Lauréat du prix de thèse Henri Milon 2022 en hydrologie de la SHF

https://www.shf-hydro.org/prix/prix-henri-milon-hydrologie/

Mise au point d’une procédure itérative de détection de détarages dans la relation hauteur-débit d’une station hydrométrique, avec trois volets : 1/ méthode de segmentation des résidus entre les jaugeages et une courbe de référence ; 2/ analyse des récessions du limnigramme ; 3/ utilisation d’un indicateur sur le transport sédimentaire cumulé.

Application sur la station de l’Ardèche à Meyras, en rétrospectif et en temps réel.

Résumé

Les méthodes existantes pour la mise à jour d’une courbe de tarage sont basées sur une analyse statistique des données de calibration (jaugeages) passées ou sur des règles empiriques. Cette thèse a permis de développer trois méthodes originales pour la détection automatique des détarages et l'estimation de leur amplitude en rétrospectif et en temps réel.

Le premier outil a été développé pour la détection et l'estimation des détarages effectifs à l'aide des jaugeages. Il est basé sur une procédure originale de segmentation récursive probabiliste appliquée aux séries temporelles des résidus calculés entre les jaugeages et une courbe de tarage de référence. Dans cette méthode, il n'y a aucune hypothèse sur le nombre de segments homogènes. De plus, l'outil prend en compte l'incertitude des données (les résidus de jaugeages) qui peuvent avoir une incertitude importante et variable. Enfin, il fournit également l'incertitude des temps de détarages.

Le deuxième outil a été développé pour détecter et estimer les détarages effectifs à l'aide d'une analyse des récessions extraite du limnigramme. Son originalité est principalement d'appliquer les concepts d'analyse de récession, largement étudiés dans la littérature, au limnigramme au lieu de l'hydrogramme. L'hypothèse principale est que la courbe de tarage tend asymptotiquement vers le niveau du contrôle le plus bas lorsque le débit tend vers zéro et qu'un changement morphologique du lit de la rivière induit un changement de ce niveau asymptotique. Après avoir estimé toutes les récessions disponibles, la série temporelle des niveaux asymptotiques estimés peut être segmentée.

Toutefois, ces outils sont limités pour les applications temps réel car ils nécessitent des informations (jaugeages, récessions) qui, en temps réel, ne sont disponibles qu'occasionnellement. Ainsi, un troisième outil a été proposé pour détecter les détarages potentiels (dont l'objectif principal est d'estimer l'incertitude). Cet outil est basé sur une analyse proxy du transport sédimentaire utilisant en entrée le limnigramme disponible en temps réel. La détection du détarage est basée sur le dépassement d'une hauteur d'eau critique, laquelle est calibrée rétrospectivement en analysant tous les détarages passés et les crues morphogènes correspondantes. En outre, une relation établie entre le volume cumulé de sédiments transportés et les estimations des détarages passés peut être utilisée en temps réel pour fournir une estimation de l'incertitude sur le détarage potentiel détecté.

Les trois outils ont été appliqués initialement pour la détection rétrospective des détarages et l'identification des périodes stables. Ensuite, les méthodes proposées ont été implémentées dans un cadre original pour la gestion en temps réel des détarages et l'estimation du débit. Un tel schéma temps réel est un résultat original de ce travail de thèse puisqu'il n'a jamais été formellement développé auparavant dans le domaine de l'hydrométrie. Comme démonstration de concept, la méthode a été appliquée à la station de l'Ardèche à Meyras en France lors d'une crue morphogénique. La combinaison des trois outils a donné des résultats prometteurs et a montré qu'ils peuvent être utilisés avec succès au moins pour les rivières à lit de gravier affectées par des crues morphogènes.

Financement :

50 % CNR,35 % EDF, 15 % SCHAPI

Publications et communications

• Darienzo M. 2021. Detection and estimation of stage-discharge rating shifts for retrospective and real-time streamflow quantification. Thèse de Doctorat, Univ. Grenoble Alpes, 2 Février 2021, 14p., https://theses.hal.science/tel-03211343/file/DARIENZO_2021_archivage.pdf
• Darienzo, M., Renard, B., Le Coz, J., Lang, M. (2018). Détection et estimation des détarages en rétrospectif et en temps réel. Journées de l’Hydrométrie SCHAPI 8-9 Novembre 2018, Toulouse. Présentation orale.
• Darienzo, M., Renard, B., Le Coz, J., Lang, M. (2018). Real-time Bayesian estimation of stage-discharge rating curves during floods. American Geophysical Union Fall Meeting 2018 14/12/2018-14/12/2018, Washington DC, USA. 1 p (poster)
• Mansanarez, V., Renard, B., Le Coz, J., Lang, M., & Darienzo, M. (2019). Shift happens! Adjusting stage-discharge rating curves to morphological changes at known times. Water Resources Research, 55. https://doi.org/10.1029/2018WR023389

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HAL Id : tel-03211343 , version 1