Mohamad NASR

soutenance en 2023

Développement de la mesure acoustique passive du charriage en rivière

Development of an acoustic method for bedload transport measurement in rivers

Encadrants/Supervisors : Alain RECKING, Thomas GEAY (ONF-RTM) et Sébastien ZANKER (EDF)

Résumé
Le suivi du transport solide en rivière est essentiel pour l’étude de la morphodynamique fluviale. Cette thèse s’intéresse à la mesure du charriage par la méthode d’acoustique passive. Le bruit auto-généré (SGN) des particules lorsqu’elles s’entrechoquent entre elles ou avec le lit de la rivière est mesuré avec un hydropone, puis ce signal est analysé et transformés en flux solide. Bien que la surveillance par hydrophones a été largement étudiée au cours des dernières décennies , de nouveaux développement et des validations étaient nécessaires, ce qui a motivé cette thèse.Dans un premier temps, le travail a consisté à valider une courbe de calibration mettant en relation les valeurs moyennes de SGN mesurés par la méthode de cartographie acoustique (l’hydrophone monté sur un radeau est utilisé en dérive depuis un pont pour scanner différentes verticales sur la section) et les flux charriés. Pour cela une campagne de terrain a permis de collecter 17 jeux de données comprenant des SGN et les flux de charriage associés, sur 8 rivières différentes. Les résultats des tests ont montré une bonne performance de la courbe de calibration globale. En outre, ces nouvelles données ont contribué à l’amélioration considérable de la courbe d’étalonnage.Dans un second temps, un modèle physique pour le SGN du charriage a été constuit afin de mieux comprendre la relation entre le SGN et le flux de charriage. Le modèle suppose conus le flux transporté et les conditions locales telles que la géométrie, les conditions d’écoulement et l’environnement de propagation acoustique. Les tests du modèle sur différentes configurations ont montré que le SGN ne dépend pas seulement du flux de charriage mais aussi d’autres paramètres, en particulier l’environnement de propagation de la rivière.Suite aux résultats théoriques et de terrain, une nouvelle approche a été proposée pour améliorer la qualité des SGN, en en éliminant l’effet de propagation de la rivière. A l’aide d’un algorithme d’inversion acoustique et d’un modèle de propagation calibré sur le terrain, cette approche calcule le signal source du SGN du lit (signal émis au niveau du lit de la rivière). Les signaux de source SGN inversés ont montré une meilleure corrélation avec le flux de charriage mesuré qu’avec les signaux SGN mesurés. Une nouvelle courbe de calibration globale utilisant le signal source SGN inversé a été proposée.Enfin, la thèse s’est intéressée au suivi de charriage par acoustique passive continue à l’aide d’hydrophones fixes (en berge). Les deux courbes de calibration globale (inversée et non-inversée) ont été testées sur deux rivières du sud-est de la France. La comparaison avec les volumes transportés estimés à partir de relevés bathymétriques dans les zones de dépôt montrent des résultats cohérents avec la courbe de calibration globale inversée, et une surestimation avec la courbe de calibration non inversée. Les résultats de cette thèse fournissent de nouveaux outils pour améliorer le suivi du charriage avec la méthode acoustique passive, bien que de nouveaux tests de validation soient encore nécessaires.