D’où proviennent les données ?

L’interface cartographique de suivi des débits des cours d’eau normands est accessible ici :
http://www.donnees.normandie.developpement-durable.gouv.fr/hydro/QMJ/QMJ_v2.html.

La base de données nationales des niveaux et débits des cours d’eau, l’Hydroportail, dans laquelle les données sont puisées, est accessible ici :
https://www.hydro.eaufrance.fr/.

Le réseau de stations hydrométriques

La DREAL gère un réseau d’environ 130 stations hydrométriques réparties sur l’ensemble de la Normandie. Ces stations ont pour la plupart plus de 30 ans d’existence et de production de données. Les plus anciennes ont été mises en place dans les années 60. Certaines sont plus récentes et ont été installées ces dernières années pour répondre à de nouveaux besoins ou pour améliorer la qualité des données produites. Deux équipes « hydrométrie-hydrologie » assurent l’installation, le fonctionnement et l’entretien de ces stations, ainsi que le traitement et la valorisation des données qui y sont enregistrées  : l’une à Rouen et l’autre à Caen.

Station hydrométrique de l’Udon à Ecouché (Orne). Sur la photo de droite, on distingue la cabine abritant les appareils de mesure et de transmission de données, le mât du panneau solaire, l’échelle pour descendre à la rivière, l’échelle limnimétrique à sa gauche. Sur la photo de gauche, le seuil quelques mètres en aval permet une meilleure qualité des données de débits en basses eaux.

Les hauteurs d’eau mesurées aux stations hydrométriques

Les stations hydrométriques sont équipées de capteurs qui mesurent en continu la hauteur d’eau.

Ces hauteurs mesurées sont enregistrées et télétransmises aux serveurs de collecte de la DREAL à Caen et à Rouen. Elles sont alors envoyées une première fois sous forme de hauteurs brutes dans la base de données nationale Hydroportail pour répondre à tous les besoins opérationnels (suivi des crues, des étiages, gestion d’ouvrages hydrauliques, …) qui ont besoin des données en temps réel ou au jour le jour.

Capteur radar et échelle limnimétrique (= référence altimétrique) installée sur la station hydrométrique de la Varenne à Domfront (Orne)

Ces données de hauteurs brutes font ensuite l’objet de contrôles et de traitements aboutissant à des données qualifiées renvoyées à leur tour dans l’Hydropotrail sous forme tout d’abord de données au statut« pre-validées » puis à l’issue de chaque année civile sous leur forme définitive au statut« validées ».

Exemple des chroniques brute (rouge) et qualifiée (bleue) du radar de la même station de la Varenne à Domfront (Orne)

Des débits déduits des hauteurs grâce à la courbe de tarage

Lors de leur passage sur site, les techniciens d’hydrométrie de la DREAL réalisent des jaugeages, c’est à dire des mesures de débits in situ. Ces jaugeages, effectués en toutes saisons et pour toutes les gammes de débits – des étiages sévères aux fortes crues –, permettent d’établir la relation entre la hauteur d’eau mesurée par la station et le débit du cours d’eau : cette relation prend la forme d’une courbe, appelée « courbe de tarage ». Cette courbe de tarage dépend de la géométrie du lit - et sa potentielle évolution  ! - et de la végétation qui s’y développe. Elle varie donc au cours du temps  : elle doit donc être contrôlée régulièrement et son tracé modifié si nécessaire.

Les deux modes de jaugeages les plus utilisés en Normandie : jaugeage à la perche sur la Touques à Saint-Martin-de-la-Lieue (Calvados, à gauche) et jaugeage à l’aDcp sur planche tractée sur le Thar à Jullouville (Manche, à droite)

Exemple d’une courbe de tarage sur la station du Thar à Jullouville (50)  : les points bleus correspondent aux jaugeages réalisés, la ligne bleu foncée à la courbe de tarage

Pour chaque station, l’Hydroportail calcule des débits à partir des données de hauteurs/temps transmises par la station et de la courbe de tarage en vigueur.

Les données de hauteurs et les courbes de tarage étant enregistrées dans l’Hydroportail, celui-ci calcule automatiquement les débits à partir de ces deux "entrants".

Schéma de principe de transformation d’une chronique de hauteur en chronique de débit via la courbe de tarage

Les valeurs de débits sont initialement produites sous forme de débits instantanés. Les débits moyens sur 1 jour et les débits moyens sur 3 jours – qui sont utilisés pour les hydrogrammes de la plate-forme cartographique de suivi des cours d’eau normands - sont ensuite automatiquement calculés dans l’Hydroportail.

Comme pour les données de hauteurs, parmi les données de débits, on distingue :

• les débits bruts issus des données de hauteurs brutes non traitées ;
• des débits qualifiés issus des données de hauteur qui ont fait l’objet d’une ou plusieurs étapes de contrôle et de traitement.

La limite entre les données brutes et les données qualifiées est figurée sur les hydrogrammes mis en ligne par une barre verticale noire.

Des valeurs de débits contenant une part d’incertitude

Cette « mécanique » bien rodée de production des données de débits n’est cependant pas exempte d’incertitudes. A chaque étape viennent se glisser des incertitudes que l’on retrouve sur le débit final :

• incertitudes sur les hauteurs mesurées (liée notamment la dérive des appareils de mesure) ;
• incertitudes sur les jaugeages réalisés, d’autant plus grandes que les conditions de jaugeages sont délicates (par exemple en crues avec des écoulements violents ou à l’inverse en très basses eaux lorsque le niveau ou les vitesses sont très faibles) ;
• incertitudes sur le tracé des courbes de tarage, notamment dans les hauteurs extrêmes (hautes ou basses) rarement jaugés, ou encore en raison des modifications de courbe de tarage (dues à la chute d’arbres, à la modification du lit après le passage d’une crue, à des travaux en rivières, …).
• incertitudes liées à la pousse de végétation dans le lit qui conduit à une hauteur mesurée plus forte que celle qu’elle devrait être pour un même débit  : ce détarage est qualifié à chaque jaugeage, et l’impact de la végétation en matière de « sur-hauteur » est ainsi estimé jusqu’au jaugeage suivant.

Les courbes de tarage sont régulièrement vérifiées et modifiées si nécessaire, mais il peut se passer plusieurs semaines (et la réalisation d’au moins deux jaugeages) pour valider un nécessaire changement de courbe de tarage. Par ailleurs, il est souvent délicat de dater précisément un changement de courbe de tarage.

Pousse de végétation aquatique au droit de la station de la Sienne à Saint-Cécile (50) pendant l’été 2016, venant bouleverser temporairement la courbe de tarage. Le capteur de hauteur est situé au pied de l’échelle limnimétrique et est donc influencé par la végétation.

Le doublement des capteurs sur les stations, l’amélioration des pratiques de jaugeages, la vigilance sur les changements de courbes de tarage permettent de réduire la part d’incertitudes. Il n’en demeure pas moins qu’une part d’incertitude demeure, en particulier sur les données de débits bruts avant traitement.

Des courbes saisonnières calculées par analyse statistique

L’enregistrement des données de hauteurs et de débits sur une longue période permet de constituer une chronique de données. Lorsque ces chroniques sont suffisamment longues, des analyses statistiques peuvent être réalisées. Les courbes statistiques affichées sur les hydrogrammes mis en ligne sont ainsi calculées à partir des chroniques de débits moyens sur 3 jours (Q3J) enregistrés dans l’Hydroportail depuis la mise en service de chaque station. Chaque courbe statistique, correspondant à une fréquence de retour - biennale, quinquennale, décennale, vingtennale, cinquantennale sèches et humides - est composée d’une valeur par jour, calculée par analyse statistique des données historiques enregistrées sur une période de 30 jours glissants encadrant la date du jour (15 jours avant et 15 jours après).

On retrouve également sur les hydrogrammes mis en ligne d’autres grandeurs statistiques :

• le module : débit moyen enregistré à la station
• le QMNA-5 ans : débit moyen mensuel de période de retour 5 ans, représentatif d’un débit d’étiage.