Thèse soutenue

Développement d’indicateurs de la dynamique spatio-temporelle sédimentaire d’un cours d’eau mesurés par acoustique passive
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Auteur / Autrice : Teodor Petrut
Direction : Cédric GervaisePhilippe Belleudy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
Date : Soutenance le 04/12/2017
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images Parole Signal Automatique / GIPSA-lab
Jury : Président / Présidente : Eric Larose
Examinateurs / Examinatrices : Alain Crave, Thomas Geay, Sébastien Zanker, Florent Gimbert
Rapporteurs / Rapporteuses : Dieter Rickenmann, Nicolas Rivière

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Cette thèse aborde le sujet du monitorage par acoustique passive dans les rivières pour la mesure du transport sédimentaire par charriage. La motivation de la recherche est l’utilisation d’hydrophones déployés dans un cours d’eau pour détecter et mesurer le bruit des sédiments transportés sur le fond de la rivière. La technique est très prometteuse grâce à la facilité de déploiement sur le terrain et aux coûts réduits mais elle est encore déficitaire en méthodologie sur la connaissance du bruit ambiant. Le bruit ambiant est un mélange de sources de bruit parmi lesquelles se trouve le bruit du transport par charriage des sédiments. La classification des bandes passantes des spectres acoustiques permet de séparer les différentes sources acoustiques. Dans cette thèse, on analyse la dynamique du charriage par l’analyse de la variabilité de la bande passante du charriage des spectres acoustiques. Cette variabilité peut être temporelle, sur des chroniques acoustiques, et spatiale sur des mesures en plusieurs points de la section de la rivière.La recherche commence par une analyse théorique sur les solutions analytiques des impacts hertziens entre deux sphères rigides ou entre une sphère et le fond considéré comme une plaque. La sensibilité des fréquences centrales et des pics spectraux est dominée premièrement par les dimensions des particules et secondement par la vitesse d’impact. La solution analytique est utilisée conjointement avec des distributions granulométriques pour définir un modèle linéaire d’addition des spectres. La forme du spectre ainsi modélisé dépend notamment par des caractéristiques statistiques de la distribution granulométrique et de la vitesse d’impact du modèle d’impact. Le modèle spectral est dans un état simplifié parce qu’on suppose une vitesse d’impact uniforme quelle que soit la dimension des particules en collision et également parce qu’on ne considère pas les effets de l’atténuation à cause de la diffusion ou l’absorption des ondes sonores.Le modèle spectral du charriage est utilisé par une méthode d’inversion des densités spectrales de puissances afin d’estimer la distribution granulométrique des sédiments transportés. La méthode d’inversion nommée « Non-Negative Least Square » est purement algébrique car elle est définie comme un problème au sens de moindres carrés avec une contrainte de positivité sur la solution. Les mesures sur deux rivières à graviers, Isère à Grenoble et la Drave, à Dellach en Autriche, donnent des résultats en concordance avec les mesures du transport sédimentaire. On a observé que l’inversion des spectres permet l’analyse de la dynamique des courbes granulométriques estimées tant spatiale (sur l’Isère à Grenoble) que temporelle (sur la Drave à Dellach).Le modèle de charriage est encore développé par l’intégration de la physique du transport sédimentaire, de l’hydraulique et de l’acoustique des impacts. Ce modèle vise l’analyse de spatialité et la temporalité des impacts dans une section de la rivière et donne une approche plus complète au modèle de charriage précédemment présenté. L’identification des spectres modélisés à des spectres simulés permet des modéliser les taux des impacts (et les flux sédimentaires) et la localisation de la bande principale de charriage dans la rivière de l’Isère à Grenoble.