Suivi de la turbidité et des concentrations de matières en suspension dans les rivières par imagerie hyperspectrale

Descriptif du stage
La compréhension de l’érosion et du transport sédimentaire revêt des enjeux importants en termes de gestion des ressources en sols et eaux au sein de la zone critique. L’érosion hydrique est considérée comme la principale menace pesant sur les sols en générant des pertes irréversibles. Le transfert des matières en suspension (MES), vers l’aval pose des problèmes de dégradation de la qualité des rivières par colmatage du fond et constitue également un vecteur privilégié du transport de nutriments, contaminants ou pathogènes (Owens et al., 2005). Les transferts particulaires sont par ailleurs très sensibles aux changements d’usage des terres, aux aménagements ainsi qu’aux changements d’occurrence et de sévérité des précipitations.
Le transport solide en rivière étant très intermittent, la compréhension, la surveillance et la gestion de la dynamique des MES implique des mesures en continu (Meybeck et al., 2003 ; Vercruysse et al., 2017). Que ce soit dans les réseaux de mesure opérationnels ou académiques, ces mesures sont la plupart du temps réalisées par des turbidimètres optiques immergés dans l’écoulement. Lorsque ces turbidimètres sont associés à des préleveurs automatiques qui permettent de collecter des échantillons d’eau lors des crues, des mesures de concentrations en MES peuvent être réalisées a posteriori en laboratoire et des relations de calibration entre la turbidité mesurée en rivière et les concentrations en MES peuvent être construites. En combinant les séries temporelles de concentrations en MES ainsi obtenues avec des séries temporelles de débits liquides, il est possible de calculer des flux de MES qui transitent dans les rivières.
Cependant les mesures réalisées par les turbidimètres sont spatialement ponctuelles et ne permettent pas forcément de capturer toute la variabilité des concentrations d’une section de rivière. De plus, comme tous capteurs immergés, les turbidimètres peuvent être sujets à des phénomènes d’envasement, de destruction lors de fortes crues ou de dérives liées à des dépôts sur les optiques, ce qui nécessite des maintenances sur site et peut amener à des mesures invalides. L’utilisation d’imageurs hyperspectraux déportés de l’écoulement présente donc des atouts intéressants pour s’affranchir des problèmes listés précédemment et fournir des séries spatiotemporelles de turbidité ou de concentration en MES en complément ou en remplacement de celles fournies par les turbidimètres optiques.
Dans le cadre du projet Terra-Forma qui vise à développer de nouvelles générations de capteurs de l’environnement, une caméra hyper-spectrale compacte et snapshot, adaptée à la mesure de signatures spectrales en réflectance dans les domaines visible à proche infra-rouge (400-1000 nm), a été développée à l’IPAG (Gousset et al., 2025). Un prototype a été installé en juillet 2025 au niveau de la station de mesures hydrosédimentaires sur l’Isère au niveau du campus de Saint Martin d’Hères et acquiert des images toutes les dix minutes.
L’objectif général du stage est donc d’évaluer dans quelles mesures les images acquises par la caméra hyper-spectrale permettent-t-elles d’assurer un suivi en continu de la turbidité et/ou des concentrations en MES dans l’écoulement. Le travail de stage s’organisera en différentes étapes qui consisteront à :
• réaliser une petite synthèse bibliographique sur l’utilisation des mesures hyper-spectrales pour le suivi du transport solide en suspension en rivière,
• analyser de manière critique le jeu de données hyper-spectral acquis depuis Juillet 2025 au niveau de la station de mesure sur l’Isère au campus de Saint Martin d’Hères et enrichir le cas échéant le protocole de mesure en le testant lors de campagnes de mesures ponctuelles de terrain,
• identifier des signatures spectrales corrélées à la turbidité et aux concentrations de MES mesurées indépendamment par la station,
• proposer une approche permettant de quantifier la turbidité et les concentrations de MES en continu sur la base des spectres de réflectance mesurés par la caméra.

Lieu du stage :
Institut des Géosciences de l’Environnement à Grenoble
Encadrants :
C. Legoût (IGE, cedric.legout univ-grenoble-alpes.fr), S. Gousset (IPAG, silvere.gousset univ-grenoble-alpes.fr), S. Barnola (IPAG, samuel.barnola univ-grenoble-alpes.fr) avec des contacts réguliers avec C. Rousseau, responsable technique de la station Grenoble-Campus (christophe.rousseau@@grenoble-inp.fr).
Durée :
4 à 6 mois entre février et Aout 2026
Profil recherché :
Master ou ingénieur de niveau BAC+4 ou BAC+5
Compétences requises :
Maitrise d’au moins un outil de programmation (R, Python ou matlab).
Avoir de bonnes aptitudes relationnelles et le gout du travail en équipe.
Connaissances en optique et/ou spectroscopie.
Connaissances en traitement du signal et/ou d’images.
Candidatures :
CV et lettre de motivation à envoyer par mail aux encadrants.
Références :
Owens P.N., Batalla R.J., Collins A.J. et al. 2005. Fine-grained sediment in river systems : environmental significance and management issues. River research and applications 21:693-717.
Meybeck et al. 2003. Global variability of daily total suspended solids and their fluxes in rivers. Global and Planetary Change, 39(1–2), 65–93. https://doi.org/10.1016/S0921-8181(03)00018-3
Vercruysse et al. 2017. Suspended sediment transport dynamics in rivers : Multi-scale drivers of temporal variation. Earth-Science Reviews 166 : 38-52.
Gousset, S., Legout, C., Choler, P., Barnola, S., Longuevergne, L., & Voisin, D. 2025. Development and testing of a hyperspectral camera network to monitor plant canopies and sediment transport dynamics. In ARPHA Conference Abstracts (Vol. 8, p. e152517). Pensoft Publishers.