Simulation du métabolisme de la Seine par assimilation de données en continu

par Shuaitao Wang

Projet de thèse en Géosciences et géoingénierie

Sous la direction de Nicolas Flipo et de Thomas Romary.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de GRNE - Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement , en partenariat avec Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne) (laboratoire) , Géosciences - Fontainebleau (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Le projet de thèse a pour objectif d'assimiler les mesures en continu d'oxygène dissous de la colonne d'eau afin de déterminer l'évolution temporelle des propriétés physiologiques des communautés d'espèces autotrophes et hétérotrophes. Ce projet répond à un double objectif. Le premier, cognitif, permettra de mieux appréhender les successions d'espèces, et par là-même, le métabolisme d'un fleuve soumis à une très forte pression anthropique. Le second, technique et opérationnel, vise à poser les bases d'un système garantissant, en temps réel, la pertinence des simulations prospectives du devenir de la qualité d'eau afin d'optimiser la gestion des filières de traitement des effluents. Le travail de thèse sera centré sur la Seine à la traversée de l'agglomération parisienne, pour laquelle, des jeux de données pluri-annuels des rejets urbains de temps secs et de temps de pluie sont disponibles, ainsi que des stations de suivis en continu de la qualité du fleuve (stations de mesure en continu mises en place dans le cadre du projet CARBOSEINE R2DS Ile-de-France 2011-2014, et réseau d'auto-surveillance du SIAAP). Le modèle ProSe, validé depuis l'amont de Paris, jusqu'à l'entrée de l'estuaire de la Seine (soit 220 km de fleuve simulés) sur une période de six années (2007-2012) sera mis en œuvre et utilisé comme modèle direct. Dans un premier temps une analyse de sensibilité des paramètres du modèle biogéochimique RIVE sera menée, et permettra de définir les règles d'assimilation des données dans une simulation du modèle ProSe qui couple un module d'hydrodynamique 1D résolvant les équations de Saint-Venant, avec un module de transport advectif, et le module biogéochimique RIVE. L'utilisation de cette plate-forme permettra alors de réanalyser le fonctionnement du système sous l'angle de la variabilité des paramètres physiologiques des communautés. Une telle analyse n'a jamais été réalisée à l'échelle pluri-annuelle proposée ici et devrait permettre une étude approfondie des concepts écologiques sous-tendant le modèle RIVE.

  • Titre traduit

    Simulation of metabolism of Seine River by continuous data assimilation


  • Résumé

    The aim of the thesis is to assimilate continuous measurements of dissolved oxygen in the water column in order to determine the temporal evolution of the physiological properties of the communities of autotrophic and heterotrophic species. This project has two objectives. The first will allow us to better understand the successions of species and the metabolism of a river submitted to strong anthropic pressure. The second aims to lay the foundations for a system guaranteeing the relevance of prospective simulations of water quality in real time for optimizing the management of effluent (wastewater) treatment process. The thesis work will focus on the Seine River at the crossing of the Parisian conurbation, for which multi-annual datasets of urban discharges during dry and rainy weather are available, as well as continuous monitoring stations that measure water quality (continuous measurement stations set up under the CARBOSEINE R2DS Ile-de-France 2011-2014 project, and the SIAAP self-monitoring network). The model ProSe, validated from the upstream of Paris, to the entrance of the estuary of the Seine River over a period of six years (2007-2012) will be implemented and used as a direct model. In a first step, a sensitivity analysis of the parameters of the biogeochemical package RIVE will be carried out and will allow to define the data assimilation methods in a simulation of ProSe model which couples a 1D hydrodynamic module solving Saint-Venant equations, with an Advective transport module, and the biogeochemical module RIVE. The use of this platform will then make it possible to re-analyze the functioning of the system in terms of the variability of the physiological parameters of the communities. Such an analysis has never been carried out on the multi-annual scale proposed here and should allow an in-depth study of the ecological concepts underlying the RIVE model.