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Valentin WENDLING

soutenance le 6 février 2015

par Philippe BELLEUDY - 3 mars 2015

Caractérisation des agrégats et des flocs en rivières : développement instrumental et application aux bassins versants montagneux.

directeurs de thèse : Cédric Legoût - Nicolas Gratiot

L’évolution des caractéristiques des particules en suspension au cours de leur transfert au sein des bassins versants est encore mal connue. Ceci limite actuellement notre aptitude à prédire correctement l’érosion ou les flux de matières en suspension (MES) et rend difficile la proposition de pratiques de gestion adaptées aux réglementations en vigueur. A partir d’expériences en milieu contrôlé, nous avons montré que les particules de sols ont tendance à se désagréger en milieu turbulent. Il semble de plus qu’une augmentation de la concentration en suspension accélère cette désagrégation et conduise à des particules plus fines. Même si l’évolution des particules à l’échelle horaire semble rester de second ordre derrière les caractéristiques des sols sources, il est indispensable de pouvoir vérifier si les particules en suspension se comportent de la même manière en conditions naturelles où des interactions complexes entre processus peuvent avoir lieu. Cependant l’absence de méthode de mesure permettant le suivi des propriétés de transport des sédiments en écoulements très concentrés (de 1 plusieurs centaines de grammes par litre) dans les bassins élémentaires limite notre capacité à hiérarchiser les processus à considérer pour modéliser le transfert sédimentaire ou améliorer la gestion opérationnelle des sédiments. Afin de répondre à ce besoin instrumental, nous avons développé un Système de Caractérisation des Agrégats et des Flocs (SCAF). Cet instrument est conçu pour être incorporé dans les stations de suivi hydro­ sédimentaire. La mesure est réalisée immédiatement après prélèvement d’un échantillon de la suspension à caractériser par une série de capteurs optiques qui suivent l’évolution de l’absorbance optique durant la sédimentation de l’échantillon. Nous proposons une méthode de traitement des données optiques donnant accès à la distribution des vitesses de chute de la suspension ainsi qu’à un indice de floculation qui renseigne sur la capacité des MES à floculer durant leur sédimentation. Les distributions de vitesses de chute mesurées sont validées sur une large gamme de matériaux et de régimes de sédimentation, afin de couvrir la variabilité des types de matériaux et des concentrations observées en milieu naturel. Pour des sédiments non cohésifs ou floculant peu durant leur sédimentation les mesures du SCAF s’ajustent sur celles issues des autres méthodes. Pour les suspensions qui floculent durant leur sédimentation, la plupart des méthodes de mesure classiques conduisent à des vitesses de chute non représentatives de la suspension. Nous avons montré que les variations des propriétés optiques des matières en suspension lors de leur floculation impactent nos mesures. La méthode proposée permet cependant de quantifier l’augmentation des vitesses de chute avec la floculation, et d’encadrer l’incertitude des mesures. Pour les mesures à forte concentration ( 10 g l­1), un front d’entravement peut se former durant la sédimentation, le SCAF mesurant alors précisément les vitesses de chute du front. La mesure des distributions des vitesses de chute et de la cohésion des particules en suspension peut permettre d’identifier différentes populations de particules formant une suspension (grains de sables, flocs, matières fines...). Le suivi de telles informations au sein de bassins versants ouvre de nouvelles perspectives pour aborder la connectivité sédimentaire et s’orienter vers une gestion optimale des flux de MES. 

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soutenance le vendredi 6 février à 10h00 sur le campus de Grenoble,
Salle Lliboutry, LGGE, 54 rue Molière, 38400 Saint-Martin-d’Hères 

Jury

Olivier Ribolzi Chercheur à l’IRD, GET, Toulouse, Rapporteur
Erik A. Toorman Professeur à l’Université de Leuven, Rapporteur
Eric Barthélemy Professeur à l’Institut National Polytechnique de Grenoble, LEGI, Examinateur
Jean Braun Professeur à l’Université Joseph Fourier, ISTerre, Grenoble, Examinateur
Ian G. Droppo Chercheur à Environnement Canada, Burlington, Ontario, Examinateur
Jérôme Le Coz Chercheur à IRSTEA, HHLY, Lyon-Villeurbanne, Examinateur
Nicolas Gratiot Chargé de recherches à l’IRD, LTHE, Grenoble, Directeur de thèse
Cédric Legout Maître de conférences à l’Université Joseph Fourier, LTHE, Grenoble, Co-Directeur de thèse

Voir en ligne : site personnel de Valentin