I -*e--

g thermal and albedo data from heat capacity ER (CED-ISPRA), B.SEGUIN (INRA Avignon). &&ion e t pays arides e t semi-arides. Le Caire,

iynamique fluvide du Rhin. - I. TRAUTMANN,

oater surfoces by remote sensing. - F. BECKER, Ey and J. TRAUTMANN, C, DECHAMBENOY de l'environnement, Ann Arbor, Michigan, 1979.

r t ~ ~ par télédèfection infrarouge aérienne e f Oppli- GER. A. HOURANI, A. ENGELMANN, F. SIROU -~ :embre 1979. ,e méditerranéenne (dynamique et qualité

-. ~

&ipitations en mer. - P. LEBORGNE, Thèse de

lême ation au Colloque de Hambourg, 1983.

géographique. - J. TARDIEU, Direction

.. . .

VI - UTILISATION DE LA TELETRANSMISSION EN HYDROLOGIE

Guy BEDIOT(1)

(Agence Financière de Bassin "Seine Normandie")

Jacques CAL LEDE(2)

(Service Hydrologique de I'ORSTOM)

RESUME

Les premiers réseaux de télétransmission datent, en France, de 1958, avec l'installation de pluviophones et de limniphones (emploi du réseau téréphonique public). Egalement à cette époque, les banques de donnees furent créées. I1 convenait donc de collecter l'information au jour le jour et de rattraper I'aniéré. Une mémo- risation sur le site était envisagée, qui pouvait être d'un coût identique à la télétransmission, sans en avoir tous les avantages.

Des progrès techniques sont actuellement en cours : ils concement aussi bien les capteurs que les vecteurs de télétransmission. De même les besoins évoluent : nous voyons apparaître Ia nécessité de I'utilisation instan- tanée, ou à court terme, des mesures hydromét6orologiques.

Les systèmes de télétransmission employés actuellement sont le réseau téléphonique public, les liaisons radio-électriques classiques et, plus r6cemment, les liaisons radiodlectriques via les satellites artificiels. Dans ce dernier cas, seul le Système ARGOS est utilisé car, hé&, le satellite géostationnaire METEOSAT n'est pas encore opérationnel.

ABSTRACT (Use of teletransmission in hydrology)

The first teletransmission networks were set up in France in 1958 and included speaking rain gauges and water level gauges (use of the public telephone system). At that time, data banks were also created. Therefore, it was advisable to collect information on a daiy basis and to eliminate the backlog. In situ storage whose cost could be similar to that of teletransmission was considered, although the benefits were not the same.

Technical progress are being made about teletransmission sensors and vectors. Similarly, there is an evolution in needs ; we can observe that it is necessary for hydrometeorological measurements to be used instantaneously or over a short period of time.

The teletransmission systems which are currently used are the public telephone system, the conventional radio links and more recently radio links via artificial satellites. In the latter case, only the ARGOS system is used, for the METEOSAT geostationary satellite is not in operation yet.

1 - BREF HISTORIQUE SUR LES PREMIERES REALISATIONS

En France les premières télétransmissions de données hydrologiques datent de 1958 avec l'installation de pluviophones et de limniphones : sur simple appel de la station par le réseau téléphonique un répondeur parlant indique la dernière grandeur mesurée ainsi que celles des 10 heures précédentes. Avec le temps le numéro de la station est connu d'un grand nombre de personnes e t les appels parasites gènent le service gestionnaire.

- - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (1) Sous-Direction "Ressources en Eau" - 3, rue StCharles, 75015 PARIS.

(2) Senices Scientifiques Centraux ORSTOM, 70-74 route d'Aulnay, 93140 BONDY. r i Li 3 .kUIP/ fcJcJ!;

VI - 38

En 1966, une seconde étape technologique a été franchie avec un système de transmis- sion par modem et par radio (Bassin de la Vezère), avec interrogation automatique par le poste central (Périgueux). L‘information hydrologique en temps réel n’est plus accessible du public : une imprimante la rend lisible à Vopérateur qui effectue manuellement ses calculs de prévision des crues.

Les renseignements ainsi collectés ne sont pas archivés : seuls les diagrammes enregistrés sur le site e t les relevés quotidiens à heures fixes des observateurs sont conservés.

Ces premières réalisations concement’ essentiellement trois applications, pratiques : - prévision d’apports pour la production hydroélectrique ; - prévision et annonce des crues ; - gestion des biefs navigables des grands fleuves.

2 - LES PROBLEMES LIES A LA CONSTITUTION ET A LA MISE A JOUR DES BAN- QUES DE DONNEES HYDROLOGIQUES

A la même époque les banques de données hydrométriques e t pluviométriques sont constituées. Un plan de rattrapage des données anciennes est mis au point notamment pour les hauteurs pluviométriques quotidiennes. La mise à jour des données actuelles est encore effectuée manuellement : la question de la collecte automatique de l’information se pose donc depuis quelques années. Deux voies sont alors possibles : soit stocker l’information sur le site dans une mémoire magnétique soit la télétransmettre et l’archiver automatiquement en banque de données.

En France, plusieurs décisions récentes du Ministère de l’Environnement tendent à classer les stations de mesures hydrologiques permanentes en deux catégories : les premières ont vocation à l’alerte et à la gestion d’aménagements hydrauliques et sont ou seront incorpo- rées dans un système de télétransmission ; les secondes sont dévolues aux études générales et ne bénéficient pas de crédits pour la télétransmission.

Le principe de stocker sur le site l’information des stations d’études générales, non utilisée en temps réel, est généralement admis.

Cependant pour certains spécialistes ia collecte automatique doit être étendue à toutes les données hydrologiques, même celles ne servant pas en temps réel : la solution de base réside alors dans l’interrogation directe des capteurs par calculateur en utilisant le plus possi- ble le réseau téléphonique public autocommuté : il n’est d‘ailleurs pas sûr que cette solution soit plus chère que la saisie sur site.

Actuellement Electricité d e France est le seul organisme gestionnaire à avoir équipé, en 1980-81, environ 300 stations (pluviométriques ou limnimétriques) d’enregistreurs à cassette magnétique. Les autres gestionnaires n’ont pas encore inscrit ce type d’opérations à leur pro- gramme, faute de crédits.

3 - LES PROGRES TECHNIQUES

Ils concement aussi bien les capteurs, la rédaction des messages, la collecte et la rediffu-

Les capteurs hydrologiques se sont diversifiés au cours de la dernière décennie grâce sion de l’information.

des créations telles que le nivomètre à faisceaux horizontal mobile d’EDF, les appareils de mesures de vitesse d’écoulement électromagnétiques ou à ultra sons, les capteurs différentiels de pression, les radars . . . A ceux là, il faut ajouter toute la panoplie des appareils relevant du domaine de la qualité de l’eau. Des progrès parallèles ont été faits pour digitaliser à peu de frais l’information délivrée auparavant sous forme analogique et préparer ainsi sa télétrans- mission.

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VI -39

Par ailleurs, outre les simplifications apportées dans le codage de l’information, il faut noter la réalisation de micro-centrales de mesures gérant automatiquement les capteurs de la station hydrologique, rédigeant les messages e t le mettant en forme pour tel ou tel vecteur de transmission : à la Météorologie nationale, la demière née est la station automatique SIGMA N en cours d’adaptation pour les besoins hydrologiques.

Les techniques de collecte se sont enrichies des progrès de la microinformatique, mais elles comptent aussi de nouveaux relais avec les satellites artificiels à défdement du système ARGOS ou géostationnaire (Météosat).

L’accès aux bases de données se banalise avec les réseauxspécialisés. (par exemple TRANS- PAC et la base de données limnimétrique du Ministère de l’Agriculture). La rediffusion des données collectées par le central se fait en temps réel par lignes spécialisées du réseau télépho- nique (a haut débit) ou par le réseau autocommuté. Cette rediffusion peut s’accompagner de résultats de calculs de prévision. Un système de télétransmission pour l’alerte aux risques (STAR) est à l’étude sous l’égide du commissariat aux risques naturels.

4 - L‘EVOLUTION DES BESOINS

Face à ces progrès techniques, les besoins évoluent eux aussi. Initialement les grandeurs hydrologiques sont télétransmises pour satisfaire un seul besoin : par exemple, le nivomètre pour la prévision d’apports en vue de la production hydroélectrique ; par exemple, la limni- métrie et la pluviométrie pour la prévision des crues. La fragmentation des services français chargés de l’aménagement, de la gestion, du suivi des ressources en eau e t de leur qualité, ne facilite par les regroupements d’utilisateurs des données hydrologiques. Les difficultés écono- miques de ces demières années ont amené certains organismes, notamment les services chargés de l’annonce des crues, à se tourner vers d’autres pour trouver des financements complémen- taires. Cela s’est passé d’autant mieux que la modernisation des réseaux d’annonce des crues s’avère indispensable et urgente par suite de la défection de nombreux observateurs et des restrictions d’acheminement des télégrammes aux heures non ouvrables, Le caractère priori- taire de ces opérations s’est trouvé renforcé par l’arrivée opportune des crues importantes de l’hiver 1981-82.

Les organismes sollicités financièrement, notamment les Agences de Bassins et les régions, en ont profité pour demander en contrepartie la création de réseaux d’observations, hydrolo- giques à fins multiples (bassins de la Seine e t de Loire) en vue de satisfaire les usages suivants :

a) utilisation instantanée, ou - annonce des crues ; - gestion des barrages-réservoirs en toutes périodes, particulièrement en temps de crue e t

- gestion des biefs et du trafic des voies navigables ; - gestion de la production hydroélectrique ; - surveillance des stations de jaugeage ; - ultérieurement, suivi de la qualité des eaux.

court terme, 5 des fins d’alerte ou de gestion :

en périodes de soutien d’étiage ;

b) utilisation à long terme à des fins d’équipement ou de réglementation : - études de projets pour le dimensionnement des ouvrages ; - étude de gestion des aménagements hydrauliques ; - amélioration de la connaissance des ressources disponibles et de leur qualité. I1 est entendu que pour cette catégorie d’usage “a posteriori” les observations recueillies

par télétransmission’ seront validées par les services gestionnaires des stations puis archivées dans la banque des données de l’eau tenue par l’Agence de Bassin.

Certains réseaux récemment automatisés (département du Gard) ou en cours de moder- nisation (Garonne, Pyrénées Orientales) ont du déjà procéder à des modifications pour répon- dre à des demandes autres que l’annonce des crues et non prises en compte à l’origine :

385 13

t

e-

VI - 40

Par exemple, la gestion de barrages réservoirs écrêteurs de crues et la prévention des incen- dies de forêts (cas du Gard), le dépôt des observations en banque de données (Bassin de la Garonne).

Des besoins se font jour aussi en hydrologie urbaine e t les services techniques responsa- bles s’équipent en réseaux de télétransmission de. capteurs de niveaux et de pluviomètres pour prévoir les 6vènements pluviaux e t mieux gérer leurs ouvrages. Ces services s’intéressent de plus en plus à l’imagerie des radars hydrologiques dont la diffusion en temps réel est mise à l’étude par la Météorologie Nationale.

5 - LES SYSTEMES EMPLOYES

5.1. - Les liaisons filaires

Le choix d’un système basé sur l’emploi du réseau téléphonique (commuté ou liaisons spécialisées) s’explique d’abord par la possibilité d’interroger le point de mesure au gré du ges- tionnaire du réseau hydrométrique. Cette méthode est parfaitement au point et s’accompagne de formalités administratives simples, comparées à celles que nécessite la création d’un réseau radioélectrique.

Jusqu’à présent ce choix s’accompagne d‘une infrastructure de Génie civil sur le point de mesures qui reçoit en général une alimentation électrique 220 V du secteur.

La fragilité du réseau téléphonique en certains points du territoire a été mise en évidence lors de crues récentes (Gers en Juillet 1977, Haute Loire en Septembre 1980) ou lors de chutes de neige exceptionnelles comme celle de Novembre 1982 dans la Loire. C‘est pourquoi les ser- vices d’annonce de crues qui travaillent précisément sur des évènements exceptionnels préfè- rent opter, soit pour la transmission radioterrestre, soit pour le doublage de la liaison filaire par une transmission’ Argos. La longueur du message est variable et peut porter sur plusieurs communications téléphoniques.

5.2. - Les réseaux radioélectriques terrestres

Cette technique utilise, pour des raisons de fiabilité dans l’établissement des liaisons, la bande VHF ou UHF qui implique que la station de réception soit en visibilité optique de la station d’émission. Cela impose dans la majorité des cas l’installation de stations relais.

Ce système exige également une infrastructure importante en Génie civil et l’obligation d’une alimentation par le réseau électrique de chaque station de mesures. La longueur du mes- sage est variable.

5.3. - Les liaisons radioélectriques par relais satellitaires

Cette technique est très récente et reste encore actuellement liée à l’existence de satellites artificiels à vocation essentiellement météorologique (comme par exemple les 5 satellites géo- stationnaires qui ceinturent la Terre).

Les avantages majeurs de cette nouvelle technique sont : - la faible dimension de l’électronique de transmission - la consommation très réduite en énergie électrique (de l’ordre de 100 à 250 mW) qui

Généralement, électronique et source d’énergie peuvent s’intégrer dans la cabine du limni- graphe existant, sans nécessiter aucun travail supplémentaire de Génie civil.

Mais cette méthode n’est pas sans inconvénients : il faut d’abord disposer d’un satellite, y avoir accès et surtout pouvoir recevoir l’information, soit directement du satellite, soit par l’in- termédiaire de la station de réception du Gestionnaire du satellite.

-autorise l’emploi de piles sèches ou de systèmes à panneaux photovoltaïques.

386

VI - 41

de crues et la prévention des incen- ,I banque de données (Bassin de la

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Très séduisant ce nouveau système demande une approche technique dans la réalisation du réseau très différente de celle de la solution “Fil” ou de la radiotransmission terrestre.

Pour le moment le satellite METEOSAT n’est pas utilisé en France. A cela trois raisons essentielles : le programme ultérieur METEOSAT n’a pas encore été approuvé par les pays concernés, la fonction “collecte des données” de METEOSAT2a été détruite lors de la mise sur orbite (donc pas de garantie en cas de panne de METEOSAT I), le coût encore excessif des balises d’émission. METEOSAT sur le plan du principe technique est pourtant séduisant avec une longueur maximale de message de 649 mots de 8 bits et des possibilités d’interroga- tion à cadence horaire, sans parler d’un canal “ALERTE”.

Le système ARGOS, comprenant 2 satellites à défilement en service depuis Octobre 1$78, possède une fonction “collecte des données” déjà utilisées par E.D.F. pour ses nivo- &tres isolés en haute montagne. La longueur du message n’est que de 256 bits. Le message est reçu par le satellite lorsqu’il se trouve en visibilité de la balise d’émission. Ce message com- porte les valeurs enregistrées à l’instant même par le capteur. Une version plus complexe d’une balise à mémorisation est en cours de fabrication pour les besoins des bassins de la Seine et de la Loire. L‘inconvénient d’ARGOS, outre la briéveté du message, est la cadence variable de passage des satellites en visibilité de la station : l’écart maximal est de 5 heures 20 et il peut être porté i 9 heures 20 en cas de panne d’un satellite.

Dans les deux cas, ARGOS comme METEOSAT, le service utilisateur doit se doter d’une station de réception autonome s’il veut l’information en temps réel.

CONCLUSION

Le tableau non exhaustif de l’état actuel des systèmes français de télétransmission de données hydrologiques laisse l’impression d’une phase de développement et de transition vers des systèmes à la fois plus souples faisant appel à plusieurs vecteurs mais aussi plus complexes à cause du caractère “fms multiples” des réseaux les plus récemment conçus.

Réseaux dont l’installation est terminée ou en cours d’achèvement

Gestionnaires

Direction Départementale de l’Agriculture du Gard Service de la Navigation de Nancy

Service Régional de l’Aména- gement des Eaux de Provence Alpes - Côte d’Azur Société du Canal de Provence el d’Aménagement de la région provençale Direction de la Météorologie Nationale Direction Départementale de l’Agriculture du Haut-Rhin Port Autonome de Bordeaux Service Météorologique Antilles Guyanes

Compagnie Nationale du Rh íh

I

R

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F

F

RF RF

RF

RF

.Nombre le stations

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3

6

1

27

6 9

4

90

Paramètre Clétransmi

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H

H

H

PC

HN H

P

H

Observations

Station centrale SIMOUN avec archivage des données. Chaque station est reliée à4station: de réception. Ce système est er COUIS de transformation. Station déclenchant une alerte i partir d’une cote donnée

Station expérimentale en vue d’uo système plus complet

Station automatique SATIN & SIMOUN 4 limnigraphes - 1 nivomètre + 1 télélimnigraphe

Réseau expérimental d’annonce des crues. La station émet une fréquence pour chaque basculement d’Auget

387

VI - 42

Direction Départementale de I

PEquipemeni des Pyrénées Orientales Service Hydrologique Centra- lisateur du bassin de la Garonne EDF - DTG A 30 N Nivomètre à faisceau horizontal

R 50 HPNC 6 stations relais

R 120 HP 16 stations relais

mobile

Réseaux en début d'installation

Type de Nombre Parametres Observations Gestionnaire réseau de stations télbtransmis

Service Hydrologique Centra- lisateur Loire Bretagne Service de la Navigation de la Seine FA (Ml 200 HF'CU tion équipées de SIGMA

1 station réception ARGOS e t 5 FRA 80 HPQ concentrateurs pour la radio et le fil

1 station réception ARGOS - sta-

Office de la Recherche Scien- tifique et Technique d'outre- Mer A HF' Equipement de réseau à ritranger

Type de réseau Paramètres transmis

F ; Fil R : Radiotransmission terrestre A :Système ARGOS M : METEOSAT.

H : Hauteur d'eau P : Pluviométrie N : Neige C : Climatologie D : Débit U : Vitesse d'écoulement Q : Qualité des eaux

388

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