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L’observatoire ORACLE comporte divers équipements scientifique afin d’effectuer des mesures hydrologique, hydrogéologique, chimique, météorologique et pédologique.
- Stations limnimétriques
Toutes les stations limnimétriques (10 stations) d’ORACLE sont aménagées. Chaque station est équipée d’un déversoir (rectangulaire à seuil plat ou triangulaire isocèle) et d’une échelle limnimétrique de référence. Chaque station est munie d’un limnimètre à flotteur doublé d’un capteur à ultrasons placés dans un puits de tranquillisation relié au cours d’eau, pour éviter toutes perturbations lors des mesures. Les mesures de hauteur d’eau, dans les différents cours d’eau considérés, sont enregistrées et télétransmises au gestionnaire du parc métrologique d’ORACLE. Une courbe d’étalonnage est réalisée et mise à jour à partir de jaugeages effectués régulièrement à chaque station. Les points de la courbe de tarage et les hauteurs d’eau mesurés en continu (toutes les heures et toutes les 5 minutes en période de crue) sont enregistrés sur la banque nationale de données hydrométriques, gérée par la Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable, la banque HYDRO. Les 10 stations limnimétriques d’ORACLE sont capables de mesurer des valeurs de débit comprises entre 0,01 et 1000 m3/s avec un ordre de grandeur d’erreur moyenne de 5%. La spatialisation des mesures de débit est représentative de la spatialisation des ordres de Strahler rencontrés sur ORACLE. Une mesure de débit est effectuée à l’exutoire de chaque sous-bassin versant d’ORACLE.
- Stations pluviométriques
Les données pluviométriques sont acquises via 9 pluviomètres à augets basculeurs, tous équipés d’un système enregistreur et télé-transmetteur DANAE/RTC ou DANAE/GMS (Alcyr). Pour principe, la pluie tombe dans un réceptacle puis s’écoule dans un des deux compartiments de l’auget basculeur. Lorsque l’eau de l’un des compartiments atteint 0,2 mm, l’auget bascule et le deuxième compartiment se met en place sous le réceptacle. Chaque inclinaison de l’auget est enregistrée. Une fois les données consignées, l’eau se déverse dans la partie inférieure de l’auget et est récupérée par un seau jaugé. Une procédure de contrôle et d’entretien des pluviomètres a été mise en place à INRAE. Un contrôle mécanique et électrique, ainsi qu’un test de mesure sont réalisés annuellement. Une procédure semi-automatisée est utilisée pour la validation des mesures pluviométriques. La comparaison entre les mesures seau et les mesures acquises par le pluviomètre constitue une première validation des données. Chaque période de mesure d’un pluviomètre est également comparée au cumul de l’ensemble des mesures effectuées sur les autres pluviomètres d’ORACLE sur cette même période. Enfin, les mesures sont aussi comparées aux quartiles inférieurs et supérieurs calculés à partir des mesures pluviométriques effectuées sur l’ensemble des années mesurées depuis 1962. L’ordre de grandeur d’erreur moyenne est de 10 %. La spatialisation des mesures pluviométriques résulte d’une bonne connaissance de la répartition des lames d’eau étudiée depuis 1962 sur ORACLE. De plus les mesures de pluies sont également effectuées à travers le maillage SAFRAN mis en place par Météo-France.
- Stations piézométriques
Un ensemble de stations piézométriques (piézomètres et puits) permettent d’étudier la battance des deux nappes pré »sentes sur l’observatoire ORACLE (les nappes du calcaire de Brie et de Champigny). Sur chacun de ces piézomètres, un enregistreur de niveau (Diver chez SDEC ou CTD cher OTT ) a été mis en place. Actuellement les données sont validées par une inter-comparaison entre les variations des hauteurs d’eau des piézomètres et les événements pluvieux de l’Observatoire. La précision des mesures piézométriques est de ± 0,05%, avec une résolution de 0,01% (valeur du constructeur). Les relevés piézométriques sont effectués principalement sur l’un des sous-bassins de l’Orgeval. Le niveau de la nappe est pris en compte en un point, sur chaque sous-bassin de l’Orgeval. De plus, un transect piézométrique (7 piézomètres de 10 à 30 m de profondeur) à été installé par la Fédération d’Ile-de-France de Recherche en Environnement (FIRE) sur le sous-bassin des Avenelles au cours de l’année 2008.
- Stations de mesure de qualité des eaux
La qualité des eaux est mesurée sur les eaux de pluie du bassin, les eaux de surface, les eaux de drainage, les eaux de nappe et de source. Les eaux de surface sont échantillonnées à l’aide de préleveurs automatiques toutes les 24h. Les autres prélèvements d’eau (pluies, nappes, sources, drains) sont effectués manuellement, lors de la tournée hebdomadaire, voir bihebdomadaire. Les échantillons sont stockés sur place à 4°C avant d’être acheminés au Laboratoire de Chimie du INRAE d’Antony qui suit une démarche Qualité et garantit ainsi la fiabilité des mesures. Sur l’ensemble des échantillons, le NH4, NO3, NO2, PO4 et les Chlorures sont analysés par spectrophotométrie automatisée en flux continu (Quaatro39 Seal-Analytical). Sont également analysés le carbone organique et inorganique dissous à l’aide d’un TOC Analyser (TOC-L CPN de Shimadzu). Pour certains échantillons, la conductivité a également été mesurée directement à l’aide d’un conductimètre (WTW LF 538). De la même manière que pour les mesures de débit, la spatialisation des mesures de qualité des eaux de surface est représentative de la spatialisation des ordres de Strahler rencontrés sur ORACLE. Des mesures de qualité d’eau sont effectuées à l’exutoire de chaque sous-bassin versant d’ORACLE. Des mesures de qualités des eaux à l’exutoire de sous-bassins essentiellement agricoles ou essentiellement forestiers sont également effectuées afin d’évaluer l’effet du couvert forestier sur la diffusion de la pollution agricole.
- Station météorologique
Une station météorologique complète gérée par INRAE à été installée sur ORACLE et deux autres stations gérées par Météo-France sont situées dans un environnement proche. Ainsi, les données météorologiques sont acquises depuis 1962. Une partie de ces mesures est aujourd’hui télétransmise à Météo-France qui renvoie les données validées à INRAE. Météo-France fournit en plus des données ainsi validées, des données journalières calculées d’évapotranspiration potentielle (ETP). La validation se fait ici par inter-comparaison avec les données provenant des deux stations météorologiques les plus proches.
- Stations de mesure d’humidité des sols
Les mesures d’humidité du sol sur plusieurs profondeurs en un même site (11 profondeurs différentes de 5 cm à 155 cm) sont acquises par une méthode de réflectométrie (TDR-Trase chez Sols-Mesures ). Les mesures d’humidité du sol en surface (0-5 cm de profondeur) sont acquises par des sondes « Thêta » (ML2X chez Sols-Mesures) qui donnent une valeur moyenne de l’humidité, toujours par réflectométrie, sur l’ensemble de la longueur des électrodes (5 cm). Ces méthodes permettent de mesurer des humidités avec une résolution de 1 % et une précision de la mesure de ± 3 % (valeurs du constructeur). Actuellement, il existe trois points de mesure d’humidité du sol, sur plusieurs profondeurs, situés sur le bassin versant de l’Orgeval, au nord du Petit Morin et au sud du Grand Morin. Trois stations de mesure de l’humidité des sols en surface sont situées sur le bassin du Grand Morin.
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The ORACLE observatory includes various scientific equipments in order to carry out hydrological, hydrogeological, chemical, meteorological and pedological measurements.
- Limnimetric stations
All ORACLE limnimetric stations (10 stations) are equipped with a weir (rectangular- or triangular- profile weir) and with a reference staff gage. Each station is provided with a float gage backed up with supersonic echo sounder placed in a stilling well connected with the river, to avoid all disturbances during measurements. Stage measurements, in the various considered streams, are recorded and remotely transmitted to the manager of the ORACLE metrological park. Rating curve is carried out and updated from regular gauging carried out at each station. Rating curve points and continuous stage measurements (every hour and every 5 minutes in flood period) are recorded on the national hydrometric data bank (banque HYDRO), managed by the Ministry for Ecology and Sustainable Development.The 10 limnimetric stations of ORACLE are able to measure flow values ranging from 0.01 to 1000 m3/s with an average error of 5%.Spatialization of flow measurements is representative with spatialization of Strahler orders met on ORACLE. A flow measurement is carried out on outlet of each ORACLE sub-catchment.
- Precipitation stations
Rainfall data are acquired via 9 precipitation gages with rocking troughs, all equipped with a recording system and remote-transmitter DANAE/RTC and DANAE/GSM (Alcyr). Rain falls into a receptacle and runs out in one of the two compartments of the rocking trough. When water of one of the compartments reaches 0.2 mm, trough rocks and the second compartment is set up under the receptacle. Each tilt of the trough is recorded. After recording, water flows in the lower part of the trough and is recovered by a gauge bucket.
Audit and maintenance process of the precipitation gages was set up at INRAE. A mechanical and electric control, as well as a measurement test is carried out annually.
An semi-automated procedure is used for validation of rainfall measurements. The comparison between bucket measurements and measurements acquired by the precipitation gage constitutes a first data validation. Each period of measurement of a gage is also compared with total measurements taken on the other precipitation gages over this same period. Lastly, measurements are also compared with the lower and higher quartiles calculated from rainfall measurements since 1962. Average error of rainfall measurements is about 10%.
Spatialization of precipitation stations results from a good knowledge of runoff distribution studied since 1962 on ORACLE. Moreover, rain measurements are also taken through the SAFRAN grid set up by Meteo-France.
- Piezométric stations
A set of piezometric stations (piezometers and well) make it possible to study the hydrolic grade line of the two ORACLE aquifers (Brie and Champigny aquifer). On each one, piezometric probe was installed (Diver from SDEC and CTD from OTT).
Currently, data are validated by intercomparison between the variations of hydrolic grade line and rainfall events of the Observatory. Precision of piezometric measurements is of ± 0,05%, with a resolution of 0.01% (value of the probes manufacturer).
Even if there is a piezometric station for each Orgeval sub-catchment, there is a principal transect of piezometer (7 piezometers from 10 to 30 m of depth), localized on the Avenelles sub-catchment and installed by the Ile-de-France Federation of Research in Environment (FIRE) during the year 2008.
- Water sampling
On the observatory, water quality is monitored through rain, surface and drainage waters, but also through water table and source water.
Surface waters are sampled using automatic samplers every 24 hours. Other water samplings (rainfall, water table, source, drains) are carried out manually and weekly by the technician of research. All samples are stored on the INRAE site (Boissy-le-Châtel) at 4°C before being conveyed to the Chemistry laboratory (INRAE –Antony) which follows a quality step and guarantees measurements reliability.
All samples are analyzed by continuous flow automated spectrophotometry (Quaatro39 from Seal Analytical) for NH4, NO3, NO2, PO4 and chlorides concentrations. Dissolved organic and inorganic carbon are also analyzed using a TOC analyzer (TOC-L CPN from Shimadzu). Conductivity is measured directly using a conductimeter (WTW LF 538).
Spatialization for the water quality is representative of the discharge measurements (Strahler order) and takes place at each outlet of the observatory sub-catchment. Measurements of surface waters qualities allow us to evaluate the discharge of agricultural, forester and mixed sub-basins.
- Meteorological station
Complete meteorological station, managed by INRAE since 1962, and two stations managed by Meteo-France are located on the Observatory or in close vicinity.
Part of INRAE measurements is today remotely transmitted to Meteo-France which returns validated data. Meteo-France provides besides validated data, calculated data of potential evapotranspiration (PET). Validation is done here by intercomparison with data of the two closest meteorological stations.
- Soil moisture stations
Soil moisture measurements, on several depths in the same site (11 depths from 5 to 155 cm) are acquired by a method of reflectometry (TDR-Trase from Sols-Mesures). Soil moisture measurements of the surface (0-5 cm of depth) are acquired by “Theta” probes (ML2X from Sols-Mesures) which give a median value of moisture, always by reflectometry, on the whole length of the electrodes (5 cm).
These methods make it possible to measure moistures with a resolution of 1% and a measuring accuracy of ± 3 % (values of the manufacturer). Currently, there exist three points of soil moisture measurements by TDR, located on the ORACLE observatory (Orgeval catchment area, in the north of the Petit Morin catchment and in the south of the Grand Morin catchment). Three measuring sites of surface soil moisture are located on the Grand Morin catchment.
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