Traitement et analyse de séries chronologiques continues de ...

Traitement et analyse de séries chronologiques continues de turbidité pour
la formulation et le test de modèles des rejets urbains par temps de pluie
Résumé
Les modèles actuels de la qualité des rejets urbains par temps de pluie (RUTP) restent
encore à l’heure actuelle peu utilisés dans les études opérationnelles. Cependant, un intérêt
croissant pour cette problématique est observé de la part des acteurs de la gestion de l’eau en
milieu urbain. Cet intérêt est à l’origine de ce travail de thèse effectué en partenariat entre
l’INSA de Lyon et l’entreprise d’ingénierie conseil Safege.
Depuis quelques années, un courant de recherche se développe pour la proposition de
modèles parcimonieux, en adéquation avec le nombre de données disponibles dans les études.
Des modèles à l’échelle globale du bassin versant ou avec une approche simplifiée des
processus dans le réseau sont proposés. De plus, l’analyse des incertitudes apparaît aujourd’hui
comme un outil incontournable pour le test des modèles. L’approche bayésienne offre de ce
point de vue un cadre d’analyse performant pour une compréhension plus approfondie des
structures de modèles.
Parallèlement, le développement des techniques de mesure en continu en réseau,
spectrométrie et turbidité, permet l’obtention de données continues de flux de matières en
suspension (MES) et de demande chimique en oxygène (DCO) en grand nombre. Ces données
apportent une information riche sur la dynamique des flux à pas de temps court et ce à moindre
coût par rapport aux méthodes traditionnelles d’échantillonnage.
Ce travail de recherche constitue une des premières études en hydrologie urbaine basée sur
l’exploitation d’une grande base de données acquises par la mesure de la turbidité avec : deux
sites implémentés sur le territoire du Grand Lyon, Chassieu (réseau séparatif) et Ecully (réseau
unitaire), et des mesures sur la période 2004-2008. Les deux premiers objectifs de ce travail
sont la validation et l’analyse de la base de données existante. Le troisième objectif est le test de
modèles de type multi-régression et Accumulation-Erosion-Transfert sur la base de ces
nouvelles données. Pour ce faire, des outils de traitement et d’analyse des données semiautomatisés
ont été mis en œuvre, ainsi qu’une analyse bibliographique approfondie sur les
méthodes d’analyse des incertitudes et de test des modèles.
263 et 239 événements pluvieux ont été retenus pour le test des modèles, respectivement
pour les sites de Chassieu et Ecully. L’analyse des données a permis la formulation
d’hypothèses sur la génération des flux pour la proposition de modèles adaptés. Le test de
l’approche multi-régression a confirmé la nécessité de construire des modèles locaux, basés sur
une analyse approfondie des données. Les modèles obtenus pour les concentrations moyennes
événementielles (CME) montrent des résultats médiocres. Ceux pour la masse événementielle
parviennent à reproduire en tendance la variabilité des observations, mais sans précision les
valeurs ponctuelles. La méthode bayésienne formelle a été utilisée pour le test à Chassieu d’un
modèle d’Accumulation-Erosion-Transfert simple à l’échelle du bassin versant. Les premiers
résultats mettent en défaut la structure du modèle testé qui ne parvient pas à reproduire la
diversité des dynamiques événementielles observées. Cependant ces premiers tests ont démontré
l’efficacité de la procédure d’analyse bayésienne, dont l’application du principe d’apprentissage
permet d’améliorer de manière significative les structures des modèles.
Mots clés : analyse bayésienne, DCO, données, MES, modélisation, RUTP, traitement de
données, turbidité