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C.E.T.E. Nord Picardie Intervenant : Bruno KERLOC’H  NOTION DE PLUVIOMETRIE E.

C.E.T.E. Nord Picardie Intervenant : Bruno KERLOC’H  NOTION DE PLUVIOMETRIE E.N.T.E Valenciennes Techniciens Supérieurs de l’Equipement Domaine Infrastructures - partie Assainissement 0 NOTION DE PLUVIOMETRIE ********* L’amélioration des méthodes de conception de l’assainissement pluvial passe obligatoirement par un développement des connaissances sur les précipitations atmosphériques. Il s’agit : - de prendre en compte des notions nouvelles que les méthodes statistiques ont mises en évidence : intensité de la pluie, - de se donner des outils plus fins de modélisation (mise en équations). I – LE PHENOMENE PLUIE Sous les climats tempérés, les précipitations atmosphériques sont provoquées par la combinaison de plusieurs facteurs ou phénomènes : * Les fronts L’atmosphère est constituée de grandes masses d’air dont la température et la pression sont relativement homogènes, qui se mélangent mal entre elles, et qui se déplacent au contact les unes des autres. Les capacités de saturation de ces masses étant différentes, c’est à leur surface de séparation, appelée front, où les différences de température et de pression sont élevées, que les possibilités de condensation sont les plus importantes. * La convection Le rôle que joue le sol dans ces phénomènes n’est pas du tout négligeable : par les variations de sa température propre et de son rayonnement, il crée des courants au sein de l’atmosphère. Les phénomènes orageux sont liés au courant descendant que crée en fin de journée la chaleur du sol comme le courant chaud ascendant que crée un convecteur électrique et qui rencontre des masses froides plus élevées. * Le relief Les interactions entre masses d’air et relief ont également, à l’échelle réduite d’une région, une influence sur les précipitations. L’analyse des causes des précipitations est du ressort de la météorologie ; elle n’est pas utile à l’assainisseur routier. Un type de précipitation intéresse plus particulièrement ce dernier, l’orage convectif, intense, court et localisé. La description du phénomène est par contre de première importance pour lui. Pour décrire une pluie, on peut retenir différentes caractéristiques : quantité d’eau tombée pendant la pluie, durée de l’averse, intensité (quantité-temps), zone géographique touchée. La mesure de ces caractéristiques, et l’exploitation de ces mesures par des méthodes statistiques en vue de fournir aux techniciens 1 les moyens de calcul nécessaires dans différentes activités (bâtiment, assainissement, ….) constituent la pluviométrie. II – MESURE DE LA PLUIE II.1. – APPAREILS DE MESURE Ils sont de deux types : les pluviomètres à lecture « manuelle » et les pluviographes à enregistrement automatique. II.1.1. – Les pluviomètres A première vue, tout récipient peut constituer un pluviomètre, en fait ces appareils très simples posent des problèmes d’implantation et la quantité d’eau recueillie semble être fonction : - de l’horizontalité de la bague réceptrice qui doit être parfaite - du diamètre de cette bague réceptrice. En fait, il suffit que tous les pluviomètres soient équipés de la même bague de façon que les mesures soient comparables entre elles - de l’action du vent. Des écrans ont été étudiés pour lutter contre cette influence mais leur emploi ne s’est pas répandu. En pratique on se contente de choisir un site exposé le moins possible aux vents. Le diamètre de la surface réceptrice n’est pas normalisé, en France on utilise des bagues de 400 et surtout de 2 000 cm². Une éprouvette graduée en mm et 1/10 mm est disposée sous le cône. La lecture est effectuée généralement une fois par jour (à 7 heures) ou plusieurs fois par jour pour les stations exploitées directement par la Direction de la Météorologie Nationale. Les lectures étant effectuées à heure fixe, les hauteurs d’eau recueillies ne correspondent aucunement à des « averses » réelles. Ces hauteurs sont donc fonction de la situation temporelle de l’averse par rapport au « pas de temps » arbitraire de la mesure (24 h). Ce pas de temps étant élevé, il est impossible de connaître la variation des intensités à l’intérieur d’une averse. 2 II.1.2. – Les pluviographes Le plus utilisé est le pluviographe à augets basculeurs dont le principe est le suivant : Deux augets A et B, solidaires, sont liés à un axe. D’abord, l’auget A se situe sous le tuyau d’arrivée, lorsqu’il est plein il bascule brutalement et l’auget B prend sa place. La capacité de chaque auget étant de 20 cm3, soit 1/10 de mm pour une bague de 2 000 cm², la « lecture de l’appareil » se fait à pas de temps variable fonction du temps de remplissage de l’auget, donc de l’intensité de l’averse. En effet, un mécanisme relie l’axe à un stylet, chaque rotation provoquant un déplacement du stylet. Ce stylet écrit sur un papier fixé à un tambour effectuant une révolution à l’aide d’un mouvement d’horlogerie. La durée de révolution est hebdomadaire ou journalière. L’étude des intensités intéressant les micros bassins routiers nécessite une révolution de une journée (moins si possible). Le graphique obtenu ou pluviogramme est une courbe où les hauteurs de pluies sont cumulées. Un autre type de pluviographe est le pluviographe à siphon de Richard. Un bac avec flotteur reçoit la pluie, le flotteur montant transmet son mouvement au stylet. Lorsque le bac est plein, un siphon s’amorce et effectue la vidange en un temps très court et le cycle recommence. Ce dispositif permet un enregistrement en continu des intensités durant un cycle, la fin de celui-ci étant marqué par une chute brutale sur le pluviogramme. 3 II.2. – VALIDITE DES MESURES II.2.1. – Problèmes d’exploitation Dans le cas des pluviomètres, ce sont essentiellement des problèmes liés à la difficulté de trouver un bon observateur. Il faut en effet, que les lectures soient effectuées chaque jour à heure fixe. Il n’est pas rare qu’une hauteur d’eau journalière soit en fait le cumul de plusieurs journées consécutives. Les lectures toutes les vingt quatre heures peuvent être affectées par les pertes par évaporation. En région de montagne un dispositif chauffant peut être prévu afin de mesurer l’équivalent en eau des précipitations solides. La lecture est effectuée au 1/10 de mm. II.2.2. – Problèmes d’exploitation des pluviographes – Précision Dans le cas des pluviographes, ces problèmes sont dus aux limites du mécanisme de basculement des augets. En effet pour les fortes intensités, les augets « n’arrivent plus à suivre », le temps de basculement devient trop important par rapport à la rapidité du phénomène. Pour une intensité de 180 mm/h l’imprécision peut atteindre 25 %. III- PLUVIOMETRIE UTILISEE DANS LES PROJETS ROUTIER Deux types de renseignements sont utilisés pour les projets d’assainissement routier : 1. Les relations intensité-durée de pluie pour une fréquence donnée Etablies à partir des relevés des pluviographes, elles servent au calcul des débits de ruissellement à l’aide de la formule rationnelle (voir le fascicule 3 et annexe 1, table 1 du présent fascicule). On trouvera ci-après les principales données interprétées dont on dispose actuellement. Les pluviographes suffisamment anciens sont cependant encore relativement peu nombreux en France et le dépouillement et l’interprétation de leurs relevés représente un travail très important. Des études récentes ont permis la mise à jour des paramètres pluviométriques. Les relations i =  t sous-estiment les intensités au-delà de 4 h, et leur extrapolation au-delà de cette valeur est donc déconseillée, notamment pour les petits bassins naturels dont le temps de concentration serait supérieur à quelques heures. Les relations de la forme i = at-b ne permettant généralement pas de bien représenter les courbes intensité-durée de pluie pour toutes les durées (de 6 à 360 min), elles ont été séparées en deux relations car elles ne peuvent pas s’ajuster sur une seule droite: - l’une est valable de 6 à 30 min (paramètres a et b), - l’autre est valable de 15 à 360 min (paramètres a’ et b’). 4 Cette dernière relation sera utilisée dans les calculs de débit des petits bassins versants naturels et les bassins versants routiers. Pour être plus précis, le temps limite t issu de l’intersection des courbes a t -b et a’ t -b’a pour expression : t a a b b    exp ln ' ln ' Il faut donc prendre les paramètres a et b si le temps de concentration du bassin versant considéré est inférieur au temps limite t, sinon il faut prendre les paramètres a’ et b’. REMARQUE : Il résulte de ce qui précède que les valeurs d’intensité d’averse obtenues par ces différents ajustements peuvent présenter des différences sensibles. 2. Les hauteurs d’eau journalières de fréquence décennale (P10) Ces valeurs découlent de l’exploitation des pluviomètres, appareils beaucoup plus nombreux en France que les pluviographes, et servent à estimer le débit décennal des bassins versants naturels de 1 à 100 km2 . On trouvera ci-après une carte donnant pour la France ce paramètre P10. Il est utile de consulter les services de la météorologie nationale afin d’utiliser une valeur de P10 déterminée le plus près possible du bassin versant étudié, ce paramètre pouvant en effet varier de façon importante sur quelques dizaines de kilomètres (micro-climat et altitude). 5 TABLE 1 INTENSITE DES AVERSES DECENNALES EN FRANCE Coefficients de Grisollet uploads/Litterature/ 0-pluviome-trie.pdf