Outil tendance HYPE

Afin de répondre aux exigences de la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) concernant la caractérisation de l’état des masses d’eau souterraines et l’évaluation du risque de non atteinte des objectifs environnementaux de la DCE  , l’outil HYPE a été développé : il permet l’étude statistique des chroniques d’évolution de la qualité des eaux souterraines et le calcul des tendances.

Contexte

La Directive 2000/60/CE et la Directive fille eaux souterraines 2006/118/CE mentionnent à plusieurs reprises la nécessité d’identifier, selon une approche statistique appropriée, les tendances d’évolution des concentrations en contaminants. L’objectif de gestion est d’inverser les tendances significatives à la hausse, les inversions devant être démontrées statistiquement.

Dans la perspective de la révision de l’état des lieux de 2013, les gestionnaires (des agences et des offices de l’eau) ont exprimé le besoin de disposer d’un outil leur permettant de mettre en œuvre les approches statistiques pertinentes à partir des données d’ADES.

L’outil HYPE a donc été développé en 2012 dans le cadre de la convention ONEMA-BRGM 2012-2013.

Aujourd’hui, l’outil HYPE est destiné à tous les professionnels intéressés par l’analyse statistiques des séries temporelles environnementales.

Principe

HYPE été développé avec le logiciel open source   R. Si l’installation de R est indispensable au fonctionnement de l’outil, aucune compétence en programmation n’est en revanche nécessaire pour son utilisation.
HYPE fait suite à plusieurs années d’études sur l’applicabilité des méthodes statistiques au domaine de la qualité des eaux souterraines et de tests sur des données théoriques et réelles (voir les rapports BRGM/ONEMA BRGM/RP-59515-FR et BRGM/RP-59931-FR).
Il intègre ainsi des méthodes statistiques sélectionnées en fonction de leur capacité à tester les données spécifiques sur l’évolution la qualité des eaux souterraines.
La procédure de traitement des données débute par l’analyse automatique des caractéristiques des chroniques (longueur, nombre de données, distribution, autocorrélation…). En fonction des conditions initiales du jeu de données ainsi identifiées, HYPE met en œuvre les méthodes les plus puissantes et robustes pour tester les hypothèses H0 de tendance (ie « pas de tendance »), de rupture et de saisonnalité. Les résultats sont rendus sous forme de tableaux accompagnés de graphiques.

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Exemple de résultat fourni par l’outil HYPE (BRGM)

Mise en œuvre

HYPE a été conçu pour traiter directement les données d’ADES (exports en format ASCII depuis les sites producteur ou public) mais il peut aussi être appliqué sur d’autres données, mises en forme à l’aide d’un tableur. Les calculs sont lancés via le logiciel R par l’écriture de commandes téléchargeables et décrites en détail dans le manuel d’utilisation : le rapport BRGM/ONEMA BRGM/RP-63066-FR). Les fichiers.txt sont attachés directement au document BRGM/RP-63066-FR.pdf.

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Accès aux fichiers .txt de l’outil HYPE (BRGM)

HYPE est composé de 2 modules principaux, faciles d’utilisation :

  • Le module « Caractérisation » permet de visualiser les chroniques d’évolution d’un ou plusieurs paramètres chimiques suivi(s) sur un ou plusieurs points de prélèvements. HYPE renvoie un résumé des principales caractéristiques de chaque chronique (moyenne, taux de quantification, longueur de la chronique…) facilitant ainsi leur comparaison.
  • Le module « Tendances et Ruptures » permet de déterminer la présence de tendances et/ou de ruptures significatives dans les chroniques étudiées. HYPE propose une représentation graphique des chroniques et des tendances et ruptures (changement de moyenne et inversion de pente) identifiées.

Trois modules additionnels sont implémentés dans l’outil afin de calculer les tendances régionales, saisonnières et de ré-échantillonner les séries chronologiques de manière pertinentes si besoin.

Résultats obtenus

HYPE a vu sa première utilisation d’envergure en 2012 afin de répondre aux exigences de la DCE concernant la caractérisation de l’état qualitatif des masses d’eau souterraines et l’évaluation du risque de non atteinte des objectifs environnementaux.
Des fiches décrivant les tendances d’évolution des concentrations en nitrate aux échelles des points de prélèvements et des entités hydrogéologiques ont été éditées pour chaque masse d’eau   de niveau 1 (voir le rapport BRGM/ONEMA BRGM/RP-61855-FR).
Vous pouvez télécharger les « fiches nitrates » éditées pour le bassin Seine-Normandie.

Ces fiches nitrates sont également accessibles :

Pour plus d’informations : consulter l’article en ligne sur le site du BRGM

Perspectives : Concernant la détermination des tendances d’évolution pour le calcul de l’état quantitatif des masses d’eau souterraine, un outil appelé ESTHER est en cours de développement, sous R lui aussi. ESTHER propose une architecture à peu près similaire à celle de HYPE avec néanmoins la prise en compte des spécificités liées au traitement des chroniques piézométriques (prise en compte de l’autocorrélation plus poussée par exemple). Le développement de cet outil est réalisé sur fond propre BRGM. La mise à disposition d’ESTHER est prévue pour la fin de l’année 2015.

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