Mesures in situ en hydraulique à surface libre

L’hydraulique à surface libre est la science des écoulements d’eau, naturels (mers, lacs, rivières) ou artificiels (chenaux, retenues), qui présentent une interface avec l’air libre. Le présent article propose une revue des techniques aujourd’hui utilisées pour mesurer les principaux paramètres physiques qui caractérisent ces écoulements. Il s’agit des mesures de vitesse de l’eau, de débit des cours d’eau, de niveau de la surface libre, de débit solide et de bathymétrie. Les mesures des paramètres de qualité de l’eau, chimiques et biologiques, ne sont pas traitées dans cet article.

Les mesures in situ occupent aujourd’hui une place importante dans la résolution des problèmes d’hydraulique à surface libre. Servant de données d’entrée aux modèles numériques, utilisées pour des traitements statistiques de séries temporelles ou aidant à la compréhension des processus mis en jeu lors d’expertises, les mesures in situ sont et demeureront toujours un outil indispensable.

Les différences de niveaux de compréhension et de modélisation que l’on peut constater entre les différents domaines de l’hydraulique à surface libre, en particulier entre la dynamique de l’eau et le transport des sédiments, se retrouvent dans les mesures in situ : en quittant le domaine de l’eau « pure » pour aborder le domaine du transport sédimentaire, on passe à un niveau de difficulté supérieur et il devient alors plus difficile d’obtenir des mesures in situ fiables et significatives. Dans certains domaines, comme celui du transport par charriage, les techniques de mesures in situ demeurent encore aujourd’hui très rudimentaires. Compte tenu de la prise de conscience de plus en plus forte des enjeux importants liés à la gestion des sédiments dans les cours d’eau et les aménagements hydrauliques, on peut espérer que ces domaines vont connaître des progrès sensibles dans les prochaines années.

Les progrès dans les techniques de mesures, notamment acoustiques et électromagnétiques, ont profité largement aux mesures in situ en hydraulique à surface libre. Les méthodes acoustiques à effet Doppler ont révolutionné les mesures de vitesse et de débit. Les méthodes électromagnétiques radar ont bénéficié aux mesures de niveau des eaux. Les méthodes acoustiques ont également permis de réaliser des progrès sensibles dans les mesures de transport solide en suspension (sables essentiellement) et sont en cours d’évaluation pour la détermination des épaisseurs de sédiments déposés dans les retenues ou les lacs.