Estimation des débits liquides par des mesures sans contact.

Ce projet de master se propose d’analyser et d’évaluer des méthodes de quantification des débits d’eau en rivière pour des stations vélocimétriques impliquant des techniques de mesure sans contacts et non intrusives : mesure de vitesse de surface par radar (effet Doppler) et mesure de niveau d’eau par radar à impulsion. L’objectif général de l’étude consiste à réduire les incertitudes sur l’estimation des débits en analysant les relations entre la hauteur d’eau et la section mouillée d’une part et la vitesse de surface en un point et la vitesse moyenne dans la section mouillée d’autre part. Un objectif plus spécifique consiste à évaluer le potentiel à estimer directement les débits à partir des variables mesurées en continu in situ sans passer par la conventionnelle courbe de tarage. Enfin, cette approche innovante de mesure des débits en rivière peut permettre de suivre l’impact de l’évolution de la morphologie de cours d’eau sur la quantification du débit.

A partir d’une mesure du niveau d’eau et d’une vitesse de surface en un point, le calcul du débit dans la section requiert l’estimation de la surface mouillée et la distribution des vitesses à l’intérieur de cette surface mouillée. Il s’agit de calculer la vitesse moyenne dans la section en travers à partir de la seule mesure de la vitesse de surface en un point. Pour cela il est nécessaire de prévoir les distributions de la vitesse sur la profondeur de l’eau et sur la largeur de la rivière. Il faut disposer également de levers topographiques de la section en travers au niveau du site de mesure. Des mesures complémentaires telles que l’imagerie (LSPIV), les jaugeages par ADCP ou SVR (Surface Velocity Radar), les mesures en continu par V-ADCP, le suivi local du niveau du lit de la rivière par écho-sondeur sont disponibles pour répondre aux objectifs de cette étude. Il existe dans la littérature des méthodes empiriques telles que la méthode de la vitesse témoin, l’utilisation d’un coefficient standard (α=0.8-0.85) reliant la vitesse moyenne dans la profondeur à la vitesse de surface, l’utilisation d’une loi empirique de type parabolique, ou des méthodes numériques pour calculer la distribution des vitesses soit sur la verticale, soit dans la section.

Le travail proposé consistera à analyser à l’aide des méthodes et mesures décrites ci-dessus, des données issues de 6 stations vélocimétriques situées sur des rivières des Alpes, du Massif Central et de Corse, pour lesquelles nous disposons de chroniques continues de vitesse de surface et de hauteur de l’eau depuis plusieurs années. Le traitement des données pourra donner lieu au développement d’une application sous R, Matlab ou Python. Les résultats permettront d’une part, de valider le protocole de mesures, d’évaluer la précision de chacune des méthodes et d’autre part, de préciser les conditions d’utilisation in-situ afin de mieux quantifier les incertitudes associées aux mesures. Le travail tentera de proposer une méthode d’estimation directe des débits avec un recours limité aux jaugeages manuels. Des validations in-situ pourront être effectuées par la réalisation de mesures sur différentes rivières.

Ce sujet de master s’inscrit dans les thématiques de recherche des équipes CYME et HyDRIMZ de l’IGE.

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Pour candidater : Adresser un CV et une lettre de motivation par email à l’adresse ci-dessous :
michel.esteves ird.fr