Analyse de la précision et de l’incertitude des mesures de débits prises par la méthode LSPIV (large-scale particle image velocimetry)

L’information sur les débits en rivière est primordiale dans la gestion de l’eau, que ce soit pour l’étape de calage des modèles hydrologiques, l’estimation des probabilités de dépassement annuel ou le calage des modèles hydrauliques nécessaire à la délimitation des zones inondables ou pour la sécurité civile. Les mesures de débits sont généralement réalisées à l’aide d’un courantomètre acoustique à effet Doppler (ADCP). Toutefois, il est parfois difficile voire dangereux de faire des mesures à l’aide de l’ADCP, particulièrement pour des forts débits où des objets (arbres, glace) peuvent dériver dans la rivière.

De plus,  il est nécessaire d’avoir une certaine profondeur d’eau pour réaliser des mesures avec l’ADCP. Ainsi, les événements extrêmes sont souvent mal caractérisés. Les changements climatiques augmenteront l’occurrence des événements extrêmes et une meilleure caractérisation de ceux-ci est donc nécessaire. La méthode LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) est une méthode sans contact permettant la mesure du débit en rivière. Elle peut être appliquée pour les faibles et forts débits. Toutefois, le champ d’application, la méthode d’acquisition (drone, caméra), les erreurs et les sources d’incertitude de la méthode doivent être mieux caractérisés.

• Analyser la performance de la méthode LSPIV pour des mesures de débits acquises au Québec dans différentes conditions

• Identifier les différentes sources d’incertitudes de la méthode LSPIV

• Fournir des recommandations quant à l’acquisition et au traitement des données LSPIV pour une éventuelle mise en application par le MELFFCP

• Acquisition des données sur différents sites permettant de représenter différentes conditions hydrauliques et morphologique 

• Traitement des images à l’aide de logiciels libres accès

• Analyse des résultats en fonction des conditions d’acquisiton ainsi que du traitement des données.

Sur les 51 mesures LSPIV acquises, les calculs de débit pour 32 mesures ont donné un écart de moins de 10% par rapport à la mesure de référence. Certaines rivières ont montré de bons résultats de manière constante, tandis que d'autres ne semblaient pas présenter des conditions favorables à la méthode LSPIV.

Figure 1 : Comparaison de l'écart entre les débits mesurés (ADCP ou station) et calculés par la méthode LSPIV

Par ailleurs, la présence de traceurs est le principal facteur permettant d’obtenir de bons résultats. En effet, une forte présence de traceur favorise l’obtention de bons résultats tout comme une illumination plus diffuse. La répartition des traceurs est peu importante s’ils sont en concentration suffisante. Les traceurs sous forme de mousse (ou bulles d’air) semblent être les plus adéquats pour le calcul du débit par la méthode LSPIV.

D'autres sources d'incertitude, telles que la position de la section transversale dans l'image, la précision des données bathymétriques et des mesures du niveau d'eau, la présence de vent ou de pluie/neige, ainsi que les paramètres de traitement ont également un impact.

L’utilisation d’un drone est recommandée notamment en raison de la plus grande flexibilité en ce qui concerne le choix de l’emplacement de la mesure et la possibilité d’acquisition au nadir ce qui facilite le traitement des images.

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