Mesure hydro-acoustique des gradients de sables en suspension dans les grands cours d'eau

par Adrien Vergne

Projet de thèse en Océan, Atmosphère, Hydrologie

Sous la direction de Jérôme Le coz.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Terre, Univers, Environnement , en partenariat avec IRSTEA Lyon (laboratoire) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'estimation des flux de sable transportés en suspension hétérogène par les cours d'eau se heurte à deux grandes sources d'incertitude : d'une part sa forte variabilité temporelle, et d'autre part des gradients verticaux (et latéraux) au sein de la section couvrant plusieurs ordres de grandeur. La thèse de Stephanie A. Moore (2008-2011) a confirmé les avantages des technologies hydro-acoustiques (ADCP, ABS) pour mesurer ces forts gradients spatio-temporels, ainsi que l'intérêt de développer des méthodes d'inversion plus physiques, tenant compte de la granulométrie des mélanges de particules, afin d'être plus robustes et moins sensible aux données de calage. L'idéal serait en effet de pouvoir déduire des nombreux jaugeages ADCP réalisés sans prélèvements des informations fiables sur les gradients de sables, à partir d'hypothèses maîtrisées et réalistes sur les granulométries. Différentes campagnes de mesure sur les grands cours d'eau (Rhône, Mékong, Amazone) nous prouvent la nécessité de développer des solutions adaptées à des mélanges de populations sédimentaires bi-modales, en distinguant la suspension homogène fine de la suspension de sables fortement graduée. L'objectif de cette thèse est donc de développer de telles méthodes acoustiques pour les capteurs ADCP courants en hydrométrie et pour les capteurs scientifiques AQUASCAT (rétrodiffusion multi-fréquence à haute résolution temporelle). Ces derniers permettront de réaliser des tests en laboratoire dans le hall hydraulique d'Irstea Lyon afin de valider les méthodes acoustiques pour différentes concentrations et mélanges granulométriques. La méthode sera appliquée aux données disponibles sur le Rhône, le Mékong, et l'Amazone afin d'en déterminer la robustesse et d'en évaluer les incertitudes.

  • Titre traduit

    Hydroacoustic measuring of suspended sand gradients in large rivers


  • Résumé

    Estimating the fluxes of sands transported in graded suspension in streams is challenged by two major sources of uncertainty: the high temporal variability of fluxes; and vertical (and lateral) gradients throughout the cross-section that cover several orders of magnitude. In her PhD work, Stephanie A. Moore (2008-2011) confirmed the advantages of hydroacoustic technologies (ADCP, ABS) for measuring such marked spatio-temporal gradients, as well as the interest of developing more physical inversion methods that account for the grain size distribution of particle mixtures in order to be more robust and less sensitive to calibration data. Ideally indeed, reliable information on sand gradients could be inferred from the numerous ADCP stream gaugings that come without water samples, based on realistic assumptions on grain size distributions. A range of measurement campaigns in large rivers (Rhône, Mekong, Amazon) proved that developing solutions accounting for bimodal sediment mixtures, with distinction of fine homogeneous suspension vs. highly graded sand suspension, is required. This PhD proposal aims at developing such acoustic methods for ADCP instruments commonly used for hydrometry and for AQUASCAT scientific instruments (high-resolution multi-frequency backscattering). The AQUASCAT will be tested in the Irstea Lyon flume in order to validate the acoustic methods for different concentrations and polydisperse mixtures. The method will be applied to available data from the Rhône, the Mekong and the Amazon for determining its robustness and evaluating the associated uncertainties.