Validation d’une technique de jaugeage low tech/low-cost adaptée aux écoulements lents

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Les mesures de débit des cours d’eau (ou « jaugeages ») sont une donnée essentielle pour toute étude ou prise de décision en lien avec les ressources en eau, les risques liés à l’eau et les milieux aquatiques. Dans le contexte du changement climatique, une augmentation de la quantité et de la qualité des mesures des bas débits est de plus en plus souvent requise. Or les débits d’étiage sont parmi les plus difficiles à mesurer avec une incertitude relative réduite. Parmi d’autres difficultés, la mesure d’écoulements lents (<10 cm/s) voire très lents (<5 cm/s) est très compliquée avec les dispositifs de jaugeage existants.

Ces dernières années, l’équipe Hydraulique des rivières (INRAE, UR RiverLy, Villeurbanne) a mis au point et diffusé la règle à jauger (Le Coz et al., 2024), basée sur une technique de jaugeage à pied low-cost et surtout low-tech (Pike et al., 2016), qui a été prise en main par de nombreux acteurs en France et dans le monde (voir les détails ici : https://riverhydraulics.riverly.inrae.fr/outils/instrumentation/regles-a-jauger). Mais la principale limitation de la règle à jauger est son manque de sensibilité, et donc ses fortes incertitudes, pour les faibles vitesses (<20 cm/s). 

Une technique low-cost et low-tech, tombée dans un oubli relatif mais potentiellement capable de mesurer précisément des vitesses faibles, est le « Dipping bar », introduite par Jens (1968) et dont nous disposons de deux exemplaires. Parasiewicz et al. (1998) en ont proposé une version « électronique » mais la version originale purement mécanique est plus avantageuse pour notre objectif. Il s’agit d’une simple balance de force (cf. Figure 1) avec laquelle le moment exercé par l’eau sur un obstacle (une tige profilée pour compenser l’effet de levier) est annulé et mesuré : une relation d’étalonnage à base physique permet de calculer la vitesse moyenne sur la verticale. 

En 2025, le stage d’Anne-Lou Borgna a montré que la Dipping Bar ne permet pas de mesurer précisément des vitesses inférieures à 20 cm/s. Plusieurs modifications ont été apportées pour aller vers un instrument plus simple et plus adapté à la mesure des faibles vitesses. Les essais réalisés en canal de laboratoire et sur le terrain avec différents prototypes ont confirmé la capacité de la « balance à jauger » à mesurer des vitesses comprises entre 5 et 30 cm/s avec une incertitude de l’ordre de 10%. En 2026, un modèle opérationnel a été mis au point entre INRAE et la société AAIS, pour produire une première série diffusable auprès de services d’hydrométrie volontaires pour réaliser des mesures comparatives en conditions de jaugeage d’étiage. Ces données et retours visent à valider (ou améliorer) l’instrument, quantifier les incertitudes en profondeur, vitesse et débit, et préparer une publication scientifique de référence.

Cette action de recherche s’inscrit dans les volets Hydrométrie des conventions DGPR/INRAE (Prévision des inondations) et OFB/INRAE (Débits minimum biologiques), actions de recherche et développement pour les services hydrométriques et de Police de l’Eau opérationnels en France.

Objectifs du stage

Ce stage vise à valider le prototype stabilisé (2026) de balance à jauger, basé sur le principe de la Dipping bar de Jens (1968) et modifié pour le jaugeage des écoulements lents (5-30 cm/s). Les objectifs suivants seront poursuivis :

• Compilation des essais comparatifs en conditions réelles, avec différentes mesures de référence, réalisés par les services hydrométriques partenaires
• Essais complémentaires en canal hydraulique (HHlab, INRAE) et sur le terrain
• Estimation de la relation d’étalonnage donnant la vitesse moyenne sur la verticale, et de son incertitude, par inférence bayésienne (outil INRAE BaM!)
• Mise à jour de la formule de propagation des incertitudes (adaptée de celle des règles à jauger) et implémentation dans la feuille de calcul du débit
• Amélioration de l’instrument (ergonomie, précision, conditions d’application…)
• Contribution à la rédaction d’un article scientifique

Le ou la stagiaire sera formé(e) aux techniques de jaugeage et accompagné(e) pour la réalisation des essais en laboratoire et sur le terrain par des techniciens et ingénieurs du Pôle Métrologie de l’équipe Hydraulique des Rivières d’INRAE.

Formations et compétences recherchées

• Master 2 ou TFE école d’ingénieur
• Formation en hydraulique et/ou hydrologie, intérêt pour l’hydrométrie et la métrologie, goût pour le travail d’équipe et pluridisciplinaire
• Logiciels scientifiques, bonne communication orale et écrite

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation