, (n – 1) indique la perte d’un degré de liberté.

Erreur: Différence entre le résultat d’une mesure et la valeur vraie de la grandeur mesurée. Ce terme désigne aussi la différence entre le résultat d’une mesure et la meilleure approximation de la valeur vraie, plutôt que la valeur vraie elle-même. La meilleure approximation peut être obtenue en faisant la moyenne de plusieurs ou de nombreuses mesures.

Erreur aléatoire: Partie de l’erreur totale qui varie de façon imprévisible, en importance et en signe, lorsque les mesures d’une même variable se font dans les mêmes conditions (figure I.2.3).

Erreur systématique: Partie de l’erreur qui soit: a) Demeure constante tout au long d’un certain

nombre de mesures de la même valeur d’une grandeur donnée;

b) Varie selon une loi bien déterminée lorsque les conditions changent (figure I.2.3).

Erreur type d’estimation (Se ): Mesure de la variation ou de la dispersion des observations par rapport à une relation de régression linéaire. Elle est numé-riquement identique à l’écart type, sauf que la relation de régression linéaire remplace la moyenne arithmétique, et que (n – 1) est remplacé par (n – m):

Se =(d )2∑

n − m

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

1/2

(2.4)

où d est l’écart d’une observation par rapport à la valeur de régression calculée, m est le nombre de constantes dans l’équation de régression, et (n – m) représente les degrés de liberté dans la résolution de l’équation.

Valeur mesurée moyenne d’une quantité

Erreur systématique

Temps au cours duquel on suppose que la quantité Y a une valeur constante

×

×

×

×

×

×

× ×

×

×

×

Erreur systématique

Temps

αSy

αSy

Incertitude aléatoire(ER)95 = αSyévaluée à un niveau de confiance donné

Densité de probabilité

Intervalle de confiance 2 αSy

Valeur fallacieuse

Erreur aléatoire Valeur ou quantité mesurée

Figure I.2.3. Explication des erreurs


Exactitude: Étroitesse de l’accord de la valeur mesu-rée avec la valeur vraie. Ceci suppose que toutes les corrections connues ont été apportées.

Hystérésis (instrument): Propriété d’un instrument par laquelle il donne des mesures différentes de la même valeur vraie, suivant que cette valeur a été atteinte par un changement croissant continu ou par un changement décroissant continu de la variable.

Incertitude: Intervalle à l’intérieur duquel on peut espérer que se trouve la valeur vraie d’une gran-deur avec une probabilité donnée (figure I.2.3). La valeur numérique de l’incertitude est le produit de l’écart type réel des erreurs et d’un paramètre numérique fonction du niveau de confiance:

e = ± ασy ≈ αsy (2.5)

L’écart type, sy, calculé à partir de n observations s’approche de l’écart type réel σy lorsque n tend vers l’infini. Dans le cas d’une distribution normale des erreurs, les paramètres numériques sont:

Niveau de confiance α

0,50 0,674

0,60 0,842

0,66 0,954

0,80 1,282

0,90 1,645

0,95 1,960

0,98 2,326

0,99 2,576

0,999 3,291

Intervalle de confiance: Intervalle contenant la valeur vraie avec une probabilité imposée et qui est estimé comme une fonction statistique de l’échantillon (figures I.2.3 et I.2.4).

Mesure: Action visant à attribuer un nombre à la valeur d’une grandeur physique dans des unités données. Le résultat d’une mesure est complet s’il inclut une estimation (nécessaire en statistiques) de l’ampleur probable de l’incertitude.

Mesure de référence: Mesure utilisant les connais-sances scientifiques les plus récentes et les techniques les plus avancées. Le résultat d’une mesure de référence est utilisé pour obtenir une meilleure approximation de la valeur vraie.

Limite de tolérance: Valeur de la limite inférieure ou supérieure précisée pour une caractéristique quantitative.

Niveau de confiance: Probabilité pour que l’intervalle de confiance contienne la vraie valeur (figures I.2.3 et I.2.4).

Plage: Intervalle entre les valeurs minimum et maxi-mum de la quantité à mesurer, pour lequel l’instrument a été fabriqué, taré ou installé. Elle peut être exprimée comme le rapport des valeurs maximum et minimum mesurables.

Précision: Étroitesse de l’accord entre des mesures indépendantes d’une seule quantité, obtenues par l’application à plusieurs reprises d’une procédure de mesure donnée, dans des conditions fixées. L’exactitude concerne l’écart par rapport à la valeur vraie, la précision ne concerne que l’écart entre plusieurs mesures. La précision de l’observation ou de la lecture est la plus petite division sur une échelle de mesure, lisible soit directement soit par estimation.

Répétitivité: Étroitesse de l’accord, en présence d’erreurs aléatoires, entre des mesures d’une même quantité, obtenues dans des conditions identiques, c’est-à-dire avec le même observateur, le même instrument, au même endroit et après des inter-valles de temps suffisamment courts pour que les différences réelles soient non significatives.

Reproductibilité: Étroitesse de l’accord entre des mesures d’une même quantité, obtenues dans des conditions différentes, c’est-à-dire avec des observa-teurs, des instruments différents, à des endroits différents et avec des intervalles de temps suffisam-ment longs pour que les différences soient non significatives.

Résolution: Plus petit changement d’une variable physique provoquant une variation de la réponse d’un système de mesure.

Sensibilité: Relation entre la variation d’une réponse et la variation correspondante du signal d’entrée, ou valeur de ce dernier nécessaire pour produire une réponse excédant d’une quantité fixée la réponse déjà présente en raison d’autres causes.

Tolérance: Exactitude acceptable dans la mesure d’une variable donnée.

Valeur attendue: La meilleure approximation de la valeur réelle. Elle peut être une moyenne de plusieurs ou d’un grand nombre de mesures.


Valeur fausse: Valeur dont on est sûr qu’elle est erronée, par exemple à cause d’erreurs humaines ou du mauvais fonctionnement de l’instrument (figure I.2.3).

Valeur vraie: Valeur caractérisant une grandeur dans les conditions existant au moment où cette gran-deur est observée. C’est une valeur idéale qu’il ne serait possible d’atteindre qu’en éliminant toutes les causes d’erreur.

2.3.3.3 Types d’erreurs

Les erreurs patentes devraient être éliminées en écartant les valeurs des mesures concernées. Ces erreurs peuvent être identifiées grâce à un test de sélection statistique, tel que celui décrit dans le document ISO 5168 (ISO, 2005) qui fournit des critères de rejet.

L’erreur systématique provient essentiellement des instruments et ne peut pas être réduite en augmen-tant le nombre de mesures, si les instruments et les conditions de mesure demeurent identiques. Si l’er-reur systématique a une valeur connue, cette valeur devrait être ajoutée ou soustraite au résultat de la mesure, et l’erreur due à cette source devrait être considérée comme étant nulle. L’erreur systématique devrait être supprimée en corrigeant, en réglant correctement ou en changeant l’instrument, et/ou en changeant les conditions de débit, par exemple, la longueur du bief amont d’une section de jaugeage. Ces erreurs sont souvent dues à des conditions de mesure difficiles, comme par exemple un écoule-

ment variable, des méandres et la mauvaise localisation des stations.

Les erreurs aléatoires ne peuvent pas être éliminées, mais leurs effets peuvent être réduits grâce à des mesures répétées de la grandeur. L’incertitude sur la moyenne arithmétique calculée à partir de n mesures indépendantes est bien plus petite que l’incertitude sur une seule mesure. La distribution des erreurs aléatoires peut être considérée comme normale (gaussienne), mais, dans certains cas, la distribution normale peut, ou devrait, être remplacée par d’autres distributions statistiques.

2.3.3.4 Sources d’erreurs

Chaque instrument ou méthode de mesure a ses propres sources d’erreurs. C’est pourquoi il serait difficile de donner une liste exhaustive de toutes les sources d’erreurs possibles. Les sources d’erreurs spécifiques sont le plus souvent mentionnées dans les descriptions des instruments et dans leur mode d’emploi, comme dans les normes de l’ISO et dans le Manual on Stream Gauging (WMO-No. 519). Quelques sources typiques d’erreurs sont énumérées ci-après:a) L’erreur de date ou de zéro provient de la déter-

mination incorrecte du point de référence d’un instrument, par exemple le niveau zéro de l’instrument de jaugeage, différence entre le zéro de l’instrument de jaugeage et le niveau de crête du déversoir;

b) L’erreur de lecture résulte de la lecture incor-recte de l’indication donnée par l’instrument

Débit

Limite de confiance de l’écart type de la moyenne Smr

Limite de confiance de l’écart type de l’estimation Se

Relation Hauteur-Débit

Intervalle de confiance de la moyenneNiveau

Figure I.2.4. Explication des erreurs dans une régression linéaire


de mesure, par exemple à cause de la mauvaise visibilité, de vagues ou de glace sur la jauge;

c) L’erreur d’interpolation est causée par l’éva-luation inexacte de la position de l’index par rapport aux deux graduations consécutives de l’échelle entre lesquelles se situe l’index;

d) L’erreur d’observation est similaire à l’erreur de lecture, mais est attribuée à la négligence ou à l’incompétence de l’observateur;

e) L’erreur due à la négligence d’une ou de plusieurs variables nécessaires à la détermination de la valeur mesurée (par exemple lorsqu’on admet une relation unique hauteur-débit pour une phase transitoire du débit au cours de laquelle la pente et aussi la hauteur, sont des détermi-nants significatifs du débit);

f) L’hystérésis (définition en 2.3.3.2); g) L’erreur de non linéarité est ce qui fait qu’un

changement d’indication ou de réponse n’est pas proportionnel au changement correspon-dant de la valeur de la quantité mesurée sur une plage donnée;

h) L’erreur d’insensibilité apparaît lorsque l’instru-ment est incapable de détecter un changement donné dans la grandeur mesurée;

i) L’erreur de dérive découle des caractéristiques d’un instrument pour lequel les propriétés de mesure changent avec le temps sous des condi-tions particulières d’utilisation, par exemple la dérive d’un mouvement d’horlogerie au cours du temps ou avec la température;

j) L’erreur d’instabilité résulte de l’incapacité d’un instrument à maintenir constantes certaines propriétés métrologiques données;

k) L’erreur de dépassement est causée par l’utili-sation d’un instrument au-delà de sa portée de mesure, en dessous de la valeur minimale ou au-dessus de la valeur maximale pour lesquelles l’instrument ou l’installation a été fabriqué, réglé ou fixé (par exemple pour de très hauts niveaux d’eau comme ceux des crues inattendues);

l) L’erreur de dépassement de l’exactitude est causée par l’utilisation impropre d’un instru-ment, lorsque l’erreur minimum est plus grande que la tolérance de la mesure.

2.3.3.5 Erreurs de mesures secondaires

Les observations hydrologiques sont souvent calculées à partir de plusieurs composantes mesu-rées. Par exemple, le débit au niveau des installations de mesures est calculé comme une fonction d’un coefficient de débit, de dimensions caractéristiques et de la hauteur d’eau. Pour estimer l’incertitude résultante, la théorie du transfert (propagation) d’erreur de Gauss peut être appliquée.

L’incertitude résultante est souvent assimilée à l’in-certitude totale, qui peut être calculée à partir des incertitudes sur les composants individuels, si les erreurs sur les composants individuels sont suppo-sées être statistiquement indépendantes.

Si une quantité, Q, est une fonction de plusieurs quantités mesurées, x, y et z, l’incertitude résul-tante eQ sur Q due aux incertitudes ex, ey et ez sur respectivement x, y et z devrait être évaluée par l’équation de transfert (propagation) simplifiée:

(2.6)eQ( ) 2 =∂Q

∂xex

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

2

+∂Q

∂yey

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

2

+∂Q

∂z

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

2

où ∂Q/∂x, ∂Q/∂y et ∂Q/∂z sont les dérivées partielles de la fonction exprimant la relation entre la variable dépendante et les variables indépendantes.

Dans les mesures hydrologiques, il est très rare qu’une mesure puisse être répétée dans les mêmes conditions sur le terrain. Pour cette raison, l’écart type devrait être déterminé en utilisant les données de variables différentes, comme dans le cas de la courbe hauteur-débit.

L’erreur type d’estimation:

(2.7)se =

d 2∑

n − 2

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

1/2

de la moyenne des observations joue un rôle très important dans la caractérisation de la fonction hauteur-débit, ce qui nécessite un traitement particulier car cette fonction n’est pas linéaire mais plutôt approximativement logarithmique. C’est une estimation de l’exactitude de la fonc-tion moyenne calculée pour une régression, et représente ainsi le domaine dans lequel la moyenne réelle devrait se trouver (figure I.2.4).

Pour un petit échantillon, il peut être utile de corri-

ger l’erreur type d’estimation se en la multipliant

par n

n – 2⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟

1/2, ce qui donne:

s snmre=

(2.8)

2.3.3.6 Caractérisation des instruments et méthodes d’observation

L’exactitude d’un instrument de mesure peut être caractérisée par une incertitude sur une valeur donnée correspondant à une valeur mesurable


maximale ou minimale. L’exactitude d’un instru-ment sans valeur de référence peut être mal comprise ou mal interprétée. Dans de nombreux cas, l’exactitude de l’instrument n’est qu’un élément de l’exactitude globale de la mesure.

Pour caractériser l’incertitude, on utilise couram-ment un niveau de confiance de 95 %. Cela signifie que dans 5 % des cas, l’erreur peut se situer en-dehors de l’intervalle de confiance déclaré. Selon le Règlement technique (OMM-N° 49), Volume III, les incertitudes des mesures devraient être présentées sous l’une des formes suivantes:a) Incertitudes exprimées en termes absolus:

Valeur mesurée des éléments hydrologiques, par exemple débit: Q = ...Incertitude aléatoire: (er)95 = ...

b) Incertitudes exprimées en termes de pourcen-tage: Valeur mesurée des éléments hydrologiques, Q = ...Pourcentage d’erreur limite aléatoire: (er)95 %= ... %

En pratique, les erreurs limites des mesures sont données sous forme de rapport (ou pourcentage) de la valeur mesurée Qm. Par exemple dans le cas où (er)95 = 10 %, Qm ± 0,10 Qm contiendra la valeur réelle de Q dans 95 % des cas. Dans ce cas, l’incerti-tude est exprimée en supposant des conditions moyennes de mesure.

2.3.3.7 Exactitude recommandée pour les mesures hydrologiques

L’exactitude recommandée dépend principale-ment de l’utilisation envisagée pour la donnée mesurée (objectif de la mesure), des instruments potentiellement disponibles et des ressources financières disponibles. Elle ne peut être, par conséquent, une valeur constante. Elle devrait plutôt être donnée sous la forme d’un intervalle flexible. Les niveaux d’exactitude recommandés sont donnés dans le tableau I.2.5 à titre d’indica-tion générale pour les instruments et méthodes d’observation. Dans de nombreux pays, des règles nationales régissent l’exactitude exigée.

2.3.4 Étalonnagedesinstruments

L’une des plus grandes sources d’erreur, comme indiqué ci-dessus, est due au changement dans les caractéristiques de mesure des instruments. L’instrumentation hydrologique comprend une grande variété de dispositifs mécaniques, électro-mécaniques et électroniques. Les instruments mécaniques, comme les courantomètres ou les anémomètres, proposés par des fabricants

renommés, sont fabriqués avec précision et four-nis avec un étalonnage d’usine. L’étalonnage d’usine n’est, bien sur, applicable que si l’instru-ment n’est pas endommagé à l’usage et est bien entretenu. De nombreuses agences hydrologiques nationales utilisent un équipement pour vérifier les étalonnages d’usine et le respect des normes internationales de la fabrication et de l’étalon-nage, par exemple des courantomètres.

Les dispositifs mécaniques sont de plus en plus remplacés par de l’électronique. Bien que plus fiable que les mécaniques, les dispositifs électro-niques ne sont pas, en général, réparables sur le terrain et doivent simplement être remplacés par un instrument de dépannage. L’instrumentation électronique pose des problèmes particuliers aux agences hydrologiques lorsqu’elles passent des dispositifs électromécaniques à l’électronique, car les problèmes d’étalonnage peuvent être très diffé-rents. L’étalonnage d’un instrument électronique peut subir une dérive due aux changements de température et de pression, et les capteurs à semi-conducteurs peuvent s’encrasser pendant l’utilisation. Il est donc essentiel que ces instru-ments soient conçus pour fonctionner dans une gamme de conditions conformes à celles du site de mesure. Certains instruments comportent des procédures d’étalonnage intégrées qu’il est important de suivre.

2.4 CONCEPTIONETÉVALUATIONDESRÉSEAUXHYDROLOGIQUES

2.4.1 Principesgénérauxpourlaconceptiondesréseaux

Un réseau de mesures hydrologiques regroupe des activités relatives à la collecte de données, conçues et traitées en vue d’atteindre un objectif ou un ensemble d’objectifs compatibles. Fréquemment, ces objectifs sont liés à une utilisation future parti-culière des données à recueillir, par exemple, pour l’évaluation des ressources en eau, un plan de déve-loppement ou la conception d’un projet. Une station hydrologique ou un instrument de mesure peut faire partie de plusieurs réseaux, si ses mesures peuvent être utilisées pour différents buts. Ce qui est généralement le cas dans la plus grande partie du monde. D’autre part, un réseau unique peut comprendre plusieurs types de stations hydrolo-giques ou d’instruments, s’ils contribuent tous à l’information pour laquelle le réseau a été conçu. Par exemple, des pluviomètres et des limnimètres


peuvent faire partie intégrante d’un réseau d’annonce de crues.

Le terme «réseau» est fréquemment utilisé dans un sens moins rigoureux. On entend souvent parler de réseau pour les eaux de surface, les eaux souter-raines, les précipitations ou encore pour la qualité des eaux, même lorsqu’on se réfère à un ensemble de stations hydrologiques n’ayant pas toujours de lien fonctionnel entre elles. Les données fournies par les stations d’un réseau ainsi librement défini

peuvent être destinées à des usages très disparates. Cette multiplicité d’utilisation du terme «réseau» est bien plus qu’une curiosité sémantique. Elle peut être source de confusion et de faux espoirs lors de discussions sur l’analyse et la conception du réseau entre hydrologues et gestionnaires.

Les réseaux devraient être conçus de façon à maxi-miser la valeur économique des données collectées. Toutefois, ce n’est pas souvent le cas dans la réalité. Généralement, on ne tient jamais compte des

Tableau I.2.5. Précisions recommandées (niveaux d’incertitude) exprimées par l’intervalle de confiance à 95 %

Précipitation (quantité et forme) 3–7 %

Intensité de précipitation 1 mm h–1

épaisseur de neige (ponctuelle) 1 cm en dessous de 20 cm ou 10 % au-dessus de 20 cm

Contenu en eau de la neige 2,5–10 %

évaporation (ponctuelle) 2– 5%, 0,5 mm

Vitesse du vent 0,5 m s–1

Niveau d’eau 10–20 mm

Hauteur de vague 10 %

Profondeur de l’eau 0,1 m, 2 %

Largeur du plan d’eau 0,5 %

Vitesse de l’écoulement 2–5 %

Débit 5 %

Concentration de matières en suspension 10 %

Débit solide 10 %

Débit de charriage 25 %

Température de l’eau 0,1–0,5 ˚C

Oxygène dissous (température de l’eau supérieure à 10 °C) 3 %

Turbidité 5–10 %

Couleur 5 %

pH 0,05–0,1 pH unité

Conductivité électrique 5 %

épaisseur de glace 1–2 cm, 5 %

Couverture de glace 5 % par ≥ 20 kg m–3

Humidité du sol 1 kg m–3 ≥ 20 kg m–3

Notes:

1. Quand une fourchette de niveaux de précision est recommandée, la borne inférieure s’applique aux mesures réalisées dans de relativement

bonnes conditions, et la borne supérieure s’applique aux mesures réalisées dans des conditions difficiles.

2. L’obtention de la précision 3–7 % recommandée pour la mesure des précipitations dépend de nombreux facteurs, dont les caractéristiques

du pluviomètre. Pour les pluviomètres dont la surface de collecte est située au-dessus du sol, le déficit de collecte du pluviomètre dépend

beaucoup de la vitesse du vent et du type de précipitation. Le déficit de collecte pour la neige légère par grand vent peut par exemple

atteindre 50 % ou plus.


impacts économiques des données hydrologiques lors de la prise de décisions concernant les ressources en eau. Les décisions prises s’appuient sur les données disponibles et la possibilité de différer la décision pour permettre de collecter davantage de données n’est soit pas envisagée soit considérée comme inacceptable. Cependant, plusieurs exemples faisant exception à cette règle générale se trouvent dans les publications de l’OMM intitulées Cost-benefit Assessment Techniques and User Requirements for Hydrological Data (WMO-No. 717) et Proceedings of the Technical Conference on the Economic and Social Benefits of Meteorological and Hydrological Services (WMO-No. 733). L’examen du réseau hydrométrique d’une province canadienne a montré que le rapport coût-bénéfice de ce réseau provincial était de 19, et qu’il pouvait tripler en taille afin de maximiser le bénéfice économique (Azar et al., 2003). Même dans les pays à forte densité de réseaux hydrométriques, comme le Royaume-Uni, l’analyse économique démontre inévitablement que les bénéfices des réseaux hydro-métriques dépassent leurs coûts (CNS, 1991). Néanmoins beaucoup de pays ont connu une réduction considérable de leurs réseaux hydrolo-giques dans les années 80 et 90 du fait des réductions du budget des agences de surveillance (Pearson, 1998). Ces réductions ont été, par exemple, de 21, 7, 20 et 6 % pour, respectivement, le Canada, la Finlande, la Nouvelle-Zélande et les États-Unis d’Amérique. À de rares exceptions, comme la Nouvelle-Zélande, les réduction concernant les réseaux ont toujours cours.

Au lieu d’une analyse économique détaillée pour la conception des réseaux, on se contente générale-ment d’estimer les coûts ou de s’appuyer sur les règles générales présentées dans ce chapitre.

2.4.1.1 Définition de la conception d’un réseau

La conception complète d’un réseau répond aux questions suivantes, en rapport avec la collecte des données hydrologiques: a) Quelles variables hydrologiques faut-il observer?b) Où doivent-elles être observées? c) À quelle fréquence doivent-elles être observées? d) Quelle devrait être la durée du programme

d’observation? e) À quelle exactitude devraient satisfaire les

observations?

Pour répondre à ces questions, on peut se représen-ter la conception d’un réseau comme une pyramide (figure I.2.5). La base de la pyramide est l’hydrolo-gie. Sans une compréhension approfondie du contexte hydrologique de la région où le réseau doit

être mis en place, il y a peu de chance pour que celui-ci fournisse une information vraiment utile. La compréhension hydrologique vient de la forma-tion reçue, ainsi que de l’expérience. Mais rien ne remplace l’expérience si, dans la région où un réseau hydrologique est projeté, il n’existe que peu ou pas de données historiques.

Le côté droit de la pyramide représente les méthodes quantitatives permettant de pallier les incertitudes hydrologiques. En raison des erreurs de mesure et de celles qui sont dues à l’échantillonnage spatio-temporel, ces incertitudes subsisteront toujours. L’information hydrologique parfaite ne peut exister. Une description probabiliste de ces erreurs est le meilleur moyen pour traiter les incertitudes qui en résultent. Dans ce dessein, la théorie des probabilités dispose de théorèmes et d’un langage approprié. Elle fournit également les concepts nécessaires à l’utilisation judicieuse des outils statistiques. Dans la figure I.2.5, les outils statistiques sont représentés par la théorie de l’échantillonnage, ainsi que par les analyses de corrélation et de régression, communément employés pour l’approche quantitative de la conception d’un réseau. Cependant, plusieurs autres branches de la statistique peuvent aussi se révéler utiles pour l’analyse et la conception d’un réseau. La clé de voûte du domaine de l’incertitude est l’analyse Bayesienne, qui traite du niveau d’incertitude affectant la description des incertitudes hydrologiques. En d’autres termes, la description probabiliste des incertitudes découlant de l’analyse d’échantillons limités est elle-même incertaine. La réduction de l’incertitude concernant la connaissance de l’incertitude elle-même est un élément clé, qui permettra de valoriser au maximum l’information contenue dans les données fournies par le réseau.

La partie centrale de la pyramide, appelée «théorie de l’optimisation», est souvent considérée d’un

Figure I.2.5. Les éléments de base de la conception d’un réseau

Théorie de la décision

Analyse socio-

économique

Théorie de l’optimisation

Analyse bayésienne

Théorie de l’échan- tillonnage

Corrélation et

régression

Probabilité

Hydrologie


point de vue taxonomique comme faisant partie de l’analyse socioéconomique. Cependant, même en l’absence d’éléments socioéconomiques, elle est couramment utilisée lors de la conception des réseaux hydrologiques. Elle figure donc ici comme une composante séparée de la structure pyramidale. L’ensemble des programmes mathématiques utili-sés, chacun avec sa propre utilité et ses insuffisances, se base sur la théorie de l’optimisation, souvent appelée recherche opérationnelle. Le cadre dans lequel a lieu la conception du réseau détermine le choix du programme mathématique pouvant être éventuellement utilisé. Souvent, le choix entre deux ou plusieurs conceptions de réseaux, doit être fait sur la base du bon sens, car les outils permettant d’optimiser de façon appropriée soit n’existent pas, soit requièrent trop de ressources informatiques pour être vraiment efficaces.

Au sommet de la pyramide se trouve la théorie de la décision, qui est un mécanisme formel permettant d’intégrer toutes les composantes sous-jacentes. L’application de cette théorie dans la conception des réseaux n’est pas absolument nécessaire – elle est même le plus souvent impossible. Toutefois, la compréhension des circonstances et des conditions de son utilisation peut rendre le concepteur de réseaux plus conscient des impacts qu’auront ses décisions finales.

La partie gauche de la pyramide représente un groupe mal défini de techniques réunies sous l’appellation d’analyse socioéconomique. En plus des sciences sociales et économiques, cette partie de la structure pyramidale englobe aussi les sciences politiques, de même que la politique au sens large du terme. Celle-ci joue un rôle prépondérant dans l’exploita-tion du potentiel en eau, ainsi que, par conséquent, dans la valorisation des données du réseau. Cette partie gauche de la pyramide est rarement prise en compte de façon rigoureuse lors de la conception d’un réseau de mesures. Ceci pour deux raisons: le sujet est difficile à traiter de manière objective et mathématique, et le faire réellement requiert la synthèse de connaissances provenant de plusieurs disciplines autres que l’hydrologie et l’ingénierie des ressources en eau. Effectuer ainsi une analyse socioé-conomique importante lors de la conception d’un réseau demande du temps et de l’argent.

Néanmoins, les sites de collecte des données hydro-logiques sont souvent mis en place pour répondre à des demandes sociales pressantes et à des contraintes économiques avec relativement peu d’attention portée aux besoins à long terme en information hydrologique. Au delà de la réponse aux besoins scientifiques, les sites de collecte de données peuvent

être mis en place pour aider les gestionnaires de l’eau à faire face aux événements extrêmes (inondations, sécheresses, allocation d’eau en situation de conflits d’usage) ou à satisfaire les exigences réglementaires. Les sites exploités à ces fins peuvent également conduire à une compréhension hydrologique accrue, mais le réseau qui en résulte n’est en aucun cas opti-misé pour cette finalité.

2.4.1.2 Méthodes de substitution

La conception détaillée d’un réseau étant aujourd’hui soit difficile, soit impossible à réaliser, on utilise, pour résoudre les problèmes posés, des objectifs, des critères et des mesures de substitution. Par exemple, une subs-titution fréquente consiste à maximiser l’information provenant d’un réseau plutôt que d’optimiser la valeur économique des données. Des études ont montré que, si l’information est convenablement utilisée, on peut s’attendre à ce qu’elle contribue à la valorisation économique découlant d’une décision. Plus il y a d’informations, meilleures seront les décisions. Cependant, l’impact économique de l’in-formation n’est pas corrélé linéairement avec son importance. La valeur marginale de l’information supplémentaire décroît avec la quantité d’informa-tions disponibles. Ainsi, l’usage de ce critère de substitution ne peut guider un service hydrologique dans la bonne direction que lorsque l’information hydrologique locale est rare. Mais il peut entraîner la collecte de données superflues lorsqu’une densité raisonnable d’information existe déjà.

Parmi les techniques analytiques de base qui bénéfi-cient de ces substitutions, on peut citer: l’analyse cartographique, les méthodes de régression et de corrélation, la modélisation probabiliste, la modéli-sation déterministe et les techniques de régionalisation. Chaque méthode possède ses appli-cations spécifiques, et son utilisation dépend de la quantité de données disponibles et du type de problème à résoudre. Ces différentes techniques sont assez fréquemment combinées pour certaines appli-cations. Le Casebook on Hydrological Network Design Practice (WMO-No. 324) présente des applications de ces techniques comme moyen pour déterminer les conditions que le réseau doit remplir. D’autres exemples peuvent être trouvés dans diverses publica-tions de l’OMM (OMM, 1969, 1976, 1982, 1994).

2.4.1.3 Le réseau de base

La valeur des données fournies par un réseau est fonction de leur utilisation ultérieure. Néanmoins, de nombreuses applications des données hydro-logiques ne sont pas encore connues lors de la conception du réseau et ne peuvent donc pas


justifier la collecte de données spécifiques pouvant se révéler de grande valeur par la suite. En fait, peu de données hydrologiques seraient collectées si leur justification économique devait être fournie au préalable. Toutefois, les sociétés modernes ont développé une conception de l’information comme une denrée qui, à l’instar des assurances, devrait être acquise pour se protéger contre un avenir incer-tain. La mise en place d’un réseau de base peut être considérée comme un placement rapportant des données hydrologiques qui devront permettre, plus tard, de prendre certaines décisions relatives aux ressources en eau, décisions n’ayant pas, à l’origine, été anticipées. Le réseau de base devrait procurer sur n’importe quel emplacement situé dans sa région, un niveau d’information hydrologique suffisant pour éviter que des erreurs grossières soient commises lors de la prise de décisions concernant les ressources en eau. Afin d’atteindre cet objectif, trois conditions au moins doivent être satisfaites:a) Mise en place d’un système pour transférer l’in-

formation hydrologique du site de collecte de données à n’importe quel autre site de la région;

b) Un moyen doit exister, permettant d’estimer la valeur des informations hydrologiques (ou à l’inverse de l’incertitude hydrologique) sur n’importe quel site;

c) La chaîne des décisions doit inclure l’option de collecter davantage de données avant la prise de décision finale.

2.4.1.3.1 Leréseauminimal

Lors de la mise en place d’un réseau hydrologique, la première étape devrait être l’établissement d’un réseau minimal. Il comportera le nombre minimal de stations que l’expérience collective de services hydrologiques de plusieurs pays a jugé nécessaire pour pouvoir commencer à planifier l’exploitation des ressources en eau.

Le réseau minimal évitera de sérieuses erreurs dans la mise en valeur et la gestion des ressources en eau, dans une échelle proportionnées au niveau général de développement économique du pays. Il devra être aménagé aussi rapidement que possible en y incorporant, si cela s’avère utile, les stations existantes. En d’autres termes, ce réseau pragma-tique fournira le cadre de base pour un développement du réseau destiné à répondre aux besoins futurs dans des domaines bien spécifiques. Il faut souligner que le réseau minimal ne permettra pas de mettre sur pied des projets d’aménagement détaillés. Il ne permettra pas non plus, dans une région développée, de répondre aux nombreux besoins relatifs à l’exploitation et à la gestion des ressources en eau.

2.4.1.3.2 Développementdelabased’information

Une fois le réseau minimal en service, les caracté-ristiques hydrologiques générales, comprenant les précipitations et les écoulements en n’importe quel point de la région pourront être estimées à l’aide de l’interprétation des informations obtenues, de relations de régionalisation et de modèles mathé-matiques. Le réseau de base des stations d’observation devrait être aménagé au fur et à mesure jusqu’à ce que des relations hydrologiques régionales puissent être développées pour les régions non jaugées, permettant d’atteindre un niveau d’information approprié. Dans la plupart des cas, cette adaptation se fera par augmentation de la densité des stations hydrologiques. Cependant, cela n’est pas toujours le cas puisque le transfert de l’information des sites jaugés à ceux qui ne le sont pas se fait grâce à des modèles mathématiques. Il s’ensuit que la qualité de ces derniers est aussi un facteur qui influence la densité du réseau de base. Si un modèle est particulièrement bon, il peut extraire de l’information à partir des données existantes mieux que ne le ferait un modèle plus pauvre. Le meilleur modèle permettra d’atteindre un certain niveau d’informations régionales avec moins de données qu’un modèle moins bon. Le modèle régional peut même être d’une qualité telle que le niveau de collecte des données dans le réseau de base pourrait en être réduit.

En raison de l’étroite dépendance entre les stations du réseau de base, il est primordial que les relevés qu’elles fournissent soient d’excellente qualité. Même si l’aménagement d’une station a été correc-tement réalisé, les enregistrements peuvent être de qualité médiocre si l’installation n’est pas bien utili-sée. La continuité des observations peut s’avérer difficile, surtout pour des périodes de vingt ans ou davantage. Un réseau minimal, dont les stations sont abandonnées ou irrégulièrement exploitées, verra sa densité réelle diminuer et ne sera plus, de ce fait, un réseau minimal suffisant. Il faut donc veiller, non seulement à établir, mais aussi à assurer une exploitation continue de ces stations et à surveiller la fiabilité et l’exactitude des enregistrements collectés.

Étant donné que des considérations économiques, et non seulement techniques, doivent être prises en compte lors de la conception et de l’aménagement des réseaux de base, le nombre de stations exploi-tées en permanence ne peut être très élevé. En conséquence, une procédure d’échantillonnage pourra être adoptée, afin de maximiser l’efficacité des investissements consentis pour le réseau de


base. Une telle approche permet de classer les stations en stations de base ou principales et stations secondaires. Ces dernières ne seront exploitées que jusqu’à ce qu’il soit possible d’établir une relation stable (habituellement au moyen de corrélations), avec une ou plusieurs stations de base. Une nouvelle station secondaire peut alors être installée avec l’équipement et les fonds qui ont servi au site de mesure abandonné. Les relevés à la station de mesure abandonnée pourront être reconstruits au moyen des enregistrements réalisés à la station de base, en s’appuyant sur la relation interstations. Il sera peut être nécessaire, parfois, de remettre en fonction des stations secondaires, si l’on a des raisons de supposer que les conditions ont changé au site secondaire ou aux stations de base connexes. Le caractère permanent des principales stations du réseau de base fournit un support permettant de contrôler les tendances des conditions hydrolo-giques à long terme dans la région concernée. Ceci est particulièrement important si l’on considère les changements potentiels dans le cycle hydrologique, pouvant être causés par des changements d’utilisa-tion du sol ou par l’accroissement de la teneur en gaz à effet de serre dans la stratosphère.

2.4.1.4 Conception d’un réseau intégré

Le cycle hydrologique est un continuum; ses inter-connections autorisent le transfert partiel de l’information obtenue dans une partie du cycle vers une autre. L’efficacité de tels transferts est propor-tionnelle au degré de compréhension hydrologique pris en compte dans les modèles mathématiques utilisés pour le calcul du transfert de l’eau (et de l’information) entre les différents éléments du cycle. Par exemple, les précipitations enregistrées dans ou à proximité d’un bassin versant jaugé permettent de reconstruire les enregistrements de l’écoulement des eaux en cas de mauvais fonction-nement d’un limnigraphe, à condition qu’un modèle valable pluie-débit ait été calibré lorsque tous les appareils de mesure fonctionnaient correc-tement. Un piézomètre mesurant le niveau d’eau souterraine dans un aquifère en relation directe avec un cours d’eau peut jouer le même rôle lorsque le système d’enregistrement du niveau du cours d’eau ne fonctionne pas.

À ce jour, peu de choses ont été faites de façon formelle pour intégrer ces interactions dans la conception des réseaux. En principe, la complé-mentarité entre les pluviomètres et les limnimètres utilisés dans un réseau de prévision de crues pour-rait être exploitée, par exemple, dans la conception de réseaux d’évaluation des ressources en eau. Si les arbitrages économiques entre les deux réseaux

peuvent être définis, ceux-ci pourraient être optimi-sés conjointement, et chacun d’eux pourrait alors produire avec efficacité le maximum d’information. En dépit de ces imperfections technologiques, les réseaux devraient être conçus itérativement et les résultats d’une configuration de réseau existante devraient servir de point de départ à une nouvelle conception. Illustrons ceci en reprenant l’exemple précédent. Le réseau de prévision de crues compren-dra probablement des pluviomètres et des limnimètres placés à des endroits bien spécifiques pour fournir l’information requise. L’évaluation des ressources en eau ayant des exigences moins spéci-fiques en ce qui concerne ses sources d’information, il est vraisemblable que de nombreuses stations faisant partie du réseau de prévision de crues pour-ront être incorporées dans le réseau d’évaluation des ressources en eau et utilisées comme données initiales dans sa conception. Cette approche itéra-tive est particulièrement intéressante quand la conception de réseaux à buts généraux, comme le réseau de base, se fonde sur des réseaux à exigences plus restrictives. Les réseaux avec des exigences plus restrictives comprennent les réseaux de stations repères (ou de référence), les réseaux de bassins représentatifs ou encore les réseaux à buts opérationnels.

2.4.1.4.1 Stationsàbutsopérationnels

Ces stations peuvent être mises en service pour des besoins particuliers, tels le fonctionnement de barrages, l’irrigation, la navigation, le contrôle de la qualité de l’eau, la prévision des crues. Les stations repères ou stations de référence entrent aussi dans cette catégorie. La durée de l’exploitation des stations à but opérationnel est fonction de l’objectif pour lequel elles ont été installées.

Dans certains cas, les observations ne portent que sur une caractéristique hydrologique particulière, ou ne sont limitées qu’à une partie de l’année. Par exemple, une station hydrométrique peut n’être équipée que d’une échelle à maxima, pour enregis-trer uniquement le plus haut niveau atteint lors des crues, ou d’un pluviomètre totalisateur pour mesu-rer la somme des précipitations durant une saison. Quoique ces stations puissent jouer un rôle utile, elles ne peuvent pas fournir toutes les données requises pour des analyses hydrologiques générales. Par conséquent, elles pourront être incluses ou non dans un réseau hydrologique de base.

2.4.1.4.2 Stationsderéférence

Chaque pays, et chaque région naturelle des pays les plus vastes, devrait compter au moins une


station modèle fournissant de façon continue des observations simultanées des divers paramètres climatologiques et hydrologiques. Ces stations hydrologiques de référence devraient être placées à des endroits où les conditions naturelles sont relati-vement préservées des changements anthropiques passés ou futurs. Puisque la longue durée des enre-gistrements est l’une des caractéristiques principales des stations de référence, on devrait tout d’abord s’assurer qu’aucune station existante ne peut jouer ce rôle. Le réseau hydrométrique de référence du Canada en est un exemple (Harvey et. al., 1999). Les stations modèles climatologiques sont appelées généralement stations de référence.

2.4.1.4.3 Bassinsversantsreprésentatifs

Il est souhaitable d’équiper un bassin versant représentatif dans chaque région naturelle, tout particulièrement dans les régions destinées à un fort développement économique et dans celles qui posent les problèmes hydrologiques les plus ardus. Ces bassins, dans le cas le plus simple, doivent au moins permettre l’étude simultanée des précipitations et des débits, et ainsi suppléer, dans une certaine mesure, à la courte durée des observations et à la faible densité des réseaux minimaux.

2.4.1.4.4 Stationsdeprojet

Ce sont des stations installées pour une durée limitée à des fins spécifiques, souvent dans un cadre de recherche. Il s’agit aussi souvent de répondre à des enquêtes avant et après des interventions physiques sur le bassin ou de compléter la couverture régionale du réseau de base. Les stations de projet se caractérisent par:a) Une durée de vie limitée;b) Une qualité des données fixée par les objectifs

poursuivis.

2.4.1.5 Analyse d’un réseau

La figure I.2.6 présente les étapes à suivre lors d’une révision et d’une nouvelle conception d’un réseau hydrologique existant. De telles révisions devraient être effectuées périodiquement, afin de tirer profit de la diminution de l’incertitude hydro-logique obtenue grâce aux données acquises depuis la précédente analyse de réseau. Le réseau doit aussi être adapté aux modifications socio-économiques observées. Les étapes de l’analyse sont présentées individuellement ci-après.

Cadre institutionnel

Le rôle et le but des organisations impliquées dans la gestion des ressources en eau devraient être

définis et identifiés, en particulier leurs responsabi-lités législatives. La communication entre ces organisations devrait être améliorée, afin d’assurer la coordination et l’intégration des réseaux de collecte de données.

Buts du réseau

Les buts du réseau devraient être définis du point de vue des utilisateurs et de l’utilisation des données, qui peuvent varier dans l’espace et dans le temps. Il faut aussi identifier les besoins poten-tiels futurs et en tenir compte lors de la conception du réseau.

Objectifs du réseau

En se fondant sur les buts du réseau, le ou les objec-tifs à atteindre en termes d’information requise peuvent à leur tour être définis. Il peut être utile de préciser les conséquences qu’aurait l’impossibilité de fournir cette information.

Établissement des priorités

S’il existe plus d’un objectif, il faut établir des prio-rités pour une évaluation postérieure, mais ceci n’est pas nécessaire si tous les objectifs peuvent être atteints dans le cadre budgétaire prévu. Si ce n’était

Liens directs

Mécanismes de rétroaction

Objectifs du réseau

Priorités retenues

Évaluation des réseaux existants

Optimisation du fonctionnement

Conception du réseau

Financement

Implémentation

Critique

Buts du réseau

Mise en place institutionnelle

Figure I.2.6. Un cadre pour l’analyse et la reconception des réseaux


cependant pas le cas, les objectifs considérés comme les moins importants devront être abandonnés.

Évaluation des réseaux existants

L’information fournie par les réseaux existants devrait être compilée et interprétée afin de détermi-ner si les objectifs sont atteints. Une comparaison avec d’autres bassins versants et/ou d’autres réseaux peut s’avérer utile.

Conception du réseau

Les techniques de conception de réseaux les plus appropriées seront appliquées, en fonction de l’in-formation disponible et des objectifs définis. Il peut s’agir de caractéristiques hydrologiques simples, de simples relations de régression ou de méthodes plus complexes comme celle des moindres carrés généralisés.

Optimisation des opérations

Les procédures d’exploitation représentent une part importante du coût de collecte des données. Cela inclut le type d’instrument, la fréquence des visites aux stations et l’organisation des tournées de terrain. Les procédures opérationnelles de coût minimum devraient être adoptées.

Budget

Une fois le réseau et les procédures opérationnelles définis, le coût de son fonctionnement peut être estimé. S’il s’inscrit dans le cadre du budget, on peut passer à l’étape suivante. Si ce n’est pas le cas, des crédits supplémentaires doivent être alloués, sinon les objectifs et/ou priorités devront être soigneusement réexaminés, en vue d’une réduc-tion des coûts. Cette façon de faire devrait permettre au planificateur de préciser les consé-quences d’un financement réduit en termes d’objectifs non atteints, d’informations réduites, et de répercussions globales.

Mise en œuvre

Le nouveau réseau doit être mis en place sous forme d’une planification à court et à long terme.

Révision des réseaux

Nombre de composantes décrites ci-dessus étant variables dans le temps, une révision peut être rendue nécessaire par la modification de l’une d’entre elles – par exemple, changements d’utilisa-teurs, de l’utilisation des données ou modification

du budget. Afin d’être prêt à faire face à de tels changements, un processus de révision continue est essentiel.

2.4.2 Densitédesstationsd’unréseau

Le concept de densité du réseau sert de ligne direc-trice si des directives précises font défaut. Les densités projetées doivent donc être adaptées aux conditions socioéconomiques et physioclimatiques. Des techniques d’analyses mathématiques informa-tisées devraient être appliquées pour optimiser la densité d’un réseau nécessaire à des besoins spéci-fiques, si les données nécessaires sont disponibles.

Comme indiqué dans la section 2.4.1.3.1, le réseau minimal est celui qui permet d’éviter de sérieuses lacunes dans la mise en valeur et la gestion des ressources en eau, compte tenu du niveau général de développement économique et des besoins envi-ronnementaux du pays. Il devrait être mis en place le plus rapidement possible, en y incorporant les stations existantes, selon les besoins. En d’autres termes, un tel réseau fournira le cadre de dévelop-pement futur permettant de répondre aux besoins d’information pour des usages spécifiques de l’eau.

Dans les sections suivantes, une densité minimale de différents types de stations hydrologiques est recommandée, et ceci pour différentes zones clima-tiques et géographiques. Ces recommandations se fondent sur les propositions émises en 1991 par les membres du projet OMM d’évaluation de réseaux de base (BNAP) (OMM, 1992) et sont présentées au tableau I.2.6. Cependant ces densités recomman-dées sont en cours de révision à travers une étude menée par la Commission d’hydrologie dont les résultats seront publiés sur le site Web de la version électronique du Guide.

Il est impossible de définir suffisamment de zones aptes à représenter toutes les variétés de conditions hydrologiques. Le critère le plus simple et le plus précis pour une classification des zones est la varia-tion saisonnière et spatiale des précipitations. Chaque pays devrait préparer une carte des précipi-tations annuelles de bonne qualité, ce qui permettrait de définir un réseau minimal. Mais cette démarche ne pourrait aider de nombreux pays dont le besoin d’un réseau est d’autant plus criant qu’ils n’ont pas ou très peu de données historiques et ne peuvent ainsi pas établir une carte des précipi-tations de bonne qualité. Il faudrait également considérer les pays où les précipitations sont distri-buées de façon très irrégulière comme faisant partie d’une catégorie à part. Dans de tels cas il n’est pas


judicieux de déterminer des zones hydrologiques sur la base de cette seule caractéristique.

La densité de la population influence aussi la conception du réseau. Il est quasiment impossible d’installer et d’exploiter de façon satisfaisante un nombre important de stations sur un territoire où la population est très clairsemée, sauf si les stations sont très automatisées. En général, ces zones peu habitées coïncident avec les zones d’un climat extrême: régions arides, polaires ou de forêts tropicales.

À l’opposé, les zones urbaines à forte densité de population requièrent un réseau de stations pluvio-métriques très dense pour la résolution spatio-temporelle des perturbations, ainsi que pour la conception, la gestion, et le contrôle en temps réel des systèmes d’évacuation des eaux pluviales, ou pour d’autres projets d’aménagement.

À partir de ces considérations, un nombre limité de grandes zones a été défini, de façon quelque peu arbitraire, en suivant certaines règles générales, pour déterminer les normes de densité. Six catégo-ries de régions physiographiques ont été ainsi définies pour les réseaux minimaux: a) Zones côtières; b) Zones montagneuses;c) Plaines intérieures; d) Régions de collines;e) Petites îles (d’une superficie inférieure à

500 km2);f) Zones polaires et arides.

En ce qui concerne la dernière catégorie, il est nécessaire de regrouper les régions dans lesquelles il ne semble pas possible pour l’instant d’atteindre

des densités suffisantes, en raison de la grande dispersion de la population, du faible développe-ment des moyens de communication ou d’autres raisons économiques.

2.4.2.1 Stations climatologiques

Les données suivantes sont collectées par les stations climatologiques faisant partie d’un réseau de base: précipitations, manteau neigeux et évapo-ration. Il est entendu ici que les stations de mesures de l’évaporation et du manteau neigeux, particu-lièrement les premières, fourniront généralement les données de température, d’humidité et de vitesse du vent, puisque ces éléments météorolo-giques conditionnent l’évaporation et la fonte des neiges.

2.4.2.1.1 Stationspluviométriques

Si l’on respecte certains principes lors de l’installa-tion et de l’utilisation des stations pluviométriques, on constate que quelques stations du réseau minimal peuvent déjà répondre aux besoins les plus immédiats. En général, les pluviomètres devraient être répartis de manière aussi uniforme que possible, en tenant compte de l’utilisation prévue des données et de la proximité des observa-teurs bénévoles. Dans les régions montagneuses, il faut mettre l’accent sur la notion de gradient alti-métrique des précipitations par l’utilisation à haute altitude de pluviomètres totalisateurs. Les pluvio-mètres peuvent être conçus spécialement pour mesurer l’équivalent en eau du manteau neigeux, soit par l’ajout d’un bouclier pour réduire les pertes dues au vent, soit par l’utilisation de capteurs de pression. Un suivi manuel périodique du manteau neigeux peut être utilisé pour compléter le réseau,

Tableau I.2.6. Densités minimales de stations recommandées (superficie en km2 par station)

Unité physiographique Précipitations Évaporation Débit Sédiments Qualité de l’eau

Sans enregistrement

Avec enregistrement

Zones côtières 900 9 000 50 000 2 750 18 300 55 000

Zones montagneuses 250 2 500 50 000 1 000 6 700 20 000

Plaines intérieures 575 5 750 5 000 1 875 12 500 37 500

Régions vallonnées/de collines

575 5 750 50 000 1 875 12 500 47 500

Petites îles 25 250 50 000 300 2 000 6 000

Zones urbaines – 10–20 – – – –

Zones polaires/arides 10 000 100 000 100 000 20 000 200 000 200 000


mais il ne devrait pas être considéré comme faisant partie du réseau.

Le réseau devrait comporter trois sortes de pluviomètres:a) Les pluviomètres ordinaires: ce sont des appa-

reils à lecture quotidienne. À ces stations pluviométriques standard, en plus des hauteurs de précipitations journalières, les observations suivantes seront effectuées: chutes de neige, épaisseur de la couverture neigeuse au sol, ainsi que le temps qu’il fait;

b) Les pluviomètres enregistreurs: dans les réseaux en développement il faudrait qu’au moins 10 % des pluviomètres soient enregistreurs. Une plus forte densité d’enregistreurs est souhai-table là où se produisent des pluies intenses de courte durée. De telles stations fournissent une précieuse information sur la répartition, l’intensité et la durée des précipitations.

En zone urbaine, où le pas de temps requis pour la mesure des précipitations est de l’ordre de une à deux minutes, il faudra porter une atten-tion toute particulière à la synchronisation des pluviomètres. Afin d’obtenir des mesures fiables, il est recommandé d’utiliser des pluviomètres à augets basculants, reliés à une mémoire électro-nique (ou tout autre support informatique).

Les zones suivantes devraient être considérées comme prioritaires pour l’installation d’appareils enregistreurs: les zones urbanisées (population supérieure à 10 000 habitants) dans lesquelles des systèmes d’évacuation des eaux pluviales doivent être installés, les bassins dans lesquels des systèmes de contrôle importants des rivières fonctionnent déjà ou doivent être construits, les vastes zones insuffisamment couvertes par le réseau existant et enfin les régions faisant l’objet de recherches particulières;

c) Les pluviomètres totalisateurs: dans les régions peu habitées ou isolées telles que déserts et montagnes, des pluviomètres totalisateurs peuvent être installés. Les relevés y seront effec-tués une fois par mois, une fois par saison ou chaque fois qu’il sera possible de se rendre sur place.

Situation des pluviomètres par rapport aux stations hydrométriques: pour que les données pluviomé-triques complètent les relevés de débits (pour les prévisions de crues ou pour des analyses hydrolo-giques), le choix des emplacements des deux types de stations devra être soigneusement coordonné. Les pluviomètres devraient être situés de façon à ce que les précipitations tombées sur le bassin versant puissent être estimées pour chaque station de jaugeage, ils seront généralement situés à proximité

et à l’amont de la station de jaugeage. Un pluvio-mètre ne sera installé à la station de jaugeage que si les observations qui y sont effectuées sont bien représentatives de la région. Il est parfois préfé-rable d’implanter cet appareil à quelque distance de la station de jaugeage, par exemple lorsque celle-ci est située dans une vallée étroite et profonde.

2.4.2.1.2 Observationdumanteauneigeux

Le cas échéant, l’observation des précipitations neigeuses, de leur équivalent en eau et de la hauteur de neige au sol devrait être faite à toutes les stations pluviométriques du réseau minimal.

La mesure de l’équivalent en eau de la couverture neigeuse au moment de l’accumulation maximale donne une indication approximative du total des précipitations saisonnières dans les régions où le dégel et la fonte des neiges en hiver ne sont pas importants. Dans ces régions, le relevé de la couche de neige le long d’un cheminement fixé d’avance peut fournir une estimation des précipi-tations saisonnières si l’on ne dispose pas d’observations normales. Ces relevés nivomé-triques réguliers sont utiles pour la prévision des débits des cours d’eau et l’étude des crues.

L’observation du manteau neigeux est effectuée par du personnel équipé pour prélever des échan-tillons de la neige accumulée ainsi que pour déterminer son épaisseur et son équivalent en eau (3.5). Le nombre de cheminements nivométriques, leur emplacement et leur longueur dépendent des conditions topographiques du bassin versant et des objectifs pour lesquels les données sont collec-tées. La dénivellation totale et les différents types d’expositions et de couverture végétale de la zone étudiée devraient être pris en considération pour choisir un cheminement représentatif. On suggère qu’un cheminement nivométrique pour 2 000 à 3 000 km2 comme densité raisonnable dans les régions les moins homogènes; et un pour 5 000 km2 dans les régions homogènes de plaine. Cependant, chaque cas doit être considéré selon ses propres caractéristiques et ces règles générales ne doivent pas être appliquées sans discernement.

Au début de la mise au point d’un réseau, l’étude du manteau neigeux devrait en général être faite une fois par an à l’époque présumée de l’accumu-lation maximale. Par la suite, il conviendra de développer l’étude et de procéder à de telles mesures à intervalles réguliers pendant toute la période durant laquelle se produisent les chutes de


neige. Dès que possible, ces mesures devraient être complétées par la mesure régulière des précipita-tions neigeuses et l’observation des facteurs météorologiques connexes, comme le rayonne-ment, la température du sol et la vitesse du vent.

2.4.2.1.3 Stationsévaporimétriques

L’évaporation peut être estimée, soit indirectement en utilisant les méthodes du bilan hydrique, du bilan énergétique ou une approche aérodynamique, soit directement par extrapolation des mesures sur bac, ou encore par la méthode du transfert turbu-lent (chapitre 4). Une station évaporimétrique doit comporter un bac aux normes nationales, où des mesures d’évaporation seront effectuées quotidien-nement. On y procédera aussi à l’observation des précipitations, des températures maximales et mini-males de l’eau et de l’air, de la vitesse du vent, de l’humidité relative ou de la température du point de rosée.

L’évaporation joue un rôle très important dans les études à long terme du régime hydrologique des lacs et des réservoirs ainsi que pour la gestion de l’eau. Le nombre de stations d’évaporation et leur emplacement est alors déterminé en fonction de la configuration et de la superficie des lacs, ainsi que de la ou des régions climatiques impliquées.

2.4.2.2 Stations hydrométriques

2.4.2.2.1 Stationsdébitmétriques

L’objectif principal du réseau de stations de jaugeage est de fournir une information sur les ressources en eau de surface, leur répartition géographique et leur variation dans le temps. L’importance et la fréquence des crues et des périodes de sécheresse sont des éléments auxquels il faudra accorder une attention toute particulière.

En général, un nombre suffisant de stations débit-métriques devraient être placées le long des principaux tronçons des cours d’eau importants, pour permettre des interpolations entre elles. La localisation de ces stations devrait être dictée par des considérations topographiques et climatiques. Si la différence de débit entre deux points d’une même rivière est inférieure à la marge d’erreur de la mesure du débit à la station, il est inutile d’y inter-caler une station supplémentaire. À ce propos, il faut préciser que le débit d’un petit affluent ne peut être déterminé avec exactitude en soustrayant les débits mesurés à deux stations de jaugeage enca-drant son embouchure. Si la connaissance du débit de cet affluent offre un intérêt particulier, on

l’équipera d’une station débitmétrique, qui devien-dra une station secondaire du réseau minimal. Les stations de jaugeage devraient être entrecoupées de stations de mesure du niveau d’eau (section 2.4.2.2.2).

Partout où cela est possible, les stations principales devraient être situées sur des cours d’eau à régime naturel. Là où cela n’est pas possible, il peut être nécessaire d’aménager des stations supplémentaires sur les canaux et les réservoirs, afin d’obtenir les données nécessaires à la reconstitution des débits naturels aux stations de base. Les débits calculés aux centrales hydroélectriques ou aux barrages peuvent être utiles à cet effet, mais il est alors néces-saire d’étalonner vannes de contrôle et turbines, et de vérifier périodiquement ces étalonnages pendant la durée de service de ces installations.

Des stations devraient être aménagées sur le cours inférieur des grands fleuves du pays, immédiate-ment avant leur embouchure (si possible en amont de la zone d’influence des marées) ou au passage des frontières. Il faudra également installer des stations à la sortie des régions montagneuses et en amont des premières prises pour l’irrigation. D’autres stations hydrométriques seront placées à tous les points où le débit peut varier dans de larges propor-tions, en aval de la confluence avec un affluent important, à la sortie des lacs et là où des aménage-ments de grande envergure sont prévus. Les stations hydrométriques sont souvent établies dans les villes principales pour répondre à de nombreux besoins sociétaux.

Afin d’assurer un échantillonnage adéquat, il faudrait qu’il y ait au moins autant de stations débitmétriques sur les petits cours d’eau que sur les rivières principales. Pour les petits cours d’eau, il est cependant nécessaire de procéder à des mesures ponctuelles de débit, étant donné qu’il est impos-sible de les équiper tous de stations de jaugeage. Les facteurs locaux influencent fortement le débit des petites rivières. Dans les régions développées, où même le plus petit cours d’eau est économique-ment important, l’absence de station peut se faire sentir vivement, même pour des bassins dont la superficie est aussi petite que 10 km2.

Des stations devraient être installées pour jauger les débits dans des contextes géologiques et topo-graphiques divers. Comme l’écoulement varie fortement avec l’altitude, les stations du réseau de base doivent être disposées de façon à couvrir, de façon plus ou moins régulière, chaque partie d’une zone de montagne des piémonts aux régions les plus hautes. Il faudra aussi tenir compte de


l’exposition variable des pentes, qui joue un rôle important en terrain accidenté, et de l’occupation du sol qui peut varier selon l’exposition et d’autres facteurs. De même faut-il envisager d’augmenter la densité de stations dans les régions riches en lacs, seul moyen pour pouvoir en déterminer l’influence.

2.4.2.2.2 Niveauxdescoursd’eau

Le relevé des niveaux (hauteur de la surface de l’eau) est effectué à toutes les stations de jaugeage pour déterminer le débit. Dans le cadre du réseau mini-mal, la mesure de la hauteur d’eau seule peut être nécessaire en d’autres endroits: a) Dans toutes les grandes villes traversées par des

cours d’eau, les relevés des niveaux d’eau sont utilisés dans le cadre de la prévision des crues, de l’approvisionnement en eau potable ou du transport;

b) Sur les grandes rivières, entre les stations de jaugeage, le relevé des hauteurs d’eau peut être utile pour l’étude de la propagation des crues et leur prévision.

2.4.2.2.3 Niveauxdeslacsetdesréservoirs

Le niveau d’eau, la température, les vagues, la sali-nité, la formation de glace, etc., devraient être observés à des stations situées sur les lacs et les réservoirs. Des stations devraient être établies sur ceux dont la superficie dépasse 100 km2. Comme pour les cours d’eau, le réseau devrait comprendre des stations sur quelques lacs ou réservoirs plus petits.

2.4.2.2.4 Débitsolideetsédimentation

Les stations de mesure pour ces types de paramètres peuvent être destinées soit à mesurer le débit total des sédiments transportés vers l’océan, soit à mesu-rer l’érosion, le transport solide et la sédimentation à l’intérieur d’un pays, d’un bassin versant, etc. Lors de la conception d’un réseau minimal, l’accent devrait être porté sur l’érosion, le transport et le dépôt de sédiments au sein du pays. Un réseau opti-mal devrait comprendre une station de mesure de débit solide près de l’embouchure de chaque fleuve important.

Le transport solide par les rivières constitue un problème très important dans les régions arides, particulièrement dans celles dont le sol est friable, et dans les régions montagneuses où, pour les applications de génie civil, l’estimation exacte des quantités de sédiments transportés est essentielle.

Le concepteur d’un réseau de base doit garder présent à l’esprit le fait que la collecte des données relatives au transport solide est plus onéreuse que celle de toutes les autres données hydrologiques. En conséquence, le plus grand soin doit être apporté au choix du nombre et de l’emplacement de telles stations. On ne devrait ainsi porter l’accent qu’aux régions où l’érosion est très active. Après quelques années de mesure, il peut être souhaitable d’inter-rompre les observations aux stations où le transport solide s’avère insignifiant.

Les données de transport solide peuvent être complétées par le relevé des sédiments accumulés dans les lacs et les réservoirs. Des appareils de sondage par ultrasons sont utiles à cet effet. Toutefois, les informations ainsi obtenues ne doivent pas se substituer à l’observation directe du transport solide aux stations fluviales. La mesure des débits solides et le calcul du transport sédimen-taire sont abordés dans la section 5.5.

2.4.2.2.5 Stationsdemesuredelaqualitédeseaux

L’utilité d’un approvisionnement en eau dépend en grande partie de sa qualité chimique. L’observation de cette qualité chimique, tout au moins en vue des objectifs considérés dans ce Guide, consiste à prélever périodiquement des échantillons d’eau à des stations de jaugeage et à en analyser les constituants chimiques les plus courants. Le Comité technique 147 de l’ISO, a élaboré plus de 200 normes internationales rela-tives à l’échantillonnage de la qualité et aux méthodes d’analyse.

Le nombre de sites de prélèvement dans une rivière dépend de son régime hydrologique et des utilisa-tions de son eau. Plus il y aura de fluctuations de la qualité de l’eau, plus la fréquence des analyses devra être élevée. Dans les régions humides, où la concentration en matière dissoute est faible, il faut moins de points d’observation que sous les climats arides, où les concentrations en ions importants, en particulier le sodium, peuvent être élevées.

2.4.2.2.6 Températuredel’eau

La température de l’eau devrait être mesurée et enregistrée aux stations hydrométriques chaque fois qu’on y mesure le débit ou qu’on y prélève un échantillon d’eau. L’heure de la mesure devrait être aussi notée. Aux stations où les relevés de niveau d’eau sont quotidiens, la mesure des températures devrait aussi être effectuée chaque jour. Ces obser-vations, dont le coût est négligeable, peuvent


fournir des données utiles pour des études d’hydro-biologie, de pollution, de formation de la glace, de sources d’eau de refroidissement pour l’industrie, des effets de la température sur le transport solide, de la solubilité des minéraux contenus dans l’eau ou du changement climatique.

2.4.2.2.7 Couchedeglacesurlesrivièresetleslacs

L’observation régulière de la couche de glace devrait comprendre:a) Des observations visuelles des divers processus

de formation et de destruction de la glace, avec indication des dates respectivement de l’appa-rition des premières glaces flottantes, du gel de toute la surface du cours d’eau, du début de la débâcle et de la disparition complète de la glace. Ces observations devraient être faites sur une base journalière;

b) La mesure de l’épaisseur de la glace, en deux ou trois points caractéristiques près de quelques stations hydrométriques, une fois tous les cinq à dix jours. L’emplacement de ces points de mesure sera choisi à la suite d’études détaillées de la couche de glace, effectuées au début de la période d’observation de ces stations.

2.4.3 Besoinsspécifiquesaucontrôledelaqualitédel’eau

Le contrôle de la qualité des eaux peut être organisé de différentes façons. Il peut se faire par un réseau de stations à long terme placées de façon straté-gique, ou par répétition de campagnes d’étude de courte durée ou, plus couramment, par la combi-naison des deux. Pour l’emplacement des stations on tiendra compte, en plus des objectifs de base du programme, des facteurs suivants: a) Conditions générales et problèmes relatifs à

l’eau;b) Potentiel de développement des centres indus-

triels et urbains;c) Tendances démographiques;d) Climat, géographie et géologie; e) Accessibilité; f) Main-d’œuvre, financement et moyens dispo-

nibles pour traiter les données sur le terrain et en laboratoire;

g) Aspects interjuridictionnels;h) Durée du transport jusqu’au laboratoire (pour

les échantillons instables);i) Sécurité du personnel.

Le programme d’échantillonnage devrait être contrôlé et évalué durant sa phase initiale, afin de s’assurer de son efficacité par rapport aux objectifs de l’étude.

2.4.3.1 Paramètres caractérisant la qualité de l’eau

Les caractéristiques mesurables de qualité des eaux peuvent être classées de différentes manières: on peut distinguer les propriétés physiques (température, conductivité électrique, couleur, turbidité), les teneurs en composants chimiques inorganiques (oxygène dissous, chlorures, alcalinité, fluorures, phosphore, métaux) et organiques (phénols, hydrocarbures chlorés, hydrocarbures aromatiques polycycliques, pesticides), ou encore les composants biologiques et microbiologiques (comme les coliformes fécaux) ou la macrofaune (comme les vers, le plancton et les pois-sons), qui donnent des indications sur la santé écologique de l’environnement aquatique.

Une seconde classification se base sur l’importance accordée à certaines caractéristiques, qui seront diffé-rentes selon le type d’eau observé, les utilisations qui en sont prévues et les objectifs du programme de contrôle. Les variables concernant la qualité de l’eau sont parfois réparties en deux groupes: a) Variables de base (tableau I.2.7) (PNUE, 2005);b) Variables liées à l’utilisation de l’eau:

i) Approvisionnement en eau potable;ii) Irrigation;iii) Qualité générale nécessaire à la vie

aquatique.

Une troisième classification se rapporte aux procé-dures d’échantillonnage, en fonction de la stabilité des divers composants: a) Stables: les composants ne se modifient pas

dans le temps;b) Peu stables: les composants se modifient dans

le temps, mais peuvent être stabilisés durant au moins 24 heures, grâce à un traitement approprié;

c) Instables: les composants se modifient rapidement et ne peuvent être stabilisés.

Les composants des deux premiers groupes peuvent être analysés en laboratoire sur des échan-tillons d’eau représentatifs. Les composants du troisième groupe doivent être impérativement mesurés in situ.

2.4.3.2 Qualité des eaux de surface

Parfois les objectifs du programme d’étude définis-sent avec précision les meilleurs emplacements pour le prélèvement d’échantillons dans une rivière ou un lac. Par exemple, pour déterminer les effets d’un affluent sur le cours d’eau récepteur, les échantillons devront être prélevés en amont et en aval de la confluence. Dans d’autres cas, les lois antipollution


Tableau I.2.7. Variables de base de GEMS/Eau

Catégorie de qualité de l’eau Variables GEMStat

Variables hydrologiques et d’échantillonnage

Débit instantané

Variables physico-chimiques Débit liquide/niveau (GRF) Teneur totale de matières en suspension (R) Température pH (GRF)

Conductivité électrique Oxygène dissous Transparence (L)

Ions majeurs Sels dissous/Balance ionique

Calcium Magnésium Sodium Potassium Chlorures Fluorures (GW)

Sulfates Alcalinité Total des cations Total des anions Coefficient d’adsorption du sodium

Nutriments Nitrates plus nitrites Ammoniaque Azote organique dissous Azote organique particulaire

Phosphore total, dissous (R, L) Phosphore total, particulaire Phosphore total, non filtré (R, L) Silice réactive (R, L)

Matière organique Carbone organique dissous Carbone organique particulaire DBO

DCO Chorophylle a (R, L)

Microbiologie Coliformes fécaux Coliformes totaux

Giardia Cryptospiridium

MétauxContaminants inorganiques (mesurés dissous, particulaires et/ou totaux; la concentration particulaire est essentielle pour les stations GRF)

Aluminium Arsenic Bore Cadmium Chrome Cuivre Fer

Plomb Manganèse Mercure Nickel Sélénium Zinc

Contaminants organiques Aldicarbe Aldrine Atrazine Benzène 2, 4-D DDT Dieldrine Lindane

Hydrocarbures totaux Hydrocarbures chlorés totaux Hydrocarbures polyaromatiques totaux PCB PBDE (éthers diphényl polybromé) Phénols Toxaphène

R Variables de base seulement pour les rivièresL Variables de base seulement pour les lacs et réservoirsGW Variables de base seulement pour les eaux souterrainesR Variables de base seulement pour les stations de rivièreL Variables de base seulement pour les stations de lacs et

réservoirs

GRF Essentiel pour les stations de suivi mondial du flux des rivières (Global River Flux)

R, L Variables de base seulement pour les stations de rivière/ lacs et réservoirs

ou les exigences imposées par l’utilisation particu-lière d’une eau définiront la fréquence et le lieu des prélèvements. Par exemple, une autorisation de rejet en eaux de surface devra préciser les modalités de contrôle de qualité, ainsi que l’emplacement du prélèvement des échantillons, leur nombre, la fréquence et les paramètres à analyser. Les programmes de contrôle de la qualité de l’eau peuvent être complétés par des campagnes inten-

sives mais peu fréquentes, pour comprendre les fluctuations rapides des paramètres de qualité de l’eau. De même, des situations spéciales peuvent conduire à un suivi continu, selon des paramètres sélectionnés, de la qualité de l’eau.

Les stratégies d’échantillonnage ne seront pas les mêmes selon les différents types de masse d’eau ou de milieu, par exemple selon que l’on s’intéresse à


l’eau en soi, aux sédiments ou aux biotopes. Les eaux des rivières se mélangent complètement sur des distances comprises entre quelques kilomètres et plusieurs centaines de kilomètres en aval des sources de pollution. Les lacs peuvent être stratifiés verticalement en raison de la température de l’eau ou d’arrivées d’eau salines de haute densité. Les eaux souterraines peuvent s’écouler très lentement alors qu’en surface, rien ne trahit les modifications des solutés en profondeur.

Si l’objectif principal du programme est l’étude de l’impact des activités humaines sur la qualité de l’eau d’un bassin versant, celui-ci peut être subdi-visé en régions naturelles ou anthropisées. Ces dernières peuvent être à leur tour subdivisées en zones stables (durant au moins 10 ans) et en celles où l’impact anthropique est variable, comme dans les zones agricoles, résidentielles ou industrielles. Lors d’études concernant les précipitations acides, la sensibilité du sol aux dépôts se révèle un facteur important. Les figures I.2.7 et I.2.8 donnent quelques exemples d’emplacements de stations d’échantillonnage en rivière et en lacs selon la poursuite d’objectifs spécifiques.

Une fois le site choisi, l’étape suivante est la collecte de l’information pertinente sur la région étudiée. L’information recherchée tiendra compte: des aspects géologiques, hydrologiques et démo-graphiques aussi bien que du nombre de lacs et de

cours d’eau. Également de la taille et de l’emplace-ment des aquifères, de l’emplacement des stations existantes (de jaugeage et de contrôle de la qualité des eaux), des débits et des conditions climatiques à l’intérieur du bassin versant. Importent en outre les développements historiques, les centres urbains et industriels présents et futurs, les prises d’eau et les rejets d’eaux usées actuels, les sources salées naturelles, les drainages de mines, les plans d’irri-gation, la régulation des débits (barrages). De même les utilisations actuelles et prévues des eaux, les objectifs ou normes de qualité pour les lacs et les rivières, tout comme l’accessibilité aux sites potentiels d’échantillonnage (propriétaires des terrains, routes, aérodromes). Et enfin la disponibi-lité de services comme l’électricité, et des données de qualité des eaux déjà disponibles. La figure I.2.9 montre les étapes à suivre pour choisir les sites d’échantillonnage. La distance en aval jusqu’au point de brassage complet des eaux est grosso modo proportionnelle à la vitesse du courant et au carré de la largeur du chenal d’écoulement. Les rivières sont généralement suffisamment peu profondes pour qu’en aval d’un point de rejet de substances polluantes, les eaux atteignent rapidement une certaine homogénéité dans un plan vertical. Quant au brassage latéral, il se réalise beaucoup plus lentement. Ainsi, dans des rivières larges et rapides, le brassage complet peut n’être effectif que plusieurs kilomètres en aval du point d’injection.

X

X

X

X

X

X X

X

X

X

1

2

3

6

7

4

55

8

8

Frontière internationale

Ville importante

Région peu développée etpeu peuplée

Loisirs et pêche

Zone urbaine fortement

industrialisée Irrigation

Mer

Figure I.2.7. Site de surveillance en rivière

Station Critères

1 Aval immédiat d’une frontière internationale

2 Dérivation pour l’alimentation publique d’une grande ville

3 Zone importante pour la pêche, les loisirs et le tourisme

4 Dérivation pour une irrigation agricole de grande ampleur

5 Limite de la zone estuarienne d’une grande rivière

6 Dérivation pour une importante alimentation industrielle

7 Aval d’un rejet industriel et effluent important influençant la rivière principale

8 Station de référence, eau pure en l’état


Loisirs

X

X

X

X

10

11

12

9

Figure I.2.8. Site de surveillance: lacs

Station Critères

9 Affluent d’alimentation principal

10 Qualité générale de l’eau du lac

11 Alimentation en eau d’une grande ville

12 Effluent du lac

Figure I.2.9. Schéma pour le choix de sites d’échantillonnage sur la qualité de l’eau

Information

Besoin en données


Bilan

Sites envisageables

Suivi prolongé

Inspection de contrôle de la pertinence du site

Site choisi

Échantillonnage et analyse

Inventaire des usages de l’eau présents et futurs

Inventaire des facteurs, présents et prévus,

influençant la qualité de l’eau

Inventaire des ressources potentielles, utilisées

ou non

Collecte des données de qualité disponibles

Préparation de cartes dequalité et d’usage

Évaluation des besoins d’usage

Information requise

Planification du contrôle

Évaluation de l’influence de la qualité


Divers protocoles sont recommandés pour un échan-tillonnage représentatif dans la section transversale d’une rivière. On peut prélever six échantillons (en dupliquant les analyses), par exemple sur trois verti-cales de la section, à deux profondeurs différentes, ou échantillonner à moyenne profondeur au quart, à la moitié et aux trois quarts de la largeur de la rivière, ou à des intervalles réguliers sur toute la largeur du cours d’eau. Si l’on n’obtient pas d’échantillon repré-sentatif, il est conseillé de choisir un autre emplacement à proximité, à l’amont ou à l’aval. Une autre possibilité consiste à analyser un échantillon composite pondéré en fonction du débit, provenant du mélange d’échantillons prélevés sur des verticales de la section.

Le mélange longitudinal dans une rivière au débit irrégulier ou cyclique aura une influence secondaire quant à l’emplacement du site de prélèvement. Mais il est nécessaire de prendre en compte cette caractéristique du débit au moment de décider de la fréquence d’échantillonnage et lors de l’interpréta-tion des résultats.

La fréquence d’échantillonnage dépend des buts attribués au réseau, de l’importance relative de la station de prélèvement, de la gamme des valeurs mesurées, de la variabilité temporelle des paramètres étudiés et de la disponibilité des ressources. En l’absence d’information antérieure suffisante, on choisira une fréquence arbitraire basée sur la connais-sance des conditions locales. Cette fréquence pourra être ajustée, en accord avec la variabilité observée, lorsqu’on aura récolté suffisamment de données. La fréquence d’échantillonnage est déterminée par l’importance relative de la station, et dépendra du fait que les concentrations de quelques-unes des substances analysées s’approchent ou pas de valeurs critiques.

Aux stations lacustres, il est recommandé de préle-ver des échantillons pendant cinq jours consécutifs, durant la période la plus chaude de l’année ainsi que cinq échantillons consécutifs par trimestre. Les lacs situés sous un climat tempéré et qui présentent une stratification des eaux constituent un cas parti-culier et devraient être échantillonnés au moins six fois par an avec, en outre, des prélèvements occa-sionnels aléatoires au cours des périodes suivantes: au moment des eaux libres avant la stratification estivale, puis au moment du brassage des eaux suivant la stratification de l’été, sous la glace lorsque le plan d’eau est gelé et enfin en période de fonte des neiges et de ruissellement. De même, des échan-tillons supplémentaires devraient être prélevés en rivière, si possible après de fortes pluies, durant la période de fonte des neiges et de ruissellement.

Un graphique représentant les variations des para-mètres en fonction du temps peut faire apparaître des variations cycliques parmi les fluctuations aléa-toires. Pour la détection de tels cycles, il faut que l’intervalle d’échantillonnage ne soit pas plus long que le tiers de la durée du plus court des cycles, et que la prise d’échantillons s’étende sur une période au moins dix fois plus longue que la durée du plus long d’entre eux. Par conséquent, des cycles de longue période ne seront pas détectés lors des études initiales, mais seront mis en évidence après la mise en exploitation du réseau. Pour détecter ces variations cycliques, il est recommandé de prélever des échantillons aléatoires, par exemple à différents jours de la semaine, ou à différentes heures du jour.

2.4.3.3 Qualité de l’eau des précipitations

En général, les sites d’échantillonnage devraient être choisis de façon à donner une information précise et représentative de la variation spatio-temporelle des teneurs en composants chimiques dignes d’intérêt. Il faut tenir compte de certains facteurs importants tels que la direction des vents dominants, l’origine des composés analysés, la fréquence des précipitations (pluie, neige, grêle) ainsi que d’autres processus météorologiques influençant le dépôt. Il y a aussi des critères locaux à prendre en compte: a) Aucune source mobile de pollution (trafic

courant aérien, maritime ou routier) ne devrait se trouver à moins de 1000 m du site d’échantillonnage;

b) Aucun dépôt en surface de produits agri-coles, de combustibles ou d’autres matériaux exogènes ne devrait se trouver à moins de 1000 m du site;

c) Les échantillonneurs devraient être installés en terrain plat, non aménagé, de préférence recou-vert d’herbe et être entourés d’arbres distants de plus de cinq mètres des préleveurs. Aucune source de matériaux pouvant être emporté par le vent (champs labourés, routes non asphal-tées, etc.) ne devrait se trouver à proximité. Les zones à forts tourbillons verticaux ou les zones à remous situées du coté sous le vent d’une crête, les sommets balayées par le vent et les toits des bâtiments, etc. devraient être évités en raison des fortes turbulences qu’ils peuvent engendrer;

d) Aucun objet d’une taille supérieure à celle de l’échantillonneur ne devrait se trouver à moins de cinq mètres du site;

e) Tout objet plus haut que l’échantillonneur devrait se trouver à une distance supérieure à 2,5 fois la différence de hauteur entre les deux. Il faut faire tout particulièrement attention à la présence de fils métalliques aériens;


f) L’ouverture de l’échantillonneur devrait se trouver au moins à un mètre au-dessus du sol afin d’éviter que des matériaux indésirables n’y pénètrent, par transport éolien ou par éclaboussures;

g) Les échantillonneurs automatiques doivent être alimentés en énergie pour faire fonctionner les clapets et capteurs, ainsi que les éventuels systèmes de réfrigération en été ou d’antigel en hiver. Si cette énergie est fournie par des lignes électriques, elles ne devront pas être aériennes. Si l’électricité est produite par des générateurs, la sortie des gaz d’échappement devra être suffisamment éloignée de l’échantillonneur et située sous le vent;

h) Pour des études à l’échelle continentale, les sites devraient être de préférence situés en milieu rural et éloigné, sans source de pollu-tion continue à moins de 50 kilomètres dans la direction des vents dominants, et à moins de 30 kilomètres dans les autres directions.

Ces conditions peuvent ne pas être remplies dans tous les cas. La description des stations de mesure devrait, pour chacune de ces conditions, indiquer les caractéristiques spécifiques de l’emplacement choisi.

Sur les grands lacs, les précipitations sur le plan d’eau peuvent ne pas être aussi fortes que le long des rives et la proportion des particules solides gros-sières y être plus faible. La collecte d’échantillons au milieu d’un lac se fait en installant l’échantillon-neur sur une bouée, un rocher, un haut-fond ou une petite île.

En ce qui concerne la méthode d’échantillonnage des précipitations, préférence est donnée aux prélè-vements par événement. Chaque averse, tempête ou chute de neige constitue un événement. L’analyse des échantillons provenant d’un épisode de précipitations particulier permet de déterminer les polluants qui lui sont associés. Une analyse de la direction des vents, peut permettre de définir les sources probables d’émissions. Cependant, ce système d’échantillonnage est très sensible. On applique ici les mêmes considérations statistiques concernant la fréquence d’échantillonnage que celles définies pour le prélèvement d’eau de surface.

2.4.3.4 Qualité des sédiments

La plupart des critères utilisés pour choisir les emplacements de mesure, exposés dans les sections précédentes, sont aussi applicables à l’échantillon-nage des sédiments. Nous ne décrirons donc ci-dessous que les recommandations supplémen-taires spécifiques.

Pour les rivières où des données de transport solide sont requises, il est nécessaire de placer les sites d’échantillonnage près des stations de jaugeage, afin de pouvoir disposer à tout moment de données débitmétriques précises. Il faut éviter d’installer un échantillonneur juste en amont d’une confluence, car les prélèvements risquent d’être faussés par les phénomènes de remous. Dans les cours d’eau trop profonds pour être traversés à gué, les échantillon-neurs pourront être placés sous un pont ou à proximité d’un téléphérique. Les prélèvements depuis des ponts se feront de préférence du côté amont de l’ouvrage. Dans les zones à forte turbu-lence, comme au voisinage des piles, les échantillons sont rarement représentatifs. Il faut aussi faire attention à l’accumulation de débris ou de détritus autour des piles, car cet amoncellement peut modi-fier profondément l’écoulement et, par conséquent, la distribution des sédiments. Un échantillon global résultant du mélange, en fonction de leur charge moyenne, de prélèvements provenant de plusieurs points pris le long de la colonne d’eau peut être considéré comme représentatif pour autant que le brassage latéral soit suffisant.

Dans les rivières à écoulement rapide, les meilleurs endroits pour effectuer des prélèvements de sédi-ments du fond sont les bancs de sable, les méandres, les hauts fonds, le milieu du chenal et, de façon générale, les zones abritées, où la vitesse de l’eau est son minimum.

Les sites d’échantillonnage devraient être acces-sibles lors des crues, car c’est durant ces périodes que le transport solide est plus important.

La détermination, en rivière, du pic de charge polluante peut se faire de deux façons différentes: a) Si la pollution est ponctuelle, les prélèvements

seront faits durant les périodes de basses eaux, lorsque les polluants sont les plus concentrés;

b) Si les polluants sont d’origine diffuse (ruissel-lement de nutriments ou de pesticides prove-nant de terrains agricoles), les prélèvements devraient être effectués durant les périodes de crues, lorsque les polluants arrivent par lessivage du sol.

Si l’un des objectifs poursuivi est de quantifier le transport solide dans une rivière, il faut se souvenir que le moment où la concentration des sédiments est maximale ne correspond pas forcément au moment où le débit est le plus fort. En outre, une succession de forts débits aboutira progressivement à une diminution des concentrations de sédiments, la diminution des matériaux mobilisables provoquant un effet de tarissement.


Sur les lacs, le site d’échantillonnage de base devrait se trouver au centre géographique du plan d’eau. Si le lac a une grande superficie (supérieure à 500 km2), il faudra installer plusieurs stations de base. Dans le cas où différents types de sédiments devraient être prélevés, on peut utiliser les infor-mations provenant de relevés acoustiques (échosondeurs), qui permettent à la fois d’identi-fier le type des matériaux couvrant le fond (sable, gravier, vase) et d’indiquer la présence d’une strati-fication sous la surface. Des échantillonneurs secondaires devraient être placés entre la station de base et l’embouchure des principaux affluents ou les sources de pollution. La stratégie habituelle consiste à placer des points de prélèvement sur l’axe longitudinal du lac, avec éventuellement des points placés sur des axes transversaux. En général, pour un lac de taille moyenne, trois à cinq stations donnent une bonne approximation de la qualité des sédiments. Cependant, il sera nécessaire d’aug-menter la densité de ce réseau, si l’on veut pouvoir réaliser des études statistiques valables.

La fréquence d’échantillonnage dans les lacs est conditionnée par la concentration généralement faible des matières en suspension. Les pièges à sédi-ments devraient être utilisés durant les périodes de productivité maximale et minimale d’algues, ainsi qu’au moment où les apports de sédiments par les rivières sont les plus élevés.

Lors d’échantillonnages répétés de sédiments repo-sant au fond des lacs, il faut tenir compte de la vitesse d’accumulation des matériaux. Dans les bassins versants situés sous des climats tempérés froids, on compte une accumulation moyenne de 0,1 à 0,2 millimètre par an. Une période d’échan-tillonnage sur un intervalle de cinq ans peut s’avérer trop courte pour fournir des informations nouvelles, à moins qu’il ne s’agisse de détecter la présence de nouvelles substances polluantes.

2.4.3.5 Qualité des eaux souterraines

Un grand nombre d’informations hydrogéolo-giques sont nécessaires pour mettre sur pied une stratégie d’échantillonnage pour les aquifères. Il faut connaître les niveaux d’eau, les gradients hydrauliques, la vitesse et la direction des écoule-ments. Un inventaire des puits, des forages et des sources alimentées par l’aquifère, ainsi que de l’utilisation du sol devront être établis.

Les échantillons d’eaux souterraines sont prélevés dans les eaux de drainage et les puits naturels et forés. Les prélèvements dans les puits devraient être précédés d’un pompage suffisamment long pour

que les échantillons soient représentatifs de l’eau de la nappe souterraine. C’est en particulier le cas lorsque le puits a un revêtement sensible à la corrosion.

L’utilisation de puits existants est une solution économique, même s’ils ne sont pas toujours situés au meilleur endroit ou construits avec des maté-riaux inertes. Les puits en activité ou pompés occasionnellement sont préférables à ceux qui ne sont plus utilisés. Les puits abandonnés ou inex-ploités sont souvent en mauvais état: tubage endommagé ou percé, système de pompage corrodé. Il est souvent difficile d’y mesurer les niveaux d’eau et ils peuvent présenter des dangers.

Les variations de la qualité des eaux souterraines peuvent être très lentes; des prélèvements mensuels, saisonniers, voire même annuels suffisent générale-ment à les appréhender.

2.4.4 Réseauxopérationnelsd’acquisitiondesdonnées

La plupart des prévisions hydrologiques sont tirées de données provenant des réseaux d’observation. Ces données comprennent non seulement les mesures instrumentales, mais également le détail des opérations de gestion de l’eau et des ouvrages de protection contre les crues. Un système de prévi-sion devrait utiliser autant que possible des données du réseau de base (section 2.4.1.3). Le domaine couvert par le réseau de prévision est déterminé par: a) Les demandes des utilisateurs en matière

de prévision à des points précis, ainsi qu’en matière d’information courante sur l’état des masses d’eau;

b) La densité de réseau nécessaire pour évaluer correctement les caractéristiques du régime hydrologique et l’étendue des masses d’eau;

c) La technologie de transmission des données au centre de prévision;

d) La représentativité des observations;e) Les moyens de diffusion des prévisions.

La collecte de l’information sur la gestion de l’eau devrait être organisée de telle manière qu’elle s’harmonise avec le travail normal d’exploitation des agences qui fournissent ces données.

Un programme de transmission des observations au centre de prévision par les stations de contrôle non automatisées devrait être établi et ces observations devraient être classées selon la régularité ou le caractère occasionnel de leur transmission. Les bulle-tins réguliers devraient comprendre l’information journalière sur les niveaux d’eau, les débits, les


températures et si cela est approprié le gel, ainsi que les observations tous les 5 ou 10 jours sur l’épaisseur de la glace, la hauteur de neige et son équivalent en eau. Les bulletins occasionnels contiennent les infor-mations d’urgence sur les changements importants dans le régime des masses d’eau et les données d’exploitation, ainsi que les informations néces- saires pour expliquer l’évolution d’un phénomène hydrologique particulier.

Le Casebook on Hydrological Network Design Practice (WMO-No. 324) donne des exemples de densités spatiales pour différentes variables hydrologiques, et les principes généraux pour les évaluer en fonction de la variabilité spatiotemporelle.

2.4.5 Optionsstratégiquespourlesréseaux

En plus des tentatives pour améliorer la représenta-tivité des réseaux de mesure des eaux de surface, les services hydrologiques devraient développer des stratégies de suivi plus détaillées. Pour certains bassins, les activités de collecte de données hydro-métriques doivent être intégrées aux programmes de suivi des sédiments, de la qualité des eaux, de la météorologie et de l’habitat aquatique (section 2.4.1.4). Par exemple, les études de trans-fert des polluants associés aux sédiments doivent tenir compte des origines, cheminements et deve-nir des particules fines. Ceci exige la compréhension simultanée des régimes hydrologique et sédimento-logique. Que ce soit pour l’interprétation des concentrations ou pour le calcul des charges polluantes, un tel suivi intégré nécessite une coor-dination étroite à tous les stades de la collecte de données, de sa planification à la présentation des résultats.

La planification intégrée des réseaux devrait être développée pour maximiser l’efficacité de tous les programmes concernant les données sur l’eau. Des efforts importants sont nécessaires pour définir les besoins des réseaux selon des perspectives multiples, afin de coordonner la collecte de données par bassin versant de telle sorte que les données appropriées, comme les précipitations, le ruissellement, les eaux souterraines et la qualité de l’eau soient utilisables pour les besoins futurs.

Les programmes de suivi actuels peuvent être améliorés à l’aide d’études complémentaires. Des études des changements sédimentologiques et morphologiques du cours d’eau (Church et al., 1989; Carson, 1987) peuvent, par exemple, complé-ter les suivis réguliers pour la caractérisation du comportement de la rivière. Cette connaissance,

qui n’est pas accessible par les seules études de suivi, est utile pour la gestion de la pisciculture, les études d’aménagement de cours d’eau, et les études de qualité de l’eau.

À une autre échelle, les considérations concernant la qualité de l’eau sont de plus en plus importantes pour la conception de l’assainissement urbain. La conception des programmes de surveillance appro-priés devrait inclure un échantillonnage à faible pas de temps, un suivi intégré des précipitations et des écoulements et des temps de réponse très courts si on veut que ces données soient utiles. Ces condi-tions sont assez différentes de celles qui sont réalisées par les procédures habituelles. L’usage de modèles informatiques est une dimension supplé-mentaire pour l’amélioration des informations extraites des activités de surveillance de l’eau. Dans certains cas, la conception même du réseau de contrôle peut être améliorée par l’usage de tels modèles.

2.5 COLLECTEDESDONNÉES

2.5.1 Choixdusite

Une fois la phase de conception du réseau achevée, les emplacements de collecte des données approxi-mativement localisés en fonction des contraintes opérationnelles, les types d’instruments de mesure définis, un emplacement peut être choisi de façon plus précise en fonction des contraintes de l’instru-mentation, comme décrit dans les chapitres suivants de ce volume (sections 5.3.2.1 et 5.4.2). Afin d’assurer la qualité des données, il est parfois nécessaire d’aménager le site par des déboisements ou une stabilisation du lit du cours d’eau.

Lorsqu’un endroit a été choisi et les instruments de mesure installés, deux types de données seront rele-vées: des informations relatives au site lui-même et les observations hydrologiques pour lesquelles la station a été conçue. La station, une fois installée, devra être exploitée et entretenue en accord avec ses prescriptions initiales. Cela nécessite l’établisse-ment d’un programme adéquat d’inspection et de maintenance assurant la continuité et la fiabilité des mesures, et la mise en place de routines de véri-fication et d’étalonnage conférant aux données l’exactitude requise.

2.5.2 Identificationdelastation

Pour que les caractéristiques d’un site de collecte de données et leur évolution soient documentées,


il faudra assurer la mise en place d’un système d’identification et d’archivage des informations descriptives.

2.5.2.1 Identification des sites de collecte de données

Chaque site permanent devra être doté d’un code d’identification unique qui sera utilisé pour marquer toutes les données et informations pertinentes pour le site. La plupart des codes d’identification sont numériques, mais ils peuvent également être alphanumériques.

Il arrive souvent que plusieurs services ou agences possèdent des stations de collecte de données dans une même région ou un même pays. L’échange de données et la coordination de la collecte entre les différentes personnes intéressées seront plus aisés si un seul système d’identification est utilisé par tous. Chaque région sera définie selon le(s) bassin(s) versant(s) ou les zones climatiques qu’elle couvre, et une partie du code d’identification du site devrait contenir des éléments permettant sa localisation dans la région.

L’identificateur du site peut être simplement un numéro d’accès, c’est-à-dire un numéro d’ordre attribué aux stations au fur et à mesure de leur établissement. Le système sophistiqué d’identifica-tion de la Banque nationale de données pour la qualité des eaux (NAQUADAT), a été conçu pour un traitement informatique des données. Il se compose d’un code alphanumérique de 12 signes, qui consti-tue la clé d’accès pour le stockage et la recherche des données dans le système informatique. Ce nombre est composé de plusieurs sous-sections (PNUE/OMS, 1996): a) Type d’eau – Un code numérique de deux

chiffres indique le type d’eau observée (cours d’eau, rivières, lacs ou précipitations). Ce code a été étendu à d’autres types de milieux aqua-tiques. Une liste des codes attribués jusqu’ici est donnée dans le tableau I.2.8;

b) Province, bassin et sous-bassin versant – Trois paires de chiffres et de lettres permettant d’iden-tifier la province, le bassin et le sous-bassin versant;

c) Numéro d’ordre – Un nombre de quatre chiffres attribué habituellement par un bureau régional.

Par exemple, le numéro de station 00BC08NA0001 indique que le site de prélèvement se situe sur un cours d’eau, dans la province de Colombie britan-nique, dans le bassin versant 08, dans le sous-bassin versant NA et le numéro d’ordre est le 1. La station 01ON02IE0009 concerne un lac, dans la province

d’Ontario, le bassin versant 02, le sous-bassin versant IE, son numéro d’ordre étant le 9.

Pour l’identification des stations, l’OMM a admis un système de codage (Moss et Tasker, 1991) similaire aux énumérations b) et c) du système NAQUADAT.

Un autre système reconnu de codage des points de prélèvement, utilisé par l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis d’Amérique (EPA), est le River Mile Index, qui correspond à une partie du système STORET. Dans ce cas, le point de prélè-vement est défini par sa relation hydrographique par rapport à l’embouchure du système fluvial et par la distance qui l’en sépare. Il comprend les codes des bassins versants principaux et secon-daires, le numéro du cours d’eau terminal, la direction et la cote de l’écoulement, la distance en miles entre et jusqu’aux confluences du système fluvial, ainsi qu’un code identifiant le niveau du cours d’eau au point de prélèvement.

2.5.2.2 Information descriptive

Dans bien des cas, la valeur des données sera meilleure si, dans le cadre de la production de métadonnées, l’utilisateur peut disposer d’infor-mations sur l’historique de la collecte. À cette fin, ces informations devraient être inscrites dans un fichier de remarques propre à chaque station. Le niveau de détail, variable, sera fonction de chaque paramètre mesuré. Typiquement, ce fichier devrait contenir le nom de la station et des indications quant à sa localisation, son type, les stations asso-ciées (établissement, exploitation, autorités propriétaires), son altitude, la fréquence des obser-vations, les périodes d’exploitation et les détails sur son équipement. On pourra y ajouter des rubriques spécifiques à certains types de stations. Une sélection de ces informations devrait être systématiquement annexée aux fichiers de sortie des données (chapitre 10).

Un fichier contenant davantage d’informations sur l’historique des opérations devrait être établi afin d’être distribué selon les besoins (chapitre 10). Le niveau de détail sera, ici aussi, différent selon le type des observations enregistrées. Pour une station hydrométrique, le fichier peut inclure des informations concernant la zone climatique, et des notes sur les précipitations et l’évaporation, la géomorphologie, le relief, la végétation, l’utilisa-tion du sol et le déboisement, ainsi que des détails sur la station. Un tel fichier devra contenir les informations suivantes: description de la station, croquis détaillé du site, carte régionale ainsi qu’une description du site et de la région. Des exemples de


tels fichiers peuvent être trouvés dans le Guide pratique GEMS/Eau (PNUE, 2005) et dans Sampling for water quality (Ministère de l’environnement du Canada, 1983). La figure I.2.10 en présente un exemple de format possible.

2.5.2.2.1 Descriptiondelastation

Une description précise du site de prélèvement devra mentionner la distance de la station à des

points de référence spécifiques. Il est important que ces points de référence soient permanents et claire-ment identifiables. Par exemple, «cinq mètres au nord-ouest du jeune saule» est une mauvaise description de l’emplacement. Voici l’exemple d’une description utile: «30 mètres en aval du pont Lady Aberdeen (route 148), entre Hull et Pointe Gatineau, à 15 mètres vers l’aval du pilier situé dans le cours d’eau, près de la rive gauche». Si un appareil de Système de positionnement mondial (GPS) est

Type Code Sous-type Code

Eaux de surface

0 Chenal 0

LacEstuaireOcéan/merétang/mareLac de barragePortFosséRuissellementInconnu

123456789

Eaux souterraines

1 Pompage de puitsSourcePiézomètreDrainMarécage Robinet domestique Inconnu

0123489

Eaux usées ou épurées

2 IndustriellesUrbainesMinesBétailInconnu

01239

Précipitations 3 PluieNeigeGlace (chute de)Précipitations mixtesRetombées sèches

01234

Alimentation traitée

4 MunicipaleIndustrielleMinesPrivée (individuelle)Autres travaux communauxDistribution municipaleUsine de traitement municipale (stade intermédiaire)Résidus de traitement ou bouesAutres

0123456

79

Type Code Sous-type Code

Sédiments, sols

5 ChenalFond de lacBerge de cours d’eauBerge de lacContaminé par le solSol en généralSol de colatureBoue ou sol conditionnéAutre

012345678

Eaux usées industrielles

6 Eaux pluvialesAffluent primaireEffluent primaireEffluent finalBouesProblème particulierAutre

0123456

Eaux usées municipales

7 Eaux brutesEffluent du décanteur primaireEffluent du décanteur secondaireEffluent primaire classiqueEffluent secondaire classiqueEffluent de traitement avancé des eaux uséesEffluent stériliséBoue bruteBoue digéréeAutre

012

345

6789

Eaux usées diverses

8 Eaux brutesEffluent du décanteur primaireEffluent du décanteur secondaireEffluent primaire classiqueEffluent secondaire classiqueEffluent de traitement avancé des eaux uséesEffluent stériliséBoue bruteBoue digéréeAutre

01

2

345

6789

Tableau I.2.8. Codes NAQUADAT pour les types de milieux aquatiques

Source: Organisation météorologique mondiale, 1998a: Manual on Water Quality Monitoring – Planning and Implementation of Sampling and Field Testing, Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 27, WMO-No. 680, Genève.


disponible, les coordonnées géographiques du lieu de prélèvement devraient être déterminées et enre-gistrées avec la description de la station. Il faudra également noter la date de la première mise en service de la station, ainsi que celle du début de la collecte des données.

Pour les stations de mesure des débits et de la qualité des eaux, l’information sur l’emplace-ment comprendra aussi une description du cours d’eau en amont et en aval de la station, la profon-deur de l’eau, la description des berges et des matériaux du lit du cours d’eau, ainsi que des irré-gularités de sa morphologie pouvant modifier l’écoulement ou la qualité des eaux. Ces irrégula-rités peuvent inclure des méandres, l’élargissement ou le rétrécissement du chenal, la présence d’une île, de rapides ou de chutes, ou la confluence avec un autre cours d’eau près de la station. La descrip-tion des berges devrait mentionner leur pente et les matériaux qui les composent, ainsi que l’im-portance de la végétation. Le lit ou les sédiments peuvent être caractérisés brièvement par les maté-riaux qui les composent: rocheux, vaseux, sableux, couvert de végétation aquatique, etc. La

description des environs de la station devrait mentionner les changements saisonniers suscep-tibles de gêner la collecte des données tout au long de l’année. Pour les stations sur les lacs, il faudra mentionner la surface du lac, ses profon-deurs maximale et moyenne, son volume et le temps de résidence de l’eau.

Toutes les informations supplémentaires sur les conditions, naturelles ou non, pouvant influencer les résultats des mesures seront consignées. On mentionnera aussi les modifications passées et prévisibles du terrain, de même que les sources de pollution comme les feux de forêt, les constructions de routes, d’anciennes mines, ou l’utilisation du sol présente et future.

2.5.2.2.2 Esquissedétailléedelalocalisationdelastation

Un plan de localisation de la station devrait être établi, comprenant la distance (exprimée en unités appropriées) de la station à des points de repère locaux et à des points de référence permanents (figure I.2.11). Sur cette esquisse, les emplacements

STATIONDESCRIPTION

OBSERVATIONS

Direction of flow:____________________________________________________

Description of channel above station:____________________________________________________

Description of channel below station:________________________________________________________________________________________________________

Description of left bank:____________________________________________________

Description of right bank:

____________________________________________________

Bed: rocky, gravel, sandy, clean, vegetated:

____________________________________________________

Approximate dimensions and descriptions of lakes and/orreservoirs:

_____________________________________________________

Natural conditions and/or control installations which may affectflow regimes:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Sources of chemical or physical inputs:

__________________________________________________________________________________________________________

South-east

Permanent log boom on right, gradual curve to left

Gradual widening before emptying into Ottawa r.; maincurrent on left, slight backwater on right

Edge of park land; gentle slope

Probably wood chips, muddy

None

Baskatong damFarmers rapids

Logs, local sewage input

Approx. 3 m drop to river; slope allows only shrubby vegetation

DOE, INLAND WATERS DIRECTORATE, WATER QUALITY BRANCH

STATION LOCATION DESCRIPTION

R E G I O N ______________

PROVINCE ___________________ BASIN ______________

STATION DATA

S U B-TY P E P R O V. B ASIN BASIN S E Q U E N T

LATITUDE LONGITUDE P R

UTM E ASTING NORTHING P R

ZO N E

STATIONLOCATION

S DEG MIN SEC S DEG MIN SEC

S S

ReservoirStream

On ______________ LakeRiver

At _______________ near ______________ Prov. ____________Located in_______ Sec. _______ Tp ________ Region _______Established __________________ 19_____Distance from base to station ______________________________Distance from station to site of analysis ______________________Location of station with respect to towns, bridges, highways, railroads,tributaries, islands, falls, dams, etc.:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Description and location of nearby hydrometric installations:____________________________________________________________________________________________________________________

Quebec

Quebec Ottawa River

0 0

0

GatineauLady Aberdeenbridge Pte. Gatineau Que.

April 781.5 km

Spec

imen

QU

4 5 2 7 2 5 0 0 0 7 5 4 2 0 2 0 0 5

0 2 L H 0 0 3 6 0 0 0

17 km

30 m downstream of Lady Aberdeen bridge (Highway 148)between Hull and Pointe Gatineau and 15 m off pier onleft side (looking downstream)

Baskatong dam about 190 km upstreamFarmers rapids about 25 km upstream

Figure I.2.10. Formulaire de localisation d’une station


des prélèvements ou des mesures et de leur équipe-ment devraient être clairement indiqués.

2.5.2.2.3 Plandesituation

Une carte de situation à grande échelle (figure I.2.12), permettant de localiser le site par rapport aux routes et autoroutes, ainsi qu’aux agglomérations devrait également faire partie du descriptif de la station. L’association de cette carte au plan de la station devrait donner une informa-tion complète pour localiser la station, de façon qu’un enquêteur s’y rendant pour la première fois, puisse y arriver sans problème.

2.5.2.2.4 Coordonnées

Les coordonnées géographiques sont données en latitude et longitude, et peuvent en outre être reliées à un autre système de référence tel que l’UTM (Universal Transverse Mercator) ou les plans cadas-traux. Si le site se trouve sur un cours d’eau, la distance le séparant d’un point situé plus à l’aval, comme un point de référence ou l’embouchure d’une rivière, devrait être notée. Il faudra aussi four-nir, si cela est possible, les coordonnées selon le système de référence national. Le système interna-tional GLOWDAT (c’est-à-dire la banque de données GEMS/Eau (PNUE, 2005)) utilise, lui, le code de l’OMM qui divise le globe en huit parties et attribue à l’hémisphère Nord les valeurs 0, 1, 2 et 3, corres-pondant respectivement à 0°–90° Ouest, 90°–180° Ouest, 180°–90° Est et 90°–0° Est (WMO-No. 683). Pour l’hémisphère Sud, les valeurs 5, 6, 7 et 8 corres-pondent respectivement à 0°–90° Ouest, 90°–180° Ouest, 180°–90° Est, et 90°–0° Est (WMO-No. 559).

Latitude et longitude devraient être tirées de cartes topographiques au 1/50 000 ou au 1/250 000. Sur les cartes au 1/50 000, les points peuvent être

situés à ± 40 m environ, alors que sur une carte au 1/250 000, la précision est de ± 200 m environ (WMO-No. 559). Si des cartes de navigation aérienne existent, il faut les utiliser de préférence, car elles fournissent des valeurs plus exactes que celles qui proviennent des cartes topographiques.

2.5.2.2.5 Descriptif

Pour les stations de mesure de débit et de qualité des eaux, il est recommandé de commencer la description par le nom du cours d’eau, du lac ou de la retenue, suivi par sa position (en amont ou en aval) et sa distance (au moins à 0,1 km près) par rapport à l’agglomération la plus proche, aux ponts importants, aux routes principales ou à tout autre point de repère fixe. Le nom de la province, du territoire ou de toute autre division administrative devrait aussi être mentionné.

Il faudra aussi, dans cette description, signaler tous les changements apportés au site et aux instruments. Ces informations constitueront la description historique du site et de sa région. Un exemple de descriptif selon le format suggéré est proposé au chapitre 10.

2.5.3 Fréquenceetprogrammedesvisitesàlastation

La fréquence et le programme des relevés, donc des visites à la station, seront déterminés par l’utilisa-tion prévue des données collectées. Ils devraient permettre d’organiser les observations à effectuer dans le temps. Les visites à la station auront pour but l’observation ou la collecte des données, mais aussi la maintenance du site.

Lorsque le paramètre mesuré varie rapidement, les visites aux stations de mesure manuelles devront

HULL

TP

TEMPLETON TP

Pointe Gatineau

ParcLac Leamy

G a t i n e a u

Ottawa

Rive

r

Figure I.2.12. Carte de localisation d’une stationFigure I.2.11. Croquis de disposition d’une station

15M

30 M

Log boom

HWY 148

Lady Aberdeen

Bridge

Pier

St Jean-Baptiste

Blv

d G

reb

er

J acques-Cart ier

Gatineau River

N


être plus fréquentes si l’on veut maintenir un enre-gistrement valable. Dans ce cas, il est préférable d’installer un système d’enregistrement automa-tique des données ou de transmission en temps réel, si le personnel compétent et les fonds néces-saires sont disponibles. Cela peut s’avérer particulièrement le cas si des observations plus fréquentes sont souhaitables dans un but hydrolo-gique lors de tempêtes ou de crues, mais aussi pour des biefs influencés par les marées.

2.5.3.1 Stationsmanuelles

Il est important d’encourager le relevé des observa-tions à heures fixes, dites observations «synoptiques», aux stations climatologiques. Le Manuel du Système mondial d’observation (OMM-N° 544) recommande les heures auxquelles il y a lieu d’effectuer, aux stations synoptiques, les observations météorologiques à des intervalles de trois et six heures: 0000, 0300, 0600, 0900, 1200, 1500, 1800 et 2100 en temps universel coordonné (UTC). Dans la plupart des pays, ces stations constituent les stations de base des programmes d’observation météorologique et clima-tologique. Si l’observateur doit effectuer trois observations par jour, il est commode que ce soit au voisinage des heures où il se lève et où il se couche, ainsi que vers midi. Là où sont effectuées une ou deux observations par jour, il sera souvent possible de les faire aux heures synoptiques.

Toutes les stations où n’est effectuée qu’une observa-tion par jour devraient avoir une heure d’observation commune, de préférence durant la matinée.

Certains cours d’eau, par exemple les rivières alimen-tées par de petites montagnes, présentent des fluctuations diurnes du niveau de l’eau durant quelques saisons. L’observation du niveau devrait être effectuée plusieurs fois par jour aux nouvelles stations pour s’assurer qu’une lecture unique représente correctement le niveau d’eau journalier. En outre les petites rivières ont des montées violentes de niveau en réponse aux pluies d’orage. Des lectures supplé-mentaires du niveau devraient être obtenues durant ces événements pour mieux définir l’hydrogramme correspondant. Les observations du niveau de l’eau devraient aussi être faites au moment de l’échantillon-nage de la qualité de l’eau.

Certes, il est souhaitable que les observations régu-lières soient effectuées à des heures synoptiques, mais cela n’est pas possible partout. Il importe alors que les observations soient effectuées tous les jours à la même heure. Cette heure sera notée en temps local ou en UTC, en utilisant la notation de 0 à 24 heures. Si le régime de l’heure d’été est appliqué pendant une

partie de l’année, il faut prendre des dispositions pour que les observations soient faites toute l’année à la même heure UTC.

L’heure d’observation fixée devrait être la fin de la période où une série d’observations sont faites à la station. Dans la mesure du possible, la série d’observa-tions à effectuer devrait être faite dans les 10 minutes qui précèdent l’heure d’observation fixée. Toutefois, il est important que l’heure à laquelle l’observation a réellement été faite soit soigneusement notée, qu’elle soit effectuée à l’heure prescrite ou non. Dans les biefs à marée, les heures d’observation devraient être adaptées au cycle des marées.

2.5.3.2 Stationsavecenregistrements

La fréquence et l’horaire des visites aux stations à enregistrement seront directement dictés par la durée pendant laquelle on peut espérer qu’elles fonctionneront sans entretien. Par exemple, les pluviographes, inscrivant les mesures sur des feuilles à déroulement hebdomadaire, nécessiteront des visites chaque semaine pour le changement de ces feuilles. D’autres instruments ont une capacité de stockage des données plus importante; les visites peuvent y être plus espacées. Il faut trouver un juste équilibre entre la fréquence des visites et la qualité des données obtenues. Des visites peu fréquentes peuvent aboutir, en cas de dysfonctionnement non détecté de l’enregistreur, à une perte de données, alors que des visites trop rapprochées sont onéreuses en terme de temps comme d’argent. Diverses études ont déjà été réalisées sur le rapport coût-efficacité et sur l’efficacité de la collecte des données. De plus amples informations sont données dans les Proceedings of the Technical Conference on the Economic and Social Benefits of Meteorological and Hydrological Services (WMO-No. 733).

La fréquence des visites peut aussi dépendre du niveau d’exactitude désiré pour les données. Des dispositifs de collecte de données peuvent subir une dérive de la relation entre la variable enregistrée et ce qu’elle représente. Une courbe de tarage non stable en est un exemple. Dans ce cas, des visites périodiques à la station sont nécessaires, afin de recalibrer les instruments de mesure ou établir de nouvelles courbes de tarage.

2.5.3.3 Nouvellestechnologies

La mise en service d’appareils électroniques d’acqui-sition de données et la transmission des données par téléphone ou satellite peuvent avoir un impact déterminant sur la fréquence des mesures et des inspections (section 2.5.6). Notons cependant qu’une


maintenance régulière de la station reste nécessaire pour assurer une bonne qualité des données.

2.5.4 Maintenancedessites

Les opérations de maintenance ci-dessous doivent être effectuées aux sites de collecte de données à des intervalles donnés de façon à garantir une qualité adéquate des données enregistrées. Ceci peut être mené par l’observateur responsable du site, s’il en existe un. Elles devraient aussi être occasionnelle-ment effectuées par un inspecteur (section 9.8.4).

À tous les sites de collecte de données, il faut: a) Entretenir les instruments;b) Remplacer ou mettre à jour les instruments, si

nécessaire; c) Récupérer ou enregistrer les observations; d) Effectuer les vérifications recommandées sur les

enregistrements récupérées; e) Effectuer un contrôle général des installations

annexes, par exemple, des lignes de transmission; f) Effectuer le contrôle et la maintenance de la

station, selon les spécifications recommandées; g) Contrôler et maintenir les accès à la station; h) Faire un compte-rendu écrit de toutes les

activités ci-dessus; i) Commenter les modifications de l’utilisation

du sol ou de la végétation; j) Enlever les détritus et la végétation gênante

dans toute l’installation.

Aux stations de mesure des débits, il faut: a) Contrôler la stabilité des berges, si nécessaire; b) Contrôler le niveau et le support de la jauge, si

nécessaire; c) Contrôler et entretenir le dispositif de mesure

des débits (téléphérique, etc.), si nécessaire; d) Contrôler et réparer l’ensemble des installa-

tions, si nécessaire; e) Lever régulièrement des sections en travers et

photographier les principaux changements affectant la station après des événements excep-tionnels, des changements de végétation ou d’utilisation du sol;

f) Faire un compte-rendu écrit de toutes les activités ci-dessus et de leurs résultats;

g) Inspecter le terrain autour ou en amont du site et noter toute modification importante de l’utilisation du sol ou des caractéristiques hydrologiques, comme la présence de glace.

Pour davantage de détails, voir le Manual on Stream Gauging (WMO-No. 519).

Les crues n’étant pas prévisibles, leur mesure ne peut être incluse dans le programme des contrôles

routiniers. Avant le début de la saison des orages, il faut établir un plan de mesure des crues dans lequel devraient figurer les stations prioritaires de mesure, ainsi que le type des données requises. Si la mesure des crues est demandée sur un site, sa préparation devra être effectuée durant la saison sèche, de sorte que tout soit prêt pour la saison des hautes eaux. Des mesures supplémentaires peuvent être nécessaires si des crues extrêmes sont probables.

Les travaux préparatoires consistent à: a) Surélever l’accès (aire d’atterrissage pour

hélicoptère si nécessaire); b) Équiper un campement provisoire avec des

provisions; c) Entreposer sur place les appareils de mesure et

les contrôler; d) Protéger des inondations les instruments tels

que les enregistreurs de niveau.

Après la décrue, une attention particulière doit être portée à la sécurité du site et à la restauration de son fonctionnement normal. Dans certains cas, la refonte et la reconstruction du site peuvent être nécessaires. Cette opération devra tenir compte des informations obtenues à la suite de l’inondation.

2.5.5 Observations

À tous les sites de mesure, les valeurs doivent être relevées puis codées ou enregistrées et finalement transmises. Des éléments de la collecte de don- nées sont présentés à titre d’exemple dans le tableau I.2.9.

2.5.5.1 Stations manuelles

Les observateurs devraient au moins être équipés d’un carnet de terrain et/ou d’un journal pour chaque station, dans lesquels ils noteront au fur et à mesure leurs observations brutes. Des formulaires devraient être fournis à l’observateur pour noter les observations quotidiennes, hebdomadaires, bimen-suelles ou mensuelles, selon les besoins. Le carnet de terrain ou le journal de la station devraient être conservés par l’observateur, pour le cas où son rapport se perdrait durant sa transmission jusqu’au centre de traitement des données.

La présentation du formulaire de rapport devrait permettre d’y copier facilement les résultats notés sur le carnet de terrain ou le journal de la station. Présenter le rapport sous une forme identique à celle d’une page du carnet ou du journal serait une bonne solution. Les divers éléments du rapport et du carnet devraient au moins se trouver dans les mêmes colonnes ou lignes. Des espaces seront


réservés dans le journal, et peut être sur le formu-laire du rapport, pour toutes conversions ou corrections à apporter aux valeurs brutes.

Il est également possible d’utiliser une feuille de papier carbone entre les pages d’un carnet d’obser-vation; ceci permettra d’obtenir facilement et rapidement l’original destiné au centre de traite-ment des données et une copie, qui sera conservée à la station. L’utilisation de ce procédé n’est pas recommandée lorsque le carnet doit être transporté sur le terrain, l’humidité pouvant rendre les inscrip-tions illisibles. Les formulaires peuvent également être des formes appropriées de codage pour la conversion directe au support informatique.

La valeur des données peut être fortement améliorée ou dévaluée selon la qualité de la documentation qui les accompagne. Les observateurs devront être encouragés à faire des commentaires sur tout phéno-mène extérieur pouvant affecter les observations, qu’il soit relatif à l’équipement, à l’exposition ou à

des influences temporaires. De plus, les formulaires et les formats d’entrée devront permettre l’ajout de commentaires qui soient accessibles en même temps que les données finales. Il est important que les commentaires publiés soient exprimés selon une terminologie normalisée et que l’on utilise, pour les rapports de terrain, un vocabulaire correct.

Il est aussi utile de mettre en place un système de traitement des données tel que le codage et le marquage de la qualité des mesures soient réalisés en même temps que les observations. Ceci s’applique tout particulièrement aux observations faites manuellement, car cela pousse l’observateur à formuler un jugement au moment où il effectue ses observations. Les données des carnets de terrain peuvent être traitées en utilisant des lecteurs optiques ou des ordinateurs portables, ce qui permet le stockage informatique direct des observations. Ces dispositifs permettent la réduction les erreurs de transfert des données ainsi que la vérification automatique de leur qualité.


Saisie des données Transmission

Détection Enregistrement

1. Visuelle échelle, utilisation du sol, description de site, texture du sol, etc.

1. Carnet de terrain Texte descriptif, et valeurs d’éléments ou de variables

1. Manuel Observateurs Services postaux Téléphone

2. Mécanique Pluviographe, thermomètre, courantomètre, pénétromètre, limnigraphe

2. Formulaire de terrain Conçu pour des descriptions textuelles et l’inscription des valeurs d’éléments ou de variables Peut être pré-codé pour une saisie informatique ultérieure

2. Automatique (Télétransmission) Téléphone Ligne dédiée Radio Satellite Internet Réseaux des téléphones mobiles

3. électrique Thermistor, radiomètre, transducteur de pression, sonde de conductivité, encodeur

3. Graphiques Bande de papier où est tracée en continu la valeur d’une variable

4. Support lisible par ordinateur

a) Enregistrement manuel Formulaires à marques Formulaires à choix multiple

b) Enregistrement automatique Mémoire transistorisée

Note: Le tableau s’applique aux éléments ou variables observés sur le terrain. Il existe d’importants groupes de données, relatifs par exemple à la qualité des sols et de l’eau, pour lesquels on effectue des analyses au laboratoire, ou pour lesquels des échantillons sont prélevés. Dans ces cas, le système de collecte de données est presque invariablement:a) échantillonnage mécanique; b) Saisie sur carnet ou sur formulaire de terrain.

Tableau I.2.9. Les composantes de la collecte des données


Les observations de terrains pouvant aider à l’inter-prétation de la qualité de l’eau devraient être notées dans le rapport. Ces observations peuvent concer-ner une couleur ou une odeur inhabituelles de l’eau, un développement algal excessif, des nappes de pétrole, des films de surface ou de nombreux pois-sons morts. De telles observations peuvent conduire l’enquêteur de terrain à prélever des échantillons en plus de ceux qui sont prévus dans le programme de routine. Les types d’échantillons et leur mode de conservation devraient être compatibles avec les analyses que l’enquêteur pense être justifiées par les conditions prévalentes. Si des échantillons supplé-mentaires sont prélevés à d’autres sites que celui de la station, la description de leur localisation devra être notée avec précision. Ce type d’information et les échantillons supplémentaires peuvent se révéler très utiles dans la phase d’interprétation de l’étude.

2.5.5.2 Stationsenregistreuses

Aux stations à enregistrement automatique, les observations sont relevées sous forme graphique ou numérique. Néanmoins, les observations suivantes devront être notées à chaque visite (pour recueil de données ou pour maintenance) à la station: a) Le numéro d’identification de la station; b) Les observations provenant de sources indé-

pendantes (par exemple, tabelles de jaugeage, pluviomètres totalisateurs);

c) Les commentaires spécifiques relatifs au mécanisme d’enregistrement et à son état, observations courantes et heure.

La feuille de contrôle de la station devrait être remplie à chaque inspection. Les données peuvent être enregistrées sur des disques durs ou des bandes perforées. Dans ce dernier cas, ou si une carte de mémoire portable a été utilisée, l’extraction finale des observations à partir des données enregistrées peut être effectuée à l’aide de matériel informatique. Cependant, la personne chargée de la collecte des données peut utiliser un ordinateur de terrain pour extraire et valider les données enregistrées avant de quitter la station. La vérification sur le terrain permet d’effectuer, sur place, tous changement et réparation nécessaires.

Les enregistreurs automatiques transcrivent les données à des pas de temps prédéfinis par l’utilisateur. Les enregistreurs plus sophistiqués, dits «intelligents», tiennent également compte du compactage et de la variabilité de l’heure d’obser-vation. Lorsque plusieurs paramètres doivent être observés simultanément, la coordination des opérations peut être réalisée par un enregistreur de

terrain intelligent. Par exemple, les données de précipitations peuvent être enregistrées toutes les cinq minutes ou à chaque basculement d’auget, alors que les hauteurs d’eau le seront à chaque fois que la variation du niveau est supérieure à un centimètre; quant aux paramètres de qualité des eaux, ils seront aussi enregistrés, mais à chaque variation de hauteur d’eau de 10 centimètres, et/ou à chaque 24 heures.

Les enregistrements graphiques permettent la collecte en continu des observations, mais nécessi-tent un traitement au bureau. Les éventuels commentaires ou erreurs détectées seront reportés directement sur les graphiques ou sur les feuilles de contrôle. De même qu’avec les enregistreurs numé-riques, des observations de terrain indépendantes devront être faites et notées à chaque visite.

Lorsqu’une station a fonctionné un certain temps, la fréquence et l’horaire des inspections de mesure devraient être revus, sur la base de l’autonomie des instruments de mesure et des besoins en données à cet emplacement. Parfois, il faudra étudier la possi-bilité de récolter les données en temps réel, par le biais de différents systèmes de communication. Cela peut s’avérer moins coûteux que des visites régulières sur place (section 2.5.6).

2.5.5.3 Compterenduentempsréel

Des données en temps réel sont requises à de nombreuses stations, enregistreuses ou non, par exemple pour la gestion de réservoirs, des situations d’annonce et de prévision de crues, et dans quelques autres cas comme celui de l’établissement d’une méthode coût-efficacité de la collecte de données.

Les données en temps réel collectées par un observateur de terrain doivent être communiquées à l’agence par un moyen de transmission comme la radio ou le téléphone public. Les stations enregistreuses doivent également communiquer les données via des installations de transmission. Les appareils enregistreurs peuvent avoir l’avantage d’à la fois transmettre les données à des pas de temps ou des intervalles de variation du paramètre prescrit, et de pouvoir être interrogés par le bureau central, si celui-ci désire connaître la situation à un moment donné, voire modifier la fréquence des mesures. Les enregistreurs automatiques de données peuvent, en plus, fournir des informations sur leur capacité de stockage et leur alimentation en énergie encore disponibles. Des processus de contrôle de qualité automatisés peuvent être développés pour ces situations.


2.5.5.4 Instructions pour les observateurs

Tous les observateurs devraient recevoir des instruc-tions écrites, clairement rédigées. Elles devront aborder les points suivants:a) Une brève description des appareils, avec des

diagrammes; b) L’entretien et la réparation de routine des

instruments et les mesures à prendre en cas d’avaries ou de dysfonctionnements graves;

c) Les protocoles pour effectuer les observations; d) Les heures normales des observations; e) Les critères déterminant le déclenchement, la

fin et la fréquence des observations spéciales effectuées en dehors du programme normal (par exemple, observations du niveau des cours d’eau lorsqu’il dépasse une limite donnée);

f) Les méthodes à employer pour contrôler l’heure et pour reporter les observations de contrôle sur les graphiques, aux stations munies d’appareils enregistreurs;

g) La façon de remplir le carnet de terrain ou le journal de la station;

h) La façon de remplir les formulaires, y compris des indications sur la façon de calculer des moyennes et des totaux, avec exemples;

i) L’expédition des rapports au bureau central;j) Les procédures spéciales pour les stations de

mesure en temps réel.

L’inspecteur complétera ces instructions écrites faites à l’observateur, de vive voix lors de l’installa-tion des instruments, puis à intervalles réguliers par la suite.

Les instructions devraient mettre l’accent sur l’im-portance de la régularité des observations; elles pourront aussi indiquer brièvement la manière dont les données sont utilisées pour les études de mise en valeur des ressources en eau, de prévision hydrologique et de lutte contre les inondations. Il y a lieu d’indiquer de façon précise toutes les observa-tions spéciales nécessaires lors d’événements exceptionnels, par exemple lors de crues, ainsi que les rapports spéciaux qui devraient alors être rédi-gés. Les observateurs seront aussi invités à ne pas oublier de remplir les cases réservées au nom de la station, ni à la date, et de signer leurs rapports. On insistera sur la nécessité de faire connaître sans retard toute avarie des appareils ou toute modifica-tion importante du site d’observation.

Aux stations équipées d’appareils à enregistrement automatique, les observateurs devront recevoir des instructions sur les méthodes à employer pour vérifier le fonctionnement des enregistreurs, chan-ger les feuilles d’enregistrement et effectuer les

observations de contrôle. Ces instructions doivent souligner l’importance qu’il y a à porter sur les graphiques toutes les informations qui pourraient être utiles lors du traitement ultérieur. Cela comprend l’identification de la station, l’heure du début et de la fin de l’observation, la valeur lue directement sur la jauge et toute autre donnée facilitant l’interprétation du relevé par la suite.

Le personnel affecté à plein temps à une station devra posséder une formation suffisante pour extraire les données des enregistreurs automatiques. Il devra recevoir des instructions soigneusement rédigées sur les méthodes à employer pour l’extrac-tion des données et la préparation des rapports. Cependant, dans de nombreux cas, les observateurs ne possèdent pas toujours une formation poussée et il sera préférable de ne pas leur demander d’entre-prendre les taches complexes d’extraction des données. Dans ce cas, les documents numériques ou graphiques devront être envoyés au bureau central pour le traitement des données.

2.5.6 Systèmesdetransmission

2.5.6.1 Généralités

Ces dernières années, les demandes des utilisateurs de données hydrologiques sont devenues de plus en plus complexes, de sorte que des systèmes incluant la transmission automatique des observa-tions hydrologiques ont été introduits dans les réseaux nationaux. Ceci a conduit au développe-ment de codes facilitant la mise en forme des observations en vue de la transmission et de la diffusion des prévisions. Les codes hydrologiques sont présentés en section 2.3.2. Les différentes options possibles pour l’organisation des systèmes de transmission sont:a) La transmission manuelle – l’observateur

adresse, par courrier postal, par radio ou par téléphone, les données au bureau central, selon des critères préétablis;

b) La transmission manuelle/semi-automatique – le bureau central interroge, en mode manuel, la station automatique par téléphone, Internet radio, radiotéléphone ou satellite et reçoit, à chaque appel, des valeurs discrètes instanta-nées; il peut aussi disposer d’une installation téléphonique automatique pouvant faire des appels en série;

c) La transmission automatique programmée – équi- pement automatique à la station, programmé pour lancer la transmission d’une seule obser-vation instantanée et/ou d’observations anté-rieures stockées dans un enregistreur à mémoire;


d) La transmission automatique lorsque se produit un événement particulier – la station transmet automatiquement par radio, téléphone, Inter-net ou satellite une variation particulière d’un paramètre (par exemple, chaque variation d’un centimètre du niveau d’une rivière);

e) La transmission automatique continue – les données sont transmises par la station et enre-gistrées en continu au bureau central.

2.5.6.2 Modes de transmission

Les différents systèmes de transmission sont: a) Les lignes téléphoniques spécialisées – utilisées

sur les distances relativement courtes et lorsque les lignes commerciales ne sont pas aisément utilisables;

b) Les lignes téléphoniques et télégraphiques commerciales – les réseaux téléphoniques et télégraphiques peuvent être utilisés dans la mesure du possible. Il existe des équipements permettant la réception automatique des obser-vations au poste central. Les mesures et les ordres peuvent être transmis à et par la station éloignée;

c) Les réseaux commerciaux de téléphone cellu-laire (GSM) – la couverture sans cesse crois-sante de ces réseaux et leurs équipements toujours meilleurs et plus fiables en font une option intéressante et moins coûteuse pour le transfert des données vers et au sein du bureau central. L’association de leur fiabilité et de leur faible coût en fait une solution plus réaliste pour le recueil de données à partir de stations ne présentant pas d’intérêt pour le temps réel ou pour des sites considérés, jusqu’ici, comme trop éloignés pour utiliser les installations commerciales classiques. Les systèmes cellu-laires peuvent être utilisés comme les lignes téléphoniques filaires, et peuvent continuer à fonctionner lorsque ces dernières sont inter-rompues, durant un événement extrême;

d) Les liaisons radio directes – elles doivent être utilisées lorsque les lignes terrestres ne convien-nent pas, ou lorsque les distances et les obsta-cles naturels font que l’installation de câbles de transmission est trop onéreuse. Les trans-missions radio peuvent franchir des distances allant jusqu’à des centaines de kilomètres, selon la fréquence porteuse et la puissance de l’émetteur. Pour les plus hautes fréquences, l’émetteur et le récepteur doivent être en visi-bilité directe, ce qui limite pratiquement à 50 km la distance de transmission sans relais. Dans tous les cas, l’installation et l’utilisation de liaisons radio sont assujetties aux réglemen-tations nationales et internationales;

e) Les liaisons par satellite – la transmission des données par satellite peut être envisagée sous deux formes différentes: transmission des données enregistrées par les capteurs du satellite (image satellite) ou utilisation du satellite comme relais de transmission des données relevées aux stations terrestres éloignées vers le poste central de réception. Actuellement, les techniques d’observation, de transmission ou de retrans-mission par satellite se développent rapidement. Les données sont disponibles, soit directement à partir du satellite, soit par l’intermédiaire de banques centrales de données;

f) Internet – le protocole de communication Inter-net sous diverses formes, y compris l’utilisation du réseau de téléphonie mobile, en fait un mode intéressant et moins coûteux de transmission, surtout pour un nombre important de données, ou pour le transfert en continu. La communi-cation par Internet fonctionne avec différents modes de liaisons physiques, y compris les réseaux téléphoniques mobiles et filaires. Elle est donc plus fiable et permet, pour les systèmes avec un grand nombre de site, un temps de récupération plus court et une communication plus facile au bureau central.

2.5.6.3 Critères de choix des systèmes de transmission

Si l’on envisage d’inclure dans un système de mesure quel qu’il soit la transmission automatique des données, il faudra prendre en compte les critères suivants:a) Vitesse à laquelle les données doivent être

transmises. Cela dépend des facteurs suivants: i) Vitesse de variation du paramètre mesuré; ii) Délais entre l’observation et la réception

des données par les moyens conventionnels, par rapport aux systèmes de transmission automatique;

iii) Urgence de la réception de l’information pour des alertes ou prévisions;

iv) Bénéfice que l’on retire de la télémesure pour la prévision et pertes économiques résultant de l’absence de prévisions ou du retard dans leur réception;

v) Avantages comparés de la transmission par radio ou par satellite, par rapport aux lignes terrestres pendant les périodes de tempêtes et de crues, quand ces phéno-mènes peuvent détruire les moyens plus conventionnels de télécommunication, au moment où le besoin d’information est urgent;

b) Accessibilité des sites de mesure pour les contrôles de qualité et l’entretien des appareils;


c) Fiabilité de l’appareil enregistreur. Lorsque les conditions climatiques locales sont rigoureuses, le bon fonctionnement de l’équipement méca-nique sur le site est difficile. Dans ce cas, il peut être plus sûr de transmettre l’information par circuit électronique à un centre de récep-tion protégé des aléas climatiques. Ce système permet également un contrôle continu du fonctionnement des capteurs;

d) Personnel nécessaire pour l’exploitation, la maintenance et la logistique. Il est important de prendre en considération ces aspects dans la phase de conception et de bien voir que chaque projet aura ses propres particularités. On devrait prêter une grande attention aux coûts et aux bénéfices de toutes les alternatives, avant de prendre la décision finale. Lors de la conception d’un projet de transmission automatique des données, les points les plus importants à consi-dérer pour les besoins en personnel sont:i) Les capteurs et équipements de codage; ii) Les voies de transmission; iii) L’équipement de réception et de décodage.

Il est nécessaire d’avoir une vue globale de ces critères au stade de la conception. Ceci est essentiel du fait que les caractéristiques particulières de l’une de ces composantes peuvent avoir de sérieuses consé-quences sur les décisions qui seront prises pour les autres. Si l’usage ultime du système de transmission de données est destiné à la prévision, alors la détec-tion, la transmission et la réception des données hydrométéorologiques est une composante essen-tielle mais insuffisante pour atteindre cet objectif. Un centre de prévision disposant d’un personnel bien formé à l’élaboration des prévisions et des alertes ainsi qu’à l’information du public en cas de risque est aussi fondamental (Nations Unies, 2004).

2.5.7 Suividelaqualitédeseaux

Le chapitre 7 fournit des détails sur le type d’instru-ments et les pratiques de terrain nécessaires à la collecte des données de qualité des eaux. L’emplacement, l’heure de prélèvement ainsi que le type de paramètres et les valeurs correspondantes doivent être notés. Il faut maintenir une certaine cohérence tout au long du processus d’élaboration des données. Si une seule de ces rubriques essentielles vient à manquer, tout l’effort consenti est perdu.

2.5.7.1 Identification de la station

L’importance primordiale d’une description écrite exacte de chaque site de prélèvement et des condi-tions d’échantillonnage est présentée en détail dans la section 2.5.2.2.

2.5.7.2 Feuilles de terrain pour le suivi de la qualité des eaux

L’inscription sur les feuilles d’observation de terrain, de la date et de l’heure du prélèvement, de l’emplacement et des mesures effectuées constitue certainement l’étape la plus importante de tout le programme de prélèvement. Tous ces éléments doivent être reportés sur les feuilles de terrain avant de quitter la station. La section 2.5.5 contient des instructions complémentaires à ce sujet.

Les figures I.2.13 et I.2.14 présentent deux exemples de formulaire pour l’enregistrement systématique des analyses et des observations effectuées in situ. Ces formulaires sont spécialement conçus pour le stockage des résultats dans un système informatique approprié. Le formulaire de la figure I.2.13 peut être utilisé par toute personne chargée de collecter les données de qualité des eaux. Les deux formats peuvent être adaptés à des situations particulières. On note habituellement les informations suivantes:a) Le site de prélèvement et la date; b) Les paramètres mesurés in situ; c) L’étalonnage des instruments; d) Les appareils et procédures d’échantillonnage

utilisés; e) Les mesures de contrôle de qualité utilisées; f) Les remarques générales et les observations de

terrain.

2.5.7.3 Transport des échantillons pour la qualité de l’eau

Une fois collectés, les échantillons doivent parfois être transportés jusqu’au laboratoire d’analyse. Le mode de transport dépendra de l’emplacement du site de prélèvement et de l’intervalle de temps maximal toléré par chaque constituant entre le moment du prélèvement et celui de l’analyse. L’opérateur de terrain est responsable de l’achemi-nement des échantillons (par avion, par bus, par train ou par poste) dans les délais, de façon à réduire au minimum le temps de transport. La logistique de transport et de stockage des échantillons devrait être définie avant le début des travaux de terrain.

2.5.7.4 Test insitu de la qualité des données

Un programme permettant de tester la qualité des données in situ est un processus systématique qui permet d’assurer un certain degré de confiance dans les données, conjointement avec les programmes de contrôle en laboratoire et ceux qui sont effectués lors du stockage des données. Un tel programme comprend toute une série d’étapes. Tous les équipe-ments devront être maintenus propres et en bon


état de marche et les comptes rendus des opérations d’étalonnage et de maintenance effectués. Des méthodes normalisées et approuvées, comme celles qui sont recommandées dans ce Guide, devraient être utilisées par le personnel de terrain.

La qualité de l’analyse au laboratoire dépend de l’état des échantillons qu’il reçoit. L’opérateur de terrain doit donc prendre toutes les précautions nécessaires pour les protéger contre toute conta-mination ou détérioration. De plus amples informations sur les tests de qualité in situ se trou-vent au chapitre 7, dans les normes ISO 5667-14: 1998, Water quality-Sampling – Partie 14: Guidance

on quality assurance of environmental water sampling and handling, dans Water Quality Monitoring: A Practical Guide to the Design and Implementation of Freshwater Quality Studies and Monitoring Programmes (PNUE/OMS, 1996) ou dans le Manual on Water Quality Monitoring: Planning and Implementation of Sampling and Field Testing (OMM, 1988a).

2.5.8 Collectededonnéesparticulières

2.5.8.1 Besoins

Les données relatives aux précipitations et aux crues exceptionnelles sont extrêmement importantes pour le calcul des caractéristiques de nombreux

SURVEILLANCE DE LA QUALITÉ DE L’EAU

RÉSULTATS D’ANALYSE DE TERRAIN RÉSULTATS ANALYSÉS EN LABORATOIRE

Reçu le (date)

Complété le (date)

STATION

STATION D’ÉTUDEDE L’EAU N°

REMARQUES:

COLLECTEUR

VÉRIFIÉ PAR DATE

Température (air °C)9 7 0 6 0 S

T 1 9 0 3 6 0 3 3 0

0 0 00 4 A

Température (eau °C)0 2 0 6 1 SpH1 0 3 0 1 SConductance spécifique us/cm0 2 0 4 1 S

0 2 0 4 1 L

0 2 0 7 3 L

0 2 0 1 1 L

1 0 1 5 1 L

1 0 1 0 1 L

1 0 6 0 3 L

2 0 1 0 1 L

1 2 1 0 8 L

1 9 1 0 3 L

1 1 1 0 3 L

1 7 2 0 6 L

0 9 1 0 6 L

1 4 1 0 5 L

1 0 3 0 1 L

0 2 0 6 1 L

0

TYPE DECARTE

Duplicata 4–311 30 5 A

TYPE DECARTE

Température Température Sulphate diss mg/l pH

pH Azote diss NO3NO2 mg/l n

Conductance spécifique us/cm Résidu non filtré 1105 °C mg/l

Turbidité Résidu de turbidité filtrable 1105 °C mg/l

Alk total mg/l CaCO3 Arsenic extrble mg/l

Alk phenolphth mg/l CaCO Résidu fixe filtré 1150 °C mg/l

Couleur des résidus Résidu non filtré 1550 °C mg/l

Dureté totale mg/l CaCO3 Selénium extrble mg/l

Calcium diss mg/l Cadmium extrble mg/l

Magnésium diss mg/l Cuivre extrble mg/l

Potassium diss mg/l Zinc extrble mg/l

Sodium diss mg/l Fer extrble mg/l

Chloride diss mg/l Plomb extrble mg/l

Fluoride diss mg/l Manganèse extrble mg/l

Silice réactive mg/l SO2 Mercure extrble mg/l 8 0 3 1

8 2 3 0

2 6 3 0

3 0 3 0

2 9 3 0

4 8 3 0

3 4 3 0 2 L

3 3 3 0 4 L

1 0 5 5 1 L

1 0 5 0 1 L

1 0 4 5 1 L

1 0 4 0 1 L

0 7 1 1 0 L

1 6 3 0 6 L

2 5 3 0

Date de l’échantillonnage

19 31 42 43 44 45

1 3 4 18

53 54 57

Numéro de stationtype province bassins bas séquence

séquence numéroNuméro d’échantillonlabjour mois an h min zone préc fréq an

FigureI.2.13.FormulairedeterrainpourNAQUADATousystèmeinformatisésimilaire


STATION N° ___________________________________________________________________________________________________DESCRIPTION _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

DATE DE L’ÉCHANTILLONNAGE, JOUR _________________ MOIS __________________ ANNÉE ________________________HEURE DE L’ÉCHANTILLONNAGE HEURE ______________ MIN _________ FUSEAU HORAIRE _______________________________PRÉLEVÉ PAR __________________________________________________________________________________________________

PARAMÈTRES MESURÉS SUR LE TERRAINTempérature de l’eau °C _________________________________ témp. air °C ___________________________________________pH _____________ Conditions particulières ___________ Oxygène diss. _____________ Turbidité _______________________________Profondeur de l’eau __________________ Profondeur à laquelle l’échantillon a été prélevé ______________________________Épaisseur de la glace ___________________________________________________________________________________________Autre ________________________________________________________________________________________________________Remarques __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ÉTALONNAGE DE L’INSTRUMENTModèle de mesure de l’oxygène diss. _______________________ Étalonnage Winkler ______________________________ mg/LAffichage du compteur avant étalonnage _________________________________________________________________________Modèle du compteur de conductivité ____________________________________________________________________________Modèle de compteur pH _______________________ Type de tampons d’étalonnage utilisés ___________________________Remarques __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

DONNÉES DE MESURES DE LA QUANTITÉ D’EAUDescription du site ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Description du compteur _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Niveau de l’eau ________________________________________________________________________________________________Heure _________________________________________________________________________________________________________

INSTRUMENTS ET PROCÉDURES UTILISÉS POUR L’ÉCHANTILLONNAGE________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CARACTÉRISTIQUES DE L’ÉCHANTILLON

Matériau du récipient Volume prélevé Conservation Contrôle qualitéIons majeursMétauxMatières organiquesPesticides et herbicidesMercurePhénolsNutrimentsDBO et DCOAutres

OBSERVATIONS SUR LE CONTRÔLE QUALITÉ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OBSERVATIONS GÉNÉRALES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––______________________________________________________________________________________________________________

MÉTHODE DE TRANSPORT –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Figure I.2.14. Format courant d’un formulaire de terrain pour échantillonnage

CHAPITRE 2. MÉTHODES D’OBSERVATION I.2-51

ouvrages hydrauliques. En général, les réseaux de mesure classiques ne fournissent pas de renseignements suffisamment détaillés sur la distribution des précipitations extrêmes, ni sur les débits de crue des affluents. Il peut également arriver que, pendant les fortes crues, les stations hydrométriques permanentes soient submergées ou emportées, si bien que les enregistrements sont perdus. Par conséquent, des informations très utiles peuvent être recueillies par une équipe intervenant sur le terrain immédiatement après les événements en question. Enfin, il faut signaler que les données fournies par des appareils tels que les radars météorologiques sont souvent très utiles pour les études hydrologiques (section 3.7).

2.5.8.2 Étude des précipitations extrêmes par des moyens non conventionnels

Il est souvent possible de compléter les informa-tions sur les précipitations fournies par le réseau classique d’observation en recourant aux mesures effectuées grâce à des pluviomètres privés, non conventionnels et aux estimations obtenues en mesurant l’eau recueillie par des récipients divers tels que seaux, baquets, tonneaux, à condition qu’on puisse vérifier qu’ils aient été vides avant les précipitations. On pourra également utiliser des rapports de témoins oculaires pour ce qui concerne le début et la fin des précipitations, ainsi que sur les périodes de pluie de très forte intensité. L’utilisation des informations provenant de ces moyens non conventionnels doit être faite avec précaution et, lorsqu’il y a des différences importantes entre ce type de données et celles fournies par le réseau de mesure classique, ces dernières devraient prévaloir.

2.5.8.3 Données fournies par les radars météorologiques et par les satellites

Les données fournies par les radars météorologiques et par les satellites sont utiles pour déterminer l’intensité, la répartition spatiale ainsi que les heures de début et de fin des précipitations sur un bassin versant donné. L’enregistrement des données peut se faire sur un film photographique ou sous forme numérique par un ordinateur relié au radar. Ces données numérisées peuvent être facilement transmises aux centres de prévision par les réseaux informatiques.

2.5.8.4 Niveaux et débits extrêmes

Les valeurs extrêmes qui peuvent être observées pendant les inondations et les sécheresses devraient être répertoriées, aussi bien aux stations hydro-métriques permanentes qu’aux sites non jaugés.

Les laisses de crue le long des rivières sont utiles pour délimiter sur les cartes les zones inondées, ainsi que pour les projets d’infrastructures tels que les ponts autoroutiers et pour l’estimation de la cote des hautes eaux. Ces marques, si elles sont soigneu-sement relevées, peuvent être utilisées avec d’autres données pour calculer le débit de pointe du cours d’eau par des méthodes indirectes (section 5.3.5).

La mesure sur le terrain des débits d’étiage à des sites non jaugés fournit des données précieuses à un coût très économique. Ces débits mesurés peuvent être corrélés avec les débits observés aux stations de référence pour déterminer les caractéristiques des basses eaux aux sites non jaugés.

2.5.8.5 Techniques d’imagerie vidéo

L’installation d’une caméra vidéo peut fournir des informations précieuses sur les conditions existantes à un site de jaugeage. L’étendue de la couverture de glace, les périodes de remous dus à la glace peuvent être renseignées par une caméra. Cette technique peut aussi être utilisée pour surveiller à distance les risques de danger par exemple ceux liés aux avalanches.

Des approches basées sur l’utilisation de l’imagerie vidéo ont été récemment utilisées pour mesurer le débit à l’aide de méthodes de vélocimétrie par images de particules; Les données vidéo peuvent être enre-gistrées sur le site ou, si une information en temps réel est requise, facilement envoyée par un dispositif de transmission.

2.6 MESUREDESCARACTÉRISTIQUESPHYSIOGRAPHIQUES

2.6.1 Généralités

Les concepts abordés dans le présent chapitre visent deux types très différents de caractéristiques physio-graphiques: l’emplacement de(s) l’entité(s) étudiée(s) et leur réponse physique aux événements atmosphé-riques. En localisant ces entités, il est possible non seulement de les cataloguer, mais aussi de détermi-ner leur distribution dans l’espace et la zone climatique dans laquelle elles se trouvent.

Les entités elles-mêmes peuvent être examinées en termes de points, de lignes, de surfaces ou de volumes selon la relation entre une caractéristique particu-lière et le régime hydrologique. Par exemple, l’écoulement résulte de la transformation d’événe-ments météorologiques (chute de pluie, fonte de la neige) par le complexe physique que constitue un


bassin versant. L’emplacement du bassin détermine en partie les caractéristiques climatiques engendrant les événements météorologiques qui constituent le moteur de l’hydrologie. Toutefois, les caractéris-tiques du bassin déterminent non seulement la réponse hydrologique aux événements météorolo-giques, mais certaines caractéristiques, comme l’orographie et l’aspect, peuvent également être des facteurs déterminants du climat du bassin.

Les caractéristiques physiographiques sont mainte-nant intégrées comme couche d’information dans les SIG. Ainsi la réponse du bassin versant aux événe-ments météorologiques peut être analysée en utilisant des modèles hydrologiques et hydrauliques. Les procédures fondamentales présentées dans cette section sont la base des opérations assistées par ordi-nateur de rassemblement et d’analyse des données.

2.6.2 Systèmesderéférence

Les caractéristiques physiographiques ne sont qu’un élément de l’information géospatiale, c’est-à-dire l’information afférente au caractère et à la localisa-tion des ressources naturelles et culturelles et leur relation à l’activité humaine. Cette information est devenue si importante que les concepts d’infra-structure nationale et internationale de données spatiales et de données-cadre ont été développés. L’infrastructure de données spatiales peut être consi-dérée comme intégrant la technologie, les politiques, les critères, les normes et les personnes nécessaires pour permettre l’échange de données géospatiales à tous les niveaux du gouvernement et des secteurs privé, à but non lucratif et académique. Elle fournit la base ou le cadre des pratiques et des relations entre producteurs et utilisateurs facilitant le partage et l’usage des données. Les données-cadre peuvent être considéré comme un ensemble de données géospa-tiales continues et pleinement intégrées fournissant le contexte et l’information de référence pour le pays ou la région. En général, il s’agit de données de posi-tionnement comme la géodésie, de données sur la forme et les caractéristiques des terres comme les données physiographiques, et de données concep-tuelles comme les unités de gouvernance. Un cadre national rigoureux de référence des données facilite les échanges et réduit significativement la redon-dance des efforts. Les données-cadre intéressant l’analyse hydrologique comportent la géodésie, l’altitude, l’ortho-imagerie, l’hydrographie, les infrastructures de transport, les unités gouverne-mentales et l’information cadastrale (National Research Council, 1995).

La géodésie est définie au moyen du réseau international des méridiens et des parallèles divisés en

360 degrés, la méridienne origine passant par Greenwich. Ce système est celui dont l’utilisation est la plus répandue. Son seul inconvénient est que la longueur d’un degré de longitude varie de 111,111 km à l’Équateur à 0 aux pôles en passant par 78,567 km à la latitude de 45° (un degré de lati-tude mesure toujours 111,111 km). Des systèmes locaux et d’autres méthodes de projection sont également pratiqués, par exemple le système de Lambert utilisé en France. L’utilisation de ces systèmes ne peut toutefois être recommandée dans un guide international. En outre, des algorithmes facilement accessibles existent pour la conversion des coordonnées géographiques en systèmes de référence locaux si cela est nécessaire.

La troisième dimension, l’altitude, est déterminée par rapport à un niveau ou un plan de référence. Bien que des niveaux de référence locaux soient parfois utilisés, le niveau moyen de la mer était, jusqu’à très récemment, le plan de référence le plus couramment utilisé. La généralisation de l’utilisa-tion des observations GPS conduit à l’adoption des données géocentriques en accord avec le système géodésique, de préférence à celles qui sont basées sur le niveau moyen de la mer. L’ellipsoïde de référence WGS-84 ou une variante nationale géocentrique sont donc les références verticales préférées. L’exigence fondamentale pour l’utilisa-tion d’un système de coordonnées est de préciser les données utilisées.

La topographie d’un bassin hydrographique peut être représentée de deux façons différentes: un Modèle numérique de terrain (MNT) ou un Réseau irrégulier de triangles (Triangulated irregular network, TIN). Un modèle numérique de terrain est une grille régulière de valeurs d’altitude alors qu’un réseau irrégulier de triangles est une série de points reliés par des triangles représentant au mieux la surface du terrain. L’espacement des points dans ce dernier cas est non uniforme et ils peuvent être localisés en tenant compte des caractéristiques intéressantes du terrain, ou bien sur des routes ou des berges de rivière. La précision de ces modèles numériques dépend de la source des données d’altitude, de la densité et de la répartition des points, ainsi que d’autres données connexes utilisées pour leur déve-loppement. Des cartes classiques peuvent être préparées à partir des modèles MNT ou TIN.

Les orthophotoplans sont des images du paysage où chaque entité peut être référencée par rapport à une autre. Ce sont des images digitales produites par le traitement des photographies aériennes pour obtenir des données d’altitude en suppri-mant toutes les sources de distorsion. L’image a les


propriétés d’échelle et la précision d’une carte. Ces images peuvent être obtenues à partir de capteurs satellites ou aéroportés.

Les éléments fondamentaux utilisés pour l’estima-tion des paramètres physiographiques sont rarement directement mesurés par l’hydrologue, qui travaille essentiellement sur des données GPS, des orthophotoplans, des cartes, des photographies aériennes et des images satellitaires. Par consé-quent, l’exactitude de l’évaluation dépend de l’exactitude de chaque type de document de base.

2.6.3 Mesuresponctuelles

En géométrie le point est défini comme un endroit unique le long d’une ligne, sur une surface ou à l’in-térieur d’un volume. Un point peut être un élément physique, comme l’emplacement d’un instrument de mesure ou l’exutoire d’un bassin. Il peut égale-ment être un élément d’une surface (parcelle de terrain) sur laquelle une caractéristique (ou un ensemble donné de caractéristiques) doit être définie ou mesurée. Les caractéristiques physiographiques attribuées à un point peuvent être simples ou complexes. L’altitude d’un point, qui est l’un de ses éléments d’identification unique dans un espace tridimensionnel, constitue un exemple de caracté- ristique simple d’un point sur une carte. Une description du profil du sol sous ce point serait une caractéristique plus complexe.

Les applications des méthodes de télédétection, à commencer par la photographie aérienne, ont eu l’effet d’étendre la notion de point à une surface (pixel) pouvant mesurer plusieurs kilomètres carrés. Compte tenu de leur précision (par exemple limite de résolution d’un instrument), les méthodes dispo-nibles peuvent ne pas permettre de distinguer deux points, et un pixel peut être assimilé à un point.

La position d’un point sur le plan horizontal, c’est-à-dire sa position à la surface du globe, est déterminée par rapport à un système de coordonnées (section 2.6.2), ce qui est du ressort de la géodésie et de la topographie. Un système universel a été mis au point afin de rendre explicite le codage d’un point dans un catalogue en indiquant sa position géogra-phique. C’est le système de quadrillage GEOREP (UNESCO, 1974) pour la représentation des éléments linéaires. D’autres systèmes peuvent permettre de localiser des points le long de cours d’eau au moyen de distances linéaires les séparant d’une origine donnée (par exemple embouchure ou confluence).

La description physiographique d’un point englobe ses propriétés géométriques (forme, relief, pente,

etc.) et ses propriétés physiques permanentes (perméabilité, nature des roches, structure du sol, type d’utilisation des terres, etc.). Les premières se limitent à la pente locale alors que les dernières regroupent toute une gamme de propriétés physiques possibles, exprimées sous forme scalaire pour un point sur une surface horizontale ou sous forme vectorielle pour un profil (par exemple carotte géologique).

2.6.4 Mesureslinéaires

Un élément physiographique est linéaire s’il peut être représenté par une ligne sur une carte ou dans l’espace. En hydrologie, on rencontre couramment trois types d’éléments linéaires: a) Limites; b) Lignes d’isovaleurs d’une caractéristique perma-

nente (par exemple courbes de niveau); c) Thalwegs.

Les deux premiers types sont reliés aux aspects de surface qui seront abordés plus loin.

Le thalweg lui-même doit être considéré comme représentant le profil longitudinal du cours d’eau en projection horizontale. On doit également le considérer par la manière dont il se combine avec les autres thalwegs pour constituer un réseau de drainage présentant ses propres caractéristiques physiographiques. Certaines caractéristiques des réseaux hydrographiques sont linéaires, comme le rapport de confluence, alors que d’autres sont de nature surfacique, comme la densité de drainage.

2.6.4.1 Lecoursd’eau

En projection horizontale, un cours d’eau peut être représenté, si l’échelle le permet, par deux lignes représentant ses rives. Un axe, équidistant de ces deux lignes, peut être tracé. Cet axe peut également être défini comme étant la ligne joignant les points les plus bas sur des sections en travers successives. En fait, ces éléments, les rives visibles et les points les plus bas, ne sont pas toujours très nets, et l’échelle de la carte ne permet pas toujours de repré-senter convenablement les rives. La cartographie en est donc réduite à représenter le cours d’eau par une ligne.

Les distances le long d’un cours d’eau sont mesu-rées en parcourant la ligne qui le représente avec un curvimètre. L’exactitude de la détermination dépend de l’échelle et de la qualité de la carte ainsi que de l’erreur du curvimètre, qui ne devrait pas dépasser 6 % pour une distance sur la carte de 10 cm, 4 % pour 100 cm et 2 % pour de plus grandes


et

lmx = Rlx–1 * lm (2.12)

où Rc et Rl sont calculés comme étant les pentes de lignes droites et ajustés aux points du graphique (log Nx, x) et (log lmx, x) et x est l’ordre du bassin.

2.6.4.3 Profil du cours d’eau

Le profil du cours d’eau est la variation de l’alti-tude des points du thalweg en fonction de leur distance à une origine qui est habituellement l’embouchure du cours d’eau ou sa confluence avec un cours d’eau plus important. Un certain nombre de caractéristiques topographiques doivent figurer sur un tel profil: les points élevés (seuils), les creux entre deux points élevés (dépres-sions), les rapides, les chutes et les points de changement de pente qui marquent fréquemment les limites de biefs présentant des caractéristiques géologiques différentes (figure I.2.17).

La pente moyenne de l’ensemble d’un cours d’eau est la différence d’altitude entre son point le plus élevé et sa confluence ou son embouchure divisée par sa longueur totale. Cette notion est simple, mais sans grande utilité. Par contre, la connaissance des pentes des biefs successifs d’un cours d’eau est essentielle dans la plupart des modèles d’écoule-ment et dans les modèles hydrauliques.

Les profils du cours d’eau principal et de ses divers affluents dans un même bassin peuvent être repré-sentés sur le même graphique. La figure I.2.18 donne les profils du fleuve Niger à Koulikoro et de ses principaux affluents et sous-affluents. Un tel graphique fournit une synthèse de la variation de la pente des éléments du réseau hydrographique.

2.6.4.4 Section en travers

Le profil d’une vallée perpendiculairement à l’axe d’un cours d’eau est appelé section en travers, et un ensemble de ces sections constitue une infor-mation précieuse pour la mise au point de modèles d’écoulement. Les sections en travers sont utilisées dans plusieurs types de calculs et la manière dont elles sont établies peut dépendre de l’utilisation qui en sera faite.

Un cas particulier important est le calcul du débit par mesure du flux à travers une section dont la forme est déterminée en mesurant la profondeur par sondage (section 5.3). Les sections en travers sont habituellement établies en effectuant des mesures topographiques normales pendant les étiages.

distances. Beaucoup de caractéristiques hydrolo-giques peuvent être tirées directement d’une ortho-image ou d’un modèle numérique de terrain à l’aide d’un SIG (section 2.6.7).

L’axe d’un cours d’eau est rarement rectiligne. Lorsqu’il présente des courbes quasi périodiques, chaque demie période est appelée un méandre. Les propriétés et les dimensions des méandres ont été étudiées de manière approfondie par les géographes et les spécialistes en hydraulique des cours d’eau.

2.6.4.2 Le réseau hydrographique

À l’intérieur d’un bassin, les cours d’eau s’organi-sent en un réseau hydrographique, tous n’y ont pas la même taille, et plusieurs systèmes de classification des cours d’eau ont été proposés. Divers systèmes ont cours dans différents pays, et les SIG permettent une classification automatique utilisant les approches proposées par Horton, Schumm, Stahler, Shreve et d’autres. Le plus connu est celui de Horton dans lequel tout cours d’eau élémentaire est dit d’ordre 1; tout cours d’eau ayant un tribu-taire est dit d’ordre 2 et tout cours d’eau ayant un tributaire d’ordre x est qualifié d’ordre x + 1. À une confluence, tout doute est éliminé en attribuant l’ordre le plus élevé au plus long des deux cours d’eau qui se rejoignent (figure I.2.15), (Dubreuil, 1966). Cela introduit une certaine inexactitude qui fut évitée par Schumm en attribuant systématique-ment un ordre x aux biefs formés par deux tributaires d’ordre x – 1 (figure I.2.16). La principale source d’erreurs dans de telles évaluations résulte de la cartographie des cours d’eau pour laquelle la défini-tion du plus petit de deux cours d’eau est souvent plutôt subjective.

Parmi les caractéristiques linéaires du réseau hydro-graphique, mesurables sur une carte, le rapport de confluence Rc et le rapport de longueur Rl sont basés sur les lois de Horton et ont été vérifiés pour la clas-sification de Horton. Si Nx est le nombre de cours d’eau d’ordre x et lmx=∑lx/Nx la longueur moyenne des cours d’eau d’ordre x, ces lois s’expriment par les relations ci-après:

Nx = Rc * Nx+1 (2.9)

et

lmx = Rl * lmx–1 (2.10)

qui forment des progressions géométriques et peuvent s’écrire ainsi:

Nx = N1 * Rc1–x (2.11)


4

1

4

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1 1

1

1

1 1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

3

33

3

4

3

Figure I.2.15. Classification d’Horton

Figure I.2.16. Classification de Schumm

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

11

11

1

11

1 11

1

11

1

1

1

1

1

1

1

2

2 2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

3

34

4


Figure I.2.18. Profil en long du Niger et de ses affluents

TINKISSO

NIGER

MAFOU MILO

SANKARANI

NIAN

DAN

DIO

N Kons

anko

ro

Kéro

uané

Fara

nah

Tink

isso

Man

dian

a Kank

anM

olok

oro Ko

urou

ssa

Nou

ra-S

ouba

Oua

ran

Sigu

iri-T

igui

beri

Dia

lako

ro

Gou

ala

Keni

erob

a

Bam

ako

Sotu

ba Keni

é

Koul

ikor

o

Baro

Distance horizontale en km900 800 700 600 500 400 300 200 100

900

800

700

600

500

400

300

Alti

tude

en

m

1000

Kiss

idou

gou

I Dab

ola

NIGER

Rapi

deSe

uil Plan

d’e

au

Plan

d’e

au

Seui

l

Cha

ngem

ent

de p

ente

Cha

ngem

ent

de p

ente

Alti

tude

A B

C D

E

F

Distance horizontale

Pente moyenne du bief DE

Pente moyenne du bief CD

Figure I.2.17. Profil d’un cours d’eau


2.6.4.5 Caractéristiques physiques

Les types de matériaux du lit du cours d’eau (en particulier leur cohésion), les types et les quantités de végétation dans le cours d’eau et le long de ses rives ainsi que la rugosité du lit, qui dépend des distributions longitudinales et transversales des éléments précédents, constituent les principales caractéristiques physiques du cours d’eau. La rugo-sité est intégrée aux calculs de l’écoulement par la méthode indirecte (section 5.3.5) ainsi qu’aux modèles d’écoulement (volume II, chapitre 6).

2.6.5 Mesuresdesuperficie

2.6.5.1 Le bassin

Le bassin est défini comme la région qui reçoit les précipitations et, suite aux processus hydrolo-giques entraînant pertes et retards, les achemine jusqu’à un exutoire. La ligne de partage des eaux d’un bassin hydrographique, son périmètre, est telle que toutes les précipitations tombant à l’inté-rieur de celle-ci se dirigent vers l’exutoire, alors que toutes les précipitations tombant à l’extérieur de cette limite coulent vers un bassin et un exutoire différents. Dans certains cas, il peut ne pas être aisé d’établir la limite d’un bassin, par exemple lorsque le bief d’amont du cours d’eau principal est formé dans une vallée au fond très plat ou en terrain marécageux. La ligne de partage des eaux est habituellement définie sur des cartes topogra-phiques ou sur des photographies aériennes.

Le périmètre du bassin est mesuré à l’aide d’un SIG (section 2.6.7) ou au curvimètre. Le périmètre mesuré est fonction de l’échelle et de l’exactitude des cartes ou des photographies utilisées, de la qualité du curvimètre et du soin pris pour effectuer la mesure (figure I.2.19). L’utilisation ultime qui sera faite de cette mesure devrait en déterminer l’exactitude.

La superficie du bassin peut être déterminée dans un SIG ou mesurée par planimétrie d’après les limites établies de la manière décrite ci-dessus.

La forme du bassin est caractérisée par comparaison de son périmètre à celui d’un cercle de même super-ficie. Si A est la superficie du bassin et P son périmètre, mesurés tous deux d’après les règles énoncées ci-dessus et exprimés en unités homo-gènes, le rapport des deux périmètres est appelé coefficient de compacité de Gravelius fourni par l’équation suivante:

C = 0,282 P A1/2 (2.13)

La notion de rectangle équivalent est également associée à la forme du bassin et permet la défini-tion d’un indice de pente. Le rectangle équivalent a la même superficie et le même coefficient de Gravelius que le bassin. Sa longueur est donnée par:

(2.14)

La densité de drainage est définie comme étant la longueur totale des cours d’eau de tout ordre contenus dans une unité de superficie du bassin:

Dd = (∑Lx)/A (2.15)

où Lx est la longueur totale des cours d’eau d’ordre x. En pratique courante, les longueurs sont exprimées en kilomètres et les superficies en kilomètres carrés.

Le relief du bassin, représenté sur les cartes sous forme de courbes de niveau, peut être décrit au moyen de la distribution hypsométrique ou de la courbe hypsométrique. La figure I.2.20 donne une représentation du relief et du réseau hydrogra-phique. Les plages d’altitudes sont indiquées par des trames différentes.

La distribution hypsométrique fournit le pourcen-tage (ou la fraction) de la superficie totale du bassin comprise à l’intérieur de chaque intervalle d’altitude. La courbe hypsométrique indique en ordonnée le pourcentage de la superficie drainée dont l’altitude est supérieure ou égale à l’altitude indiquée à l’abscisse correspondante (figure I.2.21). En pratique, la distribution cumulée des superficies est obtenue à

Périmètre mesuré

Périmètre réel

30˚N

118˚E

119˚E

Xinen Jiang

Figure I.2.19. Périmètre réel et périmètre mesuré

L = A 1/2 C

1 1281 + 1 − 1 272 / C 2⎡⎣ ⎤⎦

,,


l’aide d’un SIG ou par calcul planimétrique des superficies successives entre les courbes de niveau en commençant au point le plus bas du bassin.

Il est possible de calculer l’altitude moyenne du bassin en divisant la surface sous la courbe hypsométrique par la longueur de l’ordonnée correspondant à la totalité du bassin.

La pente du bassin peut être représentée au moyen de plusieurs indices. Celui qui est utilisé depuis le plus longtemps et peut-être encore le plus répandu est la pente moyenne du bassin Sm. Elle est déter-minée d’après les courbes de niveau du bassin au moyen de la formule suivante:

Sm = z ∑l/A (2.16)

où z est l’équidistance des courbes, ∑l la longueur totale de toutes les courbes de niveau à l’intérieur du bassin et A la superficie du bassin. La difficulté et la principale source d’erreur dans l’estimation de cette caractéristique découlent de la mesure de ∑l. Les courbes de niveau sont presque toujours très sinueuses et leur longueur réelle totale n’est pas vraiment caractéristique de leur rôle dans le calcul de l’indice. Il est par conséquent nécessaire

Figure I.2.21. Courbes hypsométriques (Avec l’aimable autorisation de ARPA-Piémont)

0 500 1000 1500

100

75

50

25

Altitude en mètres

Pour

cent

age

de l’

aire

du

bass

in

Betsiboka à Ambodiroka

Ikopa à Antsatrana

Ikopa à Antsatrana

300–400 m ... 0,01

600–900 m ... 0,14

900–1 200 m ... 0,23

1 200–1 500 m ... 0,43

1 500–1 800 m ... 0,12

1 800–2 100 m ... 0,01


40–300 m ... 0,03

300–800 m ... 0,10

600–900 m ... 0,18

900–1 200 m ... 0,37

1 200–1 500 m ... 0,30

1 500–1 800 m ... 0,02

d’effectuer un lissage, en gardant à l’esprit que le résultat final peut être variable et incohérent.

Une pente moyenne peut également être estimée en divisant la différence totale d’altitude dans le bassin par l’une de ses dimensions caractéristiques. Cependant cette approche néglige la distribution des pentes dans le bassin. Une manière d’éviter cet inconvénient consiste à dériver l’indice de pente de la courbe hypsométrique, qui constitue une synthèse du relief représenté par les courbes de niveau, et à pondérer les éléments surfaciques correspondant aux divers intervalles d’altitude au moyen d’une fonction non linéaire de la pente moyenne pour chaque intervalle. L’indice de pente de Roche, que l’on appelle aussi indice de susceptibilité à l’écoule-ment, remplit ces conditions. La notion de rectangle équivalent (équation 2.14) est appliquée à chaque courbe de niveau afin de transformer géométrique-ment les courbes en droites parallèles sur le rectangle représentant l’ensemble du bassin (figure I.2.22). Si ai et ai–1 sont les altitudes de deux courbes de niveau successives et xi la distance les séparant sur le

Figure I.2.20. Relief et réseau de drainage(avec l’aimable autorisation de ARPA-Piémont)


rectangle équivalent, la pente moyenne adoptée entre ces deux courbes est égale à (ai – ai–1) / xi, et l’indice de pente est obtenu, en appelant ñi la frac-tion de la superficie totale du bassin comprise entre ai et ai–1, par:

Iπ = ∑( ñi(ai – ai–1) / L )1/2 (2.17)

Le tableau suivant donne l’indice de pente de Roche:

Bassin Longueurdurectangle Indicedepente équivalent

Betsiboka à Ambodiroka 238 km 0,078

Ikopa à Antsatrana 278 km 0,069

Quand un bassin a une faible pente, par exemple dans les plaines intérieures de l’Amérique du nord, il peut exister des sous bassins fermés sans exutoire vers le cours d’eau principal, ou des parties impor-tantes du bassin ne contribuant à l’écoulement que très rarement. Dans ces circonstances le concept d’aire de drainage effective peut être utilisé. Celle-ci peut être définie comme l’aire contribuant à l’écou-lement en année médiane. Établir l’aire de drainage effective pour un bassin peut exiger des analyses cartographiques et hydrologiques importantes.

Les caractéristiques physiques d’un bassin sont essentiellement le type de sol, le couvert végétal naturel ou artificiel (cultures), l’occupation du sol (par exemple lacs, marécages ou glaciers) et le type d’utilisation du sol (par exemple rural, ou urbain).

Elles peuvent également être exprimées en termes de réaction du bassin aux précipitations c’est-à-dire en classes de perméabilité. Ces caractéristiques physiques peuvent être représentées comme des couches d’un SIG.

La quantification de ces caractéristiques exige la définition de critères et de méthodes permettant de délimiter des zones en fonction de ces critères. Il ne reste alors qu’à mesurer les superficies de chaque zone et à les exprimer en pourcentages (ou en fractions). Les outils permettant de déterminer de telles distributions sont la cartographie ordinaire et/ou spécialisée, la photographie aérienne et la télédétection à résolution relativement fine (pixels ne devant pas dépasser quelques centaines de mètres carrés).

2.6.5.2 Le maillage

La constitution de banques de données physiogra-phiques, spécialement pour la mise au point de modèles pluie-débit avec discrétisation spatiale, mène à la division systématique des bassins par maillage ou quadrillage. Selon l’objectif visé, la taille de ces mailles sera plus ou moins grande et peut être mesurée en kilomètres (1 ou 5 km2), ou s’appuyer sur le système géographique internatio-nal (maillages de 1’ ou de 1°). Après la constitution des bases de données initiales, les systèmes d’infor-mation géographique (section 2.6.7) simplifient la transformation de données selon un maillage rectangulaire, en données selon un maillage non rectangulaire et vice-versa.

1800

m15

00 m

1200

m

600

m

300

m40

m

900

m


100 km

2100

m18

00 m

1200

m

600

m

1500

m

300

m

900

m

Ikopa à Antsatrana

Figure I.2.22. Rectangles équivalents


2.6.6 Mesuresdevolumes

Les mesures de volumes sont effectuées principale-ment pour définir le stockage d’eau et de sédiments. L’évaluation du volume d’eau souterraine stockée est du ressort de l’hydrogéologie. Elle ne sera par consé-quent pas abordée ici, pas plus que l’estimation des sédiments déposés à la surface du sol. Le stockage en surface désigne généralement le volume des lacs ou réservoirs existants, pour l’évaluation desquels sont utilisées des méthodes bathymétriques, ou le volume de réservoirs au stade de la conception, déterminé par des méthodes topographiques.

2.6.6.1 Méthodes bathymétriques

On trouve rarement sur les cartes ordinaires des données bathymétriques concernant les lacs et les réservoirs. Il faut donc mesurer le volume d’un réservoir existant en effectuant des lectures bathymétriques spéciales, effectuées généralement depuis une embarcation en appliquant les méthodes classiques de sondage et de positionnement de l’embarcation. Les profondeurs devraient être rapportées à un niveau de référence fixe, à un limni-mètre ou à un limnigraphe afin de pouvoir tenir compte des variations du niveau.

Les profondeurs mesurées peuvent être utilisées pour tracer des isobathes, et le volume du réservoir au-dessus d’un plan de référence peut être calculé par double intégration (généralement graphique) du réseau d’isobathes. La surveillance de la sédimentation dans un réservoir constitue une application de cette méthode.

2.6.6.2 Méthodes topographiques

Après qu’un emplacement ait été choisi pour la construction d’un barrage, les calculs pour détermi-ner l’efficacité du réservoir et pour sa gestion exigent une connaissance de la courbe du volume retenu en fonction du niveau de l’eau dans le réser-voir (courbe hauteur-volume). Pour déterminer cette relation, des courbes de niveau indiquant l’al-titude de la surface du sol sont nécessaires sur toute l’étendue qu’occupera la future retenue. Cela exige que soient préparés des cartes ou plans topogra-phiques à des échelles comprises entre 1/1 000 et 1/5 000. Si ces cartes ne sont pas disponibles, les cartes à l’échelle de 1/50 000 peuvent être utilisées pour les travaux préliminaires de conception, mais un levé topographique à une échelle convenable devra être effectué par la suite.

Sur la carte en courbes de niveau, des mesures planimétriques des superficies entre les courbes

sont effectuées, à l’aide d’un SIG ou manuellement, pour l’étendue de l’hypothétique réservoir. Un tracé de ces superficies en fonction de leurs altitudes correspondantes porte le nom de courbe hauteur-superficie. La courbe hauteur-volume est calculée par intégration graphique d’après la courbe hauteur-superficie.

2.6.7 Informationgéographique

Les SIG sont désormais abondamment appliqués dans les domaines de l’hydrologie opération- nelle et de l’évaluation des ressources en eau. Un grand nombre des aspects de la collecte et de l’interprétation des données peut être facilité par un SIG.

Lors de la planification et de la conception d’un réseau, l’aptitude à cartographier et à afficher rapi-dement les stations de mesure des eaux de surface et les stations connexes permet une intégration plus efficace. Des cartes de réseaux montrant les bassins ou les stations choisis en fonction de la qualité des relevés, des caractéristiques des bassins ou des caractéristiques opérationnelles peuvent être utili-sées pour la planification à court comme à long terme. Les caractéristiques essentielles de réseaux complexes peuvent être très clairement illustrées.

Les méthodes des SIG sont actuellement intégrées aux modèles hydrologiques afin d’extraire et de mettre en forme des données distribuées sur les bassins versants. Utilisées conjointement avec les modèles numériques de terrain ou des réseaux irré-guliers de triangles (RIT) (section 2.6.2), elles permettent de réaliser facilement une représenta-tion physiographique et hydrographique complète des bassins.

La cartographie et l’intégration des écoulements sont actuellement effectuées au moyen de procé-dures de SIG dans de nombreux pays. Un traitement efficace de grands volumes de données permet la préparation de cartes d’isolignes et des études de thèmes plus complètes et plus détaillées. Cela représente une amélioration importante en tech-nologie d’évaluation des ressources en eau, puisque la préparation de cartes est souvent chronophage et coûteuse.

De plus, les SIG facilitent l’interprétation en temps réel des données. La cartographie thématique de stations signalant des quantités supérieures à des seuils donnés ou des indications numériques sur la pluviosité serait de toute évidence très utile, tant en hydrologie opérationnelle que pour les organismes responsables des prévisions.


Des SIG pour les ordinateurs courants sont main-tenant disponibles à faible coût et dans des formats pratiques. En termes de coûts, les postes les plus lourds demeurent la compilation de bases de données, la formation des techniciens et leur perfectionnement.

2.6.8 Nouvellestechnologies

Les chapitres suivants du Guide traitent des tech-niques éprouvées qui sont d’un usage courant dans de nombreux endroits du globe. Cependant, comme indiqué plus haut, de nouvelles techniques appa-raissent continuellement. La présente section en donne un aperçu afin que les services hydrologiques soient au courant des nouvelles possibilités qu’elles offrent.

2.6.8.1 Télédétection

Dans le domaine des mesures hydrologiques, deux types de techniques de télédétection sont commu-nément utilisées: technique active (par émission d’un faisceau de rayonnement artificiel vers la cible, et analyse de la réponse de cette dernière) ou passive (par analyse du rayonnement naturel émis par l’objet).

Dans les méthodes actives, il s’agit d’un rayonne-ment électromagnétique de haute fréquence (radar) ou acoustique (appareils à ultrasons). L’appareillage est installé soit au sol (radar, appa-reil à ultrasons), soit à bord d’avions ou de satellites (radar). La télédétection active concerne habituel-lement la mesure sur une zone, mais elle peut être utilisée aussi pour la mesure ponctuelle (appareil à ultrasons).

Dans les méthodes passives le rayonnement est électromagnétique (de l’infrarouge au violet et rarement ultraviolet). Les applications les plus courantes font usage d’un spectromètre à bandes multiples qui est soit aéroporté soit, le plus souvent, installé à bord d’un satellite. La mesure par technique passive est toujours une mesure sur une zone donnée.

Le radar est utilisé actuellement pour la mesure de l’intensité de la pluie sur une surface donnée. L’équivalent en eau du manteau neigeux, sur un sol nu, peut être déterminé par la mesure du rayon-nement gamma naturel des isotopes du potassium, de l’uranium et du thorium présents dans les 20 premiers centimètres du sol. Les observations sont faites à partir d’un avion volant à basse alti-tude. Les données sont collectées sur un couloir d’environ 300 m de large sur 15 km de long. Des

lentilles de glace ou de l’eau liquide sur le manteau neigeux, un sol glacé ou des eaux stagnantes peuvent affecter les résultats (Carroll, 2001). Des capteurs micro-ondes, aéroportés et sur satellite, ont été utilisés pour contrôler les propriétés du manteau neigeux. Le radar actif, RadarSat a aussi été utilisé pour cartographier l’extension spatiale de la neige mouillée.

Les dispositifs optiques aéroportés (Lidar) sont maintenant utilisés pour déterminer la topographie de façon plus rapide, souvent plus précise et à moindre coût que les photographies aériennes conventionnelles. Le modèle numérique de terrain qui en est tiré a des applications en modélisation hydraulique et hydrologique et dans la détermina-tion du bilan massique des glaciers. Le satellite topographique Lidar a été utilisé pour obtenir une très bonne topographie à des fins militaires et de recherche, mais n’est pas encore commercialisé. En l’absence de données topographiques nationales, on peut envisager d’utiliser le modèle global numé-rique d’altitude à basse résolution GTOPO30. Sa résolution est horizontalement de 30 secondes d’arc (environ 1 km) et verticalement de 30 m. Ce modèle est aussi relié au paquet HYDRO1k qui fournit une suite de six images raster et deux ensemble de données vectorielles. Cet ensemble de données couvre de nombreux produits dérivés utilisés en analyse hydrologique. Les données des images raster constituent un modèle numérique hydrologi-quement acceptable fournissant les directions d’écoulement, la pente, l’exposition et les index topographiques composés (humidité). Les lignes de courant et les limites de bassin sont données sous forme de données vectorielles.

Une autre option disponible consiste à utiliser les données topographiques d’une résolution de 3 secondes d’arc (90 m) produites par le modèle numérique de terrain de la Shuttle Radar Topography Mission. Les données pour la plus grande partie de la zone de couverture ont été traitées au niveau 1, qui fournit une résolution absolue horizontale de 50 m et verticale de 30 m. Le modèle numérique de niveau 2, actuellement disponible pour les seuls États-Unis d’Amérique, a une résolution horizontale de 30 m et verticale de 18 m.

L’utilisation de la télédétection en hydrologie comprend aussi la détection de l’humidité superfi-cielle du sol par mesure aéroportée du rayonnement gamma ou par les techniques satellitaires passives utilisant les micro-ondes, ainsi que la mesure de la température du sol comme indice pour déterminer l’évapotranspiration. La télédétection peut égale-ment servir dans la mesure de l’index de surface


foliaire pour déterminer l’évapotranspiration. La télédétection, suite au lancement de nouveaux satellites et au développement de nouveaux capteurs, offre un potentiel considérable pour l’étude de la qualité de l’eau. Les sédiments en suspension, la croissance des plantes, la matière organique dissoute ou les panaches thermiques produisent dans les masses d’eau des changements de propriétés spectrales ou thermiques qui peuvent être détectés par des capteurs aéroportés ou satelli-taires (PNUE/OMS, 1996). Certaines applications ont été faites pour la mesure de l’étendue des masses d’eau et de l’extension des inondations en utilisant le radar actif RadarSat. Mis à part le nécessaire étalonnage des capteurs aéroportés ou satellitaires, il faut aussi recueillir des vérités terrain pour s’assurer que les valeurs détectées représentent les valeurs in situ.

2.6.8.2 Méthodes hydroacoustiques

Les méthodes hydroacoustiques sont très promet-teuses en ce qui concerne l’acquisition de données hydrologiques. Les signaux acoustiques peuvent être utilisés pour identifier l’interface entre deux milieux différents ou pour explorer les caractéris-tiques d’un milieu donné. Les échosondeurs sont, par exemple, utilisés pour localiser le lit de la rivière lors d’investigations hydrographiques, ou pour repérer la surface de l’eau s’ils sont installés dans ou au dessus du cours d’eau. Les résultats peuvent être très satisfaisants si les instruments sont étalonnés avec attention. Les courantomètres acoustiques, utilisés depuis de nombreuses années, mesurent la vitesse de l’eau en déterminant le décalage fréquentiel (effet Doppler) des ondes réfléchies par les particules en suspension dans l’eau.

Dans les années 90, on assiste au développement du profileur de courant à effet Doppler, (ADCP), qui utilise les ondes acoustiques pour déterminer le débit à partir d’un bateau en mouvement. L’instrument se compose de quatre transducteurs ultrasoniques orthogonaux fixés au bateau. Lorsque ce dernier traverse une rivière, l’instru-ment mesure le décalage de fréquence des signaux réfléchis, et, par des calculs trigonométriques, évalue les vecteurs vitesse à différents points de volume uniforme, ou cellules de profondeur, de la section transversale considérée. Un traitement informatique élimine la vitesse du bateau et, avec la géométrie du chenal également déterminée par l’instrument, calcule le débit traversant la section. Cette technique a été utilisée avec succès pour la mesure du débit de grands cours d’eau. Plus récem-ment des efforts ont été portés sur la mesure des

débits de petits cours d’eau (moins de 2 m de profondeur) avec des appareils portables ou installés in situ.

Les appareils acoustiques ont aussi été développés pour étudier la dynamique des lacs ou déterminer la densité et les matériaux caractéristiques des sédiments du fond et du sous-sol. Les couranto-mètres ultrasoniques sont présentés au chapitre 5.

2.6.8.3 Réduction des risques pour le personnel

L’acquisition des données hydrologiques dans des conditions difficiles présente des dangers pour le personnel impliqué. Le meilleur exemple de ces risques encourus serait la difficulté des mesures du débit au moment des inondations. Des vitesses élevées, des débris ou de la glace peuvent menacer la vie des personnes tentant de prendre la mesure. Des efforts sont donc en cours pour automatiser le processus de mesure par l’utilisation de robots ou d’autres procédures. Le développement de jauges fixées sur des câbles et pouvant être utilisées depuis la berge était une des premières approches dans l’amélioration de la sécurité. Une autre façon est d’utiliser un bateau pour réduire le temps nécessaire à la mesure, mais cela expose encore le personnel au danger.

On pense actuellement à l’utilisation d’un bateau automatique sans pilote, équipé d’un ADCP dont la position est déterminée par GPS. Les mesures peuvent alors être effectuées dans des conditions de risque élevé avec une exposition minimale du personnel au danger. Une autre approche consiste à utiliser un radar portatif pour la mesure des vitesses de surface et, si le chenal est instable, un radar à pénétration de sol (ground-penetrating radar, GPR) pour déterminer sa section. Le dispositif radar donne une vitesse de surface précise qui doit ensuite être reliée à la vitesse moyenne, tandis que le GPR se déplaçant le long d’un pont ou un câble donne une section précise du chenal.

D’autres efforts de réduction du risque compren-nent la mise hors service des capteurs de niveau d’eau équipés de manomètres à mercure, et l’utilisa-tion accrue de téléphones satellite pour maintenir le contact avec les parties sur le terrain dans les régions éloignées.

2.6.9 Formationdupersonnel

Quelque soit le niveau de sophistication technique de l’autorité de collecte des données, la qualité de son personnel est toujours la ressource la plus


précieuse. L’attention portée au recrutement, à la formation et à la bonne gestion est la clé pour trou-ver et garder le personnel approprié.

L’OMM a publié des Directives pour la formation professionnelle des personnels de la météorologie et de l’hydrologie opérationnelle (OMM-N° 258). L’UNESCO a publié des recommandations dans le Curricula and Syllabi in Hydrology (UNESCO, 1983). En ce qui concerne la collecte et le traitement de données, la formation des employés, bien que coûteuse et chro-nophage, peut être un bon investissement qui se traduit par plus de productivité et d’efficacité. Un programme de formation bien structuré est essen-tiel pour tous les personnels engagés dans la collecte des données car ils sont en mesure d’influer forte-ment sur le niveau des données finales. La formation professionnelle devrait comporter à la fois des connaissances générales des principes de base, et des modules pour apprendre les procédures internes. Tous les documents devraient être pertinents et à jour. Le programme canadien de développement des carrières de technicien en hydrologie (SHOFM composante Y00.0.10) en donne un exemple natio-nal (OMM, 2000). Le volume II, chapitre 2 donne des informations supplémentaires sur différents aspects de la formation en hydrologie.

Là où le traitement n’est pas fait par le collecteur de données, il est important que le personnel effec-tuant le traitement soit formé aux techniques de collecte de données de façon que celles-ci soient traitées conformément aux attentes du collecteur. Une bonne procédure consiste à donner, périodi-quement, au personnel affecté au traitement, une expérience de terrain afin qu’il fasse concrètement le lien entre les données et leur acquisition. Une telle connaissance de la part du personnel affecté au traitement peut permettre une interprétation provi-soire de données incorrectement présentées, en attendant la confirmation du collecteur. Il est essen-tiel de poser le principe selon lequel au collecteur de données incombe la principale responsabilité de leur qualité. Une méthode pour respecter ce prin-cipe est d’associer, autant que possible, le collecteur au traitement et de veiller à lui retourner les données publiées pour évaluation. Au stade du traitement, le personnel devrait aussi savoir qu’il a une responsa-bilité dans le maintien de la qualité et de l’intégrité des données.

Le traitement des données est souvent par nature routinier et bien adapté à l’application des tech-niques d’automatisation. Pour cette raison, il est important qu’une attention particulière soit portée aux ressources humaines, et que l’organisation soit structurée de façon à susciter l’intérêt, l’implication,

le professionnalisme et le sentiment d’accomplisse-ment. Le personnel affecté au traitement des données devrait avoir la possibilité de proposer des idées qui peuvent augmenter l’efficacité du système de traitement.

La sécurité du personnel est aussi partie intégrante de toute profession. Les fonctions assumées, qu’elles concernent la collecte ou le traitement, exigent l’éta-blissement de normes de sécurité. Ces questions sont traitées au chapitre 8. Toutefois, la répétition de trau-matismes d’effort bénins affectant le personnel de traitement des données, est souvent causée par le caractère routinier et répétitif de certains aspects de leur travail. Ce problème devrait être abordé à la fois du point de vue de la sécurité du personnel et de celui de la gestion.

Bibliographie et lectures complémentaires

Azar, J., D. Sellars et D. Schroeter, 2003: Water Quantity Monitoring in British Columbia: A Business Review of the BC Hydrometric Programs. British Columbia Ministry of Sustainable Resource Management, Victoria, BC (http://www.geoscientific.com/technical/tech_references_pdf_files/Water%20Quantity%20M onitoring%20in%20BC.pdf).

Carroll, T., 2001: Airborne Gamma Radiation Snow Survey Program: A User’s Guide. Version 5.0. National Weather Service, Chanhassen, Minnesota (http://www.nohrsc.noaa.gov/technology/pdf/tom_ gamma50.pdf).

Carson, M.A., 1987: An Assessment of Problems Relating to the Source, Transfer and Fate of Sediment along the Mackenzie River, NWT. Rapport interne, Water Resources Branch, Environnement Canada, Ottawa.

Church, M.A., R. Kellerhals et T.J. Day, 1989: «Regional clastic sediment yield in British Columbia». Canadian Journal of Earth Sciences, Vol. 26(1), p. 31-45 (http://cgrg.geog.uvic.ca/abstracts/ChurchRegionalThe1989.html).

CNS Scientific and Engineering Services, 1991: The Benefit-cost of Hydrometric Data: River Flow Gauging. Rapport N° FR/D0004, Foundation for Water Research, Marlow, Buckinghamshire (http://www.fwr.org/urbanpol/frd0004.htm).

Conseil national de recherche, 1995: A Data Foundation for the National Spatial Data Infrastructure. Commission on Geosciences, Environment and Resources, National Academy of Sciences, Washington D.C. (http://darwin.nap.edu/books/NX005078/html/index.html).

Dubreuil P., 1966: «Les caractères physiques et morphologiques des bassins versants: leur détermination avec une précision acceptable» Cahiers ORSTOM, Série hydrologie, N° 5.


Environnement Canada, 1983: Sampling for Water Quality. Water Quality Branch, Inland Waters Directorate. Environnement Canada, Ottawa.

Harvey, D.K.D., P.J. Pilon et T.R. Yuzyk, 1999: Canada’s Reference Hydrometric Basin Network (RHBN). Proceedings of the Fifty-first Annual Conference of the Canadian Water Resources Association, Halifax.

Moss, M.E. et G.D. Tasker, 1991: «An intercomparison of hydrological network design technologies». Hydrological Science Journal, Vol.36(3), p. 209-221.

Nations Unies, 1992a: International Conference on Water and the Environment: Development Issues for the Twenty-first Century, 26-31 janvier 1992, Dublin (http://www.wmo.int/pages/prog/hwrp/ documents/english/icwedece.html).

—, 1992b: Report of the United Nations Conference on Environment and Development. Rio de Janeiro, 3-14 juin1992, United Nations publication, Sales No. E.93.I.8, trois volumes, Nations Unies, New York (http://www.centrodirittiumani.unipd.it/a_temi/conferenze/rio/Dicrio1992.pdf).

—, 1997: Comprehensive Assessment of the Freshwater Resources of the World. New York.

—, 2002: Report of the World Summit on Sustainable Development, du 26 août au 4 septembre 2002, Johannesburg, Afrique du Sud. (http://www.unctad.org/en/docs/aconf199d20&c1_en.pdf).

—, 2004: Guidelines for Reducing Flood Losses. Nations Unies, New York (http://www.unisdr.org/eng/library/isdr-publication/floodguidelines/Guidelines-for-reducing-floodslosses.pdf).

Organisation internationale de normalisation, 1993: ISO Standards Handbook: Quantities and Units. Troisième édition, Genève. (http://www.iso.org/iso/en/prodsservices/otherpubs/pdf/quantity1993-en.pdf).

—, 2005: Measurement of Fluid Flow: Procedures for the Evaluation of Uncertainties. Deuxième édition, ISO 5168, Genève. (http://www.iso.org/iso/en/CatalogueDetailPage.CatalogueDetail?CSNUMBER= 32199&ICS1=17&ICS2=120&ICS3=10&showrevisio n=y).

—: Technical Committee 147 List of Standards on water quality (http://www.iso.org/iso/en/stdsdevelopment/tc/tclist/TechnicalCommitteeStandardsListPage.TechnicalCommitteeStandardsList?COMMID=3666 &INCLUDESC=YES).

Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture, 1974: «The GEOREP grid station identification system». In: Discharges of Selected Rivers of the World, Volume III, Partie II, 1969-1972.

Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture, 1983: Curricula and Syllabi in Hydrology (S. Chandra, L.J. Mostertman, J.E. Nash, J. Nemec et T. Peczely). Technical Papers in Hydrology, N° 22, Paris.

Organisation mététorologique mondiale, 1969: Hydrological Network Design: Needs, Problems and Approaches (J.C. Rodda). OMM/DHI, Rapport N° 12, Genève.

—, 1972: Casebook on Hydrological Network Design Practice. WMO-No. 324, Genève.

—, 1976: Hydrological network design and information transfer. Proceedings of the International Seminar, 19-23 août 1974, Newcastle-upon-Tyne. Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 8, WMO-No. 433, Genève.

—, 1980: Manual on Stream Gauging, Volumes I et II. Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 13, WMO-No. 519, Genève.

—, 1981: Hydrological Data Transmission (A.F. Flanders). Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 14, WMO-No. 559, Genève.

—, 1982: Concepts and Techniques in Hydrological Network Design (M.E. Moss). Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 19, WMO-No. 580, Genève.

—, 1987: Hydrological Information Referral Service: INFOHYDRO Manual. Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 28, WMO-No. 683, Genève.

—, 1988a: Manual on Water Quality Monitoring: Planning and Implementation of Sampling and Field Testing. Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 27, WMO-No. 680, Genève.

—, 1988b: Règlement technique, Volume III – Hydrologie, OMM-N° 49, Genève.

—, 1990a: Cost-benefit Assessment Techniques and User Requirements for Hydrological Data. Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 32, WMO-No. 717, Genève.

—, 1990b: Economic and Social Benefits of Meteorological and Hydrological Services. Proceedings of the Technical Conference, 26-30 mars 1990, Genève, WMO-No. 733, Genève.

—, 1992: Proceedings of the International Workshop on Network Design Practices. 11-15 novembre 1991, Coblence, Technical Report No. 50, WMO/TD- No. 671, Genève.

—, 1994: An Overview of Selected Techniques for Analysing Surface-water Data Networks (W.O. Thomas). Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 41, WMO-No. 806, Genève.

—, 1995, 1998, 2001: Manuel des codes, Volumes I et II, OMM-N° 306, Genève.

—, 1996: Guide des instruments et des méthodes d’observation météorologiques, OMM-N° 8, Genève.

—, 1998a: Current Operational Applications of Remote Sensing in Hydrology (A. Rango et A.J. Shalaby). Rapport d’hydrologie opérationnelle N° 43, WMO-No. 884, Genève.

—, 1998b: WHYCOS: Système mondial d’observation du cycle hydrologique. OMM-N° 876, Genève.


—, 2000: Manuel de référence du Système hydrologique opérationnel à fins multiples (SHOFM). Deuxième édition, Genève.

—, 2002, 2003: Directives pour la formation profession-nelle des personnels de la météorologie et de l’hydrologie opérationnelle, Volumes I et II, quatrième édition, OMM-N° 258, Genève.

—, 2003: Manuel du Système mondial d’observation Volume I – Aspects mondiaux et Volume II – Aspects régionaux, OMM-N° 544, Genève.

—, 2004: Water resources as a challenge of the twenty-first century (M. Abu-Zeid et I.A. Shiklomanov). WMO-No. 959, Genève.

—, 2008. Guide des instruments et des méthodes d’observation météorologiques. Septième édition, OMM-N° 8, Genève.

Organisation météorologique mondiale et Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture, 1991, Rapport sur l’évaluation des ressources en eau. Progress in the Implementation of the Mar del Plata Action Plan and a Strategy for the 1990s., New York.

Pearson, C.P., 1998: «Changes to New Zealand’s National Hydrometric Network in the 1990s». Journal of Hydrology, 37 (1), p.1–17.

Programme des Nations Unies pour l’environnement et Organisation mondiale de la santé, 1996: Water Quality Monitoring: A Practical Guide to the Design and Implementation of Freshwater Quality Studies and Monitoring Programmes. Jamie Bartram et Richard Balance (eds), E&FN Spon, Londres. (http://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/waterqualmonitor.pdf).

Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE). Programme de l’eau du système de surveil-lance mondiale de l’environnement (GEMS), 2005. Guide pratique GEMS/Eau. Quatrième édition, Inland Waters Directorate, Burlington, Ontario. (http://www.gemswater.org/publications/operational_guide.html).

UNESCO/OMM, 1988: Évaluation des ressources en eau: Manuel pour une étude d’appréciation des activités nationales. (http://unesdoc.unesco.org/images/0015/001584/158461eo.pdf)

Union internationale pour la conservation de la nature, Programme des Nations Unies pour l’environnement et Programme du World Wildlife Fund, 1991: Caring for the Earth: A Strategy for Sustainable Living. Gland (http://gcmd.nasa.gov/records/GCMD_IUCN_ CARING.html). Journal of Hydrology, Volume 37, N° 1, p. 1–17.

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World Hydrological Cycle Observing System (WHYCOS) - … · 2014-10-09 · solide et gazeuse. On la trouve, en outre, dans les trois principaux espaces environnementaux facile-ment