Traitement et analyse de séries chronologiques continues de ...

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Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation de la contribution de temps sec - Une période de nuit (N), de 18 h à 6 h, durant laquelle les signaux de débit et de turbidité sont plutôt lisses, - Une période de journée (J), de 6 h à 18 h, pour laquelle les signaux présentent des fluctuations plus importantes et des pics aléatoires, spécialement dans le cas de la turbidité. La méthode a été appliquée en testant des jours de temps sec mesurés pour les trois classes, parmi les 180 jours de la base de données de temps sec. Les périodes de nuit et de jour ont été systématiquement testées de manière indépendante. Pour chacune des trois classes, le nombre de tests a été fixé à 20 % du nombre de jours total disponible pour la classe considérée. Ainsi, 20, 8 et 8 jours ont été testés, parmi les 99, 40 et 41 jours disponibles, respectivement pour les classes 1, 2 et 3. Les jours testés ont été choisis de manière aléatoire dans la base de données. 11.1.2.2 Évaluation de l’incertitude de substitution L’incertitude de substitution est la résultante de deux principales sources : 1. Les variations aléatoires du débit et de la turbidité entre deux jours de temps sec comparables, chaque jour de temps sec étant une unique occurrence, 2. Les critères considérés pour le choix du signal de référence : i) les types de jours de temps sec testés, ii) la méthode d’ajustement des signaux, et iii) la subjectivité de l’opérateur dans la comparaison de la dynamique des signaux. Nous considérons que les incertitudes systématiques sont corrigées, quand cela est nécessaire, par l’application de l’ajustement du signal. Cette source d’incertitude est considérée comme négligeable par rapport aux autres sources. 11.2 Résultats Les résultats de la méthode d’estimation de l’incertitude de substitution sont présentés dans la partie 11.2.1. La partie 11.2.2 montre l’application de la méthode générale à l’échelle des 239 événements de la base de données d’Ecully. Enfin la partie 11.2.3 présente les résultats à l’échelle annuelle pour l’estimation de la chronique de temps sec continue des années 2007 et 2008. 11.2.1 Incertitude de substitution L’analyse de la distribution des écarts entre les signaux mesurés et de référence a été effectuée : i) indépendamment pour les trois classes et pour les trois classes ensemble, ii) indépendamment pour les périodes de nuit et de jour et pour les deux périodes ensemble. Le Tableau 11.1 présente les résultats obtenus dans les 12 cas, pour le débit et la turbidité, avec l’indication des valeurs moyennes des résidus et des écarts types. 166

Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation de la contribution de temps sec Tableau 11.1. Valeurs moyennes et écarts types moyens des écarts entre les signaux de test et les signaux de référence estimés, pour les classes 1, 2, 3 et les trois classes ensemble, pour les périodes de jour (J) et de nuit (N) et les deux périodes ensemble (J & N) Résidus moyens Écarts types moyens Q (L/s) Turbidité (FNU) Q (L/s) Turbidité (FNU) Classe N J J & N N J J & N N J J & N N J J & N 1 0.33 -0.03 0.15 2.33 -7.56 -2.62 2.00 4.58 3.93 48.76 91.66 73.58 2 -0.92 0.55 -0.19 1.39 -0.36 0.51 3.14 4.98 4.84 53.01 82.50 69.34 3 0.18 -0.63 -0.23 3.04 11.04 7.04 4.58 5.16 5.25 60.90 119.02 94.61 Toutes 0.02 -0.03 -0.01 2.28 -1.83 0.22 5.32 4.82 4.47 52.62 96.86 77.97 Les résultats mettent en évidence des écarts types moyens plus élevés pour les périodes de jours que pour celles de nuit, spécialement dans le cas de la turbidité avec un ordre de grandeur du simple au double. Pour les trois cas de périodes testés (N, D et N & D), les écarts types sont significativement plus élevés pour les jours de la classe 3, ce qui confirme les observations de l’analyse de temps sec (cf. paragraphe 10.2). La méthode est illustrée Figure 11.2 pour la classe 1 et la période de jour, avec le test du signal de temps sec du mardi 29 janvier 2008. Le signal de référence retenu est le lundi 28 janvier 2008, sans besoin d’ajustement mathématique. 45 8 40 N J N 6 35 4 Q (L/s) 30 25 Résidus (L/s) 2 0 20 -2 15 -4 10 00:00 08:00 16:00 24:00 Temps 1600 -6 00:00 08:00 16:00 24:00 Temps 1500 Tu (FNU) 1400 1200 1000 800 600 400 Résidus (FNU) 1000 500 0 200 0 08:00 16:00 24:00 Temps -500 00:00 08:00 16:00 24:00 Temps Figure 11.2. Illustration de la méthode d’estimation de l’incertitude de substitution, pour le débit et la turbidité, pour l’événement du 29 janvier 2008 sur la période de jour (J) : signaux de référence (o en rouge) et signaux mesurés (+ en noir) ; à droite, variation des résidus au cours de l’événement Les résultats montrent également que, quelque soient les cas, la distribution des résidus peut être approximée par une loi normale, confirmant l’hypothèse formulée dans la partie 11.1.2.1. 167

Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation <strong>de</strong> la contribution <strong>de</strong> temps sec<br />

- Une pério<strong>de</strong> <strong>de</strong> nuit (N), <strong>de</strong> 18 h à 6 h, durant laquelle les signaux <strong>de</strong> débit <strong>et</strong> <strong>de</strong><br />

turbidité sont plutôt lisses,<br />

- Une pério<strong>de</strong> <strong>de</strong> journée (J), <strong>de</strong> 6 h à 18 h, pour laquelle les signaux présentent<br />

<strong>de</strong>s fluctuations plus importantes <strong>et</strong> <strong>de</strong>s pics aléatoires, spécialement dans le cas<br />

<strong>de</strong> la turbidité.<br />

La métho<strong>de</strong> a été appliquée en testant <strong>de</strong>s jours <strong>de</strong> temps sec mesurés pour les trois classes,<br />

parmi les 180 jours <strong>de</strong> la base <strong>de</strong> données <strong>de</strong> temps sec. Les pério<strong>de</strong>s <strong>de</strong> nuit <strong>et</strong> <strong>de</strong> jour ont été<br />

systématiquement testées <strong>de</strong> manière indépendante. Pour chacune <strong>de</strong>s trois classes, le nombre <strong>de</strong><br />

tests a été fixé à 20 % du nombre <strong>de</strong> jours total disponible pour la classe considérée. Ainsi, 20,<br />

8 <strong>et</strong> 8 jours ont été testés, parmi les 99, 40 <strong>et</strong> 41 jours disponibles, respectivement pour les<br />

classes 1, 2 <strong>et</strong> 3. Les jours testés ont été choisis <strong>de</strong> manière aléatoire dans la base <strong>de</strong> données.<br />

11.1.2.2 Évaluation <strong>de</strong> l’incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> substitution<br />

L’incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> substitution est la résultante <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux principales sources :<br />

1. Les variations aléatoires du débit <strong>et</strong> <strong>de</strong> la turbidité entre <strong>de</strong>ux jours <strong>de</strong> temps sec<br />

comparables, chaque jour <strong>de</strong> temps sec étant une unique occurrence,<br />

2. Les critères considérés pour le choix du signal <strong>de</strong> référence : i) les types <strong>de</strong> jours<br />

<strong>de</strong> temps sec testés, ii) la métho<strong>de</strong> d’ajustement <strong>de</strong>s signaux, <strong>et</strong> iii) la<br />

subjectivité <strong>de</strong> l’opérateur dans la comparaison <strong>de</strong> la dynamique <strong>de</strong>s signaux.<br />

Nous considérons que les incertitu<strong>de</strong>s systématiques sont corrigées, quand cela est<br />

nécessaire, par l’application <strong>de</strong> l’ajustement du signal. C<strong>et</strong>te source d’incertitu<strong>de</strong> est considérée<br />

comme négligeable par rapport aux autres sources.<br />

11.2 Résultats<br />

Les résultats <strong>de</strong> la métho<strong>de</strong> d’estimation <strong>de</strong> l’incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> substitution sont présentés dans<br />

la partie 11.2.1. La partie 11.2.2 montre l’application <strong>de</strong> la métho<strong>de</strong> générale à l’échelle <strong>de</strong>s 239<br />

événements <strong>de</strong> la base <strong>de</strong> données d’Ecully. Enfin la partie 11.2.3 présente les résultats à<br />

l’échelle annuelle pour l’estimation <strong>de</strong> la chronique <strong>de</strong> temps sec continue <strong>de</strong>s années 2007 <strong>et</strong><br />

2008.<br />

11.2.1 Incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> substitution<br />

L’<strong>analyse</strong> <strong>de</strong> la distribution <strong>de</strong>s écarts entre les signaux mesurés <strong>et</strong> <strong>de</strong> référence a été<br />

effectuée : i) indépendamment pour les trois classes <strong>et</strong> pour les trois classes ensemble, ii)<br />

indépendamment pour les pério<strong>de</strong>s <strong>de</strong> nuit <strong>et</strong> <strong>de</strong> jour <strong>et</strong> pour les <strong>de</strong>ux pério<strong>de</strong>s ensemble. Le<br />

Tableau 11.1 présente les résultats obtenus dans les 12 cas, pour le débit <strong>et</strong> la turbidité, avec<br />

l’indication <strong>de</strong>s valeurs moyennes <strong>de</strong>s résidus <strong>et</strong> <strong>de</strong>s écarts types.<br />

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