Actualités sur la normalisation en hydrométrie

RÉSUMÉ

En France, la commission X10C Hydrométrie de l’AFNOR est l’instance où sont menés les travaux de normalisation en hydrométrie. Son activité a été relancée en 2014, dans un premier temps plus spécifiquement sur la thématique des méthodes d’exploration du champ des vitesses, ainsi que sur les instruments, équipements et gestion des données. Plus récemment, les thématiques liées au transport sédimentaire et aux structures mesurant les débits ont également été investies. Des membres de la commission se sont impliqués dans des groupes de travail ISO pour la révision de 2 normes considérées comme fondamentales au niveau français : l’ISO 748 sur le mesurage des débits par exploration du champ des vitesses au moyen de courantomètres, ainsi que l’ISO 24578 sur le mesurage des débits au moyen d’ADCP. Cet article présente les contributions apportées par la France dans les instances internationales, en pointant les difficultés qu’il peut y avoir à aboutir à un consensus satisfaisant. La commission X10C a prévu de continuer à s’investir sur les évolutions de normes à venir, afin de porter les pratiques de la communauté hydrométrique française.

ABSTRACT

In France, the X10C Hydrometry commission of AFNOR is the body where hydrometry standarization work is carried out. Its activity was relaunched in 2014, initially more specifically on the theme of velocity area methods, as well as on instruments, equipment and data management. More recently, topics related to sediment transport and structures measuring flows have also been invested. Members of the committee got involved in ISO working groups for the revision of 2 standards considered fundamental at the French level: ISO 748 on flow measurement by velocity area methods using current meters, as well as the ISO 24578 on measurement of flow using ADCPs. This paper presents the contributions made by France in international bodies, pointing out the difficulties that there may be in reaching a satisfactory consensus. The X10C committee plans to continue to invest in future standards developments, in order to support the practices of the French hydrometric community.

MOTS-CLÉS:

• Commission de normalisation
• Hydrométrie
• AFNOR
• ISO
• CEN

KEYWORDS:

• Standardization committee
• hydrometry
• AFNOR
• ISO
• CEN

1. Introduction

Lors du dernier colloque SHF Hydrométrie organisé en 2017, une communication a présenté l’activité de normalisation réalisée par la commission X10C de l’AFNOR (Belleville et al., 2017). L’objectif était de présenter à la communauté francophone de l’hydrométrie la plus-value apportée par la normalisation, les principes d’élaboration d’une norme, les principales normes existantes dans le domaine et les travaux de normalisation en cours. La normalisation permet de définir un langage commun entre les acteurs d’un domaine particulier, de clarifier, d’harmoniser les pratiques et de définir le niveau de qualité, de sécurité et de moindre impact environnemental des pratiques. Quatre ans plus tard, il est proposé de dresser un état des lieux et de valoriser les principales avancées.

Dans cet article, nous présentons l’actualité 2020–2021 concernant l’activité de la commission X10C (section 2). Un focus particulier est ensuite réalisé sur deux normes emblématiques ayant fait l’objet de travaux spécifiques de révision dans lesquels la commission X10C a participé activement à travers les groupes de travail internationaux ISO : Norme NF EN ISO 748 « Méthode d’exploration du champ des vitesses utilisant le mesurage de la vitesse par point » (section 3) et Norme ISO 24578 « Profileurs acoustiques à effet Doppler – Méthode et application pour le mesurage de l’écoulement à surface libre sur un bateau mobile » (section 4). Le fonctionnement des groupes de travail est détaillé, notamment le rôle des experts et les règles de décision. Les contributions apportées par la France sur ces deux normes sont mises en avant, de même que les difficultés rencontrées et l’intérêt de s’impliquer dans les groupes de travail pour porter la position française. Pour finir, les perspectives sont abordées (section 5), avec la présentation des thématiques de travail à venir pour les prochains mois.

2. Actualité 2020–2021 de la commission X10C

La commission X10C a poursuivi son travail au sein des différents sous-comités (SC1 « Méthodes d’exploration du champ de vitesses », SC5 « Instruments, équipements et gestion des données ») du comité technique TC113 de l’ISO, principalement à travers l’examen périodique des normes. En effet, une norme fait l’objet d’un examen systématique tous les 5 ans (tous les 3 ans pour une spécification technique). Les pays membres participants (P) aux comités techniques ou sous-comités votant se prononcent alors sur l’un des trois choix suivants : confirmation, révision ou annulation. Si une majorité simple des membres estime qu’une révision est nécessaire, alors le projet est inscrit au programme de travail. Les normes peuvent faire également l’objet de révision sans attendre cet examen périodique, tout comme de nouveaux projets de normes peuvent également être créés. Il faudra alors plus des 2/3 des pays membres (P) en faveur de cette proposition. Un groupe de travail est alors mis en place (avec un appel à experts) pour rédiger la nouvelle version de la norme. La commission X10C a également assuré le suivi des travaux du comité technique européen CEN/TC 318.

La commission X10C s’est plus particulièrement investie sur les normes suivantes :

• NF ISO 18320 (2020) relative à la détermination de la relation hauteur-débit (participation de la France au groupe de travail). La norme a été publiée en juillet 2020 et remplace la norme ISO 1100–2:2010 du même titre ;

• Pr NF EN ISO 772 (2011) révisant la version de 2011 relatives au vocabulaire et aux symboles (participation de la France au groupe de travail). L'enquête publique a eu lieu et la norme a été publiée en mars 2022. Cette norme présente la particularité d’être bilingue anglais-français ;

• Pr NF EN ISO 748 révisant la version de 2007 et NF ISO 24578:2021 révisant le rapport technique de 2012 du même nom, dont les contributions de la commission sont détaillées dans les sections 3 et 4.

La France est également passée du statut « Observateur » au statut « Participant » au sous-comité SC6 « Transport solide » de l’ISO TC 113 en 2018. Ceci s’est traduit par l’accueil au sein de la commission de nouveaux experts issus d’organismes divers, et par l’élargissement du domaine de compétence de la commission. Dans ce cadre, les documents suivants ont fait l’objet d’un examen de la commission X10C :

• ISO/TS 3716 (2006) relative aux appareillages d’échantillonnage des sédiments en suspension. La commission a participé à la rédaction permettant d’inclure des méthodes et instruments utilisés par la communauté française ; la commission a également rédigé des commentaires, avec notamment des propositions de références bibliographiques. La norme a été publiée en octobre 2021 ;

• ISO 4363 (2002) relative à la méthode de mesurage des caractéristiques des sédiments en suspension. La commission s’est prononcée pour une révision de la norme, en proposant de participer au groupe de travail. Cependant, la France étant le seul pays à se prononcer pour une révision, la norme a été confirmée en l’état. La révision de cette norme avait déjà été proposée en 2016 mais n’avait pas été acceptée faute d’un nombre suffisant de pays souhaitant participer.

Enfin, la commission s’est étoffée, avec notamment l’intégration de membres de l’Agence de l’Eau, d’un représentant des fabricants et d’un représentant d’une entreprise d’ingénieur conseil.

3. Révision de la norme NF EN ISO 748 – Exploration du champ des vitesses

La révision de la norme NF EN ISO 748 (2009) a débuté fin 2016 (Figure 1). Initialement prévu pour durer 3 ans, le processus aura finalement pris 5 ans et s'est achevé en décembre 2021 avec la publication de la norme internationale. Cette norme a été reprise dans la collection française.

Figure 1. Différentes étapes de révision de la norme ISO 748 au sein de l’ISO.

Un pays membre a deux possibilités pour participer à la révision d’une norme : rédiger des commentaires sur le document projet aux différents stades de son élaboration, ou bien participer à la rédaction au sein du groupe de travail. L’expérience de la commission X10C a montré qu’il peut être difficile de faire accepter des propositions sans faire partie du groupe de travail. Compte tenu des enjeux liés à la norme EN ISO 748, la France a donc décidé d’intégrer ce groupe de travail, « Working Group 10 » de l’ISO TC113, piloté par le Royaume-Uni, et composé d’experts des pays suivants : Autriche, États-Unis, France, Inde, Pays-Bas, République de Corée et Suisse. Pour qu’une norme soit révisée, il faut au minimum que 4 ou 5 pays (selon le nombre de membres (P) siégeant au comité ou sous-comité technique) s’engagent à proposer un expert intégrant le groupe de travail. L’objectif poursuivi du groupe de travail est de bien prendre en compte les pratiques des différents pays. Ceci passe par des échanges techniques, souvent intenses, pour aboutir à un consensus.

La norme NF EN ISO 748 est souvent considérée comme la norme la plus importante en hydrométrie. Elle spécifie les procédures à suivre pour mesurer un débit par jaugeage par exploration du champ des vitesses à l’aide d’un courantomètre ou de flotteurs. Elle propose également une méthode de calcul des incertitudes, par application du GUM (JCGM, 2008) sous une forme simplifiée. De nombreuses limites ont été pointées de longue date sur cette norme. Nous allons nous attacher ci-après à en détailler quelques-unes, et à présenter les améliorations qui ont été apportées, notamment sous l’impulsion de la France.

La méthode de calcul des incertitudes proposée dans la norme NF EN ISO 748 est reconnue comme insatisfaisante, notamment parce qu’elle ne prend pas assez en compte la diversité des environnements de mesure et propose un calcul simplifié à partir des composantes d’incertitude dont les valeurs indicatives tabulées dans l’Annexe E ne sont pas suffisamment justifiées. Plus précisément, le résultat d’incertitude obtenu est très largement dominé par un terme forfaitaire reflétant l’incertitude d’intégration latérale des vitesses et profondeurs, dont la valeur est uniquement fonction du nombre de verticales, sans distinguer leur placement et le faciès de la section à mesurer. Or, la répartition latérale du champ des vitesses est très fortement variable d’une section à l’autre, notamment du fait des modes de turbulence (Nezu & Nakagawa, 1993). La nouvelle version de la norme améliore sensiblement ce point, avec un nouveau paragraphe spécifique détaillant les limites du calcul d’incertitude de type GUM (§.9.2 Limites) :

Pour des conditions et une méthode idéale, l’incertitude calculée est généralement comprise entre 5% et 7%. Cependant, dans de nombreux cas de mesurages effectués dans des conditions non idéales, les valeurs d’incertitudes obtenues présentent certaines limites.

Les limites suivantes ont été identifiées

1. Comme les valeurs informatives données à l’Annexe D pour les composantes de l’incertitude sont issues d’études empiriques, elles sont spécifiques à un type d’instrument et à certaines conditions de mesurage. Il convient notamment de réévaluer les valeurs indiquées pour u_p sur la base d’analyse de données plus récentes et plus complètes ;

2. Les extrapolations de la vitesse de la partie supérieure, du fond et en bordure ne sont pas prises en compte dans l’analyse de l’incertitude, bien que leur contribution puisse ne pas être négligeable ;

3. Lorsque l’intégration verticale de la vitesse est effectuée directement (méthode de distribution des vitesses), une valeur par défaut négligeable (0,5%) est attribuée à la composante u_p. Pour les mesurages non idéaux avec un nombre de points de vitesse insuffisant et des extrapolations haut/fond souvent significatives, il convient que la valeur de la composante u_p doit être supérieure à 0,5% ;

4. La plupart des incertitudes calculées proviennent généralement du terme u_m, qui est une fonction empirique du nombre de verticales m, sans tenir compte de la distribution spatiale des verticales, par rapport à la variation transversale de la géométrie du lit et de la distribution de l’écoulement ;

5. L’erreur d’intégration temporelle en cas de variation du débit pendant le mesurage n’est pas estimée (à noter que cet effet est différent de l’hystérésis, c’est-à-dire l’écart du débit par rapport aux conditions stationnaires en raison des effets de débits transitoires) ;

6. Certaines composantes de l’incertitude sont absentes de l’équation, il convient notamment d’ajouter un terme tenant compte des erreurs systématiques dues à la méthode d’intégration de la vitesse verticale (cela est évident pour les mesurages de la vitesse superficielle, mais aussi pour d’autres techniques). Autres sources d’erreurs manquantes : la position, l’inclinaison et l’orientation des instruments (courantomètres, perches, sondage …) entraînant des erreurs de projection de vitesse et des erreurs de position et de profondeurs ; et les variations du lit lorsque le profil bathymétrique n’est pas mesuré en même temps que les vitesses.

En réponse à ces limites, la norme autorise désormais l’utilisation de méthodes alternatives de calcul des incertitudes développées récemment par différents groupes de recherche, ce qui représente une réelle avancée : méthodes Q+ (Le Coz et al., 2012), IVE (Cohn et al., 2013), FLAURE (Despax et al., 2016).

Concernant le protocole de mesure, des échanges soutenus ont eu lieu concernant le nombre minimal de verticales de mesure à respecter selon la largeur du chenal. Sous la pression du Royaume-Uni, des valeurs très importantes ont été retenues, notamment pour les faibles largeurs de chenal (minimum de 15 verticales pour un chenal de largeur inférieure à 0,5 m !). La France, comme d’autres pays, a fait des propositions de correction, mais n’a que partiellement obtenu gain de cause. Ainsi, il a été proposé d’utiliser la formulation « should » (« devrait » : recommandation) au lieu de la formulation « shall » (« doit » : exigence) dans la version anglaise. L’animateur a fait valoir qu’une norme devait être prescriptive, et la proposition n’a pas été acceptée. La seule concession qui a été faite concerne la reprise des valeurs (moins contraignantes) figurant dans la version précédente de la norme (minimum de 5 à 6 verticales pour un chenal de largeur inférieure à 0,5 m), avec le commentaire suivant :

A des fins de continuité avec les précédentes versions de cette norme, les critères suivants peuvent être utilisés, mais le niveau d’incertitude du mesurage global sera beaucoup plus élevé.

Ce compromis ne satisfait pas la France, qui a voté contre le projet proposé lors de l’étape CD (Comittee Draft) et a fait remonter à nouveau des remarques lors de l’enquête publique. Cependant, étant donné que les autres experts du groupe de travail n’ont pas massivement appuyé la proposition française, et afin de ne pas bloquer le processus de révision de la norme, qui apporte par ailleurs des améliorations substantielles, la France a voté pour lors du vote au stade DIS (Draft for an International Standard), qui est la dernière étape au cours de laquelle des commentaires techniques peuvent être formulés.

Enfin, au titre des améliorations de la norme proposées par la France, on peut noter l’ajout d’un paragraphe détaillant la réalisation de verticales bathymétriques dans le protocole de mesure (§. 8.1.3) :

L’ajout de verticales bathymétriques sans mesurage de la vitesse constitue une méthode particulièrement utile, notamment pour les jaugeages avec la méthode de la vitesse superficielle et pour ceux réalisés dans des conditions où le débit est variable, mais aussi pour améliorer l’efficacité des jaugeages classiques.

Deux méthodes d’intégration de ces verticales dans le calcul du débit sont alors proposées :

1. Corriger la surface mouillée de chaque section en utilisant les verticales bathymétriques, sans modifier les vitesses estimées des sections ;

2. Estimer les vitesses manquantes aux verticales bathymétriques : plutôt qu’une simple interpolation linéaire, interpoler de façon linéaire les rapports $\frac{V}{\sqrt{H}}$ (proportionnels aux nombres de Froude locaux).

4. Révision de la norme ISO 24578 – Jaugeages ADCP

Début 2016, la commission X10C est consultée pour avis sur la création d’un nouveau projet (NP) ISO 24578 « Profileurs acoustiques à effet Doppler – Méthode et application pour le mesurage du débit en canaux ouverts » (titre anglais : « Method and application for measurement of flow in open channels ») au sein de l’ISO/TC 113/SC1 « Méthodes d’exploration du champ des vitesses ». L’inscription de ce nouveau sujet vise à transformer le rapport technique ISO 24578 en norme.

Ce rapport technique ISO/TR 24578 (2012), édité pour la première fois en 2012, fournit des recommandations relatives à l’utilisation des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler (ADCP) depuis des embarcations pour déterminer le débit d’écoulement à surface libre. Il décrit un certain nombre de méthodes de déploiement d’ADCP afin de déterminer le débit. Bien que, dans certains cas, ces mesurages visent à déterminer la relation hauteur-débit d’une station hydrométrique, l’ISO 24578 ne traite que de la détermination du débit. Les ADCP peuvent être utilisés pour mesurer divers paramètres, tels que le courant ou le débit d’un cours d’eau, les champs de vitesse de l’eau et la bathymétrie des chenaux (Le Coz et al., 2008).

La Figure 2 présente l’enchaînement des différentes étapes de révision de la norme ISO 24578 au sein de l’ISO, de l’approbation du nouveau projet (NP) et de son enregistrement au programme de travail du TC113/SC1 en avril 2016 à la publication de la norme internationale en mars 2021. Le processus aura duré 5 années.

Figure 2. Enchaînement des différentes étapes de révision de la norme ISO24578 au sein de l’ISO.

Il a été convenu que si le TR original devait être mis à jour selon une norme complète, le document final devait être général et ne contenir aucun détail opérationnel spécifique à des marques et modèles particuliers d’ADCP. De plus, les nouvelles technologies développées depuis 2012 devaient être intégrées au document. En conséquence, le projet a été préparé par le groupe de travail (WG) 11 sous l’animation du Japon et a été proposé aux membres de l’ISO/TC 113/SC 1 pour que le projet ISO 24578 passe directement au scrutin DIS en omettant le scrutin CD, ce qui a été accepté.

Toutefois, la commission X10C s’est positionnée défavorablement lors de la réunion de dépouillement de l’enquête publique de décembre 2019 sur l’avant-projet de norme, au même titre que la Suède et les États-Unis. En effet, la valeur de l’incertitude relative maximale admissible pour un jaugeage (MPRU¹ = 4.09%) est jugée trop restrictive et la méthode de détermination de cette valeur n’est pas explicitée. En France, un jaugeage est accepté même si la différence entre chaque transect est supérieure à cette valeur. Dans des conditions favorables (6 répétitions de transects, rapport entre débit extrapolé et mesuré jusqu’à 0.65 et conditions de débit constant), l’incertitude d’un jaugeage au niveau de confiance 95% peut être estimée à 5%. La commission X10C désapprouve cette condition d’acceptation du jaugeage. Elle souligne également l’importance de réaliser un nombre pair de transects, avec autant de traversées de la rive gauche à la rive droite, et inversement.

La norme internationale a été publiée en mars 2021 et a été reprise dans la collection nationale des normes AFNOR.

5. Perspectives

Dans la continuité des travaux engagés ces dernières années, la commission X10C va poursuivre l’examen des normes présentant un intérêt pour la communauté des hydromètres français et étudier l’intérêt de maintenir ou de réviser des normes qui seront nouvellement soumises à examen systématique.

La commission suivra également les nouveaux projets de normes, comme par exemple le projet sur la détermination de la concentration ou de la densité des sédiments en suspension et déposés dans les plans d’eau par des méthodes radiométriques, ou encore une nouvelle norme sur les mesures requises pour une gestion et un contrôle efficaces des sédiments dans les structures fluviales.

La commission X10C sera également attentive à l’inscription au programme de travail d’un sujet relatif aux méthodes sans contact pour mesurer les vitesses de surface et débits des cours d’eau, suite à la volonté de changer de statut un projet de rapport technique (pr ISO TR 24577) en une norme internationale.

6. Conclusion

Le dynamisme de la commission AFNOR X10C sur la normalisation en hydrométrie atteste de l’intérêt porté par la communauté hydrométrique sur la description et le partage des pratiques. Le périmètre de cette commission s’est élargi, avec l’intégration de la thématique sédimentaire et plus récemment des structures mesurant le débit. Des membres de la commission ont participé activement aux travaux de certains groupes de travail ISO sur des révisions de normes jugées stratégiques. À chaque fois qu’elle en a l’occasion, la commission porte les intérêts de la communauté des hydromètres français en mettant en avant ses pratiques et règles métier.

Pour autant, la rédaction d’une norme passe par un consensus au niveau international, ce qui implique de passer par des compromis et accepter que la norme ne soit pas le strict reflet de sa propre pratique. Si l’on souhaite que la position française et les propositions soient entendues, il faut alors participer activement dans les groupes de travail ISO dédiés, et ne pas hésiter à se rapprocher des autres membres du groupe de travail partageant les mêmes pratiques pour peser et emporter des décisions.

Pour conclure, on rappelle que la normalisation n’est pas le seul cadre structurant dans le domaine de l’hydrométrie. En France, on peut notamment citer la Charte Qualité Hydrométrie (Groupe Doppler Hydrométrie, 2017), qui inventorie les bonnes pratiques dans tous les domaines de l’hydrométrie.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier Aurélie Thiébaud, cheffe de projet normalisation à l’AFNOR, pour la relecture et les compléments apportés à cet article, ainsi que pour l’animation de la commission X10C, de même que son assistante Aurélie Idier pour l’appui administratif nécessaire au fonctionnement de la commission X10C. Les auteurs remercient également les membres de la commission X10C relecteurs de cet article, ainsi que les contributeurs aux enquêtes publiques.

Déclaration de divulgation

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Notes

1 Maximum Permissible Relative Uncertainty.