Mesures stationnelles et estimation de valeurs régionales

> > Mesures stationnelles et estimation de valeurs régionales ; écrit le: 23 mars 2012 par abir modifié le 17 novembre 2014

Mesures stationnelles

La mesure des précipitations reste toujours basée sur le réseau instrumental au sol, soit l’ensemble des pluviomètres (dont la mesure est globale entre deux observations) et pluviographes (dont la mesure est discrétisée, c’est-à-dire enregistrée à intervalle régulier) inégalement répartis sur les continents .

Apparemment simple à effectuer, cette mesure reste complexe car la pluie est spa­tialement très variable. Les sources d’erreurs sont multiples : erreurs de captation dues au vent et aux obstacles, erreurs instrumentales, erreurs dues à l’évaporation, erreurs d’observation, erreurs d’installation et ont tendance à conduire à une sous-estimation des précipitations. La télédétection au sol (radar) ou embarquée (satellite avec radio- mètre) a considérablement amélioré le suivi des précipitations : le radar (Radio Detection And Ranging) permet de localiser et de suivre le déplacement des nuages pluviogènes dans un rayon de plusieurs centaines de kilomètres et indirectement, d’estimer le type et l’intensité des précipitations. Cependant, l’étude des précipitations par télédétection reste encore très dépendante des mesures ponctuelles directes au sol qui, seules, permettent d’étalonner et de valider les mesures indirectes déduites de l’analyse radiométrique.

 De la mesure stationnelle à l’estimation d’une pluie régionale

Le passage des mesures pluviométriques ponctuelles à une estimation spatiale est indis­pensable en hydrologie afin de pouvoir estimer la quantité d’eau précipitée sur wi espace donné, et la comparer aux débits produits sur le même espace. Les méthodes les plus simples et les plus couramment utilisées sont basées soit sur le calcul de moyennes, soit sur l’interpolation des données. Cette deuxième catégorie fait appel à la notion d’abattement des pluies, qui rend compte du fait que la hauteur des précipitations tombant sur une sur­face diminue lorsqu’on s’éloigne du centre de l’averse. Le taux de décroissance à partir de cet épicentre varie avec la nature des pluies. Il est possible de tracer les courbes d’isova- leurs, c’est-à-dire reliant par une même courbe tous les points ayant la même valeur de pluie. Cette démarche permet de calculer la surface concernée par une hauteur de préci­pitation moyenne dans l’emprise d’une averse et ainsi de préciser le taux de décroissance. Autrement dit, c’est le rapport de la hauteur de la lame d’eau moyenne sur l’ensemble de la surface à la hauteur de lame d’eau maximale à la verticale du centre de l’averse. Ce rap­port est appelé coefficient d’abattement ou de réduction. Il existe différentes formulations mathématiques permettant de passer d’une pluie ponctuelle à une pluie surfacique.

Lorsqu’on dispose d’un champ de mesures pluviométriques, on utilise générale­ment deux méthodes basées sur ce principe : la méthode des polygones de Thiessen et celle des isohyètes.

La méthode des polygones de Thiessen part de l’hypothèse que, pour chaque point du domaine d’étude, la meilleure des estimations pluviométriques correspond à la mesure la plus proche de ce point. La mise en œuvre est la suivante : les stations disponibles étant reportées sur une carte, on trace une série de segments de droites reliant les stations adjacentes puis on élève des perpendiculaires au centre de chacune des droites (médiatrices), les intersections de ces perpendiculaires déterminant des polygones .

Pour chacun d’entre eux, la hauteur de précipitation choisie est celle relevée à la station située à l’intérieur. Les côtés des polygones représentent les limites de la sur­face (et du poids) accordée à chaque station, chacune de ces surfaces étant déterminée par planimétrie ou numériquement. La précipitation moyenne pour le bassin se cal­cule alors en effectuant la somme des précipitations de chaque station pondérée par la surface quelle représente.

Cette technique a l’avantage d’être facilement et rapidement mise en œuvre, les coefficients de pondération de chaque pluviomètre étant établis une fois pour toutes. Elle est donc la plus couramment utilisée, mais elle est peu fiable dans les régions montagneuses où les conditions topographiques et d’exposition aux vents pluvieux ont une grande importance.

La méthode des isohyètes est une méthode graphique plus rigoureuse, mais qui présente l’inconvénient de demeurer lourde en dépit des moyens de calcul actuels : il s’agit en premier lieu de tracer, à partir de l’ensemble des points de mesure pluviomé­trique, une carte d’isohyètes établie sur le même principe qu’une carte de relief, c’est- à-dire joignant les points de même valeur.

A partir de ce document, on calcule la surface partielle du bassin S1 comprise entre deux isohyètes qu’on exprime en pourcentages de la surface totale du bassin. On attri­bue à cette surface partielle la valeur moyenne de précipitation P.^ des deux isohyètes qui la limitent. La pluviométrie totale P sur l’ensemble du bassin est alors la somme ie ces pluviométries partielles :

PBassin= P1.S1+ P2. S2,….. .Pn.Sn

Il est possible de mettre cette méthode en pratique grâce aux approches automa- dques qui effectuent le tracé d’isovaleurs par des moyens statistiques élaborés. Météo- France dresse ses cartes d’isohyètes par la méthode Aurelhy (analyse utilisant le relief pour l’hydro-météorologie) : partant des données pluviométriques ponctuelles d’un réseau trop lâche de stations, cette méthode a l’avantage de reconstituer automatique­ment le champ de pluie en tout point d’une grille régulière d’une maille de 5 km, en tenant compte d’une quinzaine de variables caractérisant l’altitude et les singularités topographiques des lieux.

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