Etude et gestion des ressources en eau de la Haute Vallée du Sègre

Étude et gestion des ressources en eau dans

 les communes de Err, Estavar, Llo et 

Saillagouse.

 

Nous sommes heureux de vous présenter le travail réalisé dans le cadre d'un Bureau d'Etudes Industrielles sur les Énergies Renouvelables et l'Environnement (BEI ERE). Ce projet tourne autour de la gestion des eaux de plusieurs communes, dans la région Languedoc-Roussillon.

 

          ​Source:​ www.vacances-location.net

 

Ce projet a été réalisé par un groupe de 8 étudiants des écoles de l'Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT). N'hésitez pas à nous contacter en cas de questions!

 

 

Présentation de l'équipe

Qui sommes nous ?

 

Notre équipe est constituée de 8 étudiants en dernière année de cycle d'ingénieur issus de deux écoles de l'INPT : l'ENSEEIHT et l'ENSIACET. Ce projet que nous réalisons dans le cadre d'un bureau d'étude nous permet de travailler avec des étudiants issus de filières différentes.

Notre groupe est formé d'élèves provenant de deux formations différentes, la filière Génie de l'Environnement (GE) et la filière Science de l'Eau et de l'Environnement (SEE). 

Voici quelques détails sur les membres de notre équipe:

​​​- Nabil El Mocayd: étudiant de l'ENSEEIHT, département Mécanique des Fluides, option GE

@: emcnabil@gmail.com

- Céline Belleville: étudiante de l'ENSEEIHT, département Mécanique des Fluides, option SEE

@: belleville.celine@gmail.com

- Amandine Brugerolles: étudiante de l'ENSIACET, département Chimie, option GE

@: amandinebrugerolles@gmail.com

- Laurie Caillouet: étudiante de l'ENSIACET, département Génie des Procédés et Informatique, option GE 

@: laurie.caillouet@ensiacet.fr

- Julie Chevreau: étudiante de l'ENSIACET, département Génie Chimique, option GE

​@: jchevreau@yahoo.fr

- Nathalie Ferry: étudiante de l'ENSIACET, département Chimie, option GE

​@: nathalie.ferry@ensiacet.fr

Pauline Gracia: étudiante de l'ENSIACET, département Génie Chimique, option GE

​@: pauline.gracia@ensiacet.fr

- Jun Wang: étudiante de l'ENSEEIHT, département Mécanique des Fluides, option GE

​@: jun.wang@etu.enseeiht.fr

 

                                                             

Contexte de l'étude

Contexte de l'étude

 

Notre projet repose sur l'étude et la gestion en eau des communes de Err, Llo, Estavar et Saillagouse. Ces communes sont situées dans le département des Pyrénées-Orientales, à la frontière Espagnole.

source: Google Maps                                                                             Position de l'étude

Ces communes de la Basse Cerdagne disposent d'une situation géographique particulière puisqu'elles se situent dans une zone transfrontalière à quelques kilomètres de la frontière Espagnole mais également dans une zone montagnarde avec des altitudes qui peuvent aller jusqu'à 2230 m.

Source: http://www.cartes-topographiques.fr/Pyrénées-Orientales.html                                       Topographie

Cette situation particulière confère aux communes de la Régie de la Haute Vallée du Sègre: un attrait touristique important avec une population qui peut être quadruplée en période estivale mais aussi des contraintes particulières pour la gestion de l'eau.

L'adduction, la potabilisation, la distribution et l'assainissement de l'eau des cinq communes sont assurés par la Régie de distribution des eaux de la Haute Vallée du Sègre. Les eaux usées des communes de Err, LloEstavar et Saillagouse​ sont traitées au niveau de la station d'épuration transfrontalière de Puigcerdà  (Espagne). L'augmentation de la population entraine une augmentation de charge organique et hydraulique à traiter au niveau de la station d'épuration de Puigcerdà. Suite à cette forte augmentation le gouvernement de Madrid ne souhaite plus traiter les eaux du réseau d'assainissement français. Suite à cela le projet d'une nouvelle station d'épuration prévue pour 2015 a vu le jour, cette station devrait se situer sur la commune d'Estavar.

Avant projet

Avant projet

Avant le lancement de notre projet, nous avons tout d'abord réalisé un cahier des charges de groupe. Ce cahier présente en effet les conditions de réalisation de notre travail pour l'ensemble du groupe avec par exemple la définition de nos objectifs ou encore les moyens mis en oeuvre pour les atteindre. Dans un deuxième temps, un cahier par binôme est effectué de façon à détailler d'autant plus la participation de chacun.

Cahier des charges de groupe

Objectifs

 

Notre projet de bureau d'étude répondra à la notion générale de gestion en eau, gestion réalisée dans une zone montagneuse et donc à topographie particulière. Il présentera, de ce fait, deux objectifs principaux.

Tout d'abord, la réalisation d'un bilan hydrologique sur la vallée. Ce bilan permettra de prédire des phénomènes de crues mais aussi des périodes de sécheresse en vue d'une maîtrise complète du cycle de l'eau. Cette étude permettra aussi de comparer la quantité d'eau réellement disponible avec celle utilisée par les communes alentours.  

D'autre part, un deuxième point sera focalisé sur l'étude de l'implantation de la station d'épuration pour les quatre communes concernées. Cette élaboration sera bien entendue conforme aux réglementations mises en place à ce jour, aux attentes également des différents acteurs présents sur le site aussi bien du point de vue technique que économique et enfin au respect global de l'environnement. Ce travail sera alors un outil de base indispensable à ces communes mais également à d'autres secteurs voulant développer des projets de station d'épuration. 

Cette rubrique présente le cahier des charges de groupe c'est-à-dire les moyens mis en oeuvre pour atteindre les objectifs, les contacts que nous avons, l'organisation du travail et enfin le planning programmé.

Moyens mis en oeuvre

Moyens mis en oeuvre

 

L’étude est réalisée dans le cadre d’un projet de dernière année d’un cursus ingénieur.  Le temps dont nous disposons afin de réaliser cette étude est de 7 semaines. Le choix du projet a été établi 2 mois avant le début de l’étude ainsi que le cahier des charges. Il a été établi selon les affinités des groupes avec les différents domaines de l’étude. Le groupe a pris contact avec  les acteurs locaux du projet concerné et nous avons la possibilité de nous rendre sur place et de rencontrer les différents acteurs du projet. Des documents sont également à notre disposition pour identifier les besoins et établir notre cahier des charges afin de mener à bien notre étude. Ils concernent les différentes études et analyses déjà effectuées sur place. Les logiciels Telemac ou Fluent pourront éventuellement être utilisés sans le cadre de ce projet.

Contacts

Contacts extérieurs

 

Les différents acteurs participant à notre projet sont principalement associés à la régie de la haute vallée du Sègre : 

  • Mr Autonès : Président 
  • Mr Jourdane : Vice président et Conseiller technique
  • Mme Carcassonne : Directrice et interlocutrice
  • Mlle Edde : Stagiaire cursus ingénieur de dernière année et interlocutrice
  • Mr Tropée : Responsable technique

D'autres acteurs pourront être contactés, tels que les mairies, en fonction de l'avancé de notre travail.

Organisation du travail

Organisation du travail

 

Binôme 1 : Bilan  Hydrique

Nabil & Laurie

Le but de cette partie est d'effectuer un bilan hydrologique simplifié permettant de comparer la quantité d'eau disponible par rapport à la consommation des communes concernées par le projet (Err, Estavar, Eyne, Llo, Saillagouse). Ces communes prennent toutes leurs ressources en eau à la Régie, établissement qui pourra nous fournir les données nécessaires. L'échelle considérée sera celle du bassin versant, les entrées et sorties seront les suivantes:

Entrées: ressources de la régie, rivières, canaux d'arrosage.

Sorties: consommation humaine et animale, arrosage (privé et agriculture), neige artificielle, partie du débit réservé à l'Espagne (en aval).

Le but de ce bilan serait d'éventuellement prédire les crues ou les sécheresses et de connaître quelle est la consommation par rapport à la quantité d'eau réellement disponible. Avant de pouvoir se lancer dans ce bilan, une étape de collecte des données sera primordiale (débits, pluviométrie etc...).

Binôme 2 : Modélisation du réseau d'eaux usées

Jun & Céline

Notre travail comporte deux phases. Tout d'abord une étape de collecte de données auprès de la régie. En effet, nous avons besoin de connaître les volumes d'eau rejetés par les habitations au cours de l'année. Il est important de préciser que ces volumes varient énormément entre l'été et l'hiver car les communes concernées comportent de nombreuses maisons secondaires. Ensuite nous tracerons le trajet des canaux reliant les habitations à la station d'épuration. Le relief particulier de la région est ici un avantage mais aussi un inconvénient. La gravité joue un rôle important dans l'adduction des eaux usées mais le relief rend le tracé des canaux plus difficile. Le réseau dans ces communes est particulièrement compliqué. Nous serons donc sûrement amenées à faire un modèle simplifié du réseau des eaux usées. Enfin, nous modéliserons l'écoulement des eaux usées dans les canaux. L'observation des champs de vitesse et de pression nous permettra de dimensionner les canaux correctement.

Binôme 3 : Dimensionnement de la station d'épuration 

Amandine & Julie 

Le dimensionnement d'une station d'épuration doit tenir compte de nombreux paramètres d'une part techniques mais aussi économiques ou encore réglementaires. Notre travail consistera donc à répondre à l'ensemble de ces critères et à proposer une solution viable à la régie de la haute vallée de Sègre; solution devant répondre à l'augmentation de la population estivale et de ce fait à la variation de charge à traiter. Pour cela nous réaliserons dans un premier temps, un état des lieux des données présentes sur le site. Ainsi une réactualisation de l'estimation de la population sur les différentes périodes de l'année et principalement en été, une étude des diverses zones d'activités et leurs contraintes et enfin une détermination des paramètres d'entrées tels que les charges organiques devront être effectuées. Ces recherches seront mises en parallèle avec les réglementations actuelles. Dans une seconde partie, les meilleures techniques de traitement seront convenablement choisies et appliquées à la vallée. Des comparaisons de mise en place, de gestion et de coût, nous permettrons de choisir la meilleure des voies. 

Source : http://www.veoliawatersti.fr/standard/effluents-industriels/aerobie/

 

 

Binôme 4 : Etude d'impacts sur l'environnement

Pauline & Nathalie

 ​    L’homme a d’abord vu la nature comme un bien à exploiter. Il a fallu longtemps pour se rendre compte que les phénomènes anthropiques avaient un impact sur l’environnement et qu’il fallait réagir. La prise de conscience de l’environnement date des années 70. Depuis, les ICPE (Installations Classées pour la Protection de l'Environnement) et les batiments SEVESO ont fait leur apparition. La codification de l’environnement en 2000 a été une grande révolution, ainsi que la charte conventionnelle (2009) et les lois des grenelles de l’environnement. Désormais, lors de chaque développement ou construction d’un batiment ou d’une installation, des études impacts sont systématiquement effectuées. Une étude d’impact est une étude environnementale, scientifique et technique qui évalue les conséquences d’un projet sur l’environnement. Elle comporte plusieurs objectifs :

-          Permettre à la personne à l’origine du projet de faire un projet respectueux de l’environnement,

-          Permettre au public d’apprécier les incidences du projet sur l’environnement,

-          Permettre à l’administration de prendre une décision en toute connaissance de cause.

Notre projet comportera deux phases de travail : une première phase consistera en la récolte de données. Une deuxième phase consistera à faire un bilan de la qualité du milieu et à un calcul des différents indices biologiques tels que l’IBGN ou l’IBD.

Diagramme de Gantt

Planning

Voici les tâches et le diagramme de Gantt prévus pour ce projet:

Tâches programmées

Taches prévues

Diagramme de Gantt

Diagramme de Gantt

Le diagramme de Gantt nous permet de visualiser l'avancement du projet ainsi que son organisation dans le temps. Il établit le planning à respecter, notamment par rapport au cahier des charges. Il permet d'avoir une vue globale du travail à effectuer et de son déroulement. Nous voyons ici le début du projet avec une première phase de définition du sujet et du cahier des charges en accord avec nos enseignants. Elle est ensuite suivie par une phase de collecte des données et de prise de contact avec les acteurs locaux. Ces derniers pourront être amenés à intervenir lors d'une présentation. Le cahier des charges par binômes est ensuite établi. Ces premières phases de travail sont réalisées lors de séances réservées dans notre emploi du temps, ainsi que pendant notre temps libre. Fin janvier, une autre phase de travail débute avec la réalisation concrète du projet. Notre emploi du temps est totalement consacré à la réalisation de l'étude. Enfin, nous présentons notre travail final avec une soutenance à laquelle sont conviés les professeurs et le reste des étudiants.

Cahier des charges par binôme

Cahier des charges par binôme

 

Dans la phase de travail "avant projet" nous avons dans un premier temps réalisé un cahier des charges par groupe afin de définir le contexte et les objectifs de l'étude. Dans un second temps, un cahier des charges par binôme est édité afin de préciser plus en détails le travail réalisé par chacun des binômes: leurs objectifs, le lien avec les autres binômes, le matériel utilisé pour mener à bien ce projet... Un planning prévisionnel pour chaque binôme sera également présenté.

Binôme 1 : Bilan hydrologique.

Binôme 1: Bilan hydrologique

 

Voici un bref rappel de la zone que nous allons étudier, la haute vallée du Sègre, avec les cinq communes concernées entourées:

       

Dans cette partie du projet, nous allons nous intéresser au bilan hydrologique, ce sujet sera traité par "le binôme 1" constitué de:

- Laurie CAILLOUET (étudiante troisième année ENSIACET département génie des procédés et informatique, option Génie de l'environnement) 

- Nabil  EL MOÇAYD (étudiant troisième année ENSEEIHT département hydraulique et mécanique des fluides, option Génie de l'environnement).

Tout d'abord nous allons vous présenter la situation du travail que nous allons effectuer par rapport à l'ensemble du projet, et surtout, par rapport à la zone d'étude. Puis, nous présenterons les objectifs généraux du bilan et enfin, nous détaillerons les moyens qui seront mis en oeuvre pour étudier le problème.

Dans une dernière partie, nous répondrons aux questions que nous nous sommes posé et nous donnerons un agenda que nous essaierons de suivre tout au long de notre projet sous la forme d'un diagramme de Gantt.

 

 

Contexte de l'étude :

 

Une étude de la gestion en eau dans n'importe quelle région, département, ou même pays commence par une quantification de la ressource en eau. Comme il a été précisé, l'ajout d'une station d'épuration dans la région jouera un rôle sur  la quantité d'eau présente, de même que l'augmentation de la population pendant les saisons estivales. Enfin, l'utilisation en eau en agriculture aura un impact sur l'hydrologie du site. Ce binôme va donc intéresser aux bilans hydrologiques sur le bassin versant de la vallée du Sègre. Voici le bassin que nous allons étudier:

Bassin Versant de la vallée du Sègre

 

La zone entourée en rouge représente les 5 communes précédemment citées.

 

Objectifs :

 

Dans un premier temps, nous avons cerné deux objectifs importants:

  • La mise en place d'un bilan hydrologique afin d'estimer la quantité d'eau disponible et celle qui est consommée dans la région. Ceci nous permettra par la suite de comparer ce bilan avec celui que nous pourrons établir en incluant la STEP, après avoir obtenu les résultats du binôme 3, sur la quantité d'eau en entrée et en sortie de la STEP. Ce bilan hydrologique sera d'abord effectué annuellement, afin de connaître la quantité d'eau disponible. Pour cela, nous devrons estimer les phénomènes tels que l'évaporation, les écoulements de surface, de sub-surface et souterrains ainsi que la quantité de précipitations.

    Les quantités d'eau disponibles seront ensuite comparées aux quantités d'eau utilisées pour la consommation humaine, animale, l'agriculture, les canons à neige, les puits personnels et les différentes stations présentes. Il y aura aussi un débit réservé à l'Espagne.

    Comme nous avons pu le voir précédemment, la région, de par son climat et sa topographie favorable, présente une destination idéale pour les vacances. D'ailleurs, beaucoup d'habitations de la région ne sont pas des résidences principales. Les quantités d'eau utilisées sont donc différentes d'une saison à l'autre. Il nous parait donc important d'effectuer un bilan hydrologique mensuel afin d'estimer les quantités d'eau utilisées lors du pic de consommation, et cela afin de mieux orienter la politique de gestion de l'eau pour ne pas être en pénurie pendant les périodes estivales.​ Nous ajouterons donc un terme de variation de stock dans notre bilan. La variation du stock représentera la variation des quantités d'eau des lacs ou encore de la fonte des neige.
     

  • Finalement, pour permettre au bilan hydrologique de servir le projet de la nouvelle STEP, nous avons décidé d'étudier l'inondabilité de la zone (qui est déjà avérée). Nous avons comme but de modéliser le bassin hydrologique afin d'estimer le débit de pointe et les crues auxquelles nous pouvons nous attendre. Puis, nous allons essayer de créer, selon la topographie du milieu, un bassin de retenue afin d'utiliser l'eau du lit majeur de la rivière pour des utilisations propres à la commune, voir le nettoyage de la STEP.​
     

​​

Méthodologie  

 Afin d'atteindre nos objectifs, nous allons suivre la méthode décrite ci-dessous: 

 

  • La collecte des données:

       L'étape la plus importante sera de collecter les données nécessaires. En effet, pour pouvoir dresser nos bilans hydrologiques, nous devons passer par une première étape de collecte des données.Celles-ci seront de différentes sortes:

  1. ​​Données géophysiques:​​ les données géophysiques seront utiles afin d'estimer les différents paramètres des bilans. Les précipitations devront être quantifiées par des données de pluviométrie, les écoulements seront quantifiés par des données de débit et de géométrie des rivières, de perméabilité et autres caractéristiques des sols (infiltration). Enfin, l'évaporation sera estimée avec des données sur les rayonnements, la température etc... 
  2. ​​​​Données de la Régie sur la consommation: pour clore le bilan, il sera nécéssaire d'obtenir les données concernant la consommation domestique annuelle et mensuelles de la commune, ainsi que la consommation industrielle, comme celle utilisée pour la neige artficielle, et le taux d'urbanisation sur l'ensemble du bassin versant. En dernier lieu, nous utiliserons les données sur la STEP, telles que la quantité d'eau pompée à partir de la source et la quantité d'eau rejetée, et ainsi, comparer avec la quantité d'eau reçue par la STEP.​​

    Une visite de la Régie de la Haute Vallée du Sègre est notamment prévue le 05 février 2013.​
     

  • ​​Traitement des données: 

       Une fois les données acquises, il faudra estimer les grandeurs physiques importantes pour l'évaluation des différents termes des bilans telles que l'évaporation ou l'évapotranspiration ainsi que l'infiltration. Pour cela, plusieurs modèles seront à notre disposition. Nous devrons aussi estimer ou négliger certains termes que nous n'aurons pas pu obtenir grâce aux données. Puis, nous effectuerons des comparaisons avec les bilans annuels sur la consommation et sur les ressources naturelles. Ainsi, nous connaîtrons les quantités en eau disponibles pour chaque saison et pourrons les comparer aux bilans.

 

  • Modélisation hydrologique: 

​​      Une fois que nous aurons récolté et traité les données, il ne nous restera plus qu'a modéliser l'hydrologie du bassin versant. Ceci aura pour effet de nous donner une estimation de la période d'arrivée de la crue ou de la sécheresse. Pour cela, nous utiliserons le logiciel HEC-HMS, qui est en libre utilisation, et qui pourra donc être exploité par la Régie afin de leur permettre de continuer ces travaux et de pouvoir exploiter nos résultats. Enfin, une fois que nous aurons obtenu des ordres de grandeur pour les niveaux d'eau et les débits de pointe, nous effectuerons une simulation des crues à l'aide du logiciel HEC-RAS afin d'estimer la partie de la STEP qui subira la crue.

 

  • Exploitation des résultats:

​​       Finalement, après avoir une idée de ce que la STEP pourra subir comme dégât, nous pourrons discuter avec les autres participants du projet afin d'étudier la géolocalisation des différentes filliales des la station d'épuration. Nous pourrons aussi envisager d'utiliser cette eau de crue avec un bassin de rétention, dans la mesure du possible (à vérifier avec les frontières), ou d'une autre manière, pour des fins énérgétiques, en installant des turbines sur le lit majeur de la rivière pouvant servir à l'alimentation la STEP en éléctricité, ou bien au nettoyage de cette STEP.

Diagramme de Gantt

Diagramme de Gantt

Voici une prévision de notre planning:

 Diagramme de Gantt

 

Planning prévisionnel

Nous voyons que la phase de recherche des données prend une place importante, de même que celle prévoyant de trouver les modèles appropriés pour les différents termes de notre bilan. Ayant déjà travaillé sur des logiciels tels que HEC-HMS, nous pensons que la phase de modélisation des crues prendra moins de temps.

Binôme 2 : Modélisation du réseau des eaux usées

Modélisation du réseau des eaux usées

 

Contexte de l'étude :

   Les eaux usées des communes de Saillagouse, Llo et Err et Estavar sont actuellement traitées par la station d'épuration espagnole située dans l'enclave de Puigcerdà. Cependant, suite à la forte augmentation de population, le gouvernement de Madrid ne souhaite plus traiter les eaux usées des communes ftançaises. Une nouvelle station d'épuration va donc être construite sur la commune d'Estavar d'ici 2015. Notre binôme s'attachera donc à dessiner le réseau d'eaux usées depuis les habitations jusqu'à la nouvelle station.

Emplacement des communes de Err, Llo, Estavar et Saillagouse

 

   Le réseau d'eaux usées est séparatif. Cela signifie que les eaux de pluie sont traitées indépendamment des eaux rejetées par les communes. Cependant, de nombreuses eaux parasites viennent affectées le réseau. Elles sont dûes aux particuliers branchés illégalement sur le réseau des eaux usées (gouttières ...). Ces eaux parasites modifient les volumes à prendre en charge et donc la gestion des canalisations. Malgré le travail de la régie visant à diminuer les branchements illégaux, le réseau est toujours affecté par les eaux parasites. Nous devons donc les prendre en compte lors du dimensionnement des canaux.

   Notre travail consistera tout d'abord à récolter les données des volumes d'eaux rejetés par les communes de Estavar, Err, Llo et Saillagouse ainsi que les volumes dûs aux eaux parasites. Nous devrons ensuite estimer la hausse de la population d'ici 2030 et donc les volumes d'eaux associés. Ensuite, nous dessinerons le réseau entre les communes et la nouvelle station d'épuration. Nous utiliserons pour cela les logiciels Autocad et Canoe. Enfin nous modéliserons l'écoulement des eaux usées dans les canalisations.

 

Méthodologie

 

Collecte des données

   Notre première étape est de collecter les données sur les volumes d'eaux rejetées par les communes de Err, Llo, Saillagouse et Estavar. Pour cela, il suffit de prendre la quantité d'eau passée au compteur d'eau potable des habitations. En effet, environ 99.9% de l'eau potable repart dans le réseau d'eaux usées.  Ci-dessous les volumes d'eau distribués dans les communes concernées de 2007 à 2011 exprimés en m^3.

Volumes distribués
Années Err Estavar Llo Saillagouse Total
2011 198 304 103 933 27 796 260 421 590 454
2010 186 679 129 089 37 145 222 742 575 655
2009 211 022 133 842 31 441 279 998 656 303
2008 203 930 121 707 41 434 246 710 613 781
2007 202 039 141 376 39 890 198 386 581 691

   Il est important de noter que les volumes d'eaux traversant les communes sont dépendent de la population et donc des saisons. En effet, en été, la population peut être multipliée par quatre. Ci-dessous, un graphique montre l'évolution de la consommation en eaux de la commune de Err au cours des mois pour les années 2007 à 2011. Nous remarquons la hausse en été. Des évolutions similaires sont constatées sur les communes de Llo, Saillagouse et Estavar.

Notre travail consiste maintenant à estimer la hausse de population d'ici 2030 afin que les canalisations soient adaptées à la hausse de volumes d'eau à traiter.

Estimation de la population et des volumes d'eau en 2030
Communes Population sédentarisée en 2008 Volumes d'eau Population sédentarisée en 2030 Volumes d'eau Pic de population estival en 2030 Volumes d'eau
Err 652 203 930 875 273 679 2929 821 037
Estavar 463 121 707 476 125 124 3028 750 744
Llo 158 41 434 211 55 333 424 110 666
Saillagouse 1035 246 710 1654 394 259 5211 1 182 777
Total 2308 613 781 3 216 848 395 11 592 2 865 224

La technique utilisée pour estimer la hausse de population est détaillée dans la partie du Binôme 3 : http://hmf.enseeiht.fr/travaux/bei/beiere/content/estimation-de-la-population-lhorizon-2030

Les canalisations doivent donc être dimensionner afin de pouvoir faire transiter les volumes d'eaux ci-dessus ainsi que les eaux issues des branchements parasites. Lors d'une visite du site, nous réaliserons des tests fumés afin de repérer les branchements illégaux et d'entamer une campagne de sensibilisation des abonnés. Ces tests consistent à détecter les branchements d'eau pluviale des particuliers sur le réseau d'eau usée. De la fumée est injectée dans le réseau d'eau usée et si les gouttières des riverains y sont raccordées, de la fumée s'en échappe. Ces eaux parasites provoquent des débordements des collecteurs de transit et perturbent le fonctionnement de la station d'épuration.

   Nous pouvons ensuite dessiner le réseau des eaux usées.

 

Le réseau

   Le réseau d'eaux usées est très étendu. Nous serons donc sûrement amenées à devoir le simplifier. Il faudra regrouper de façon la plus perspicace possible les abonnés. Le réseau est majoritairement gravitaire mais les postes de relevage (pompes) compliquent quelque peu le réseau. Les schémas des réseaux des villages sont déjà cartographiés sous Autocad, un logiciel de dessin. Nous aurons donc facilement accès aux informations sur les longueurs et diamètres des canalisations. De plus, l'ancienne station d'épuration et la nouvelle sont situées assez proches l'une de l'autre. Nous pourrons donc nous baser sur le réseau existant. Nous dessinerons ensuite le réseau avec l'aide du logiciel Canoe qui est un outil utilisé lors de la formation Génie de l'Environnement. Notre second objectif est de modéliser l'écoulement à l'intérieur des canalisations.

Une visite du site est prévue prochainement afin de clarifier les attentes de nos contacts et les moyens mis en oeuvre mais aussi afin de se rendre compte de la géographie particulière du site.

Les documents à fournir à la fin du projet seront les suivants:

- un tableau de l'estimation des volumes d'eau rejetés en 2030 ainsi que l'estimation des volumes d'eau parasites

- le dessin du trajet des canalisations entre les habitations et la nouvelle station d'épuration

 

Diagramme de Gantt

Le diagramme de Gantt permet de planifier le projet, de l'organiser dans le temps et de suivre sa progression. D'après celui-ci, on voit que le traitement des données et simplification du réseau est importante pour nous, nous y consacrerons une bonne partie du temps. La création du nouveau réseau prendra aussi du temps et consistera la deuxième part importante de notre projet. Il faudra aussi prendre en compte le coût de l'installation des nouvelles canalisations.

Binôme 3 : Dimensionnement d'un procédé de traitement des eaux usées

Dimensionnement d'un procédé de traitement des eaux usées 

Contexte de l'étude :

La nouvelle station d'épuration (STEP) devrait voir le jour d'ici 2015. Cette station permettra à la Régie d'être totalement autonome en matière de traitement des eaux résiduaires. La solution technique à mettre en oeuvre pour traiter les effluents des communes d'Estavar, Llo, Saillagouse et Err devra être dimensionnée en prenant en compte diverses contraintes.

Tout d'abord cette station sera dimensionnée en tenant compte de l'évolution de la population à l'horizon 2030, mais aussi des variations de charges hydrauliques et organiques qui surgissent lors de la saison estivale.  Elle répondra bien sûr aux contraintes réglementaires en termes de rejets d'eaux urbaines résiduaires. La station d'épuration devra satisfaire à des contraintes techniques, en effet la Régie souhaite être totalement autonome au niveau de l'entretien mais aussi de la gestion de la station. Par conséquent, la solution technique à retenir ne devra pas présenter de difficultés de gestion ou d'entretien et sera synonyme de simplicité. 

De plus, des contraintes climatiques seront à prendre en compte pour le choix de la technique, et par conséquent pour le dimensionnement. Les communes se situent en zone montagnarde, avec des altitudes pouvant aller jusqu'a 2230m, les températures hivernales très basses peuvent donc diminuer les qualités épuratoires de la station de traitement.

La station d'épuration sera implantée sur la commune d'Estavar, près de la frontière Espagnole. Le terrain choisit par la Régie est celui d'une station d'épuration désaffectée, sa superficie est de 1750 m2.

Source: GoogleMap                             Terrain choisi pour l'implantation de la STEP

Il est à noter que ce terrain se situe dans une zone inondable, la construction d'une station d'épuration en zone inondable est rendue possible si le choix d'un autre site, hors zone inondable, engendre un coût supplémentaire de 15%. Le prestataire qui sera en charge du projet, devra entre autre étudier d'autres sites d'implantation et fournir une analyse de ces différents sites en prenant compte de divers critères tels que la faisabilité techniques, le coût des travaux, les contraintes réglementaires... Ces études n'étant pas réalisées à ce jour, nous choisirons par défaut le terrain actuellement prévu par la Régie pour implanter la station et ainsi la dimensionner.

Le réseau d'assainissement est un réseau séparatif, cependant la Régie doit faire face à de nombreuses eaux parasites (eaux de pluie). Ces eaux parasites proviennent essentiellement des particuliers dont les gouttières, les grilles de garages, et autres sont connectés directement au réseau d'eaux usées. La part d'anomalies du réseau d'assainissement due aux branchements des particuliers représentait 94% des anomalies constatées sur le réseau. Un gros travail a déjà été réalisé afin de réduire voire supprimer ces branchements illégaux mais toutefois de nombreux particuliers sont toujours connectés au réseau d'eaux usées. Ces eaux parasites influent grandement sur les qualités épuratoires des stations de traitement des eaux usées, c'est pourquoi lors du dimensionnement de la nouvelle station d'épuration il sera important de connaître la quantité d'eau associée à ces eaux parasites.

Objectif :

Notre travail consistera à réaliser le dimensionnement d'une technique de traitement des eaux pour les quatre communes Saillagouse, Estavar, Err et Llo. Les eaux seront relatives aux eaux usées mais aussi aux eaux parasites.

Pour cela, les techniques seront tout d'abord énumérées pour ensuite conduire au choix de celle permettant de répondre au contexte énoncé précédemment. Une recherche des paramètres de calcul nécessaires pour notre installation sera ensuite effectuée. Enfin dans un dernier temps, une phase de calcul conduira au dimensionnement de la technique précédemment choisie. D'ailleurs, cette dernière étape nous permettra d'évaluer l'impact des eaux parasites sur notre dimensionnement. 

Nous avons choisi, dans ce cahier des charges, de présenter le choix de la technique de traitement et les paramètres clés pour notre dimensionnement pour ensuite détailler, dans notre projet, les formules et les étapes de calculs mises en place pour répondre à notre objectif. 

Méthodologie

Notre méthode de travail se décompose en plusieurs étapes : 

  1. Énoncé des techniques - choix

Nous avons voulu dans un premier temps choisir une technique de traitement, technique qui permettrait donc de répondre au contexte de notre étude.

Concernant le traitement, ce dernier se décompose en plusieurs phases : une phase de pré-traitement qui consiste à retirer les déchets les plus encombrants ainsi que les sables ou matières grasses contenus dans les eaux. Puis une seconde phase de traitement primaire composée d'un traitement physique c'est à dire avec un décanteur ou un traitement physico-chimique. Enfin un traitement secondaire généralement biologique est ajouté. Un traitement tertiaire peut également intervenir, traitement plus rigoureux vis à vis de l'azote et du phosphore. 

Le traitement physico-chimique consiste à réaliser deux étapes de coagulation et de floculation. La première réside dans la formation de microflocs par ajout d'un réactif chimique appelé le coagulant, les microflocs contenant des matières minérales telles que les argiles et des matières organiques. La floculation, quant à elle, permet la croissance des flocs précédemment formés pour ensuite amener à une décantation. 

Le traitement biologique repose sur l'action des microorganismes qui vont conduire à la transformation des matières organiques et azotés. 

Dans le cadre de notre projet, selon un rapport de 2011 rédigé par le service d'information sur l'eau Eaufrance​, pour des communes de plus de 2000 équivalent habitant le traitement secondaire c'est à dire biologique est le seul utilisé. D'ailleurs, ce traitement est un des traitements préconisé en haute montagne d'après le document technique FNDAE n°34 du Cémagref.

De plus concernant le traitement physico-chimique, celui-ci est très coûteux, nécessite une connaissance technique très poussée par l'emploi de réactifs chimiques et est généralement moins efficace que le traitement biologique notamment en terme d'élimination de la matière organique.

Ainsi, nous avons décidé d'employer un traitement biologique. Il en existe différents types. Nous avons alors réalisées, à partir d'une recherche bibliographique, une liste des techniques biologiques existantes ainsi que les avantages et les inconvénients vis à vis de notre étude.  

Selon le tableau des techniques biologiques, la plupart ne conviennent pas du fait d'une limitation du domaine d'application. C'est ainsi que les techniques infiltration-percolation, filtres enterrés, épandages souterrains et superficiels sont écartées. De plus, du fait d'une nécessité de résistance aux variations de charge (haute saison et basse saison) et aux faibles températures, les filtres plantés de roseaux et le lit bactérien sont éliminés. Puis le lagunage, à cause d'une élimination moyenne en matière organique et d'une surface d'occupation grande, est mis de côté. Enfin, la biofiltration par sa forte consommation énergétique et son entretien poussé, n'est pas considérée pour le projet. 

Deux techniques sont alors restantes qui sont le disque biologique ainsi que le procédé à boues activées. Du fait d'une très grande utilisation et connaissance du procédé à boues activées,  cette dernière technique est retenue pour notre projet. D'ailleurs selon le même rapport cité précédemment, cette technique constitue à près de 91% le procédé de traitement des eaux le plus employé pour des communes de plus de 2000 habitants. 

Concernant notre projet, nous réaliserons le dimensionnement des phases de pré-traitement (dégrilleur, dessableur et dégraisseur), du bassin et du clarificateur. Le choix des appareils, des formules mais aussi des calculs relatifs au dimensionnement seront également détaillés. La valorisation des boues, quant à elle, sera simplement expliquée et non dimensionnée

  1. Données entrantes

Afin de pouvoir dimensionner la STEP pour le procédé choisi, une étape importante de notre travail consiste à recueillir les données entrantes du projet. Cette étape est primordiale pour notre dimensionnement puisque les différentes données obtenues (débit, charges organiques...) seront utilisées par la suite dans nos formules de calcul. Voici une liste non exhaustive des différents paramètres d'entrée du problème : 

    - débit d'effluent à traiter

    - charge massique (= DBO5 = demande biologique en oxygène mesurée au bout de 5 jours)

    - quantité de DCO (demande chimique en oxygène)

    - quantité d'azote et de phosphore

D'autres paramètres seront à fixer tels que l'âge des boues, ou encore la concentration en biomasse que l'on souhaite stabiliser dans le réacteur.

  1. Données sortantes​

Au niveau des données sortantes, le dimensionnement de la STEP tiendra compte des contraintes liées à la réglementation. Les valeurs à respecter pour les rejets des eaux en sortie de station d'épuration seront issues de l'arrêté du 22 Juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations d'assainissement ainsi qu'à la surveillance de leur fonctionnement et de leur efficacité. Nous veillerons également à respecter les normes locales en termes d'azote et de phosphore.

  1. Dimensionnement

​​Une fois toutes les données récoltées, nous pourrons effectuer le dimensionnement des diverses installations de la station d'épuration. Nous procèderons pas à pas, installations après installations. Pour chaque installation nous déterminerons les grandeurs caractéristiques comme par exemple le volume pour un bassin ou encore la taille du dégrilleur, l'espacement des grilles...

Diagramme de Gantt

De façon à bien prévoir les phases de travail dans notre projet, nous avons réaliser un diagramme de Gantt.

Dans ce diagramme on constate la présence d'une phase déterminante qui réside, bien entendu, au dimensionnement de la technique biologique. Au sein de cette tâche, deux relations avec le binôme 2 et 4 seront nécessaires. La première étant relative à l'intégration de la quantification des eaux parasites et la seconde pour une étude d'impact ciblée vis à vis de notre installation. 

Concernant les périodes de calculs, ces dernières ont été estimées et pourront évoluer en fonction de l'avancée de notre travail. Toutefois, nous avons voulu nous accorder une période de temps assez longue dans la revue des calculs et des résultats pour exclure toutes erreurs. 

Des séances plénières, qui représentent les séances relatives à la présentation des différents intervenants de chaque groupe de projet, ont été ajoutées. Ces séances de quatre heures seront également utiles à la réalisation d'entretien spécifique par groupe, entretien nécessaire au suivi de notre projet. 

Pour la rédaction du site, nous nous sommes accordées trois jours. Cependant, si nous avançons bien dans notre dimensionnement, cette phase sera réalisée au fur et à mesure de notre travail nous permettant ainsi d'accorder, par exemple, plus de temps à l'étude de la  valorisation des boues. 

Estimation de la population à l'horizon 2030

Estimation de la population à l'horizon 2030

L'un des objectifs du projet est de dimensionner la STEP en tenant compte de l'évolution de la population pour l'horizon 2030. Pour cela nous avons donc réalisé une estimation de la population  à l'horizon 2030, en se basant sur des données de l'Insee.

Le tableau ci-dessous présente le recensement de la population pour les communes d'Err, Estavar, Saillagouse et Llo pour l'année 2009, ainsi que le taux annuel moyen de variation de la population entre 1999 et 2009.

Recensement population 2009 et taux d'accroissement annuel
Communes Population en 2009 Taux d'accroissement annuel (%)
Err 640 1,5
Estavar 429 0,5
Llo 154 1,5
Saillagouse  1026 2,3

En considérant, le taux d'accroissement de la population présenté dans le tableau, nous pouvons donc estimer la population pour l'année 2030. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau suivant:

Estimation de la population sédentaire en 2030
Communes  Population sédentaire estimée pour 2030
Err 875
Estavar 476
Llo 211
Saillagouse 1654

La population cumulée pour les 4 communes prévue pour 2030 est de 3216 habitants. Pour dimensionner la station il faudra bien sûr prendre en compte cette estimation mais nous devons également prendre en compte la variation de population due au tourisme. Pour cela nous disposons de données pour l'année 2008.

Démographie des communes en fonction des saisons pour l'année 2008
Communes Population sédentaire en 2008 Population supplémentaire hivernale Population cumulée en pointe hivernale Population supplémentaire estivale Population cumulée en pointe estivale
Err 652 1092 1744 1531 2183
Estavar 463 1410 1873 2480 2943
Llo 158 160 318 160 318
Saillagouse 1035 1944 2979 2226 3261

Source: mairies et établissements touristiques pour le schéma directeur d'eau potable 2008

Au regard de ce tableau, nous pouvons voir que les différentes communes connaissent une hausse maximale de leur population en été. Pour dimensionner la STEP nous avons choisi de la dimensionner en fonction de la période de l'année où la population est à son maximum, c'est donc à ce moment là que les débits d'effluents et les charges organiques à traiter seront les plus importants. A partir du tableau nous pouvons calculer le coefficient multiplicateur de la population sédentaire par rapport à la saison estivale, et nous pourrons ainsi faire une estimation de la population estivale pour l'horizon 2030 (sous réserve d'une évolution semblable de la population estivale).

Estimation de la population estivale en 2030
Communes Coefficient multiplicateur (été) Population sédentaire estimée pour 2030 Population estivale estimée pour 2030
Err 3,3 875 2929
Estavar 6,4 476 3028
Llo 2,0 211 424
Saillagouse 3,2 1654 5211

D'après ces estimations, la population cumulée pour les quatre communes en période estivale pour 2030, est de 11592 habitants. La station d'épuration devra donc être dimensionnée en tenant compte de ces valeurs, il faudra donc qu'elle puisse traiter les eaux usées d'au moins 11592 habitants. Nous considèrerons donc, 12 000 habitants en période estivale, pour la suite du projet.

De la même façon nous pouvons estimer la population hivernale de la même façon, c'est à dire en nous basant sur un coefficient multiplicateur de la population (sous réserve d'une évolution semblable de la population hivernale).

Estimation de la population hivernale en 2030
Communes Coefficient multiplicateur (hiver) Population sédentaire estimée pour 2030 Population hivernale estimée pour 2030
Err 2,7 875 2340
Estavar 4,0 476 1927
Llo 2,0 211 424
Saillagouse 2,9 1654 4761

D'après ces estimations, la population cumulée pour les quatre communes en période hivernale pour 2030, est de 9452 habitants. Nous considèrerons donc, 10 000 habitants en période hivernale, pour la suite du projet.

Nous pouvons également, calculer une population moyenne sur l'année. Pour cela nous considérons que la population estivale est présente pendant 2 mois ainsi que 2 mois pour la population hivernale, et que les 8 mois restants seule la population sédentaire est comptabilisée.

En appliquant la formule ci-dessous nous pouvons alors, calculer la population moyenne $P_{moyenne}$ sur l'année en 2030.

$$P_{moyenne}​=\frac{2.P_{estivale}+ 2.P_{hivernale}+ 8.P_{sédentaire}}{12}$$

En prenant, une population sédentaire d'environ 3500 personnes en 2030 nous obtenons une population moyenne sur l'année de 6000 personnes.

Les différentes valeurs, estimées pour la population, seront utilisées dans la suite du projet pour le calcul de divers paramètres.

Résumé des techniques biologiques

 

Techniques biologiques de traitement des eaux

Technique Définition 

Surface d'occupation 

(m2 par habitant)

Domaine d'application

(équivalent habitant)

Avantage  Inconvénient
Infiltration - percolation 

Eau à traiter traverse un lit de sable et est récupérée par percolation 

Lits de sable souvent placés en parallèle

1,5  Entre 200 et 1000

Rendement important de dégradation de la matière organique (90 à 95%)

Surface d'occupation faible

Domaine d'application 

Adaptation limitée aux surcharges hydrauliques 

Filtres plantés de roseaux à écoulement vertical 

Alimentation verticale en surface au sein d'un système composé de roseaux et de grains fins à grossiers

Les roseaux sont présents pour apporter les propriétés mécaniques au sol  

Eau éliminée par système de drain 

Entre 4 et 8 Entre 50 et 1000 voire 2000 Bonne intégration paysagère

Emprise moyenne à forte au sol 

Sensible au climat rigoureux (alimentation en surface)

Entretien des roseaux

Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal  

Alimentation enterrée au sein du même système que précédemment

Les roseaux sont présents pour apporter les propriétés mécaniques au sol 

Saturation en eau à traiter et évacuation horizontale via des drains

Entre 8 et 9  Entre 50 et 1000 voire 2000 

Bonne intégration paysagère 

Sensibilité au climat rigoureux faible (alimentation enterrée)

Emprise forte au sol 

Apport oxygène plus faible que dans le cas vertical

Risque de colmatage important 

Entretien des roseaux 

Filtres enterrés  Alimentation en surface au sein d'un milieu composé d'une couche de terre ou de gravier puis d'une couche de grains en profondeur  5 Entre 0 et 300

Rendement important de la dégradation de la matière organique (90 à 95 %)

Impact visuel réduit

Bonne adaptation au climat rigoureux 

Domaine d'application

Risque de colmatage si pas d'injection alternée de l'eau à traiter

Épandage souterrain 

Alimentation en profondeur au sein de tranchées de traitement 

Utilisation de la capacité d'infiltration et d'épuration du sol 

Généralement supérieure à 5 

Dépend du type de sol 

Entre 50 et 300

Facilité d'exploitation

Bonne intégration paysagère  

Domaine d'application

Étude de sol préalable  

Pas de terrain en pente (besoin horizontalité des tranchées de traitement) 

Pollution éventuelle des nappes souterraines

Coût investissement important

Épandage superficiel 

Alimentation en surface via des billons (petites tranchées de 30 à 50 cm de profondeur)

Décantation des matières en suspension via les billons 

Généralement supérieure à 5 

Dépend du type de sol 

Entre 0 et 250  Facilité d'exploitation 

Domaine d'application 

Colmatage des billons 

Ajout d'arbre pour réduire le visuel 

Lit bactérien  Eau à traiter répartie de façon uniforme au sein d'un lit, lit présentant des bactéries au niveau de ses porosités  Entre 1 et 5  Entre 200 et 2000 

Emprise faible au sol 

Bonne résistance aux variations de charge organique et hydraulique

Sensibilité au froid 

Entretien régulier 

Abattement limité de l'azote et du phosphore 

Disque biologique 

Disque est mis en place au sein de l'eau à traiter et est animé par un mouvement de rotation permettant à la fois le mélange et l'aération 

Une absorption de la matière organique sur le disque permet, lors de la phase d'aération, une dégradation de la matière organique 

Les boues au fur et à mesure formées se détachent

Entre 1 et 5  Entre 300 et 2000 

Emprise faible au sol 

Bonne résistance aux surcharges hydrauliques et organiques passagères

Adaptation au froid (système couvert)

Abattement limité de l'azote 

Connaissance technique (système électromécanique)

Lagunage 

 Eau à traiter, déversée dans la lagune, assure le développement de certaines espèces telles que les algues 

Ces dernières, par la photosynthèse, libèrent de l'oxygène; oxygène permettant aux bactéries de survivre 

La matière organique est décomposée par l'action des bactéries du milieu 

10

Entre 400 et 2000 (lagune aérée) 

Entre 250 et 1500 (lagune naturelle)

Bonne intégration paysagère 

 Exploitation aisée 

Bon rendement élimination azote et phosphore 

Adaptation variation de charge hydraulique (aérée et naturelle) et organique (aérée) 

Très forte emprise au sol 

Élimination moyenne de la matière organique

Connaissance technique (aérée)

Difficulté extraction des boues en fond de bassin 

Temps de traitement long : 20 jours (aérée) à 70 jours (naturelle) 

 

Biofiltration 

Eau à traiter s'écoule à travers un filtre, filtre constitué d'un matériau granuleux

Les microorganismes sont au sein du milieu poreux 

Ce filtre peut être de différente nature (organique ou inorganique)

Inférieur à 0,25  Entre 1000 et 3000 à plus

Très faible emprise au sol 

Aucun risque de lessivage (fixation sur support)

Domaine d'application 

Coût d'exploitation élevé

Entretien technique régulier 

Colmatage important 

Boues activées 

Eau à traiter, préalablement décantée, séjourne dans un bassin où il existe une concentration fixée en biomasse

​Cette biomasse est responsable de la consommation de la matière organique 

Entre 1 et 5  Entre 1000 et 3000 à plus

Domaine d'application

Bon niveau de rejet  

Coûts d'installation et d'exploitation élevés

Connaissance technique 

Source : Ministère de l'agriculture et de la pêche - FNDAE n°22- 1997

Procédé à boues activées

Ce procédé, comme nous l'avons précédemment expliqué, consiste à traiter les eaux par action des bactéries au sein d'un bassin. C'est l'agrégation des bactéries qui conduit à la présence de flocs; flocs dans lesquels les réactions ont lieu. 

Ces bactéries, de nature hétérotrophe ou autotrophe, vont assurer les réactions microbiennes du milieu et donc l'épuration des eaux. Les bactéries hétérotrophes sont responsables des transformations de la matière organique mais aussi de la dénitrification c'est à dire la réduction des nitrates NO3en azote N2 en absence d'oxygène. Les bactéries autotrophes permettent de réaliser la nitrification c'est à dire l'oxydation de l'azote ammoniacal NH3​ en nitrate NO3-.

Du fait de ces diverses réactions, le procédé à boues activées peut être organisé sous deux arrangements différents : 

  • Un premier dit à aération séquencée : 

La nitrification et la dénitrification se réalisent dans le même bassin par alternance des phases d'anoxie (dénitrification) et d'aérobie (nitrification).

 

Source : Mr Spérandio - Cours "Traitement des eaux résiduaires" 

  • Un procédé multi-bassin :

Ce procédé est composé de deux bassins, chacun étant relatif respectivement à un milieu aérobie et l'autre anoxie. 

Source : Mr Spérandio - Cours "Traitement des eaux résiduaires" 

Dans le cas d'une absence de dénitrification, un seul bassin aérobie est présent. 

 

Cette technique par boues activées est composée de diverses parties : 

  • Un point de dégrillage

Cette première étape permet de retenir les déchets de grande taille, déchets qui seront ensuite égouttés et traités. Les types de déchets retenus vont dépendre de l'espace inter-barreau entre les barreaux du système. Ce dégrilleur peut être automatique ou manuel, le premier évitant un nettoyage journalier des grilles de la part du technicien. 

  • Un dessableur 

Cette appareil conduit à la rétention du sable contenu dans l'eau à traiter. De nombreux systèmes existent avec notamment les déssableurs rectangulaire ou encore couloir mais dans tous les cas, les sables seront stockés pour ensuite être récupérés une à deux fois par semaine. Les sables récoltés vont, comme dans le précédent cas, être égouttés et traités. 

  • Un dégraisseur 

Le dégraisseur est présent pour séparer les huiles et matières grasses de l'eau. La récupération de ces composés sera réalisée régulièrement pour éviter les nuisances olfactives. Deux types de dégraisseur existent : dégraisseur statique et aéré. Le dégraisseur statique agit par gravité permettant aux huiles de remonter en surface. Le dégraisseur aéré, quant à lui, repose sur une injection d'air et donc à une amélioration de la séparation eau-huile.  

Cependant, il existe également des ouvrages combinant les deux  fonctions de dessableur et de dégraisseur. 

Ces trois premières étapes sont considérées comme indispensables au bon fonctionnement de l'installation en réduisant notamment les risques de colmatage. 

  • Un bassin d'aération 
  • Un dégazage (pour enlever l'air en amont de la décantation) 
  • Un clarificateur 

​​Son rôle est de séparer les boues formées des eaux à traiter. D'une façon générale, le procédé de décantation consiste à mettre en place un système de vitesse tel que le flux ascendant épuré ne perturbe pas le flux descendant du mélange boue-eau. Une vérification de la quantité des boues doit être réalisée tous les jours. De plus des tests de décantation en éprouvette sont menés pour assurer le bon fonctionnement de l'installation. Concernant l'entretien, les parois du clarificateur doivent être brossées. 

Source : MAGE - fiche d'exploitation traitement des boues - Novembre 2006

Diagramme de Gantt

 

 

Binome 4 : Etude d'impact sur l'environnement

Etude d'impact sur l'environnement

Contexte de l'étude :

     A chaque nouveau projet, une étude d’impact est réalisée comme le précise le code de l’environnement (article R512-8). Ainsi, une nouvelle station d’épuration prévue pour 2015  et permettant de subvenir aux besoins en eau (eau potable et assainissement) des communes d'Estavar, Llo, Saillagouse et Err va être dimensionnée dans ce projet. Comme l’ont précisé les groupes précédents, le lieu de la STEP a déjà été déterminé.

     Le projet de construction de la STEP relève du champ d’application des installations classées pour la protection de l’environnement du fait de la nature des effluents. La réalisation d’une étude d’impact sur l’environnement traite des éléments suivants : la justification du projet, la définition des options étudiées, la définition du périmètre d’étude, la description de l’environnement, l’analyse des impacts, les mesures d’atténuation ou de compensation proposées, ainsi qu’une proposition de programmes de surveillance et de suivi.

Le schéma ci-dessous résume la démarche de l’étude d’impact. 

                   

Source : Dossier ICPE Demande d'autorisation sous dossier B. Groupe Merlin Ref doc :T00146 IT02 AUT ME 1-2 Ind C. le 09/09/11

 

Objectifs :

     Nous allons réaliser une étude d’impact sur l’environnement dans le temps imparti. Disposant de 5 semaines, nous avons choisi de nous intéresser à l’analyse des impacts qui comporte plusieurs étapes dont la description de l’état actuel et futur du milieu.

        Dans une première partie, nous étudierons les impacts sur les milieux naturels aquatiques et terrestres, et sur l’activité agricole puis dans une deuxième partie, nous verrons les impacts sur les eaux superficielles. Enfin, si le temps nous le permet nous étudierons les pollutions olfactive et sonore engendrées par les phases de construction et d’exploitation de la STEP. Bien entendu lors d’une étude complète il est nécessaire d’analyser d’autres domaines comme les eaux souterraines, l’urbanisme ou encore l’aménagement. Il est à noter qu’actuellement la zone d’étude ne comporte pas d’activité industrielle majeure.

       Cette étude permettra d’apprécier les conséquences du projet sur l’environnement sur les points étudiés ci-dessus. Nous proposerons également des mesures d’atténuation et d’amplification envisageables qui permettraient de réduire les impacts négatifs ou d’accroître les impacts positifs qui sont vitaux pour une acceptation sociale et scientifique du projet.

 

Méthodologie

Dans cette partie nous allons décrire les différents enjeux, effets et mesures envisageables sur les domaines ci-dessous. Après une première phase de récolte de données et d'analyse de l'état initial des milieux, nous étudierons les impacts de la STEP sur l'environnement en faisant dans un premier temps une comparaison avec les valeurs réglementaires. Dans un deuxième temps nous verrons les mesures  de compensation et de réduction potentielles des effets dommageables.

  • Milieux naturels aquatiques et terrestres

            Les principaux enjeux pour les milieux naturels aquatiques et terrestres se situent dans la préservation des habitats, des espèces, et des continuités écologiques. Les milieux vont être impactés directement et indirectement par la STEP. Une première phase de construction pourra être à l’origine du dérangement de la faune et la flore. La phase d’exploitation entrainera également leur perturbation mais également des coupures de continuité écologique terrestre et aquatique. Nous tenterons de prévoir l’atteinte que portera la pollution des eaux à la vie piscicole et aux milieux aquatiques et plus généralement à l’écosystème. Enfin, nous étudierons l’effet de l’aménagement des berges et des cours d’eau.

        Après avoir défini les enjeux, nous allons maintenant nous intéresser aux mesures de suppression ou de réduction prises dans ce type de contexte. Dans un premier temps, l’emplacement d’une STEP ainsi que ses points de rejets doivent être choisis judicieusement afin d’en limiter les impacts sur les habitats aquatiques et terrestres. De même que pour le lieu, la période de chantier doit, si possible, être adaptée aux espèces écologiques les plus critiques pour les espèces animales. Pour la protection des espèces animales et l’aménagement des berges, l’utilisation des techniques du génie écologique est à privilégier au maximum. Des études éventuelles sont aussi à réaliser selon s’il existe des espèces protégées sur le milieu ou non et s’il est nécessaire de demander des dérogations ou non.

  • Eaux surperficielles

            - Qualité et usages

        La directive cadre sur l’eau fixe pour objectif l’atteinte d’un « bon état chimique et écologique » des eaux de surface (ou superficielles) en 2015. Pour cela les enjeux devront respecter la non dégradation de la qualité des eaux et la préservation des usages de l’eau. L’implantation d’une STEP impacte les eaux superficielles et engendre de nombreux effets : des pollutions liées aux rejets des effluents, aux travaux de construction mais aussi une pollution des eaux du fait de conditions d’épandage des effluents traités ou des boues inadaptées. Afin de pallier à ces effets néfastes des mesures de réduction peuvent être envisageables comme une optimisation du système d’assainissement en amont (Binôme 2), l’optimisation de la STEP (Binôme 3).  

          Mais d’autres impacts indirects liés à la qualité des eaux (usages, biodiversité) peuvent être envisagés. Nous effectuerons essentiellement la synthèse des données en notre possession dans cette partie et dans la partie suivante pour le régime des eaux également.

             - Régime des eaux

            Les enjeux sont le maintien du régime et du mode d’écoulement des eaux, ainsi que la préservation des lits majeurs pour l’expansion des crues.

  •  Agriculture

          L’agriculture représente une activité très présente de la zone d’étude. De plus, étant donné l’utilisation de boues dans la STEP, il est apparu important d’étudier les impacts de la STEP par rapport à cette activité. En effet, les boues de la STEP pourront être utilisées pour l’épandage agricole. Les principaux effets pour cette activité concernent la pollution des sols à forte valeur agricole, des cultures, des productions animales. Ces pollutions peuvent être d’origine diverses telles que des conditions d’épandage de boue inadaptées ou d’épandage d’effluents traités inadaptés. Les travaux peuvent également engendrer des dommages divers aux terrains agricoles du aux travaux. Les mesures de suppression ou de réduction pouvant s’appliquer sont comme pour les autres catégories un lieu d’implantation judicieux, un contrôle et un suivi qualité de l’épandage avec un suivi des entrants et des sortants.

  •   Nuisances olfactives et sonores

         Les odeurs peuvent avoir différentes origines au niveau d’une station d’épuration, à partir des gaz ou vapeurs émis par certains produits contenus dans les eaux usées ou dans des composés se formant au cours des différentes phases de traitement. Les principaux enjeux seront de limiter les émissions d’odeurs et la préservation du cadre de vie des riverains. Il en est de même pour les nuisances sonores où l’enjeu majeur reste la préservation du cadre de vie en passant par une implantation judicieuse de la STEP, l’utilisation de techniques les plus silencieuses si besoin ou encore l’insonorisation des locaux.

Source : DREAL Rhônes-Alpes Grille indicative d'analyses enjeux-effets-mesures

 

Diagramme de Gantt

Nous pouvons voir ci-dessous le diagramme de Gantt de notre binôme sur les phases II ( réalisation ) et III ( restitution ) du projet.

10 permanences pédagogiques : tous les mercredi et vendredi de 10h à 12h sont mises en place en plus des réunions avec les différents responsables pour nous soutenir dans notre projet.

Projet

Projet

 

Après avoir réalisé un cahier des charges pour notre groupe mais également relatif à chacun de nos binômes, notre phase de projet est mise en place concernant un objectif commun d'étude de l'implantation de la nouvelle station d'épuration. 

Dans cette phase, une première partie relative aux "informations générales" a été effectuée. Cette phase nous donne donc des informations nécessaires au bon déroulement de notre projet commun.

En second lieu, le travail propre à chacun des binômes est présenté dans des parties distinctes. 

Informations générales

Informations générales

 

Avant toute chose, nous avons réalisé un travail commun sur les différents emplacements possibles de la future station d'épuration et également sur la quantification des eaux parasites de nos quatre communes concernées. 

Ce travail montre bien le lien existant entre nos différents binômes et nous permettra de mener à bien nos projets respectifs. 

Localisation de l'étude

Localisation de l'étude

Après discussion avec les membres de la Régie de la Haute Vallée du Sègre, nous avons constaté l'existence de trois emplacements possibles pour l'installation de la STEP. Ces trois zones ont été déterminées pour répondre à la demande de travail en gravitaire. Voici une carte globale montrant l'emplacement de ces trois zones. L'ancienne STEP se situe à la frontière espagnole, à la confluence du Sègre et de l'Angoust. L'emplacement P1 est situé au nord de l'ancienne STEP, proche des habitations de la commune d'Estavar. L'emplacement P2 est, quant à lui, situé à l'est du croisement entre le Sègre et l'Angoust sur des terrains agricoles. Il est bon de noter que la frontière espagnole est située à l'ouest de l'ancienne station d'épuration dans le lit du ruisseau qui la longe.

Source : Régie de la Haute Vallée du Sègre                    Carte de localisation des emplacements considérés

Légende: 

Zone inondable

Zone potentiellement inondable

1208 Altitudes (m)

Nous allons maintenant décrire les avantages et les inconvénients de chacune de ces zones.

Avantages et inconvénients de chaque emplacement
Ancienne STEP Emplacement P1 Emplacement P2
Zone inondable Zone potentiellement inondable Zone non inondable
Gravitaire Présence de points de relevage potentiels Gravitaire
Surface disponible faible Surface disponible restreinte Surface disponible extensible
Terrain inondable Terrains constructibles Terrains agricoles
Pas de nuisance olfactive ni visuelle Nuisances olfactives et visuelles Pas de nuisance olfactive ni visuelle
Utilisation des canalisations existantes Utilisation des canalisations existantes Travaux nécessaires mais utilisation des chemins communaux
Rejet en Espagne Rejet en France mais emplacement plus loin des cours d'eau Rejet en France, emplacement proche des cours d'eau

Ci-dessus, les avantages sont inscrits en vert et les inconvénients en rouge. Les remarques écrites en orange sont gênantes mais pas éliminatoires.

Les terrains agricoles situés à l'est des cours d'eau seront rachetables à un prix plus abordable que les terrains constructibles de l'emplacement P1. De plus, nous devons prendre en compte l'accroissement de la population de la commune d'Estavar et de ce fait, la construction probable d'habitations proche de l'emplacement P1. La surface disponible pour la STEP à cet emplacement devient donc restreinte.

La construction de canalisations sur des chemins communaux étant autorisée, la régie ne serait donc pas contrainte de payer des servitudes pour l'utilisation du terrain.

Concernant les nuisances olfactives, l'emplacement P1 est situé proche des habitations de la commune d'Estavar. De plus, le vent est dirigé de telle sorte que la population en serait affectée.

Pour les rejets, nous devons nous assurer qu'ils aient lieu en France et qu'ils soient conformes aux normes françaises, espagnoles ainsi qu'européennes. Pour notre étude, nous prendrons en compte les normes les plus restrictives.

Il faudra, lors de notre étude, prendre en considération l'accès au réseau électrique et téléphonique.

D'après les inconvénients et les avantages listés dans le tableau, la zone de la station d'épuration désaffectée semble être la moins propice pour la construction de la nouvelle STEP. L'emplacement P2, quant à lui, semble être le plus approprié pour l'implantation de la STEP, au vu des nombreux avantages qu'il présente. Les études des différents binômes permettront de confirmer ou non cette hypothèse.

Estimation des eaux parasites

Estimation des eaux parasites

Comme il a été expliqué précédemment, le réseau d'assainissement est un réseau séparatif cependant, une quantité d'eau parasite se retrouve dans le réseau d'eau usée. En effet, dans les quatre communes que nous étudions, de nombreuses gouttières, grilles de garage... sont connectées directement sur le réseau d'eau usée.

Afin de pouvoir modéliser le réseau d'assainissement de manière plus précise mais également afin de dimensionner la station d'épuration, il est important de pouvoir estimer la quantité d'eau apportée par ces branchements illégaux. Ces eaux parasites vont influencer la taille des canalisations et impacter sur le dimensionnement de la STEP, puisque ces eaux vont venir diluer les eaux usées.

Afin de pouvoir estimer ces quantités, nous avons récupéré des données pluviométriques sur le bassin versant étudié. Après traitement de ces données, par le binôme 1 (Laurie et Nabil), nous avons pu obtenir des hauteurs de pluie maximales (en mm/j) pour chaque mois, sur plusieurs années pour le sous bassin versant du "Sègre".

A partir de ces valeurs, nous avons pris pour chaque année, la valeur maximale rencontrée puis nous avons réalisé la moyenne de ces maximums.

Maximum des pluies retenus pour chaque année
Année Hauteur maximale retenue (mm)
2006 37
2007 35
2008 31
2009 28
2010 44
2011 39

Nous obtenons alors, une moyenne de la hauteur maximale ($H_{max}$) de 36 mm/j. D'après le travail réalisé par Sarah Edde (ancienne étudiante), lors de son stage de fin d'étude, nous avons eût accès à la surface active de toit, c'est à dire la surface des toits qui sont connectés sur le réseau d'eau usée. La surface active totale ($S$), des 4 communes étudiées, représente ainsi 10215 m².

Le débit d'eau parasite journalier a été calculé par la formule suivante:

$$Q_{parasite}=S.H_{max}$$

Le débit d'eau parasite, ainsi estimé, représente un débit d'environ 370m3/j.

Binôme 1 : Caractérisation du bassin versant et étude d'inondabilité

Caractérisation du bassin versant et étude d'inondabilité

 

Cette première phase aura pour but de caractériser le bassin versant et d'étudier l'inondabilité de la zone près de la station d'épuration. Nous avons donc deux objectifs principaux:

  • La mise en place d'un bilan hydrologique (avec une estimation de différents termes tels que l'évaporation, l'infiltration) afin d'avoir un ordre de grandeur du débit près de notre STEP.  Pour cela, nous devrons déterminer les limites de notre bassin versant.
  • Une étude d'inondabilité permettra de choisir ou de valider une position finale pour la station afin d'éviter d'éventuels dégâts en cas de crue.

Afin de mener à bien cette étude d'inondabilité, une première étape de recherche de données a été nécessaire. Par la suite, afin d'évaluer la zone de crue, nous avons fait appel à plusieurs logiciels.  

Des études d'inondabilité ont déjà été effectuées, en voici les résultats, avec en vert la zone d'inondabilité:

Zones inondables

Nous voyons que la position P1 est plus favorablement inondable que la position P2. L'étude suivante permettra de valider ou bien de redéfinir cette zone d'inondabilité.

Nous pouvons donc définir notre projet en plusieurs étapes clés:

1) Recherche de données

Après une première visite à la Régie des eaux de la Haute Vallée du Sègre, une rédéfinition du sous-projet vers une étude d'inondabilité a été effectuée. Nous avons pu récupérer quelques données telles que la pluviométrie en 2010 et en 2011 sur 3 zones: Sainte Léocadie, Sarralongue et Perpignan. Seule Saint Léocadie reste assez proche de la zone étudiée. Nous avons aussi obtenu des données de consommation et de prélèvement en eau potable. Afin de mener à bien notre bilan hydrologique, nous avons contacté divers organismes afin de récupérer les données utiles.

  • La DDTM de l'Aude: Service de prévision des crues. Ce service a permis d'obtenir les hauteurs d'eau sur 3 points différents: sur l'Angoustrine, rivière située à l'Ouest de notre zone, la rivière de Carol, elle aussi à l'Ouest et enfin le Sègre qui est l'une de nos deux rivières concernées pour l'étude d'inondation. Les débits obtenus pour le Sègre datent de 2006.
     
  • ​Météo France: nous avons pu récupérer les données de pluie de 18 pluviomètres situés à différentes altitudes de part et d'autre de notre zone. Parmi ces pluviomètres, nous avons aussi certaines données de neige, d'altitude ou de rayonnement et ce, depuis 2006.
     
  • La Régie de la Haute Vallée du Sègre: données sur les débits de quelques rivières (4 dates précises en 2010) ainsi que les températures. Nous avons aussi obtenu des rapports hydrogéologiques caractérisant le sol près des sources.
     
  • Ginger Environnement: un rapport sur l'atlas des zones inondables a déjà été effectué et plusieurs données, notamment sur la composition du sol, seront utilisées.
     
  • Le BRGM: achat de cartes géologiques couvrant notre zone.
     
  • M. Jacques Chorda et l'IMFT: nous avons obtenu un MNT de notre zone à 25 mètres de résolution afin de pouvoir l'exploiter sur ArcGis.​
     
  • La banque hydro: données de débit sur le Sègre depuis 1988.

​​Voici, en résumé, la position des différentes stations obtenues par rapport aux villes que nous étudions:

Position des stations et des villes, sur ArcGis

En rouge, les stations de pluviométrie, en vert les villes et en violet, les stations limnimétriques. Toutes les stations pluviométriques ne sont pas représentées sur cette zone (certaine sont situées hors de ce MNT).

Le réseau hydrographique représenté est le réseau obtenu via la BD Carthage de l'IGN.

Le point bleu, sous Estavar, représente notre exutoire, le lieu où la STEP devrait être implantée.

 

2) Caractérisation du sous bassin versant sous ArcGis

Ce logiciel nous a permis, dans un premier temps, de dessiner notre sous bassin versant puis d'utiliser des outils pour déterminer une pluviométrie moyenne ainsi que des paramètres nécessaires aux lois utilisées.

Caractérisation du sous bassin versant

3) Mise en place du bilan hydrologique 

Afin d'obtenir un débit moyen comme ordre de grandeur, nous utiliserons ce bilan hydrologique, avec une estimation des termes d'évaporation et d'infiltration en plus de la pluie.

Bilan hydrologique

4) Détermination des débits de référence

Afin d'étudier notre zone d'inondabilité et de finir de caractériser notre sous bassin versant, nous avons décidé de déterminer les débits de référence par plusieurs moyens, dont un statistique.

Débits de référence

5) Mise en place d'un modèle hydrologique

Nous ne disposons de données de débit que sur le cours d'eau du Sègre. Hors, notre station se trouve près de deux confluences: celle du Sègre et de l'Angoust et le résultat de cette dernière avec Estahuja. Nous avons appris que les bureaux d'études se contentaient de simuler le débit de l'Angoust grâce à celui du Sègre, seulement avec un coefficient provenant du rapport des surfaces. Cette modélisation permettra de montrer que le régime de l'Angoust est plus complexe, et ne peut pas être forcément déduit de ce type de méthodes.

Modèles hydrologiques

6) Étude d'inondabilité

Enfin, cette dernière étude d'inondabilité permettra de choisir une position finale pour la STEP.

Etude d'inondabilité
 

 

 

Caractérisation du sous bassin versant

Etude sous ArcGis

 

Dans un premier temps, nous devons définir le sous bassin versant que nous souhaitons étudier. En effet, nous souhaitons construire un sous bassin versant comprenant les villages d'Err, Estavar, Llo, Eyne et Saillagouse. Nous voulons aussi que l'exutoire de notre sous bassin versant soit le lieu d'emplacement de la STEP, afin de pouvoir facilement étudier l'inondabilité.

Voici le bassin versant du Sègre:

La zone qui nous intéresse, en tant qu'exutoire, est celle se trouvant à la confluence de l'Angoust et du Sègre, près de Llivia.

Grâce au MNT fourni par M. Jacques Chorda, à 25 mètres de résolution, nous utiliserons le logiciel ArcGis afin de dessiner notre sous bassin versant.

Le logiciel ArcGis va aussi nous permettre de localiser les différentes stations que nous avons à notre disposition, que ce soit pour la pluie ou les hauteurs d'eau. Afin d'estimer les précipitations sur le sous bassin versant, nous utiliserons une méthode de moyennes par altitudes et la méthode des polygones de Thiessen, outils disponibles sur ArcGis. 
 

Logiciel ArcGis

Présentation du logiciel ArcGis

 

                                                   

​Le logiciel ArcGis est un logiciel d'information géographique qui a été dévéloppé par la société américaine ESRI. ArcGis a développé différentes gammes de produits:

  • SIG Bureautique: ArcView, ArcEditor, ArcInfo,
  • SIG Serveur: ArcIMS, ArcGis Server, ArcGis Image Server,
  • SIG pour développeurs: Extensions afin de développer SIG Bureautique,
  • SIG Nomade: ArcPad et ArcGis pour travail de terrain.

​L'application utilisée ici est principalement SIG Bureautique. Grâce à sa boite à outils, Spatial Analyst, des outils sont disponibles afin de créer, compiler et modifier les différents fichiers sur lesquels nous travaillons. Voici les applications utilisées dans le cadre de ce projet:

  • A partir d'un fichier Excel avec des coordonnées en lambert93, positionner les données sur le MNT,
  • Utilisation d'outils de conversion de couches,
  • Utilisation d'outils permettant de tracer les polygones de Thiessen,
  • Utilisation d'outils afin d'intersecter différentes couches,
  • Utilisation de la BD Carthage afin de calculer les longueurs des cours d'eau,
  • Calcul des surfaces des bassins délimités,
  • Utilisation de HEC Géo Ras pour l'étude d'inondabilité.

​​Exemple de l'interface ArcGis

Détermination du sous bassin versant

Détermination du sous bassin versant

 

Nous avons travaillé sur le MNT à 25 mètres de résolution fourni par M. Jacques Chorda. Ce MNT couvre l'entière zone du bassin versant de la Haute vallée du Sègre. Nous voulons maintenant créer des sous bassins versants plus petits afin de n'étudier que la zone qui nous intéresse. Pour cela, nous voulons suivre les lignes de crêtes et les cours d'eau existants.

Dans un premier temps, nous avons utilisé l'outil spatial analyst plus afin de dessiner des sous bassins versants dans notre zone. L'outil que nous utilisons se base sur un réseau hydrographique théorique, calculé par ArcGis. Après comparaison, le réseau hydrographique théorique est similaire au réseau réel, vérifié sur la BD Carthage.

Après avoir comblé les possibles manques d'information du MNT, nous avons alors simulé sous ArcGis la direction des écoulements. A partir de cette direction, un découpage en sous bassins versants est alors effectué:

Découpage en sous bassins versants

D'après un premier découpage, nous avons sélectionné plusieurs polygones qui délimiteront notre sous bassin versant final.

Après avoir placé chaque station de pluviométrie, station limnimétrique et chaque ville, nous pouvons avoir une vision globale de notre sous bassin versant ainsi que des données dont nous disposons. Le sous bassin versant construit possède une surface de 118,76 km².


Sous bassin versant déterminé

Le réseau hydrographique représenté provient de la BD Carthage. Le point bleu, situé en dessous d'Estavar représente la position de notre STEP qui est à la confluence entre l'Angoust et le Sègre. L'exutoire de notre sous bassin versant est situé juste après (après une confluence avec Estahuja). Grâce à des méthodes statistiques, nous pourrons évaluer le débit près de la STEP en connaissant le débit à l'exutoire.

Nous avons finalement décidé de ne pas inclure la ville d'Err dans notre sous bassin versant, cela n'ayant pas d'importance au niveau de l'étude hydrologique.

Ce découpage en sous bassins versants nous a permis de faire face aux problèmes que nous pourrons rencontrer. La seule station limnimétrique présente dans notre sous bassin versant est située sur le sègre, avant sa confluence avec l'Angoust. Afin d'obtenir le débit moyen près de la STEP, nous avons décidé de suivre plusieurs méthodes:

  • Grâce à un bilan hydrologique, nous pourrons obtenir le débit à l'exutoire puis, grâce à des moyens statistiques, obtenir celui près de la STEP.
  • Sur l'image suivante, les points jaunes représentent des stations de mesure de la qualité des eaux. Pour 4 dates précises en 2010, ces stations ont relevé le débit des différents cours d'eau. Nous allons essayer, toujours par des moyens statistiques, de déterminer le débit à l'exutoire grâce à ces relevés.


Stations de prélèvement pour la qualité des eaux

 

  • Enfin, nous allons simuler le débit de l'Angoust avec le débit du Sègre ou de l'Angoustrine situé plus à l'Ouest.

Après mures réflexions, nous avons décider de ne retenir que la première méthode afin d'avoir un débit moyen à l'exutoire puis près de la STEP. Afin d'étudier l'inondabilité, nous aurons aussi besoin de débits de référence (décennaux, centennaux, millenaux ...) que nous estimerons de la même manière, par des moyens statistiques.

Nous voyons aussi que les positions de la STEP se situent près de deux confluences: celle de l'Angoust et du Sègre puis celle du Sègre et de Estahuja. Il est donc important de prendre en compte le débit de Estahuja. Aucune station de pluviométrie n'est située dans notre sous bassin versant. Nous allons donc utiliser diverses techniques pour estimer la pluie.

Afin de déterminer des débits de référence pour notre étude d'inondabilité, nous avons décidé d'étudier les trois cours d'eau séparément puis de simuler les confluences. Voici donc le découpage en sous bassin versant pour le Sègre, l'Angoust et Estahuja:

Découpage pour chaque cours d'eau

En bleu, le sous bassin versant du Sègre (39,98 km²), en vert celui de l'Angoust (55,13 km²) et en rouge celui de Estahuja (23,33 km²). Les surfaces ont aussi été déterminées grâce à ArcGis.

Afin de caractériser notre sous bassin versant, un dernier point nous semble important: celui des altitudes. Voici ce que nous obtenons avec ArcGis:

Altitudes

Nous voyons que les altitudes de notre zone varient de 1100 mètres à 2900 mètres. Cela rajoute une difficulté au niveau de l'estimation de nos paramètres pour le bilan hydrologique.

Evaluation des termes du bilan

Évaluation des termes du bilan hydrologique

​Ce bilan hydrologique va nous permettre d'obtenir un débit moyen à l'exutoire de notre sous bassin versant, caractérisé précedemment. Nous effectuerons un bilan hydrologique annuel afin de ne pas avoir à prendre en compte les variations de stock telles que la neige.  Voici un shéma simplifié d'un bilan hydrologique, tiré du cours de M. Denis Dartus:

Bilan hydrologique, source

Nous voyons que nous avons plusieurs termes à évaluer.

Pour évaluer la pluviométrie sur notre sous bassin versant, nous utiliserons diverses méthodes explicitées dans le paragraphe suivant.

Évaluation de la pluviométrie

​Puis, grâce au logiciel Hydrolab, nous évaluerons l'évapotranspiration de notre zone.

Évaluation de l'évapotranspiration

Enfin, nous essaierons d'estimer grossièrement l'infiltration de notre sol.

Évaluation de l'infiltration

Nous pourrons ensuite en déduire le ruissellement de surface par la formule suivante:

Ruissellement = Pluie - Evapotranspiration - Infiltration (écoulement souterrain)

Résultats

Evaluation de la pluviométrie

Evaluation de la pluviométrie

Afin de mieux appréhender la topographie de notre zone, le travail sur ArcGis a été primordial. Le MNT fourni par M. Jacques Chorda nous a notamment permis de dessiner les pentes de notre zone:​

Pentes

Cela nous a montré que la zone sur laquelle nous travaillons est très hétérogène. Il existe de fortes variations de pentes et d'altitudes. Nous allons donc essayer d'estimer la pluie de la manière la plus exacte possible.​

Afin d'évaluer la pluie moyenne tombant sur notre sous bassin versant, nous disposons de données de 18 stations pluviométriques situées plus ou moins loin de notre zone.

Nous avons, en plus des données de pluviométrie entre 2006 et 2011, téléchargé les données de pluviométrie de 1982, année ayant vu passer l'une des crues les plus importantes du Sègre. Dans ce cadre, nous avons ajouté 3 stations de pluviométrie fonctionnant à cette époque et ayant été abandonnées par la suite: Bourg Madame, Valcebollere, Angoustrine. 

Stations pluviométriques

Dans un premier temps, nous choisissons d'effectuer une cartographie par altitude et de caractériser chaque tranche d'altitude par une ou des stations. Nous effectuerons donc la moyenne des pluies sur chaque tranche et sur notre sous bassin versant.

Afin d'avoir une approximation plus poussée, nous choisissons d'utiliser la méthode des polygones de Thiessen

Enfin, nous dessinerons les polygones de Thiessen sur chaque tranche d'altitude.

Nous comparerons ensuite les différentes valeurs trouvées.

Nous aurons besoin de pluviométries moyennes sur notre sous bassin versant afin de les utiliser dans notre bilan hydrologique. Nous aurons aussi besoin de la pluviométrie maximale affectant nos trois cours d'eau principaux. En plus des données mensuelles de pluviométries (cumul des précipitations sur le mois), nous avons téléchargé la pluie quotidienne maximale mensuelle sur chaque station. Nous appliquerons les mêmes méthodes afin d'obtenir une pluie quotidienne maximale mensuelle sur le Sègre, l'Angoust et Estahuja. Nous aurons besoin de ces données lors de l'estimation des débits de référence.

Moyennes par tranches d'altitude

Moyennes par tranches d'altitude

La première idée qui nous est venu à l'esprit était de dire que nous avions potentiellement la même pluie pour chaque tranche d'altitude. Nous voulions créer une dépendance de la pluie non seulement en fonction du temps mais aussi en fonction de l'espace P(Z,t). Le plus simple était donc de créer des tranches d'altitudes et de considérer que sur chaque tranche, la pluie est constante.

Pour une première estimation de la pluie, nous avons classé notre sous bassin versant par tranches d'altitude:

  • Entre 937 et 1137 mètres,
  • Entre 1137 et 1337 mètres,
  • Entre 1337 et 1537 mètres,
  • Entre 1537 et 1737 mètres,
  • Entre 1737 et 1937 mètres,
  • Entre 1937 et 2137 mètres,
  • Entre 2137 et 2337 mètres,
  • Entre 2337 et 2537 mètres,
  • Entre 2537 et 2737 mètres,
  • Entre 2737 et 2902 mètres.

Altitudes sur le sous bassin versant

Nous avons à notre disposition 18 stations:

Stations pluviométriques

Nom Altitude (m)
Valcebollere 1420
Bourg Madame 1130
Angoustrine 1381
Eus 307
Carcanières 1360
Hospitalet 1425
Orlu 908
En Beys 1970
Dorres 1450
Formiguères 1495
Latour de Carol 1250
Mont Louis 1600
Porte Puymorens 1620
Railleu 1340
Ste Leocadie 1320
La Cassagne 1151
Aston 1781
Vernet les bains 630
Andorre 1105
Perpignan 42
Serralongue 700

Nous avons ensuite attribué chaque station a une tranche d'altitude. Les stations situées hors du bassin versant de la Haute Vallée du Sègre ne sont pas prises en compte sauf si la tranche d'altitude concernée ne comporte aucune autre station. Nous avons aussi, pour chaque tranche d'altitude, calculé la surface correspondant, dans notre sous bassin versant (pour une surface totale de 118 km²). Certaines stations ne sont présentes qu'en 1982, d'autres entre 2006 et 2009, entre 2009 et 2011 ou entre 2006 et 2011.

Classement

Tranche (m) Stations concernées Surface (km²)
937 - 1137 Aucune 0
1137 - 1337

1982: Bourg Madame, Ste LeocadieLatour de Carol

2006: Ste Leocadie, Latour de Carol

2009: La cassagneSte LeocadieLatour de Carol

8,73
1337 - 1537

1982: Valcebollere, Angoustrine, DorresRailleu

2006: Carcanières, Hospitalet, Dorres, Railleu

24,42
1537 - 1737 Mont Louis, Porte Puymorens 29,75
1737 - 1937 Aston 18,37
1937 - 2137 En Beys 17,37
2137 - 2337 Aucune 7,84
2337 - 2537 Aucune 6,96
2537 - 2737 Aucune 4,72
2737 - 2907 Aucune 0,60

N'ayant aucune station de mesure au dessus de 2000 mètres, nous décidons de ne pas prendre en compte la surface correspondant. Nous calculons alors un pourcentage pour chaque tranche d'altitude en ne considérant que 5 tranches. Voici ce que nous obtenons:

Pourcentage
Altitudes (m) Pourcentage (%)
1137 - 1337 8,85
1337 - 1537 24,76
1537 - 1737 30,16
1737 - 1937 18,63
1937 - 2137 17,61

Nous obtenons donc un pourcentage faisant office de poids pour chaque tranche d'altitude. Par la suite, nous décidons d'effectuer une moyenne arithmétique sur les données de chaque station par tranches d'altitude. Nous avons donc des données de pluviométrie, de température et de neige pour chaque tranche d'altitude. Pour avoir ces données sur la globalité de notre sous bassin versant, nous appliquons alors le pourcentage calculé à chaque donnée par tranches.

Lorsque des données sur une date et sur une tranche d'altitude sont manquantes, nous recalculons le pourcentage en omettant cette tranche d'altitude. Il n'y a eu aucun problème sur les données de pluies, mise à part la station En Beys ne mesurant la pluie qu'entre le mois de juin et de septembre. Par contre, la température n'était mesurée que par deux stations, le rayonnement, la vitesse du vent et l'insolation par une seule: Aston. La station "La Cassagne" a été mise en route à partir de novembre 2009. Dans chaque cas particulier, nous avons recalculé ces coefficients. Voici alors ce que nous obtenons:

Résultats




Date Pluie (mm) Neige (cm) Température (°C) Vitesse du vent à 10m (m/s)
janv-06 94,097 8,918 0,089 2,164
févr-06 10,651 11,154 0,552 2,325
mars-06 90,264 4,861 4,561 3,164
avr-06 34,458 0,000 7,370 2,458
mai-06 31,226 0,000 11,603 2,558
juin-06 62,062 0,000 15,356 2,325
juil-06 54,578 0,000 17,956 2,029
août-06 79,204 0,000 13,252 2,432
sept-06 86,648 0,000 14,410 2,368
oct-06 51,634 0,000 12,320 2,907
nov-06 34,876 0,000 7,580 2,468
déc-06 15,492 0,236 2,677 2,000
janv-07 10,666 0,473 3,863 2,036
févr-07 47,794 1,140 3,926 2,403
mars-07 63,755 3,305 2,546 3,029
avr-07 87,113 0,236 7,798 2,093
mai-07 119,835 0,194 10,058 2,761
juin-07 47,530 0,000 12,740 2,525
juil-07 57,167 0,000 15,110 2,593
août-07 75,034 0,000 14,458 2,329
sept-07 54,499 0,000 11,534 2,125
oct-07 53,406 0,000 9,055 2,158
nov-07 15,028 0,000 4,061 2,522
déc-07 47,011 2,626 1,862 2,532
janv-08 42,113 2,071 4,347 2,203
févr-08 16,515 0,236 4,804 2,003
mars-08 89,541 6,637 2,607 3,232
avr-08 66,760 0,861 6,542 2,990
mai-08 145,024 0,000 9,556 2,429
juin-08 86,380 0,000 12,261 2,125
juil-08 65,316 0,000 14,944 2,258
août-08 50,457 0,000 15,497 2,125
sept-08 52,878 0,000 11,347 2,125
oct-08 76,921 0,431 8,628 2,097
nov-08 99,540 0,667 2,167 2,561
déc-08 51,364 6,168 1,207 2,497
janv-09 67,399 5,755 0,576 2,103
févr-09 39,016 8,045 1,019 2,861
mars-09 40,611 1,388 3,891 2,519
avr-09 160,606 2,001 4,899 2,586
mai-09 60,080 0,000 12,511 2,993
juin-09 59,814 0,000 13,757 2,293
juil-09 78,750 0,000 16,041 2,590
août-09 76,191 0,000 16,972 2,029
sept-09 70,988 0,000 11,881 1,925
oct-09 48,363 0,000 10,687 2,361
nov-09 77,070 3,107 6,616 2,846
déc-09 58,264 1,279 1,859 2,968
janv-10 49,555 7,419 -0,365 2,197
févr-10 31,733 6,135 -0,485 3,064
mars-10 69,308 9,317 1,826 2,858
avr-10 46,726 0,283 6,090 2,058
mai-10 142,914 2,288 6,855 2,593
juin-10 147,867 0,000 11,142 2,297
juil-10 86,060 0,000 16,026 2,029
août-10 74,485 0,000 14,499 2,061
sept-10 68,045 0,000 11,243 1,829
oct-10 119,699 0,236 7,618 2,632
nov-10 51,807 1,140 2,081 2,303
déc-10 17,652 0,907 0,389 2,636
janv-11 15,638 0,671 0,504 2,164
févr-11 53,648 1,338 2,004 2,325
mars-11 103,545 0,000 3,219 2,193
avr-11 36,897 0,000 8,965 2,190
mai-11 72,858 0,000 10,658 2,193
juin-11 143,363 0,000 11,516 1,990
juil-11 126,234 0,000 12,358 2,225
août-11 55,958 0,000 15,883 2,293
sept-11 44,645 0,000 13,776 2,100
oct-11 41,156 0,000 9,566 2,264
nov-11 135,685 0,000 6,692 2,839
déc-11 49,837 1,144 2,301 2,471

Soit, une pluviométrie annuelle:

Pluviométrie annuelle
Année Pluies cumulées (mm)
2006 645
2007 679
2008 843
2009 837
2010 906
2011 879

Pour les pluies moyennes, nous n'avons pas besoin des données de 1982. Nous allons maintenant nous intéresser aux pluies moyennes et maximales pour le Sègre, l'Angoust et Estahuja. Les pluies moyennes et maximales seront calculées exactement de la même manière, en prenant respectivement le cumul mensuel des précipitations et les précipitations quotidiennes maximales mensuelles. Voici un récapitulatif des coefficients pour les sous bassins versants:

Pourcentage - Sègre (39,98 km²)
Altitudes (m) Pourcentage (%)
1137 - 1337 18,70
1337 - 1537 33,64
1537 - 1737 15,44
1737 - 1937 16,09
1937 - 2137 16,13

 

Pourcentage - Angoust (55,13 km²)
Altitudes (m) Pourcentage (%)
1137 - 1337 2,93
1337 - 1537 22,31
1537 - 1737 43,11
1737 - 1937 21,65
1937 - 2137 10,00

 

Pourcentage - Estahuja (23,33 km²)
Altitudes (m) Pourcentage (%)
1137 - 1337 6,40
1337 - 1537 18,33
1537 - 1737 24,26
1737 - 1937 16,24
1937 - 2137 34,77

Voici les résultats que nous obtenons alors:

 

Résultats - Pluies cumulées mensuelles


Date  Segre Pluie(mm) Angoust Pluie(mm) Esthuja Pluie(mm)
janv-06 99,59 91,11 93,37
févr-06 9,74 11,15 10,95
mars-06 90,49 90,27 90,18
avr-06 33,27 35,01 35,42
mai-06 28,25 32,98 31,83
juin-06 64,96 61,29 65,03
juil-06 55,34 52,01 51,05
août-06 79,05 70,39 61,88
sept-06 85,74 85,70 82,81
oct-06 51,69 51,53 52,25
nov-06 31,20 37,18 35,29
déc-06 14,88 15,65 16,23
janv-07 9,31 11,50 10,80
févr-07 48,07 47,66 48,12
mars-07 60,70 65,23 65,86
avr-07 86,52 87,58 87,49
mai-07 118,56 120,31 121,71
juin-07 45,72 50,45 49,58
juil-07 30,41 32,13 30,77
août-07 95,80 85,90 76,34
sept-07 34,57 30,97 27,20
oct-07 50,88 54,78 54,58
nov-07 13,41 16,00 15,24
déc-07 43,26 49,32 47,82
janv-08 40,85 42,87 42,53
févr-08 16,59 16,48 16,49
mars-08 86,43 91,25 90,85
avr-08 68,44 65,87 66,52
mai-08 148,41 143,32 143,67
juin-08 81,63 79,36 67,03
juil-08 65,63 59,59 53,94
août-08 47,80 49,19 44,49
sept-08 51,29 49,73 45,14
oct-08 74,82 78,19 77,24
nov-08 99,56 99,46 100,59
déc-08 47,51 53,56 52,53
janv-09 64,54 69,04 68,57
févr-09 36,20 40,49 39,81
mars-09 39,03 41,42 41,36
avr-09 156,07 163,35 162,33
mai-09 62,02 58,91 60,02
juin-09 58,28 63,69 56,00
juil-09 79,82 70,59 68,66
août-09 73,66 78,21 70,05
sept-09 70,08 74,84 56,98
oct-09 47,09 49,27 48,13
nov-09 75,36 78,08 78,15
déc-09 57,02 59,18 58,18
janv-10 45,13 52,01 50,95
févr-10 28,34 33,67 32,53
mars-10 68,21 69,99 69,46
avr-10 48,03 45,91 47,18
mai-10 142,66 143,20 142,94
juin-10 143,52 141,15 128,74
juil-10 89,20 80,86 79,99
août-10 69,21 73,54 66,76
sept-10 63,71 67,65 62,51
oct-10 117,77 120,90 119,77
nov-10 50,61 52,42 52,78
déc-10 16,95 18,10 17,68
janv-11 14,95 16,08 15,73
févr-11 50,25 55,46 54,93
mars-11 104,38 103,38 102,84
avr-11 36,34 37,11 37,48
mai-11 70,85 73,89 73,55
juin-11 132,21 138,78 121,34
juil-11 118,30 111,37 87,97
août-11 52,76 52,81 45,76
sept-11 43,87 41,06 37,62
oct-11 39,69 42,06 41,57
nov-11 128,55 140,08 136,56
déc-11 48,00 51,05 50,50

 

Résultats - Pluies maximales quotidiennes mensuelles


Date  Segre Pluie (mm) Angoust Pluie(mm) Estahuja Pluie(mm)
janv-82 39,91 39,62 39,73
févr-82 43,53 57,92 52,96
mars-82 12,38 16,85 15,32
avr-82 24,72 16,80 19,36
mai-82 21,70 17,64 18,91
juin-82 15,50 16,93 16,44
juil-82 24,66 28,24 26,92
août-82 43,22 43,21 43,15
sept-82 27,11 27,78 27,55
oct-82 11,92 12,93 12,58
nov-82 148,07 151,55 149,51
déc-82 8,78 12,17 11,02
janv-06 29,63 26,19 26,88
févr-06 4,62 4,94 4,90
mars-06 35,63 35,15 34,97
avr-06 9,75 9,77 9,93
mai-06 8,41 10,50 9,80
juin-06 31,00 30,06 28,79
juil-06 16,16 14,88 14,71
août-06 26,11 22,16 26,56
sept-06 23,15 23,43 25,09
oct-06 19,73 19,28 19,59
nov-06 13,17 15,41 14,72
déc-06 6,30 5,67 6,12
janv-07 5,10 6,31 5,89
févr-07 14,81 14,34 14,39
mars-07 13,54 14,06 14,21
avr-07 19,78 19,08 19,21
mai-07 39,98 35,31 36,73
juin-07 15,55 16,33 17,45
juil-07 15,60 16,46 17,11
août-07 27,17 24,91 28,80
sept-07 15,20 12,94 16,56
oct-07 14,64 14,99 15,10
nov-07 9,31 10,98 10,56
déc-07 15,20 18,72 17,57
janv-08 12,44 12,06 12,19
févr-08 11,38 11,37 11,19
mars-08 18,74 18,07 18,23
avr-08 18,63 17,51 17,65
mai-08 30,58 30,00 29,70
juin-08 18,02 16,92 19,82
juil-08 23,85 23,08 26,43
août-08 18,11 18,27 20,09
sept-08 23,46 23,90 24,29
oct-08 40,12 42,11 41,24
nov-08 31,89 32,21 31,83
déc-08 15,32 16,57 16,10
janv-09 22,05 24,42 23,84
févr-09 19,23 21,12 20,63
mars-09 15,73 15,70 15,74
avr-09 33,62 33,47 34,00
mai-09 17,65 16,91 17,21
juin-09 20,12 19,09 23,16
juil-09 25,52 25,01 25,99
août-09 19,28 19,23 20,21
sept-09 21,68 21,76 24,45
oct-09 22,92 24,00 23,37
nov-09 23,40 23,15 23,27
déc-09 17,13 17,75 17,47
janv-10 15,52 16,52 16,36
févr-10 9,64 11,98 11,34
mars-10 17,50 17,56 17,63
avr-10 11,29 11,63 11,77
mai-10 30,31 28,85 29,50
juin-10 28,23 26,06 30,81
juil-10 35,71 34,15 35,33
août-10 25,23 23,99 26,83
sept-10 23,18 25,08 23,53
oct-10 36,99 36,47 36,68
nov-10 19,01 18,85 19,06
déc-10 6,60 6,88 6,71
janv-11 6,93 7,97 7,69
févr-11 20,29 21,27 21,16
mars-11 37,67 34,87 35,30
avr-11 18,82 18,13 18,50
mai-11 22,37 19,77 20,83
juin-11 27,69 35,64 33,03
juil-11 40,13 38,71 56,07
août-11 21,63 22,52 26,83
sept-11 15,06 13,40 17,02
oct-11 13,73 13,92 14,00
nov-11 44,85 49,34 48,88
déc-11 16,26 15,91 15,90

Cette idée reste toutefois critiquable, car elle ne prend pas en compte l'effet du relief. Sachant que nous n'avions pas de lien direct entre Z est les coordonnées (x,y), nous nous limitions à cette idée. Par contre, nous pouvons améliorer cette méthode en créant une régionalisation de la pluie sur la carte, c'est pour cela que nous avons eu recours à la méthode utilisant les polygones de Thiessen.

Méthode des polygones de Thiessen

Les polygones de Thiessen

La deuxième méthode que nous décidons d'étudier est celle des polygones de Thiessen, qui se base sur la triangulation de Delaunay utilisant la méthode des médiatrices entre deux stations. Pour cela, nous avons utilisé une fonctionnalité d'ArcGis. Nous avons utilisé le fichier Excel contenant les coordonnées en Lambert93 des 18 stations de pluviométrie. Voici alors les polygones de Thiessen que nous obtenons:

Polygones de Thiessen

​Nous avons ensuite intersecté la couche de notre sous bassin versant avec celle des polygones de Thiessen afin d'obtenir les tracés des polygones sur notre sous bassin versant. Nous utilisons ensuite la fonctionnalité d'ArcGis permettant de calculer la surface de chaque polygones. Il suffit ensuite de calculer un pourcentage par rapport aux surfaces. 

4 stations sont concernées par les polygones: Ste Léocadie, Dorres, Mont Louis et La Cassagne. Sachant que la station la cassagne n'est en activité que depuis novembre 2009, nous avons recalculé les polygones en omettant cette station pour les dates précédant novembre 2009.

Polygones de Thiessen après 2009 et avant 2009

Voici alors les résultats que nous obtenons pour la pluviométrie et la neige, en appliquant chaque pourcentage à la station concernée:

Résultats


Date Pluie (mm) Neige (cm)
janv-06 84,887 8,134
févr-06 5,017 7,023
mars-06 77,146 5,814
avr-06 11,922 0
mai-06 16,893 0
juin-06 66,681 0
juil-06 61,137 0
août-06 71,924 0
sept-06 60,492 0
oct-06 34,739 0
nov-06 9,747 0
déc-06 4,107 0,334
janv-07 9,452 0,334
févr-07 30,213 1,001
mars-07 30,535 2,640
avr-07 51,985 0,334
mai-07 72,192 0,160
juin-07 29,314 0
juil-07 16,097 0
août-07 79,044 0
sept-07 30,367 0
oct-07 27,071 0
nov-07 8,967 0
déc-07 21,140 2,655
janv-08 25,759 1,320
févr-08 20,619 0,334
mars-08 61,454 4,744
avr-08 51,279 0,493
mai-08 150,076 0
juin-08 53,640 0
juil-08 44,354 0
août-08 39,431 0
sept-08 40,195 0
oct-08 69,237 0,493
nov-08 57,160 0,827
déc-08 34,984 6,668
janv-09 35,163 7,350
févr-09 28,330 8,470
mars-09 30,040 1,653
avr-09 94,321 1,988
mai-09 54,720 0
juin-09 52,247 0
juil-09 62,381 0
août-09 68,075 0
sept-09 46,193 0
oct-09 42,083 0
nov-09 40,437 2,944
déc-09 43,401 1,592
janv-10 26,632 4,429
févr-10 12,946 2,589
mars-10 66,723 9,091
avr-10 25,065 0,802
mai-10 117,922 1,852
juin-10 127,750 0
juil-10 112,086 0
août-10 73,497 0
sept-10 39,124 0
oct-10 90,647 0
nov-10 25,696 1,048
déc-10 10,637 0,494
janv-11 6,507 0,666
févr-11 32,291 0,790
mars-11 74,941 0
avr-11 21,601 0
mai-11 70,221 0
juin-11 82,074 0
juil-11 66,151 0
août-11 30,399 0
sept-11 33,001 0
oct-11 20,148 0
nov-11 93,279 0
déc-11 9,829 0,790

Soit une pluviométrie annuelle:

Pluviométrie annuelle
Année Pluie cumulée (mm)
2006 505
2007 406
2008 648
2009 597
2010 729
2011 540

En appliquant la même méthode pour chacun des trois sous bassins, voici les polygones que nous obtenons:

Sègre - 39,98 km²
Période Station Surface (km²) Poids (%)
1982 Mont Louis 0,20 0,51
  Valcebollere 13,22 33,07
  Ste Leocadie 26,55 66,42
2006 - 2011 Mont Louis 0,44 1,10
  Ste Leocadie 39,54 98,90
Angoust - 55,13 km²
Période Station Surface (km²) Poids (%)
1982 Mont Louis 35,63 64,63
  Valcebollere 1,91 3,46
  Ste Leocadie 14,01 25,41
  Angoustrine 3,58 6,50
2006 - 2009 Mont Louis 38,40 69,66
  Ste Leocadie 16,73 30,34
2009 - 2011 Mont Louis 33,93 61,54
  Ste Leocadie 16,70 30,29
  La Cassagne 4,50 8,17

 

Estahuja - 23,33 km²
Période Station Surface (km²) Poids (%)
1982 Mont Louis 0,058 0,25
  Ste Leocadie 0,60 2,57
  Angoustrine 22,68 97,19
2006 - 2011 Mont Louis 0,79 3,39
  Ste Leocadie 3,58 15,35
  Dorres 18,96 81,26

 

Et voici les résultats que nous obtenons:

Résultats - pluies cumulées mensuelles


Date  Segre Pluie(mm) Angoust Pluie (mm) Esthuja Pluie(mm)
janv-06 89,32 84,25 78,75
févr-06 3,06 7,11 3,44
mars-06 83,96 68,88 84,92
avr-06 10,83 12,54 12,35
mai-06 13,30 19,61 16,68
juin-06 69,21 63,87 68,95
juil-06 83,16 49,50 50,59
août-06 94,22 64,12 51,85
sept-06 57,15 54,27 80,95
oct-06 27,23 41,49 31,77
nov-06 5,69 11,59 12,39
déc-06 2,84 5,03 4,13
janv-07 4,75 13,79 7,32
févr-07 27,85 31,00 32,43
mars-07 20,84 35,51 35,55
avr-07 51,65 54,80 45,90
mai-07 76,95 73,80 60,19
juin-07 23,48 34,65 26,78
juil-07 11,32 18,72 18,15
août-07 91,43 68,60 82,30
sept-07 37,67 29,65 19,44
oct-07 25,47 29,79 23,42
nov-07 6,47 10,86 8,81
déc-07 8,15 29,88 22,93
janv-08 17,81 30,76 27,67
févr-08 21,61 22,02 15,61
mars-08 54,12 61,66 73,63
avr-08 51,76 49,01 55,81
mai-08 152,78 145,24 156,83
juin-08 43,38 61,00 53,97
juil-08 41,17 39,32 61,75
août-08 30,56 46,46 38,16
sept-08 49,43 38,73 27,70
oct-08 52,27 81,33 69,98
nov-08 57,90 57,62 54,80
déc-08 19,85 48,10 30,14
janv-09 22,50 41,49 42,07
févr-09 18,84 33,65 32,17
mars-09 21,02 34,52 35,04
avr-09 64,02 115,23 97,26
mai-09 54,01 54,84 55,67
juin-09 37,75 59,76 59,53
juil-09 63,93 59,82 65,75
août-09 59,38 70,69 76,91
sept-09 50,59 43,53 44,91
oct-09 36,90 42,93 49,04
nov-09 32,96 40,88 52,31
déc-09 39,65 42,09 52,98
janv-10 19,31 37,63 13,30
févr-10 5,79 18,04 13,26
mars-10 63,62 75,63 51,06
avr-10 20,12 28,29 25,99
mai-10 93,23 132,84 125,34
juin-10 127,80 130,40 121,41
juil-10 139,43 84,07 131,03
août-10 57,52 98,25 42,61
sept-10 26,41 51,86 30,99
oct-10 62,25 114,83 82,58
nov-10 17,84 31,97 24,44
déc-10 5,30 11,80 17,12
janv-11 2,10 8,72 8,89
févr-11 32,68 38,17 17,74
mars-11 70,47 77,28 77,13
avr-11 19,08 24,44 19,25
mai-11 78,15 61,84 76,32
juin-11 60,45 100,68 75,47
juil-11 55,54 77,66 57,30
août-11 22,41 42,37 15,91
sept-11 39,33 28,54 32,63
oct-11 13,54 22,80 25,30
nov-11 67,79 123,14 66,78
déc-11 5,27 9,49 18,50
Résultats - Pluies quotidiennes maximales mensuelles



Date  Segre Pluie (mm) Angoust Pluie (mm) Esthuja Pluie (mm)
janv-82 37,64 35,86 27,66
févr-82 33,59 85,26 31,20
mars-82 9,36 13,23 8,58
avr-82 26,88 13,15 29,52
mai-82 19,45 18,51 33,18
juin-82 9,15 19,97 16,92
juil-82 27,73 24,52 14,62
août-82 39,03 35,73 48,56
sept-82 23,85 26,39 26,87
oct-82 11,99 10,42 10,51
nov-82 201,77 96,71 70,12
déc-82 6,51 11,82 5,92
janv-06 38,45 29,13 28,47
févr-06 3,02 4,25 3,22
mars-06 63,69 44,50 35,75
avr-06 2,63 4,48 4,32
mai-06 4,04 6,44 4,77
juin-06 27,82 29,33 34,05
juil-06 32,45 16,89 13,16
août-06 52,64 30,01 26,04
sept-06 15,99 15,30 21,82
oct-06 13,42 14,38 13,61
nov-06 2,05 5,27 4,76
déc-06 1,62 2,85 3,12
janv-07 4,09 9,57 5,25
févr-07 11,41 11,89 12,81
mars-07 9,66 13,36 13,20
avr-07 11,58 10,62 12,04
mai-07 43,47 35,17 35,55
juin-07 10,00 10,00 9,84
juil-07 7,07 11,18 12,40
août-07 35,78 28,31 28,05
sept-07 23,10 17,00 8,84
oct-07 11,38 10,42 9,97
nov-07 6,24 8,85 6,25
déc-07 3,47 20,47 8,27
janv-08 8,22 9,45 7,61
févr-08 20,00 20,00 13,74
mars-08 21,57 19,79 18,51
avr-08 17,57 15,79 22,47
mai-08 30,39 29,77 38,82
juin-08 22,01 16,11 22,70
juil-08 19,99 19,65 19,66
août-08 15,75 18,70 14,95
sept-08 35,23 24,67 13,59
oct-08 38,38 49,90 44,95
nov-08 33,82 28,75 20,24
déc-08 8,59 20,66 12,41
janv-09 9,33 17,21 14,79
févr-09 8,67 13,27 15,41
mars-09 11,89 17,51 23,05
avr-09 18,42 19,51 23,65
mai-09 16,02 17,04 14,51
juin-09 11,09 16,57 25,74
juil-09 20,05 23,48 20,82
août-09 14,99 14,30 16,02
sept-09 19,11 19,73 15,96
oct-09 26,02 27,46 29,00
nov-09 12,92 19,46 22,12
déc-09 14,15 11,52 13,81
janv-10 16,04 18,24 7,10
févr-10 1,49 7,48 4,85
mars-10 31,87 23,29 14,14
avr-10 6,84 9,20 8,24
mai-10 21,89 28,35 26,22
juin-10 36,72 25,58 24,88
juil-10 54,32 36,29 51,29
août-10 36,64 33,44 22,71
sept-10 15,16 25,10 21,03
oct-10 23,38 36,22 29,46
nov-10 10,51 16,64 10,56
déc-10 1,85 4,72 8,77
janv-11 1,03 3,05 4,01
févr-11 15,13 23,57 11,18
mars-11 39,80 40,59 37,37
avr-11 11,77 9,85 13,40
mai-11 33,01 21,21 33,51
juin-11 14,79 36,80 19,02
juil-11 20,11 26,89 18,88
août-11 10,77 15,48 5,73
sept-11 22,33 11,75 16,04
oct-11 4,46 8,71 8,25
nov-11 17,36 27,23 16,15
déc-11 2,04 4,42 6,76

Cette méthode de régionalisation marche assez bien dans la plupart des cas, comme nous avons pu le voir dans plusieurs travaux effectués par des groupes précédents. Cependant, notre bassin versant ayant la particularité d'être un petit bassin versant, n'ayant aucun pluviomètre de disponible, et peu de pluviomètres dans les alentours, l'utilisation de cette méthode reste très délicate. C'est pour cela que nous avons décidé de combiner la première méthode à qui il manquait cet aspect de régionalisation avec la méthode des polygones de Thiessen afin d'affiner cette approche.

Méthode des polygones par tranches d'altitude

Méthode des polygones par tranches d'altitude

 

Cette dernière méthode nous parait la méthode la plus appropriée dans notre cadre particulier. Nous avons continué à utiliser nos 5 tranches d'altitude. Nous avons ensuite isolé chaque tranche d'altitude avec ses stations correspondantes et determiné les polygones de Thiessen sur cette tranche.

Prenons exemple avec l'année 1982 et notre sous bassin versant. Nous étudions la tranche d'altitude 1337 - 1537 mètres. Dans cette zone, nous avons 3 stations potentielles: Valcebollere, Dorres et Angoustrine. Nous isolons l'altitude sélectionnée comme une couche à part entière, puis nous appliquons les polygones de Thiessen. Voici ce que nous obtenons:

Polygones de Thiessen 1337 - 1537m

​Dans cette zone, nous pouvons en déduire un poids de 22,7% pour Valcebollere et de 77,3% pour Angoustrine.

Autre exemple sur le sous bassin versant de l'Angoust, pour la période 2006 - 2011 et la zone d'altitude 1337 - 1537m. Nous avons 3 stations potentielles: Hospitalet, Dorres et Railleu. En effectuant les polygones de Thiessen, voici ce que nous obtenons:

Polygones de Thiessen - Angoust - 1337 1537m

​Nous voyons que pour la zone concernée (en mauve), seule la station Dorres est concernée même si, sur le sous bassin versant entier, plusieurs stations peuvent être considérées.

En effectuant cette méthode pour toutes les périodes et altitudes, sur le sous bassin versant global et sur chaque sous bassin versant associé à un cours d'eau, voici ce que nous obtenons en terme de polygones de Thiessen:

Polygones de Thiessen, poids (%)
Altitude (m) Période Station Sous bassin Sègre Angoust Estahuja
1137 - 1337 1982 Bourg Madame 0 0 0 0
    Latour de Carol 0 0 0 0
    Ste Leocadie 100 100 100 100
  2006 - 2009 Ste Leocadie 100 100 100 100
    Latour de Carol 0 0 0 0
  2009 - 2011 Ste Leocadie 100 100 100 100
    Latour de Carol 0 0 0 0
    La Cassagne 0 0 0 0
1337 - 1537 1982 Angoustrine 77,29 45,64 99,40 100
    Valcebollere 22,71 54,36 0,60 0
    Dorres 0 0 0 0
    Railleu 0 0 0 0
  2006 - 2011 Hospitalet 0 0 0 0
    Dorres 100 100 100 100
    Railleu 0 0 0 0
1537 - 1737   Mont Louis 99,77 100 100 98,81
    Porte Puymorens 0,23 0 0 1,19
1737 - 1937   Aston 100 100 100 100
1937 - 2137   En Beys 100 100 100 100

En appliquant ces nouveaux poids à chaque station, voici ce que nous obtenons pour les pluies moyennes et maximales:




Résultats - pluies cumulées mensuelles sur le sous bassin versant

Date Pluie (mm) Temp (°C)
janv-06 83,10 0,09
févr-06 9,09 0,55
mars-06 78,17 4,56
avr-06 25,74 7,37
mai-06 25,30 11,60
juin-06 66,84 15,36
juil-06 53,39 17,96
août-06 79,56 13,25
sept-06 74,76 14,41
oct-06 47,85 12,32
nov-06 19,37 7,58
déc-06 13,33 2,68
janv-07 11,98 3,86
févr-07 39,60 3,93
mars-07 60,72 2,55
avr-07 63,31 7,80
mai-07 95,78 10,06
juin-07 44,91 12,74
juil-07 56,43 15,11
août-07 73,40 14,46
sept-07 52,77 11,53
oct-07 42,50 9,06
nov-07 12,27 4,06
déc-07 38,94 1,86
janv-08 36,78 4,35
févr-08 18,28 4,80
mars-08 83,25 2,61
avr-08 55,01 6,54
mai-08 139,38 9,56
juin-08 89,08 12,26
juil-08 64,72 14,94
août-08 51,55 15,50
sept-08 48,69 11,35
oct-08 80,58 8,63
nov-08 76,69 2,17
déc-08 53,23 1,21
janv-09 58,90 0,58
févr-09 40,39 1,02
mars-09 43,14 3,89
avr-09 138,32 4,90
mai-09 57,52 12,51
juin-09 65,16 13,76
juil-09 78,62 16,04
août-09 78,19 16,97
sept-09 64,38 11,88
oct-09 44,25 10,69
nov-09 64,92 6,62
déc-09 49,17 1,86
janv-10 43,33 -0,37
févr-10 25,28 -0,48
mars-10 67,78 1,83
avr-10 38,04 6,09
mai-10 137,09 6,85
juin-10 149,66 11,14
juil-10 102,56 16,03
août-10 86,33 14,50
sept-10 61,55 11,24
oct-10 105,69 7,62
nov-10 44,21 2,08
déc-10 15,34 0,39
janv-11 11,33 0,50
févr-11 43,58 2,00
mars-11 78,21 3,22
avr-11 30,65 8,97
mai-11 72,82 10,66
juin-11 134,97 11,52
juil-11 126,50 12,36
août-11 49,50 15,88
sept-11 45,86 13,78
oct-11 31,82 9,57
nov-11 114,16 6,69
déc-11 28,46 2,30

Soit une pluviométrie annuelle de:

Pluies annuelles
Année Pluie (mm)
2006 577
2007 593
2008 797
2009 783
2010 877
2011 767

Voici maintenant les résultats pour les 3 sous bassins versant et les pluies maximales:

Résultats - Pluies cumulées mensuelles

Date  Segre Pluie(mm) Angoust Pluie(mm) Esthuja Pluie(mm)
janv-06 83,13 82,95 83,33
févr-06 7,47 9,99 9,51
mars-06 82,10 75,70 78,16
avr-06 23,41 26,79 27,09
mai-06 22,86 26,63 26,05
juin-06 67,83 67,87 70,88
juil-06 57,87 48,20 49,31
août-06 80,68 69,71 62,32
sept-06 76,81 70,54 68,43
oct-06 42,81 50,69 49,07
nov-06 17,34 20,46 20,10
déc-06 11,55 14,18 14,22
janv-07 9,61 13,43 12,18
févr-07 38,03 40,37 40,37
mars-07 54,50 63,94 63,24
avr-07 59,88 65,00 64,71
mai-07 90,51 98,05 98,85
juin-07 42,15 48,12 46,61
juil-07 28,96 31,80 29,97
août-07 96,73 82,43 74,15
sept-07 32,32 29,24 25,29
oct-07 38,72 44,36 44,18
nov-07 10,97 13,03 12,53
déc-07 32,74 42,53 40,24
janv-08 33,17 38,86 37,55
févr-08 17,63 18,65 18,29
mars-08 80,88 84,41 84,69
avr-08 55,77 54,49 55,20
mai-08 143,59 137,16 138,09
juin-08 82,89 83,26 70,41
juil-08 65,63 58,55 53,16
août-08 47,72 51,13 45,92
sept-08 47,63 44,56 40,22
oct-08 73,88 84,74 81,15
nov-08 73,33 78,13 78,79
déc-08 44,59 58,26 54,80
janv-09 53,24 62,06 60,59
févr-09 36,66 42,58 41,13
mars-09 39,71 45,14 43,96
avr-09 123,16 147,03 141,66
mai-09 57,13 57,71 57,74
juin-09 61,54 71,11 62,47
juil-09 78,14 71,44 68,66
août-09 76,86 79,72 72,26
sept-09 63,58 67,32 49,21
oct-09 44,15 44,47 44,00
nov-09 61,62 66,61 66,55
déc-09 49,57 48,99 49,19
janv-10 34,86 48,02 45,32
févr-10 21,35 27,49 26,29
mars-10 62,31 70,96 68,41
avr-10 34,90 39,70 39,17
mai-10 128,66 142,34 137,92
juin-10 145,78 142,74 130,87
juil-10 114,88 93,20 98,63
août-10 73,42 91,63 81,58
sept-10 54,01 62,46 55,17
oct-10 93,77 112,95 106,89
nov-10 38,48 47,35 45,84
déc-10 14,77 15,76 15,38
janv-11 9,96 12,15 11,59
févr-11 38,26 46,29 45,39
mars-11 77,32 78,76 78,39
avr-11 27,96 32,05 31,60
mai-11 76,32 70,53 73,04
juin-11 122,27 130,41 111,56
juil-11 116,07 113,34 88,50
août-11 42,46 48,03 38,56
sept-11 46,10 41,72 38,98
oct-11 29,44 33,15 32,57
nov-11 96,31 124,64 116,61
déc-11 26,47 29,36 29,81
Résultats - Pluies maximales quotidiennes mensuelles

Date  Segre Pluie(mm) Angoust Pluie(mm) Esthuja Pluie(mm)
janv-82 39,17 35,10 33,19
févr-82 55,83 85,51 72,05
mars-82 11,32 13,27 12,16
avr-82 24,66 15,06 17,37
mai-82 22,16 22,29 23,27
juin-82 14,40 21,74 19,94
juil-82 28,47 23,11 21,17
août-82 40,57 38,67 39,82
sept-82 25,98 27,42 26,85
oct-82 11,47 10,21 10,36
nov-82 171,92 78,98 80,03
déc-82 8,46 11,64 10,39
janv-06 26,91 26,14 24,47
févr-06 4,18 4,20 4,72
mars-06 37,47 35,37 33,93
avr-06 6,62 4,96 7,71
mai-06 6,04 6,47 6,97
juin-06 31,48 31,95 29,79
juil-06 16,81 13,98 14,49
août-06 29,69 23,66 28,23
sept-06 22,01 20,57 23,48
oct-06 16,19 17,20 17,16
nov-06 7,22 8,89 8,71
déc-06 4,76 5,55 5,51
janv-07 6,18 8,42 7,58
févr-07 12,48 12,49 12,50
mars-07 15,23 16,93 16,58
avr-07 12,93 12,76 13,05
mai-07 35,76 33,16 34,06
juin-07 15,47 16,24 17,40
juil-07 15,17 16,46 16,98
août-07 28,71 25,66 29,52
sept-07 14,01 12,61 16,17
oct-07 12,61 13,00 13,21
nov-07 8,32 9,82 9,50
déc-07 13,00 20,31 17,90
janv-08 9,28 10,21 10,04
févr-08 13,92 14,34 13,91
mars-08 18,83 18,43 18,53
avr-08 18,49 16,52 16,98
mai-08 31,53 28,94 29,30
juin-08 21,08 17,98 21,07
juil-08 23,25 22,60 26,08
août-08 17,06 17,54 19,52
sept-08 22,29 21,55 23,01
oct-08 43,42 46,98 45,33
nov-08 24,37 24,32 24,55
déc-08 14,90 19,84 18,08
janv-09 18,33 21,88 21,06
févr-09 16,23 17,76 17,50
mars-09 19,80 20,42 19,99
avr-09 27,86 29,03 29,38
mai-09 15,96 16,80 16,58
juin-09 22,75 21,82 25,02
juil-09 23,76 25,06 25,57
août-09 17,07 16,33 18,31
sept-09 20,65 20,77 23,74
oct-09 25,20 24,60 24,41
nov-09 22,27 24,64 23,89
déc-09 13,63 12,52 13,05
janv-10 13,34 16,37 15,64
févr-10 7,10 9,59 8,99
mars-10 18,94 18,25 18,64
avr-10 10,84 12,46 12,17
mai-10 27,79 30,05 29,41
juin-10 29,06 25,31 30,71
juil-10 44,03 37,39 38,93
août-10 28,57 28,93 29,95
sept-10 22,12 25,66 23,52
oct-10 31,88 36,47 34,99
nov-10 15,23 18,89 17,94
déc-10 6,40 6,47 6,34
janv-11 4,52 5,09 5,07
févr-11 17,52 22,47 21,05
mars-11 35,01 34,61 34,30
avr-11 14,78 14,25 14,79
mai-11 29,19 23,62 25,44
juin-11 26,18 34,94 32,34
juil-11 39,16 38,70 55,82
août-11 16,14 17,58 23,22
sept-11 17,93 14,22 18,13
oct-11 10,19 11,90 11,59
nov-11 31,98 39,84 38,83
déc-11 7,86 8,82 8,79

D'après le rapport effectué par Ginger Environnement sur le bassin versant de la Haute Vallée du Sègre, la pluviométrie annuelle est admise comprise entre 600mm et 900mm. La méthode des polygones de Thiessen montre des résultats plus faibles, de plus elle ne prend pas en compte les variations de pentes qui sont ici très importantes. Nous avons décidé de prendre la pluviométrie donnée par cette dernière méthode, les polygones de Thiessen appliqués aux tranches d'altitude, afin de prendre en compte la distance des stations aux bassins versants. Nous remarquons que la pluviométrie annuelle reste dans les bornes admises par de précédents rapports. Par contre, nous n'avons pas pu résoudre le problème de relief, il aurait fallu effectuer une double régression avec une carte de Z(x,y). Mais par manque de temps, et de données, nous avons décidé de prendre ces résultats, qui nous semblaient corrects.

Evaluation de l'évapotranspiration

Evaluation de l'évapotranspiration

​L'évapotranspiration est un terme qui peut être obtenu grâce à des méthodes (notamment la méthode FAO) et des formules développées par divers auteurs.

Dans un premier temps, nous présenterons le logiciel Hydrolab, qui a été utilisé. Puis nous utiliserons deux méthodes d'estimation mensuelle: la méthode de Thornthwaite et de Turc. Enfin, nous pousserons notre raisonnement plus loins avec la méthode FAO et la formule de Penman Monteith.

 

Hydrolab

Hydrolab

​Le logiciel Hydrolab a été développé par J.P. Laborde, professeur à l'université de Sofia Antipolis, en octobre 1998. Intégré sous Excel, il permet une utilisation simple d'outils hydrologiques, il est libre et gratuit. Ce logiciel traite de essentiellement des points suivants:

  • L'analyse univariée (ajustements),
  • L'analyse multivariée (Régressions multiples),
  • L'analyse en composantes principales,
  • Le comblement de lacunes dans des séries de données,
  • La détection d'anomalies dans les séries de données,
  • L'analyse spatiale.
  • La création de fonctions statistiques classiques (Gauss, Gumbel, normale, racine normale ...),
  • Des fonctions liées à l'évapotranspiration potentielle,
  • Une fonction pour passer de l'évapotranspiration potentielle à réelle,
  • Des fonctions de passage des coordonnées géographiques à différentes coordonnées Lambert.

​​Dans le cadre de notre projet, nous allons développer les fonctions que nous avons utilisé:

La création de fonctions statistiques classiques

D'après une série de valeurs, nous pouvons sélectionner plusieurs lois:

  • Loi de Gumbel,
  • Loi de Fuller,
  • Loi Normale (ou de Gauss),
  • Loi Racine Normale,
  • Loi Log Normale (ou de Galton),
  • Loi de Weibull.

Le logiciel permet alors de modéliser notre série de données avec la loi sélectionnée. La fréquence expérimentale est calculée par la formule suivante:

                                   

Un tableau apparaît alors avec les fréquences expérimentales et la valeur des quantiles. Nous pouvons sélectionner une période de retour, et obtenir la valeur de notre série de données correspondant à la période de retour souhaitée.

C'est de cette manière que nous avons déterminé la pluie décennale par différentes lois.

 

Fonctions liées à l'évapotranspiration

Trois fonctions permettent de déterminer l'évapotranspiration potentielle:

  • l'ETP Penman originale,
  • l'ETP Penman modifiée FAO,
  • l'ETP Penman modifiée Mc Culloch,

Ces trois fonctions dépendent de paramètres tels que la pluie, la date, la latitude, l'humidité relative, l'insolation, la vitesse du vent, l'albédo, la température et l'altitude.

Enfin, une dernière fonction, celle de l'évapotranspiration réelle permet de passer des évapotranspirations potentielles à la réelle, sans les coefficients culturaux. Les données nécéssaires sont la RFU (Réserve en en Facilement Utilisable), la pluie et l'ETP.

 

​Le lien afin de le télécharger, ainsi que son manuel d'utilisation est le suivant:

Hydrolab

Formules d'estimation

Estimations mensuelles

 

Plusieurs formules peuvent être utilisées afin d'estimer simplement l'évapotranspiration mensuelle:

Formule de Thornthwaite

                               

Avec:

  • ETP(m) : l'évapotranspiration moyenne du mois m (m = 1 à 12) en mm,
  • T : moyenne interannuelle des températures du mois, °C
  • a : 0.016 * I + 0.5
  • I indice thermique annuel :

                                 

  • F(m,ϕ) : facteur correctif fonction du mois (m) et de la latitude:

           

Table permettant d'obtenir le facteur F       

Avec une latitude de 42°43'24''N et une longitude de 1°41'24''E, nous sélectionnons le facteur correctif entouré en rouge. Pour des températures négatives, il est nécessaire de les remplacer par 0°C.

Formule de Turc

                                                           

                 

La première formule est valable pour une humidité relative (hr) >= 50% (sur le mois), la deuxième formule pour hr <50%.

Avec:

  • ETP : évapotranspiration en mm/mois,
  • J: nombre de jours dans le mois,
  • T: température moyenne sur le mois (°C),
  • hr: humidité relative moyenne (%),
  • Rg: rayonnement solaire moyen (ici mesuré) en cal/cm²/jour.

Ces formules nous donnent une estimation de l'évapotranspiration mensuelle. La méthode suivante, celle de Penman-Monteith reste beaucoup plus poussée et prend en compte les températures négatives.

Formule de Penman Monteith

Penman Monteith et méthode FAO

​Nous disposons de données telles que les durées d'insolation, la vitesse du vent, le rayonnement et la température sur une seule station étudiée: celle de Aston.

Cette station est assez loin de notre zone et a une altitude d'environ 2000 mètres. Nous effectuerons donc une approximation en n'utilisant que les données de cette station.

Dans un premier temps, nous estimerons l'évapotranspiration de référence, c'est à dire l'évapotranspiration qu'aurait un gazon bien alimenté en eau sous l'effet de notre climat. Suite à une linéarisation du bilan d'énergie, voici la formule que nous obtenons, formule de Penman-Monteith:

                                           

Avec:

                                             

ET0 = évapotranspiration de référence, en mm/j ou mm/h,

Rn = rayonnement global en MJ/m²/j ou MJ/m²/h,

G = flux de chaleur dans le sol par conduction en MJ/m²/j ou MJ/m²/h,

Δ et γ = constantes en kPa/°C,

Cste = 900 pour un pas de temps journalier et 37 pour un pas de temps horaire,

T = température en °C (! Dans la méthode FA0, l'approximation Tsurface = Tatmosphère est effectuée),

P = pression atmosphérique en kPa,

z (présent dans la formule de P) = altitude par rapport à la mer (m), pour la station Aston: 1781 mètres.

es (T) = esat (T), la pression de vapeur saturante en kPa,

ea(T) = pression de vapeur actuelle en kPa = humidité relative * es / 100,

u2 = vitesse du vent à 2 mètres du sol en m/s. Ayant la vitesse du vent à 10 mètres du sol, nous utiliserons la formule suivante, avec z l'altitude à laquelle la vitesse est mesurée (ici 10 mètres).

                                                   

Pour le calcul d'évapotranspiration, la station Aston nous donne les moyennes mensuelles de:

  • La vitesse du vent à 10 mètres, en m/s,
  • La température en °C,
  • Les durées d'insolation en minutes,
  • La rayonnement global en J/cm²,
  • L'humidité relative en %.

Afin d'avoir des données quotidiennes, nous diviserons les moyennes mensuelles par le nombre de jour pour les durées d'insolation et le rayonnement global. Nous ajouterons les mêmes valeurs de température, vitesse du vent et humidité chaque jour au long du même mois. Ce pas de temps journalier, nous permet de supposer G = 0 (la quantité de chaleur s'infiltrant durant le jour est égale à la quantité de chaleur restituée durant la nuit).

Suite à la présentation du logiciel Hydrolab, nous avons vu qu'en plus de notre calcul manuel de l'ET0, le logiciel est capable de calculer l'ET0 par la formule de Penman, par la méthode FAO et par la formule de Penman modifiée par Mc Culloch, en fonction de la date, la latitude, la longitude, la durée d'insolation, l'humidité relative, la vitesse du vent à 2 mètres du sol, l'albédo et la température.

La latitude et la longitude de la station Aston sont de 42°43'24''N et 1°41'24''E.

Seule la valeur de l'albédo manque afin d'utiliser ces fonctions. Pour cela nous utilisons une valeur moyenne, donnée par la carte suivante (satellite Modis, Nasa):

                      

Albédo par Modis

Nous prendrons une valeur moyenne de l'albédo de 0,15. La station nous donne aussi la hauteur de neige dans le mois ainsi que le nombre de jours de neige par mois. Lorsque nous observons de la neige dans un mois, nous faisons une moyenne d'un albédo de 0,9 (neige) par rapport aux nombres de jours avec neige et d'un albédo de 0,15. Par exemple, s'il y a 5 jours de neige au mois de janvier, l'albédo du mois de janvier sera de 0,9 * (5/31) + 0,15 * (26/31).

Nous avons ainsi toutes les données afin de pouvoir calculer l'ET0 par le logiciel Hydrolab. Nous aurons donc 4 calculs d'ET0: 

  • Le calcul donné précedemment par la formule de Penman Monteith,
  • L'ET0 de Penman Monteith par hydrolab,
  • L'ET0 de la méthode FAO par hydrolab,
  • L'ET0, de Mc Culloch par hydrolab.

​​

Après avoir obtenu l'évapotranspiration de référence, nous pouvons calculer l'évapotranspiration réelle (ETr):

ETr = Kc Ks ET0

​Ks et Kc sont respectivement le coefficient de stress et le coefficient cultural. Ces deux coefficient dépendent des végétaux présents sur le sol, de leut hauteur, de leur densité etc... Ces deux paramètres ne peuvent pas être estimés dans notre cas. C'est ici, qu'intervient à nouveau le logiciel hydrolab.

En effet, ce logiciel nous permet de calculer l'évapotranspiration réelle grâce aux ET0 précédemment calculée et la RFU maximale.

La RFU, dernier paramètre à calculer est la réserve en eau facilement utilisable, elle correspond à la quantité d'eau du sol en dessous de laquelle la plante flétrit. Elle est calculée à partir de la RU, réserve utilisable, c'est à dire le volume maximal d'eau utilisable par les plantes que peut contenir un sol. Nous avons alors utilisé deux méthodes pour déterminer cette réserve.

  • Grâce à la connaissance de la structure du sol, une table permet de donner directement la RU,
  • Des formules ont été développées et testées telles que les équations de régression linéaire de Rawls (testées sur 2500 sols américains, avec des coefficients de corrélation de 0,80 et 0,87 pour les paramètres suivants).

​​Dans les deux cas, nous avons besoin de la structure du sol. Grâce à la base de données des analyses de terre du Gissol (site), nous avons pu déduire des valeurs approximatives pour la texture de notre sol: 

Texture de notre sol
Fraction minérale Teneur (%)
Argile 17,80
Limon 47,00
Sable 25,90
Fraction organique  
Matière organique 2,65

Pour la première méthode, voici le graphe que nous utiliserons:

      

RU en fonction de la texture du sol

Nous voyons que nous sommes dans le cas de terres argilo-limono-sableuses avec une RU de 1,80mm/cm d'enracinement. En supposant un enracinement moyen de 60 cm, nous aurons donc une RU de 108 mm.

La deuxième méthode consiste en l'utilisation des formules suivantes:

                                         

Formules de Rawls

Avec:

  • W330: la teneur en eau du sol à -330 hPa (mm/m), c'est-à-dire la capacité au champ,
  • W15000: la teneur en eau à -15000 hPa (mm/m), c'est-à-dire le point de fletrissement,
  • Ar: la teneur en argile (%),
  • Sa: la teneur en sable (%),
  • MO: la teneur en matière organique (%),
  • h: l'enracinement (m).

​Avec cette méthode, et toujours avec un enracinement de 60 cm, nous obtenons une RU de 139 mm. 

La RFU peut être estimée aux 2/3 de la RU. Pour des sols sableux et argileux, à 1/2 de la RU et pour un sol riche en matière organique (plus de 3%), il faut majorer la RFU à hauteur de 50%. Dans notre cas, nous choisirons d'approximer la RFU aux 2/3 de la RU. Avec la première méthode nous obtenons une RFU de 72mm et avec la deuxième, une RFU de 92mm. La première méthode peut être critiquable par le fait que nous ne connaissons pas le % de terre constituant notre sol. La deuxième méthode, quant à elle, n'a été testée qu'aux Etats-Unis. Nous décidons de prendre une valeur de RFU moyenne de 80mm.

Nous aurons donc pu, grâce au logiciel hydrolab, calculer 4 évapotranspirations réelles. Cette approche est souvent utilisée par les experts lorsque les données sont suffisantes. Il se peut que notre approximation de nos données mensuelles en données quotidiennes faussent nos résultats.

 

 

Résultats

Résultats

Voici les données dont nous disposons, via la station d'Aston:

Données - Aston


Date Pluie (mm) Temp (°C) Vit vent 10m (m/s) Durées insol (min) ray (J/cm²) Hum (%)
janv-06 90,6 -2,2 2,1 6777 16387 77
févr-06 20 -2 2,1 9362 26747 71
mars-06 90,6 1,7 3,1 9638 38119 76
avr-06 70,4 3,9 2,2 7877 38374 80
mai-06 46,6 8,6 2,3 11283 54770 75
juin-06 87,5 12,9 2,1 14568 62574 69
juil-06 62,5 16 1,9 13112 58099 69
août-06 87,7 10,5 2,4 11256 50905 79
sept-06 75,2 12,3 2,4 9900 39590 67
oct-06 79 10,5 3,1 9253 28772 66
nov-06 41,8 5,7 2,5 8869 20814 62
déc-06 42,2 0,7 2 6159 14009 63
janv-07 12,2 1,8 2,1 8155 19808 66
févr-07 65,2 1,8 2,5 5053 17311 73
mars-07 140,2 -0,5 2,9 7307 31235 84
avr-07 105,4 5,6 1,9 4535 24991 78
mai-07 194,7 7,3 2,6 8840 43316 77
juin-07 88,5 10,3 2,3 9208 49521 79
juil-07 61,3 12,6 2,4 13676 59743 75
août-07 82,2 11,9 2,2 11195 47581 76
sept-07 30 9,1 1,9 10841 40371 76
oct-07 94,4 6,2 1,9 6700 24297 75
nov-07 18,4 1,3 2,2 5565 14658 65
déc-07 71,2 -0,3 2,5 5845 13226 63
janv-08 56,4 2,5 2,3 4556 14241 63
févr-08 15,8 2,7 2,1 6889 22974 59
mars-08 134 -0,6 3,2 4426 23253 82
avr-08 65,6 3,3 2,7 9287 39988 70
mai-08 103,8 7 2,3 6577 40817 77
juin-08 100,6 9,8 1,9 7717 44694 83
juil-08 64,6 12,7 2 13363 58362 75
août-08 48,6 12,8 1,9 11262 48984 76
sept-08 64,9 9 1,9 8191 35792 79
oct-08 83,2 6,1 2 5394 19189 76
nov-08 146,6 -0,6 2,4 1745 8366 78
déc-08 87,2 -0,7 2,4 2688 8394 76
janv-09 108,7 -2,1 2,2 3690 11855 70
févr-09 59 -2,3 2,7 5686 21203 71
mars-09 65,6 0,3 2,1 10408 34090 69
avr-09 223 1,9 2,2 5231 28627 82
mai-09 65 9,8 2,8 10604 57166 69
juin-09 61 11,9 2,1 8745 47948 75
juil-09 89 14,5 2,3 14363 67850 77
août-09 63,2 15,3 1,9 14385 62438 73
sept-09 67,6 10,3 1,7 9144 41664 82
oct-09 35,9 8,8 2,2 8579 32342 67
nov-09 120,1 5,2 3,2 3748 14778 70
déc-09 53,5 0,1 3 3187 10307 76
janv-10 91,6 -2,8 2,1 1676 8208 83
févr-10 52,7 -2,6 3 3307 15868 79
mars-10 72,4 -0,1 2,6 8054 36030 73
avr-10 72,5 4,1 1,8 9667 48654 78
mai-10 146,5 4,5 2,4 7824 43676 87
juin-10 136,6 9,8 2,2 11581 59884 84
juil-10 100,4 14,6 1,9 14101 68950 79
août-10 81,3 13,2 1,9 13732 61279 77
sept-10 82,7 9,9 1,7 10657 46751 77
oct-10 116,2 6,1 2,6 7991 30171 71
nov-10 89,6 0,4 2,4 3660 13994 84
déc-10 16,6 -0,4 2,7 4554 13310 67
janv-11 17,9 -0,3 2,1 4091 14888 71
févr-11 93,9 0,5 2,1 5498 20427 70
mars-11 83,1 1,2 2 5919 27004 81
avr-11 58,7 6,9 1,9 9220 45790 75
mai-11 92,8 8,8 2 12762 63912 80
juin-11 159,8 9,8 1,7 8144 47106 88
juil-11 141,5 10,9 2 9247 39246 88
août-11 55,9 14,7 2,1 13401 56940 70
sept-11 69,8 12,4 2,1 11144 44050 74
oct-11 55 7,8 2,2 10932 36648 68
nov-11 150,3 5,6 3 4004 13957 76
déc-11 76,3 1,1 2,6 4283 12732 80
janv-12 52,5 0,3 2,4 3623 8761 65
févr-12 50,3 -5,8 2,6 6403 23499 76
mars-12 78,1 2,3 2,1 4598 37968 73
avr-12 179,6 1,5 2,4 7636,17 28167 91
mai-12 66,9 8,7 2,3 9648,33 59452 76
juin-12 67,2 12,9 2,4 9993,83 70737 73
juil-12 77 12,2 2 12977 72045 80
août-12 50,8 15,9 2,2 12538,5 65602 68
sept-12 82,1 10,1 2,1 9979,5 41101 76
oct-12 92 7,8 2,4 8141,5 32165 75
nov-12 100,7 3,6 2,2 4598,5 15475 74
déc-12 62,4 0,4 2,9 4452,67 13578 73

Avec les méthodes précédemment décrites, voici les résultats obtenus:

Méthode de Thornthwaite

Résultats - ETP mensuelle (mm)


Date ETP (mm) Date ETP (mm)
janv-06 0,00 juil-09 100,77
févr-06 0,00 août-09 98,20
mars-06 11,90 sept-09 60,65
avr-06 27,13 oct-09 48,26
mai-06 61,79 nov-09 26,25
juin-06 89,42 déc-09 0,79
juil-06 109,21 janv-10 0,00
août-06 69,73 févr-10 0,00
sept-06 70,18 mars-10 0,00
oct-06 55,67 avr-10 34,32
nov-06 27,86 mai-10 41,55
déc-06 4,13 juin-10 77,29
janv-07 13,04 juil-10 106,62
févr-07 13,20 août-10 91,56
mars-07 0,00 sept-10 63,80
avr-07 43,68 oct-10 39,80
mai-07 60,59 nov-10 4,02
juin-07 80,16 déc-10 0,00
juil-07 94,74 janv-11 0,00
août-07 84,19 févr-11 4,85
sept-07 59,52 mars-11 12,00
oct-07 40,15 avr-11 51,71
nov-07 10,09 mai-11 70,45
déc-07 0,00 juin-11 77,29
janv-08 17,16 juil-11 84,71
févr-08 18,45 août-11 99,66
mars-08 0,00 sept-11 76,18
avr-08 29,14 oct-11 48,30
mai-08 59,11 nov-11 32,12
juin-08 77,57 déc-11 8,59
juil-08 95,80 janv-12 2,32
août-08 89,61 févr-12 0,00
sept-08 59,42 mars-12 16,81
oct-08 40,01 avr-12 12,66
nov-08 0,00 mai-12 64,53
déc-08 0,00 juin-12 91,26
janv-09 0,00 juil-12 87,67
févr-09 0,00 août-12 102,35
mars-09 2,70 sept-12 60,56
avr-09 14,82 oct-12 44,30
mai-09 70,34 nov-12 19,67
juin-09 84,07 déc-12 2,87
 

Méthode de Turc

Résultats - ETP mensuelle



Date ETP(mm) Date ETP(mm)
janv-06 -12,21 juil-09 113,52
févr-06 -15,59 août-09 108,13
mars-06 14,11 sept-09 60,64
avr-06 28,63 oct-09 44,61
mai-06 69,35 nov-09 16,84
juin-06 98,91 déc-09 0,35
juil-06 103,57 janv-10 -10,48
août-06 73,42 févr-10 -14,15
sept-06 64,21 mars-10 -0,89
oct-06 45,11 avr-10 36,64
nov-06 23,18 mai-10 35,97
déc-06 2,84 juin-10 81,23
janv-07 8,75 juil-10 115,61
févr-07 7,71 août-10 98,55
mars-07 -4,04 sept-10 65,51
avr-07 26,41 oct-10 32,93
mai-07 50,65 nov-10 1,64
juin-07 70,58 déc-10 -1,69
juil-07 93,94 janv-11 -1,36
août-07 74,31 févr-11 2,63
sept-07 54,73 mars-11 7,71
oct-07 27,97 avr-11 50,97
nov-07 5,19 mai-11 80,87
déc-07 -1,25 juin-11 65,54
janv-08 9,20 juil-11 59,80
févr-08 13,76 août-11 97,54
mars-08 -3,85 sept-11 70,76
avr-08 25,92 oct-11 45,85
mai-08 46,76 nov-11 17,09
juin-08 62,58 déc-11 4,08
juil-08 92,38 janv-12 0,93
août-08 79,35 févr-12 -57,91
sept-08 49,01 mars-12 18,36
oct-08 23,06 avr-12 9,73
nov-08 -1,90 mai-12 75,20
déc-08 -2,26 juin-12 110,63
janv-09 -9,28 juil-12 109,44
févr-09 -15,23 août-12 115,25
mars-09 2,47 sept-12 59,23
avr-09 12,19 oct-12 41,08
mai-09 78,15 nov-12 13,08
juin-09 74,53 déc-12 1,62

Méthode de Penman Monteith

Evapotranspiration par hydrolab

ETR de penman, par FA0 et de Mc Culloch par hydrolab, en mm


Date ETR Penman ETR ET0 ETR Mc Culloch Date ETR Penman ETR ET0 ETR Mc Culloch
janv-06 5,93 8,17 8,75 juil-09 54,06 54,48 55,18
févr-06 6,27 6,80 7,17 août-09 40,01 40,08 40,84
mars-06 25,93 28,61 29,30 sept-09 26,90 28,08 28,15
avr-06 26,44 28,66 28,41 oct-09 15,65 17,45 17,96
mai-06 28,39 29,54 29,70 nov-09 22,88 30,54 31,44
juin-06 53,37 53,89 54,76 déc-09 8,27 11,35 11,61
juil-06 42,12 43,00 43,46 janv-10 7,51 10,74 10,42
août-06 43,07 44,61 44,95 févr-10 9,25 11,83 11,71
sept-06 35,78 38,31 39,08 mars-10 18,02 20,68 21,07
oct-06 30,44 34,50 35,76 avr-10 28,57 29,89 29,94
nov-06 11,72 14,01 14,99 mai-10 46,94 51,87 50,40
déc-06 7,51 9,67 10,28 juin-10 63,46 65,18 65,17
janv-07 4,71 5,73 6,13 juil-10 58,37 58,50 59,12
févr-07 13,81 16,74 16,96 août-10 45,14 45,22 45,97
mars-07 26,63 30,31 30,09 sept-10 33,27 34,15 34,69
avr-07 33,67 39,25 38,03 oct-10 30,67 35,52 36,56
mai-07 64,40 71,49 70,96 nov-10 9,98 13,19 12,97
juin-07 44,13 46,85 46,53 déc-10 5,16 6,86 7,17
juil-07 39,39 40,08 40,56 janv-11 5,00 6,45 6,58
août-07 42,59 44,17 44,54 févr-11 16,99 20,40 20,77
sept-07 17,22 17,72 18,04 mars-11 20,76 23,72 23,28
oct-07 23,81 27,24 27,45 avr-11 26,81 28,37 28,44
nov-07 6,35 7,87 8,16 mai-11 46,87 47,49 47,86
déc-07 11,44 15,05 15,96 juin-11 57,94 62,79 60,90
janv-08 12,36 15,81 16,40 juil-11 59,38 63,08 61,86
févr-08 8,18 9,51 9,84 août-11 36,26 36,91 37,56
mars-08 25,32 31,39 30,56 sept-11 32,81 33,91 34,63
avr-08 28,39 30,72 31,01 oct-11 20,10 21,57 22,53
mai-08 43,03 47,94 47,06 nov-11 20,75 27,67 28,23
juin-08 44,74 48,21 47,25 déc-11 8,42 11,53 11,79
juil-08 40,26 40,85 41,27 janv-12 6,47 7,43 7,26
août-08 29,48 30,36 30,59 févr-12 6,32 6,62 6,49
sept-08 25,22 27,05 27,06 mars-12 18,55 20,77 19,81
oct-08 20,88 24,55 24,48 avr-12 33,97 36,00 34,49
nov-08 14,20 19,65 19,32 mai-12 32,24 32,91 32,42
déc-08 8,61 12,33 12,64 juin-12 36,60 37,15 36,74
janv-09 11,01 15,19 15,71 juil-12 42,11 41,38 41,40
févr-09 10,25 12,69 13,07 août-12 33,96 34,57 35,17
mars-09 21,49 22,88 23,48 sept-12 33,09 33,96 34,50
avr-09 37,79 44,73 43,03 oct-12 20,53 20,69 20,66
mai-09 37,75 40,12 40,44 nov-12 9,93 11,22 10,88
juin-09 34,67 36,98 36,75 déc-12 4,59 5,32 5,20

 

​​Evapotranspiration de Penman par formule explicitée précedemment

Evapotranspiration mensuelle (mm)


Date ETR Date ETR
janv-06 23,68 juil-09 76,75
févr-06 17,69 août-09 61,28
mars-06 45,85 sept-09 48,22
avr-06 41,45 oct-09 32,09
mai-06 44,85 nov-09 35,74
juin-06 73,34 déc-09 16,39
juil-06 60,05 janv-10 13,58
août-06 62,91 févr-10 16,95
sept-06 54,33 mars-10 37,93
oct-06 47,99 avr-10 49,51
nov-06 26,87 mai-10 65,03
déc-06 19,02 juin-10 90,69
janv-07 15,80 juil-10 84,09
févr-07 24,40 août-10 68,75
mars-07 41,51 sept-10 58,42
avr-07 42,15 oct-10 53,74
mai-07 79,27 nov-10 21,08
juin-07 62,18 déc-10 13,40
juil-07 56,85 janv-11 13,31
août-07 60,44 févr-11 31,76
sept-07 32,24 mars-11 34,33
oct-07 41,03 avr-11 45,12
nov-07 14,76 mai-11 71,52
déc-07 24,25 juin-11 83,98
janv-08 23,74 juil-11 70,56
févr-08 18,91 août-11 55,06
mars-08 33,29 sept-11 53,36
avr-08 41,82 oct-11 40,62
mai-08 59,32 nov-11 33,05
juin-08 63,17 déc-11 20,71
juil-08 58,36 janv-12 10,48
août-08 46,27 févr-12 20,45
sept-08 42,63 mars-12 45,42
oct-08 32,84 avr-12 48,25
nov-08 18,40 mai-12 59,42
déc-08 17,36 juin-12 50,15
janv-09 22,66 juil-12 72,95
févr-09 23,28 août-12 52,32
mars-09 36,09 sept-12 55,78
avr-09 46,87 oct-12 49,38
mai-09 56,22 nov-12 25,44
juin-09 50,94 déc-12 16,97

Récapitulatif

 

Résultats - ETP annuelle (mm)
Date Tornthwaite Turc Hydrolab -Penman Hydrolab - FAO Hydrolab - Mc Culloch Penman calculé
2006 527 496 317 340 347 518
2007 499 415 328 362 363 495
2008 486 394 301 338 337 456
2009 507 487 321 355 358 507
2010 459 441 356 384 385 573
2011 566 501 352 384 384 553
2012 505 497 278 288 285 507

 

Critique et choix

Nous observons des résultats hétérogènes selon les méthodes utilisées. Les deux premières méthodes sont des méthodes d'estimation grossière de l'évapotranspiration. Pour la formule de Turc, les températures négatives entraînent une évapotranspiration négative, ce qui n'existe pas dans la réalité. L'évapotranspiration de référence calculée grâce au logiciel hydrolab entraine des valeurs plus faibles de l'évapotranspiration réelle que lorsque la formule a été utilisée. Nous ne connaissons pas le domaine d'application exact du logiciel. De plus, nous pouvons estimer grossièrement une évapotranspiration de l'ordre de 55% de la pluviométrie (qui se situe entre 700 et 1000 mm/an pour la station Aston). Cela nous entraîne donc à choisir l'évapotranspiration calculée par la formule de Penman Monteith, la dernière.

Evaluation de l'infiltration

Évaluation de l'infiltration

Dernier terme à évaluer, l'infiltration représente notre plus gros challenge. En effet, nous n'avons quasiment aucunes données sur notre sol, dans notre zone montagnarde. Voici les différents modèles les plus utilisés afin d'évaluer l'infiltration dans un sol:

           

Modèles d'infiltration (source)

Nous n'avons aucune donnée d'infiltration, nous ne pouvons donc pas utiliser correctement ces modèles. Seuls ceux de Green et Ampt et de Horton pourraient éventuellement être mis à profit, avec la connaissance de la texture du sol.

D'après le cours de M. Denis Dartus, nous avons pu faire quelques estimations:

         

Type de sol selon la structure, source

D'après ce graphe, et en reprenant la texture du sol citée dans la partie évapotranspiration (47% limon, 18% d'argile et 26% de sable), nous pouvons en déduire un sol 'silt loam' c'est-à-dire glaise limoneuse. Nous pouvons alors en déduire les paramètres suivant:

Paramètres estimés

Porosité (cm3/cm) 0,501
Teneur en eau à saturation 0,45
Conductivité hydraulique à saturation Ks (cm/h) 0,45

Avec une nouvelle formulation de la formule de Horton:

Modèle de Horton - Source: cours de M.Denis Dartus

Nous pouvons alors estimer les paramètres suivants:

Paramètres estimés
i0 (mm/h) 210
if (mm/h) 12

β (h-1)

120

Cette dernière loi nous donne alors une infiltration à 12 mm/h. En réalité ces lois sont surtout utiles pour des crues éclairs mais ne sont pas adaptables si nous n'avons pas la pluviométrie journalière. En effet, l'eau va s'infiltrer à une vitesse de 12mm/h jusqu'à ce que l'horizon du sol (prise à 60cm pour l'évapotranspiration) soit saturée. Dans ce cas, il n'y a plus que du ruissellement. Il faut donc connaître la pluviométrie, afin de savoir quand est-ce que nous sommes en période saturée.

Nous allons donc tourner notre bilan avec une nouvelle inconnue qu'est l'infiltration. Celui-ci va alors devenir:

Ruissellement surface + sub-surface + profondeur = Pluviométrie - Evapotranspiration

 

Résultats

Résultats

​Nous ne considérerons donc que la pluviométrie et l'infiltration.

Sur notre sous bassin versant, voici les résultats que nous avions:

Moyennes annuelles
Année Pluie (mm) Evapo transpiration(mm)
2006 577 518
2007 593 495
2008 797 456
2009 783 507
2010 877 573
2011 767 553

 

Nous aurons donc le ruissellement global suivant:

Moyennes annuelles
Année Ruissellement (mm)
2006 59
2007 98
2008 341
2009 327
2010 304
2011 214

 

Avec un sous bassin versant de 118,76 km², il nous suffit alors de multiplier le ruissellement par la surface et de le diviser par le nombre de secondes dans une année pour l'avoir un m3/s.

Moyennes annuelles
Année Ruissellement (m3/s)
2006 0,22
2007 0,37
2008 1,28
2009 1,23
2010 1,14
2011 0,81

 

Ce ruissellement représente le ruissellement de surface, de sub-surface et souterrain annuel moyen.

Après discussion avec la Régie de la Haute Vallée du Sègre, nous avons appris que les roches présentes (schistes) étaient assez peu perméables et que nous pouvions négliger le phénomène d'infiltration. Nous savons donc que nos débits moyens à l'exutoire du sous bassin versant peuvent varier, au maximum entre 0,22 et 1,3 m3/s (année sèche ou année pluvieuse) ou peuvent être plus faibles.

Maintenant que nous avons nos débits à l'exutoire, nous allons utiliser la formule explicitée dans la partie méthodes statistiques​ afin d'évaluer notre débit aux différents points près de la STEP. Nous avons donc:

Le débit actuellement obtenu est celui de notre exutoire, faisant 118,76 km². En utilisant une surface de 39,98 km² pour le Sègre, 55,1275 km² pour l'Angoust et 23,3325 km² pour Estahuja. Pour la première confluence, entre le Sègre et l'Angoust, nous choisirons une surface sommant celle des deux sous bassins. Voici ce que nous obtenons:

Débits moyens (m3/s)

Année Sègre Angoust Estahuja Confluence 1
2006 0,092 0,119 0,060 0,184
2007 0,155 0,200 0,101 0,310
2008 0,536 0,693 0,348 1,072
2009 0,515 0,666 0,335 1,030
2010 0,477 0,617 0,310 0,954
2011 0,339 0,438 0,220 0,678

                                 

Situation

Sachant que le débit du Sègre est mesuré par une station, nous avons effectué les moyennes annuelles des débits enregistrés (afin d'obtenir l'intégralité des débits mesurés et de combler les données manquantes, voir partie traitement des données):

Débits mesurés
Année Débit (m3/s)
2006 0,24
2007 0,01
2008 0,44
2009 0,18
2010 0,35
2011 0,28

Nous voyons que l'ordre de grandeur trouvé est assez bon. Nous pouvons donc estimer une infiltration quasi inexistante. De plus, entre 2006 et 2009 les débits mesurés ont été partiellement estimés, ils ne sont donc pas forcément exacts. Pour l'année 2007, une grande partie des valeurs a été estimée, par les méthodes décrites dans détermination des débits de référence. Nous ne tiendrons pas compte de cette année dans nos calculs.

Si une véritable étude sur le bassin hydrologique, les débits, les crues, l'inondabilité et autres paramètres hydrologiques doit être effectuée sur le bassin de la Haute Vallée du Sègre et plus particulièrement la zone d'Estavar, il est impératif d'installer des stations de mesure de débit sur les cours d'eau d'Estahuja et de l'Angoust ainsi que des stations de pluviométrie à diverses altitudes du sous bassin versant. Nous avons vu (et nous allons voir) que la neige joue un rôle extrêmement important sur la compréhension du comportement du sous bassin versant et il est aussi nécessaire d'avoir des moyens de la quantifier.

Ce bilan hydrologique nous a permis d'avoir un ordre de grandeur pour nos résultats suivants. Par contre, nous ne pouvons pas compter sur lui pour nous donner la vraie valeur du débit d'inondation, car nous n'avons pas pris en compte les effets de la neige qui peuvent avoir un impact sur le débit et les effets du relief. C'est pour cela que, dans un premier temps, nous allons faire une étude statistique qui nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement du bassin versant.

Détermination des débits de référence

Détermination des débits de référence

Afin de finaliser notre caractérisation du sous bassin versant et de définir les crues, nous allons définir des débits de référence.

Pour cela, nous allons, dans un premier temps, traiter les données que nous avons à disposition: les débits quotidiens récupérés sur la banque hydro.

Traitement des données

Puis, nous allons essayer de prévoir nos débits de référence par deux moyens différents:

Traitement des données

Traitement des données

 

Grâce à la DDTM de l'Aude, nous avons obtenu des données sur les débits horaires du Sègre de 2006 à 2012.  Les données se présentaient de la manière suivante: l'heure du jaugeage et la hauteur d'eau pour le Sègre, et deux autres cours d'eau hors de notre sous bassin versant. Nous avions aussi a disposition les débits journaliers en cette même station depuis 1988, par la banque hydro. Dans notre cas, nous cherchons à estimer un débit centennal qui permettra par la suite de caractériser la zone inondable près de la STEP. C'est la raison pour laquelle nous avons décidé de prendre la valeur la plus grande de la hauteur d'eau dans la journée afin de revenir au débit par la courbe de tarage fournie par la DDTM de l'Aude (que nous avons du changer par la suite, cf paragraphe suivant). 

La courbe de tarage:

Voici la courbe de tarage fournie par la DDTM de l'Aude:

                                                 

Courbe de tarage, DDTM de l'Aude

 

Celle qui nous concerne est la courbe de tarage de RO, station mesurant la valeur du débit du Sègre, près de Saillagouse. La première chose que nous avons pu observer est que la valeur du débit pour la hauteur d'eau de 6 cm, est nulle. L'explication qui nous est venue à l'esprit est que la mesure du débit était impossible à effectuer pour cette hauteur d'eau. Nous avons donc tracé cette courbe de tarage en log-log afin de faire une interpolation linéaire et de voir le coefficient directeur de cette courbe. 

                       

Première courbe de tarage

Cette courbe ne nous satisfaisant pas, nous avons essayé de recréer une nouvelle courbe de tarage. Nous avons donc cherché de nouveaux points où la hauteur d'eau et le débit étaient connus. En effet, sur la banque hydro, en plus d'obtenir les données mensuelles, nous pouvons avoir accès à des moyennes statistiques calculées telles que le débit moyen mensuel et la hauteur d'eau correspondante.  Nous avons établi une nouvelle courbe de tarage:

                       

Deuxième courbe de tarage

Nous remarquons que la valeur du coefficient directeur a diminué. Ceci est du à la précision ajoutée par des valeurs plus faibles. En effet, supposons que pour les régimes où les mesures sont difficiles à effectuer dans la rivière, nous avons un régime d'écoulement permanent. Il existe en effet des formules reliant le débit à la hauteur d'eau, ce qui peut expliquer la modification du coefficient directeur: 

Formule de Chézy:

$$V= C \sqrt{hI} \Rightarrow Q=S \sqrt I h^{3/2}$$

Formule de Manning-Strickler:

$$V=K \sqrt{I} h^{2/3} \Rightarrow Q=S K \sqrt{I}h^{5/3}$$

Formule de Darcy-Weisbach:

$$V= \sqrt{8g \over f} \sqrt{I} h^{1/2} \Rightarrow Q=S \sqrt{8g \over f} \sqrt{I} h^{3/2}$$ 

 

Avec:

V: la vitesse moyenne de l'écoulement,

K: le coefficient de Manning-Strickler,

C: le coefficient de Chézy,

​f: le coefficient de frottement,

I: la pente de la rivière,

g: l'accélération de la gravité,

S: la section mouillée,

h: la hauteur d'eau,

Q: le débit moyen.

Nous comprenons donc la diminution du coefficient directeur, surtout pour les petites valeurs qui n'étaient pas disponibles avec la première courbe de tarage.

Traitement de la donnée: 

Le premier problème que nous avons rencontré, est celui des données manquantes. En effet, pour plusieurs journées, les données étaient indisponibles sur la banque hydro. Ceci dit, pour quelques débits manquants nous avons eu les hauteurs d'eau correspondantes sur le fichier de la DDTM de l'Aude, nous avons traité ce problème avec les courbes de tarage. Mais pour d'autres débits, les deux valeurs (débit et hauteur d'eau) étaient inexistantes. Nous avons donc procédé à la méthode d'imputation, dans notre cas précis, nous avons juste utilisé une imputation par interpolation linéaire. Nous avons pu observer des valeurs aberrantes, surtout lors de périodes de crues. L'interpolation linéaire ne marchant pas correctement, nous avons supposé que le Sègre avait le même comportement pour la même période dans l'année que les années précédentes. Nous avons donc tracé le débit en fonction du temps autour de la période avec les valeurs manquantes et nous avons tracé la même période pour l'année précédente par dessus. Nous avons prédit les valeurs manquantes en regardant la différence des débits par rapport à l'année précédente et nous avons pris la moyenne des différences pour en déduire les valeurs manquantes. Cette méthode reste discutable surtout dans les cas de périodes de  crue, mais par manque de temps nous n'avons pas réussi à explorer les autres méthodes afin de faire une étude comparative.

Exemple de hauteurs d'eau prises à partir de la courbe de tarage:

 
Date Hauteur d'eau(m) Débit(m3/s)
30/07/2010 0,22 0,2863636364
31/07/2010 0,22 0,2863636364
01/08/2010 0,30 0,4
02/08/2010 0,31 0,42

 

Exemple de hauteurs d'eau imputées:

Date Hauteur (m)
01/05/2009 0,65
02/05/2009 0,70
03/05/2009 0,73
04/05/2009 0,69
05/05/2009 0,72
06/05/2009 0,67
07/05/2009 0,67
08/05/2009 0,67
09/05/2009 0,69

Exemple d'estimation par tracé des courbes sur deux ans (l'année à combler, tracée en points a été reportée sur l'année complète, représentée par une ligne au niveau de l'abscisse):

                                             

 

Critiques par rapport à cette partie: 

  • La première idée qui nous vient à l'esprit pour estimer les erreurs faites dans cette partie est de critiquer la méthode d'imputation pour l'estimation des hauteurs d'eau. En effet, sur une année, beaucoup de facteurs géomorphologiques peuvent influer l'écoulement du Sègre, et, par conséquent, celui-ci ne peut avoir exactement le même comportement sur plusieurs années. Le mieux aurait été d'utiliser d'autres méthodes statistiques plus poussées que l'interpolation linéaire pour pouvoir imputer les valeurs manquantes, comme l'imputation multiple qui consiste à faire plusieurs interpolations linéaires.
  • La courbe de tarage était un deuxième point critiquable. Nous avons vu que la première courbe de tarage qui a été fournie ne marchait pas correctement. Nous avons établi une deuxième courbe, ceci dit nous n'avons pas étudié l'évolution de cette courbe au fil du temps. Le mieux aurait donc été d'établir une courbe de tarage pour chaque année. Par manque de temps nous n'avons pas pu procéder de cette manière.

 

 

Relation pluie débit

Relations pluie débit

Une première approche a été de caractériser simplement nos débits de référence grâce aux pluies. Pour cela nous avons utilisé 3 méthodes:

  • La méthode de SOCOSE,
  • La méthode CRUPEDIX,
  • La méthode rationnelle.

​​

​​Méthode SOCOSE

Cette méthode repose sur plusieurs hypothèses dont un hyétogramme de pluie centré et symétrique.

                                                       

                                          

Avec:

Qi10 : le débit de pointe décénnal en m3/s,

Ds: la durée caractéristique de crue du bassin versant (h),

J: interception potentielle (mm),

K : indice volumétrique,

r : nombre intermédiaire,

Pa​ : Pluie annuelle (mm),

Pj10: Pluie journalière décennale (mm),

L: chemin hydraulique le plus long (km),

b: coefficient régional (ici 0,44),

S: la surface du sous bassin versant en km².

 

Méthode CRUPEDIX

                                                                 

Avec:

Qi10 : le débit de pointe décénnal en m3/s,

S : la surface du sous bassin versant en km²,

Pj10 : pluie journalière décennale (mm),

R: coefficient régional, ici égal à 1,5.

 

Méthode rationnelle

                                                      

Avec:

Qi10 : le débit de pointe décénnal en m3/s,

S : la surface du sous bassin versant en km²,

Cr: coefficient de ruissellement,

i : intensité pluie incidente (mm/h),

K : constante égale à 1/3,6.

 

Dans un premier temps, nous nous intéresserons au sous bassin du Sègre, de surface 39,98 km². Afin de connaître la pluie décennale, nous utilisons le logiciel Hydrolab (présentation du logiciel). En donnant la pluviométrie maximale déterminée précédemment, le logiciel nous donnes les valeurs théoriques de la pluviométrie décennale par différentes lois statistiques. Il suffit alors de choisir une période de retour pour avoir la valeur théorique de la crue maximale correspondante. Voici ce que nous obtenons pour le Sègre:

           

Lois statistiques représentant les pluies maximales

 

Pluviométrie maximale de référence en mm

Période de retour(ans) Gumbel Gauss Log Normale Racine Normale Weibull Fuller
2 18,95 22,16 18,10 19,93 10,45 16,64
10 47,69 47,16 39,99 40,84 105,33 45,58
100 83,53 67,66 76,34 63,38 500,57 86,98

Nous n'avons pas pu appliquer directement cette méthode statistique aux débits car seul celui du Sègre est connu. Pour la pluviométrie, nous voyons que la loi log normale est celle qui convient le mieux. Nous retiendrons donc la pluie décennale de 39,99 mm en une journée.

Pour le chemin hydraulique le plus long, nous utilisons ArcGis. En effet, ayant accès au réseau topographie grâce à la BD Carthage, nous pouvons calculer les longueurs des cours d'eau souhaités. Voici une illustration de la méthode, avec le chemin le plus long retenu pour le Sègre:

Chemin le plus long pour le Sègre

Nous obtenons L = 14,19 km. 

Pour la méthode de SOCOSE, nous obtenons des valeur intermédiaires de Ds = 29,9h et J = 52,36mm. Nous choisissons un coefficient de ruissellement de l'ordre de 0,20 pour la méthode rationnelle (bois, surfaces ouvertes). Voici enfin les résultats que nous obtenons pour les débits décennaux:

Débits décennaux de pointe

Méthode Qi10​ (m3/s)
SOCOSE 6,82
CRUPEDIX 7,17
Rationnelle 3,70

Afin de vérifier la cohérence de ces valeurs, nous avons décidé d'utiliser le logiciel Hydrolab pour prédire les lois statistiques avec les débits du Sègre (les seuls que nous avons), de même que ce qui a été effectué pour la pluie. Si la valeur obtenue est cohérente avec les débits calculés précédemment, nous appliquerons cette méthode pour l'Angoust et Estahuja. Voici ce que nous obtenons:

 

Débit décennaux Sègre par Hydrolab (m3/s)

Période retour Gumbel Fuller