Étude et modélisation de la dynamique des particules en suspension Actions 7 (caractérisation), 8 (événements)

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1 Étude et modélisation de la dynamique des particules en suspension Actions 7 (caractérisation), 8 (événements) Olivier Radakovitch Hélène Angot, Christelle Antonelli, Benoît Camenen, Marina Coquery, Frédérique Eyrolle, Guillaume Fantino, Stéphanie Gairoard, Marina Launay, Jérôme Le Coz, Adriano Mayer, Laetitia Roux, Guillaume Raccasi, Doriane Sabatier

2 Mise en place du groupe d intervention crue A. Mayer, O. Radakovitch, S. Gairoard (CEREGE) M. Launay, J. LeCoz (CEMAGREF) Alerte RSS du site web Vigicrue et surveillance du site web MétéoFrance. Diffusion de l information par mailinglist. Maintenance du matériel prêt pour échantillonnage. Échantillonnage à SORA, Jons et sur les affluents: Mars (Cèze, Gardon) et Mai 2011 (Durance, Aygues, Drôme, Ardèche). Problèmes : - Comment décider le pas de temps d échantillonnage et donc le nombre d échantillons possible (8 h?; peut on obtenir la prévision du pic de crue?) - Disponibilité immédiate d un véhicule administratif - Couverture de la mission par les organismes.

3 Caractérisation bio-physico-chimique des particules A quoi ça sert? MES en transit Issues de l érosion Formées dans le fleuve Minérale Organique Minérale Organique Oxydes-hydroxydes Argiles Carbonate Minéraux primaires Peu à très dégradées (acides fulviques et humiques) Carbonate Oxyde-hydro. Algues Diatomées Contaminants déjà présents dans les sols ou se fixant dans l eau Particularités et «affinités» variables vis à vis des polluants (type et superficie disponible pour l adsorption en surface) Traceurs possibles de l origine des particules

4 Caractérisation granulométrique Mesure par Coulter-Counter sur prélèvements bi-hebdomadaires 2011 SORA - Variations avec le débit Distribution plus homogène en «crue» (15/3) : unimodal vs plurimodal

5 Caractérisation granulométrique Mesure par Coulter-Counter sur prélèvements 2011 Variations Rhône-affluents lors des crues - Homogéneité surprenante des affluents en crue - Différence affluents-rhône mais à valider pour un pas de temps calé et un bilan des débits.

6 Caractérisation granulométrique Mesure par Coulter-Counter sur prélèvements 2011 Variations Rhône-affluents «Crue» de la Durance avec des fines caractéristiques.

7 Concentration massique Cm (mg/l) Caractérisation granulométrique Acquisition et mise en place d un granulomètre en ligne à SORA (LISST-Streamside) : Tests et calibrations de l instrumentation Détermination des incertitudes Représentativité de l échantillonnage Inter-comparaison avec granulomètre laser Coulter-LS Très bonne relation concentration «volumique-lisst» et «massique» 10000, ,00 100,00 n=107 y = 2,33x R 2 = 0,99 COM Prélèvements ponctuels 10,00 1, Concentration volumique Cv (µl/l)

8 Fonctionnement automatisé: 1 mesure par 5 minutes Présence d un «bruit» discontinu associé à l ouverture des électrovannes du système de prélèvement. Création d un programme avec mise en place d un seuillage pour supprimer les erreurs. Reste à étudier la variabilité naturelle à haute fréquence pour affiner le seuillage.

9 Acquisition été 2011: granulomètre portable LISST (2,5-500 µm) Exemple de granulométrie obtenue avec le Lisst-Streamside

10 Mesures granulométriques à partir de données d'atténuation acoustique multi-fréquence L'atténuation acoustique sédimentaire dépend de la taille des particules. Il est donc possible d'obtenir une estimation du rayon efficace des sédiments à partir du rapport des atténuations pour deux fréquences d'émission distinctes. Calcul théorique de la constante d'atténuation acoustique en fonction du rayon des particules, pour les trois fréquences des HADCP installés à Romans-sur-Isère. Sediment transport measurements in rivers using multiple Horizontal Acoustic Doppler Current Profilers, S. Moore, J. Le Coz, D. Hurther, A. Paquier, Underwater Acoustic Measurements, Kos, Greece, June, Ratios d'atténuation acoustique en fonction du rayon des particules, et domaine où la mesure granulométrique est sensible

11 Mesures granulométriques à partir de données d'atténuation acoustique multi-fréquence Exemple de résultats : événement du 30 juin 2010 à Romans-sur-Isère Les 3 estimations du rayon acoustique moyen pendant la période d'atténuation sont cohérentes : 0,98 μm, 0,66 μm, 0,84 μm Ce rayon acoustique est homogène au rayon moyen de la distribution granulométrique en nombre (et non en volume). Les résultats sont ainsi cohérents avec la moyenne des distributions numériques obtenues par granulomètre laser : μm Sediment transport measurements in rivers using multiple Horizontal Acoustic Doppler Current Profilers, S. Moore, J. Le Coz, D. Hurther, A. Paquier, Underwater Acoustic Measurements, Kos, Greece, June, Sur les événements observés, la granulométrie acoustique obtenue est constante, sans épisodes plus grossiers (flocculation, resuspension).

12 Géochimie et signature Les teneurs en éléments chimiques des particules peuvent donner des indications sur leur sources naturelles ou artificielles.

13 Géochimie et signature

14 Rapport molaire Des exemples de ce que peut apporter la géochimie Mars 01 Ollivier, 2006 Rapport molaire

15 Isotopes : un même élément chimique peut avoir des masses molaires différentes (différents nombre de neutrons) Ouvèze Durance Les rapports isotopiques du Strontium varient suivant les minéraux, et donc les roches desquelles ils proviennent.

16 Des exemples de ce que peut apporter la géochimie Le rapport 238Pu/( Pu) de la crue de décembre 2008 démontre que le matériel transporté ne provient pas du lit du Rhône mais des sols des bassins versants. Rhone Retombées Atmosphériques passées Mai 2008 Dec. 2003

17 Des exemples de ce que peut apporter la minéralogie Données sur Ollivier, 2006

18 Mesures OSR Prélèvements bihebdomadaires en Arles depuis janvier Cèze, Gard, Durance, Drôme, Ardèche - Granulométrie (réalisées) - Minéralogie - rayons X (certains échantillons) - Éléments majeurs et traces (résultats reçus hier soir!) Analyses de «petits métaux»: Germanium, Platine, terres rares Car nouvelle utilisation dans la société et traceurs potentiels

19 Et encore un exemple Distribution des Terres rares ou lanthanides Données Ollivier 2006

20 Un paramètre à regarder en parallèle sur SORA? MES (mg/l) 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Conductivité de l eau (µs)

21 TSS (mg l -1 ) Retour d expérience crue Durance/isère/rhône Mise en commun des données acquises par IRSN, Cerege, Cemagref. - Compilation des informations/données fournies par EDF et CNR, sans doute à compléter , ,00 March December 2008 May 2008 event Dec 2008 event 1000,00 100,00 10,00 1,00 0,10 0,01 Eyrolle et al, Soumis Q (m 3 s -1 )

22 Chasse 2012: protocole de suivi prévisionnel Prélèvements : Contaminants : centrifugeuse mobile MES : manuels puis analyse par filtration-pesée Durée : 2 semaines + suivi des évènements après la chasse Analyses sur MES granulo, PCB, tritium, métaux Homogénéité : Ternay et Jons T C, conductivité, débit, CMES Débits : zone de Miribel-Jonage

23 A venir : Lancement de la caractérisation de la matière organique particulaire (cofinancement ECCOREV): concentration C et N, isotopes, spectroscopie RMN du 13C (proportions de fonctions organiques), Py-GC-MS (caractérisation des matières organiques complexes polymériques), tritium lié. Finaliser la collecte des prélèvements en parallèle Nord-Sud (achat d un système de filtration+ pompe à faire par le CEREGE pour prélever contaminants organiques) Perspectives : Thèse Nord-Sud: granulométrie des MES: harmonisation des méthodes et type de données fournies, compréhension des évènements globaux (financement?)