Gestion des développements d'algues benthiques dans les canaux de transport d'eau : modèles pour des stratégies de régulation hydrauliques

Management of benthic algae developments in open-channel networks : models for hydraulic regulation strategies

• Auteur / Autrice : Ophélie Fovet
• Direction : Xavier Litrico
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydraulique
• Date : Soutenance le 14/12/2010
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Litrico, Roger Moussa, Alain Dauta, Gilles Belaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Myriam Bormans, Denis Dartus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydraulique

Mots clés libres

Modélisation

Hydraulique à surface libre

Hydrobiologie

Contrainte de cisaillement

Périphyton

Turbidité

Modeling

Open-channel hydraulics

Hydrobiology

Shear stress

Periphyton

Turbidity

Résumé

Les développements d'algues benthiques dans les canaux de transport d'eau induisent d'importantes contraintes pour la gestion des canaux de distri bution d'eau. Les nuisances physiques et chimiques associées à ces développements nécessitent des stratégies de gestion alternatives. La thèse étudie des méthodes pour la gestion de ces populations algale basées sur le contrôle hydraulique du système: les chasses hydrauliques. Ces opérations consistent à détacher une partie de la biomasse algale fixée en augmentant les contraintes de cisaillement exercées par le courant sur ces algues fixées au substrat. Leur remise en suspension, entraînant un pic de turbidité, doit également être maîtrisée. L'approche proposée vise à caractériser et modéliser les processus de développement, de détachement et de transport des algues lors de ces chasses hydrauliques. Des suivis expérimentaux de la croissance sont réalisés en mésocosme (à l'échelle de canaux réduits). Les suivis de biomasse permettent de caler un modèle de croissance de la couverture algale intégrant l'effet de l'hydrodynamique et de la s ensibilité des algues aux perturbations hydrodynamiques. Des stratégies de chasses sont ensuite expérimentées sur deux canaux de distribution d'eau en zone méditérannéenne. Un modèle de la dynamique des algues fixées et en dérive en réponse à une chasse hydraulique est ensuite élaboré sur la base de ces expérimentations, et calé sur les nuages de turbidité observés. Finalement, un cadre méthodologique basé sur un modèle linéaire est proposé pour des applications à la gestion en temps réel d'une variable de qualité : la turbidité. Deux approches de contrôle sont présentées : la commande en boucle ouverte et la commande adaptative qui permet de recaler les paramètres inconnus comme la biomasse initiale.

Algae developments in open-channel networks induce strong constraints for the network management. The physical and chemical nuisances linked to these developments require alternative management strategies. The thesis proposes an original method for these algae management based on the hydraulic control of the system using flushing-flows. These flushes consist in detaching a part of the fixed algae by increasing the hydraulic shear stress exerted on the biomass fixed on the substratum. The re-suspension of algae in the water column induces a turbidity peak which also has to be controlled. The proposed approach aims at characterizing and modelling the processes of algae development, detachment and transport during the flushes. Experimental monitoring of the growth phase is conducted in experimental flumes. The biomass samples are used to calibrate a model of algal growth which integrates the hydrodynamic effect and the algae sensitivity in the Med iterranean region. A model of the fixed and drift algae dynamics in response to a flush is then developed and calibrated on the observerd turbidity plumes. Finally, a control framework based on a linear model is proposed for the turbidity control during a flush. An open-loop control is first developed, then an adaptative feedback controller is tested to estimate unknown parameters such as initial biomass.