Offre de thèse, Mesure des matières en suspension (MES) dans la colonne d’eau par combinaison de méthodes acoustiques et optiques, Brest

Suite à désistement de dernière minute, un candidat est recherché en urgence sur le sujet suivant. Un cofinancement DGA est obtenu.
Mesure des matières en suspension (MES) dans la colonne d’eau par combinaison de méthodes acoustiques et optiques
Candidat recherché : si possible formation en physique, Mécanique des fluides Les particules solides en suspension (MES) dans la colonne d’eau déterminent la turbidité de l’eau et limitent la pénétration de la lumière. La mesure de la MES est cruciale autant pour comprendre les transferts sédimentaires (mobilisation, transport et dépôts des sédiments) que pour les études de la biodiversité et du comportement des poissons. La MES est classiquement mesurée à partir des propriétés optiques d’absorption et de diffusion de la lumière par les particules présentes dans le milieu, à l’aide de transmissiomètres, de turbidimètres optiques, de granulomètres laser in-situ. La sensibilité de ces différentes mesures dépend fortement de la taille et la nature des particules présentes dans la colonne d’eau et les correspondances entre elles ne sont pas univoques. Récemment, les appareils acoustiques (ABS, Acoustic Backscatter System, et ADCP, courantomètres acoustiques à effet Doppler) ont montré leur capacité à répondre à la charge en particules de l’eau, le signal acoustique étant rétrodiffusé par les particules présentes dans le milieu. L’intérêt est d’échantillonner en continu, le long de la route du navire, sur toute la colonne d’eau les concentrations de matières en suspension et elle est beaucoup moins sensible à l’encrassement que les capteurs optiques. Cependant, il existe plusieurs limitations inhérentes aux ADCP : limitation de la portée, cadence de mesure, impossibilité de mesurer dans une zone proche du capteur et à proximité du fond, et mesure suivant 4 faisceaux maximum. Enfin, outre les fluctuations turbulentes du champ de vitesse au sein du volume d’échantillonnage, la technique de mesure Doppler introduit une erreur aléatoire assimilable à un écart-type sur les vitesses mesurées. Notre équipe a étudié la possibilité d’utiliser des sondeurs monofaisceaux (SBES (EK 60, 200 Khz)) et multifasiceaux MBES (SM20 à 200 KHz, EM3002 à 300 Khz) pour la quantification de la MES, étant donné qu’ils sont potentiellement mieux adaptés à la mesure de la matière en suspension: absence de « bruit Doppler », nombre élevé de faisceaux, pas de zones « blanches » près du capteur et au fond, cadence élevée etc…. En outre, ces systèmes acoustiques permettent d’obtenir simultanément un modèle numérique de terrain du fond et une image de la colonne d’eau. Nos expériences préliminaires en mer d’Iroise en mars 2012 montrent des résultats prometteurs: nos SBES et MBES imagent effectivement la stratification des couches d’eau (Figure 3), liée à la rétrodiffusion des particules contenues dans la colonne d’eau en relation avec des couches néphéloïdes et/ou des couches limites benthiques. Nous proposons donc, dans le cadre de ce travail de thèse, de mettre en oeuvre conjointement des capteurs acoustiques (echosondeurs mono et multifaisceaux, profileur acoustique de plancton) et optiques sous marins (turbidimètre, granulomètre laser in situ, spectromètre (mesure de la réflectance)) et aérien (capteur optique et hyperspectral, Lidar Bathymétrique) pour quantifier la MES et caractériser la nature des particules (minérale ou organique).
Les principaux aspects de ce projet seront : 1) le développement d’une méthode utilisant la forme de l’onde acoustique émise et reçue par echosondeur pour caractériser le contenu de la colonne d’eau. 2) de la même façon, on s’intéressera au potentiel du lidar bathymétrique, actuellement utilisé uniquement pour mesurer la hauteur de la tranche d’eau, pour mesurer la turbidité, à partir de la composante « full wave form » du signal bathymétrique. Un modèle de transfert optique dans la colonne d’eau sera ainsi développé incorporant l’état de la mer, les propriétés physiques de la colonne d’eau et la nature du substratum. Ce modèle s’appuiera sur les travaux de la société Actimar
Cette thèse utilisera : 1/ des données de lidar bathymétriques, acquises conjointement avec des données de réflectance par spectrométrie, acquises en 2012 en rade de Brest, en partenariat avec le SHOM, la société Actimar, et l’Ifremer. 2/ les moyens du pôle Image de l’Institut Universitaire Européen de la Mer (Navire océanographique côtier de station L’Albert Lucas, echosondeur monofaisceau (mini-sounder 200 Khz Knudsen, EK60), multifaisceaux (SM20 et EM3002) et instrumentation mobile (turbidimètres YSI, ADCP 600 et 1200 kHz, ADP, CTD, fluorimètre etc…) et moyens d’analyses des échantillons d’eau en laboratoire (masse de matière, mesure du carbone particulaire total, fluorimétrie…).

Contact: Christophe Delacourt
Professeur Directeur du Laboratoire Domaines Océanique
UMR 6538 Institut Universitaire Europeen de la Mer (IUEM)
Universite de Bretagne Occidentale (UBO)
Place Copernic, 29280-PLOUZANE

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