Doctorat. Offre : Conception et évaluation d’une instrumentation opto-acoustique pour l’étude des fluides chargés

Que ce soit dans une perspective européenne ou, plus récemment, dans le cadre des
Nations Unies, une des priorités est d’assurer la disponibilité et la
gestion durable de l’eau et de l’assainissement. La gestion optimale des eaux de surface nécessite
une évaluation de la charge en matières en suspension (MES) dans les ruissellements urbains et naturels. La mesure en temps réel
de la concentration de matières en suspension potentiellement polluantes est
obtenue grâce à la turbidité optique, une technique de mesure désormais largement déployée dans
le domaine.

Après plus de deux décennies dans le domaine du développement d’instruments à ultrasons, notre
équipe a démontré l’intérêt de ces méthodes dans le domaine des
écoulements des réseaux fluviaux et d’égouts [1]. Plus récemment, nous avons mené une étude sur la pertinence des
mesures de turbidité par des méthodes optiques et acoustiques [2]. Les résultats ont révélé
des incohérences dans les données optiques : dans des situations exceptionnelles, telles que des périodes de pluie dans
les réseaux d’égouts ou des crues de rivières, les données optiques de turbidité sont discutables et peuvent conduire
à une sous-estimation massive de la concentration de MES.

De plus, les progrès technologiques en électronique et en photonique signifient que
des méthodes optiques innovantes et peu coûteuses sont désormais possibles. Dans ce contexte, nous avons développé au
laboratoire ICube un nouveau dispositif instrumental de mesure de la turbidité,
appelé « Time Resolved Optical Turbidity » ou « TROT ». L’objectif de ce projet est d’obtenir une
nouvelle méthode plus robuste et plus fiable de mesure de la turbidité, même dans
des milieux très concentrés. Basée sur le principe du
comptage de photons uniques corrélé dans le temps, la technologie consiste à analyser à la fois l’intensité lumineuse et la
réponse temporelle du signal lumineux, grâce à une configuration originale.
La technologie TROT fait actuellement l’objet de plusieurs projets collaboratifs. Un projet
avec l’IRMA à Strasbourg (Institut de Recherche Mathématique Avancée) vise à
compléter notre connaissance du phénomène physique en modélisant l’
équation de transfert radiatif adaptée au milieu liquide. Cette modélisation permettra de
perfectionner l’analyse des données issues de la technologie TROT. Des campagnes de mesures proches
des conditions de terrain réalisées en collaboration avec l’Ifremer Brest ont montré que la
robustesse du système reste encore à améliorer. Néanmoins, des données ont été
collectées sur les matériaux rencontrés en océanographie grâce à la technologie TROT et à
diverses autres instrumentations, permettant de dresser un catalogue comparatif
entre différentes techniques.

Cette thèse s’inscrit dans la continuité de ces travaux en cours, dans le but d’optimiser la
combinaison des signaux optiques et acoustiques. L’objectif est de développer une nouvelle
approche instrumentale basée sur la combinaison de signaux acoustiques et optiques résolus dans le temps,
permettant une estimation simultanée de la concentration et de la taille des MES. Il n’existe actuellement
qu’un seul instrument mixte monofréquence disponible pour ce type de mesure
[3].

Bibliographie:

[1] « La turbidité acoustique comme outil de surveillance en ligne pour les rivières et les réseaux d’égouts », Flow
Measurement and Instrumentation, 48,118−123, 2016
[2] « Turbidité optique versus acoustique dans les écoulements à forte charge », Actes du
symposium ISUD11, Berlin, 5 −7 septembre 2018
[3] “Super-Turbidity Meter: LISST-AOBS Combines Optical Turbidity with Acoustics”, Actes
du 38e Congrès mondial de l’IAHR, Panama, 2019