Utilisation de la modélisation hydrosédimentaire 3D pour la caractérisation spatiale et temporelle des flux de sables dans les cours d’eau

Présentation

Durée : 18 mois à partir du premier trimestre 2023

Contexte

Les ouvrages hydroélectriques constituent un obstacle à l’écoulement pouvant entrainer un stockage total ou partiel des flux sédimentaires. Il en résulte des impacts des flux sédimentaires sur le fonctionnement des aménagements hydroélectriques et réciproquement un effet des barrages et des prises d’eau sur les flux sédimentaires et donc sur la morphologie des cours d’eau. En particulier, la présence de sables peut entrainer des difficultés d’exploitations, des difficultés à réaliser les opérations de chasse ou de vidange et de potentiels impacts sur le milieu à l’aval des barrages

Disposer d’une bonne connaissance de la dynamique des flux de sable dans les cours d'eau est crucial. Les enjeux socio-économiques sont multiples avec des aspects écologiques, industriels et de sécurité notamment.

En fonction des conditions hydrauliques, les particules de sable peuvent être transportées par charriage et/ou suspension. Il existe aujourd’hui de véritables défis de mesure et de modélisation pour cette classe granulométrique. Les volumes de sable déplacés sont déterminés par la capacité de transport de l'écoulement et par la disponibilité des matériaux (apports amont, fond, berges).

La DTG (Direction Technique Générale, unité de mesure d’EDF) dispose d’un nombre important de stations de mesures des sédiments en suspension par turbidimétrie et prélèvements automatiques en berge. Il a été constaté que la part de sable (>63μm) dans ces sédiments en suspension n’est pas négligeable, et même parfois dominante par rapport à la part de limon et d’argile (< 63μm). Cette méthode de mesure ne prend en compte que partiellement les sables : contrairement aux fines, les sables sont souvent répartis de manière hétérogène sur la section de mesure et la réponse des turbidimètres au sable moins bonne qu’aux fines. Aussi, dans une perspective de suivi en continu du flux global de sables transitant par ces stations, sur des échelles de temps allant de la crue à l’année hydrologique, des mesures pour mieux comprendre les processus en jeu et des développements métrologiques sont en cours au niveau de trois stations sur l’Isère, la Romanche et l’Arc. Ainsi, DTG réalise ponctuellement des jaugeages de sable sur toute la section de mesure, expérimente d’autres moyens de mesure locale et continue en berge et s’interroge sur l’existence de relations entre ces mesures locales en berge et les flux transitant sur l’ensemble de la section, pour les différentes conditions rencontrées (débits, sources des sédiments, tailles des sédiments…).

La modélisation hydrosédimentaire tridimensionnelle pourrait permettre d’explorer en détail cette question. En s’appuyant sur les mesures au niveau des trois stations DTG sur l’Isère, la Romanche et l’Arc, la simulation pourrait permettre de reproduire à la fois les écoulements liquides et les concentrations en sables pour différentes conditions hydrologiques et sédimentaires. En s’appuyant sur ces résultats, l’hétérogénéité spatiale des flux de sables dans les sections de mesure pourrait être investiguée.

Objectifs du post-doctorat

Dans ce contexte, les objectifs du travail de post-doctorat sont les suivants, en s’appuyant sur les outils du système open-source Telemac-Mascaret :

• Réalisation d’une synthèse bibliographique des travaux existants sur le transport des sable et la modélisation de ces processus ;
• Réalisation d’un travail de modélisation numérique avec les modules Telemac-3D et Gaia de la suite TELEMAC-MASCARET sur les 3 sites de mesure : la Romanche dans le secteur de Pont Rouge, l’Isère à Chamousset et l’Isère à Grenoble Campus. Ce travail intégrera une réflexion sur la modélisation du transport des sables (charriage avec transport total, suspension avec transport total, charriage + suspension) ;
• Analyse des données de flux de sable capitalisées par DTG et des résultats numériques en vue de répondre aux questions :
  • De répartition du sable dans la section de mesure ?
  • De représentativité des mesures réalisées en berge ?
  • De représentativité d’une mesure ponctuelle dans une chronique ?
  • D’inter-comparabilité des sites ?
• Mettre le modèle au service de la mesure (compléter les courbes de tarage sédimentaire, proposer une stratégie pour optimiser les jaugeages chronophages et couteux…) ;
• Valorisation des travaux sous la forme d’un article soumis et d’un rapport.

Encadrement

Le post-doctorat sera réalisé au LNHE (Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement, EDF R&D) et au LHSV (Laboratoire d’Hydraulique St Venant) à Chatou. Le travail sera encadré par Coraline Bel et Magali Jodeau.

Collaborations

Le post-doctorant devrait participer à 1 semaine d’immersion sur le terrain a minima auprès de la DTG à l’occasion d’une ou plusieurs campagnes de mesures. Des collaborations pourront être engagées avec les équipes travaillant sur le sujet.

Compétences techniques souhaitées

• Connaissance des processus hydro-sédimentaires (charriage, suspension, sables) ;
• Expérience en modélisation numérique hydro-sédimentaire, utilisation antérieure du système Telemac appréciée ;
• Utilisation des langages de programmation Fortran, Python ;
• Utilisation des SIG.

Candidatures :

Les candidatures doivent être adressées à coraline.bel@edf.fr et magali.jodeau@edf.fr .
Le dossier devra comprendre les pièces suivantes :

• CV ;
• lettre de motivation ;
• liens vers le manuscrit de thèse et articles récents ;
• 2 contacts de recommandation.