Evaluation des flux de MES à partir des suivis discrets : méthodes de calcul et incertitudes

SPM fluxes estimates from discrete monitoring : comparison of calculation methods and uncertainties

¹ UPRES-EA 2100 « Laboratoire de Géologie des Environnements Aquatiques Continentaux », Université de TOURS
² UMR 7619 Sisyphe, CNRS/Univ. Paris VI
³ UMR 5805 EPOC, CNRS/Univ. Bordeaux I
⁴ UMR 5110 CEFREM, CNRS/Univ. Perpignan
⁵ LTHE, Grenoble
⁶ EDF-DTG, Grenoble
⁷ Agence Européenne de l’Environnement

Résumé

Le problème de la quantification des flux de MES est lié à la grande variabilité des concentrations et flux de MES qui ont une réponse temporelle complexe. En France, le suivi réglementaire des MES est effectué dans le cadre de la surveillance de la qualité des rivières (RNB), comme, pour les autres paramètres physico-chimiques, de façon discrète (fréquence mensuelle, bimensuelle). La question de l’évaluation des flux à partir des suivis discrets n’est donc pas nouvelle, toutefois les incertitudes n’étaient pas prises en compte. Dans ce travail, les incertitudes des différentes méthodes sont évaluées à partir d’une base de données de MES à haute résolution temporelle (données journalières, 600 années – stations) pour des bassins versants contrastés en France et aux Etats Unis (100 à 600 000 km²). Pour une méthode largement utilisée par les scientifiques et les gestionnaires, un abaque est proposé qui relie les incertitudes (biais et imprécision) à un indicateur de variabilité des flux (M_2%, % du flux de MES transporté en 2 % du temps) pour différentes fréquences de suivi. Cet abaque permet ainsi d’une part, l’optimisation des fréquences de suivis, d’autre part, l’association d’une barre d’erreur aux flux estimés.

Abstract

The SPM (suspended particulate matter) fluxes temporal variabilities are even more complex than water flows and are therefore very difficult to estimate. In France, SPM are surveyed within the national water quality survey system (RNB) and are monitored with a bimonthly or monthly frequency, as other water quality indicators. The flux calculation methods and their related uncertainties on the basis of an experimental data set of continuous – i.e. daily monitoring for contrasted river basins ranging from 100 to 100 000 km² (in France and in USA, 60 stations totalling 600 station-year of daily SPM and flows). The uncertainties, biases, and errors, result from the analysis of the distribution of errors made on simulated surveys at various frequencies (3, 5, … 30 days) in comparison to the same value. The duration curves of SPM fluxes and the key indicator M2 %, i.e. the percentage of SPM carried in 2 % of time on a multiannual period (4 to 20 y), are then determined. The M2 % indicator is used to build-up a nomograph linking biases (median or errors) and imprecision (difference between upper and lower deciles of errors) to monitoring frequencies (3, 4, … 30 days). This nomograph can be used to : i) optimize surveys frequencies, given a flux error target, or to ii) associate error bars. The nomograph is so far established for the mean discharge-weighted concentration method, one of the most common method with the rating curve method.