1 Acquis de l'année 1 de l'osr

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1 Action 6 : Consolidation du réseau de mesure de flux de MES et de contaminants Volet Barcarin 1 Acquis de l'année 1 de l'osr L installation d une station de mesure des flux de MES par adcp et par turbidimètre sur le Bac de Barcarin alors en construction a été engagée dans le cadre du premier volet de l OSR. Le profileur de courant adcp est un instrument utilisé pour mesurer les débits à partir de l analyse par émission d ultrasons dans l eau de la vitesse des particules en suspension (calcul du déplacement des particules à partir de l effet Doppler). En plus des données nécessaires au calcul du débit (vitesse du courant dans les 3 dimensions en chaque point de la colonne d eau, vitesse de déplacement apparente, profil bathymétrique de la section), le profileur de courant fournit une information sur l intensité de la rétrodiffusion. Cette intensité acoustique est fonction d un certain nombre de paramètres, comme la profondeur, la température, la salinité, mais surtout la concentration en sédiments, ainsi que leur granulométrie et leur nature. En traitant le signal d intensité de la rétrodiffusion fourni par le profileur, il est donc théoriquement possible de retrouver la concentration de matières en suspension dans le flux, moyennant des hypothèses sur les autres paramètres en jeu. Le bac de Barcarin effectue jusqu à 80 traversées par jour sur le Grand Rhône au niveau de Salin de Giraud à 10 km de l embouchure. Pour cette première année, l objectif était de mettre en place l instrumentation sur le Bac, constituée d un adcp et d un turbidimètre. Ces travaux ont été menés avec l architecte naval en charge de la construction du Bac, les chantiers en charge de la construction et le Syndicat Mixte des Traversées du Rhône. Ils ont permis de déterminer l emplacement de l instrumentation sur un mât à bâbord du bac (face à l amont du Rhône). Dans le même temps, un marché a été passé avec la société NKE pour développer un automate informatique afin de faciliter l acquisition des données. Après exploration de plusieurs pistes et pour éviter d avoir à stocker des informations inutiles qui seraient acquises quand le bac est à quai, il a été décidé que NKE développerait un logiciel qui asservirait l acquisition au positionnement GPS du bac par rapport aux deux quais. La société avait également en charge la mise au point d un protocole de transfert des données depuis le bac jusqu à terre dans la maison du Syndicat en rive droite, où un PC de stockage est installé. Le choix d une transmission par modem WIFI directionnel a été effectué avec un transfert des données la nuit entre 2 et 4 h du matin quand le bac ne navigue pas. Cette précaution permet de limiter les possibilités de perte du signal à cause de la navigation (sortie de la zone de réception, passage d une péniche qui coupe le signal). Ce protocole a été intégré dans le logiciel d acquisition des données. Les premiers tests grandeur nature ont eu lieu dans le port de Marseille en juillet 2010, pendant les travaux de finition du bac. Dans des conditions de navigation classique, les capteurs ont fourni des résultats cohérents. Des simulations avec injections de trames GPS théoriques ont permis de valider le système de déclenchement et d arrêt de l enregistrement des données. Un test de résistance des capteurs a été effectué en lançant le bac à 12 nœuds (sa vitesse maximale) ; les capteurs n ont pas pu enregistrer de données, mais les pièces de fixation n ont pas montré de faiblesse.

2 Des retards dans la réalisation des cales d abordage puis le temps de prise en main du nouveau bac par le personnel navigant n ont permis une mise en service pour le transport de passager qu à partir de fin avril 2011 pour de bonnes conditions de navigation (pas de navigation de nuit ni par mauvais temps pendant la phase d apprentissage du personnel). 2 Acquis dans le cadre du programme triennal de l OSR (an 2) Durant l année , l objectif principal était la mise en place de l acquisition en routine, retardée dans le cadre de la première année de l'osr comme vu ci dessus. Suite aux phases de test dans la darse, un capteur de pression a été ajouté pour mesurer l enfoncement du bac et des capteurs en fonction de la charge sur le bac à chaque traversée. Les données étant cohérentes, un logiciel de calibration de l intensité de la rétrodiffusion par rapport à des mesures externes de concentration (turbidimètre ou échantillons d'eau) a été acheté afin de mesurer le flux de matières en suspension. La montée en puissance des phases de navigation a débuté en mai 2011, mais depuis cette date les débits sont restés très faibles sur le Rhône aval, avec la quasi absence de débits significatifs supérieurs au débit moyen. Cette période, si elle n a pas permis de valider les mesures de débit liquide ou solide, a néanmoins permis de travailler sur la configuration idéale du profileur et de résoudre un certain nombre de problèmes techniques. 2.1 Avancées techniques La mise en place des antennes WI FI sur le bac et sur la maison du passeur permet une connexion en fonction du temps sur la moitié du trajet du bac. Actuellement il est envisagé d installer un concentrateur sur l antenne de la maison du passeur pour essayer d obtenir une liaison permanente entre le bac et le PC à terre. Pour le transfert des données depuis le PC de bord vers le PC à terre pendant la phase d inactivité du bac, cela n a pas d importance. Mais les deux ordinateurs étant montés en réseau, il est possible à partir de la fonction de prise de commande à distance de Windows XP d effectuer des opérations, comme le changement de configuration des appareils sur le bac à partir du PC à terre. Le PC à terre possède également une connexion Internet haut débit (ADSL, fourni par le SMTDR) via le rajout d une deuxième carte réseau et le branchement sur le réseau de la maison du passeur. Cette connexion nous a permis de mettre en place par installation du logiciel Tight VNC (logiciel opensource), un système de prise de commande à distance du PC à terre et donc par rebond du PC d acquisition sur le bac depuis le CEREGE. Ce protocole, dont le déploiement a été complexe, permet à l heure actuelle de surveiller le bon fonctionnement des équipements en temps réel pour une meilleure gestion de l acquisition et de la gestion des instruments sur site. De plus, la connexion au PC à terre depuis le CEREGE permet d envoyer les données conservées sur le PC à terre vers un serveur ftp, pour les récupérer par la suite au CEREGE sans avoir à faire de déplacement. Ce qui génère une économie d un aller retour CEREGE Barcarin tous les 15 jours.

3 PC Bord WIFI PC à terre Live Box PC Stockage Traitement Barcarin 5 Maison du Passeur (Rive Droite) CEREGE

4 La prise de commande à distance a montré son intérêt dans la gestion des capteurs dès les premiers tests. Les capteurs, dont le turbidimètre qui nécessite d être alimenté en permanence pour effectuer ses cycles de nettoyage, sont branchés sur l'alimentation 24 volts secourue du bac, qui théoriquement ne doit jamais être coupée. Or il s avère que suite à certaines manœuvres à bord qui n ont pas pu être identifiées (après recherche avec les mécaniciens du bord), les capteurs et le PC qui les gère pouvaient subir des coupures de courant. Pour pallier ce problème technique, les discussions avec les informaticiens du CEREGE ont permis d installer le logiciel WakeOnLanGui sur le PC de la maison du passeur. Ce logiciel utilise le protocole Wake Up On Lan qui permet de démarrer un ordinateur à partir de l envoi d une commande de démarrage du PC via le réseau (via le WIFI dans ce cas). Cette commande existe sur la majorité des machines mais nécessite son activation dans le BIOS de l appareil. Un autre problème technique, mis en avant pendant cette phase de test, est l instabilité de l alimentation électrique au niveau de la maison du passeur. Renseignement pris auprès du SMTDR, la maison du passeur est en bout de ligne et subit assez fréquemment des baisses de tension. Ne voulant pas autoriser le démarrage du PC de la maison du passeur à distance par Internet pour des raisons de sécurité, nous avons installé un onduleur qui devrait permettre de maintenir l alimentation du PC pendant 3 h en cas de panne de courant. 2.2 Avancées scientifiques Les mesures sur le profil ont débuté en même temps que l exploitation dans le courant du mois de mai Comme mentionné précédemment, depuis cette date les débits sont restés relativement faibles et n ont pas permis de mener à bien des campagnes de validation des mesures. Certaines opérations ont toutefois été menées sur la configuration du profileur de courant, la mesure des débits d étiage ou encore la présence du coin salé. Le logiciel de calibration des flux de MES n a pas pu être utilisé pour les données issues de Barcarin mais des données plus anciennes, acquises sur le Rhône ont été exploitées Mesure des débits Les protocoles de transfert des fichiers dans Windows font qu il est plus rapide pour un même volume de données de transférer un seul fichier que plusieurs petits fichiers. Pour sécuriser le transfert depuis l automate sur le bac vers le PC à terre, les fichiers de mesure de chaque traversée sont donc regroupés au sein d un même fichier. Par la suite, il sera possible de développer une routine pour re diviser automatiquement les traversées en se basant sur les propriétés horaires de chacune d elles. Pour l instant les fichiers récupérés ont la forme suivante :

5 Figure 1 : Visualisation des données récupérées sur le PC à terre (vitesse de l'écoulement par cellule le 29 juillet 2011 La figure ci dessus enregistre 4 traversées. Pour calculer les débits, l automatisation de ces extractions n est pas encore réalisée. Elle ne se fera qu une fois les configurations d acquisition validées pour des débits supérieurs à la crue annuelle. Les données des profils ont été extraites manuellement et permettent de calculer le débit pour chacune des traversées à l aide du logiciel WinRiver 2 : Tableau 1 : Calcul des débits à partir de WinRiver 2 pour le 29 juillet 2011 Transect Start Bank Total Q Delta Q Top Q Meas. Q Bottom Q Width m³/s % m³/s m³/s m³/s m ADCP Right ADCP Left ADCP Right ADCP Left Average Std Dev Mais WinRiver 2 ne prend pas en compte le positionnement GPS pour calculer les débits, il se base uniquement sur les valeurs de suivi du fond pour estimer le déplacement. Le logiciel VISEA, arrive lui à lire les données de suivi du fond et de positionnement GPS. En toute logique pour de faibles débits, les deux trames devraient être superposés, or la figure ci après montre un décalage dans les données du suivi du fond par rapport au signal GPS qui vient se positionner à chaque traversée sur le quai. Ce décalage pourrait être le fruit d une propulsion vers l arrière imposé au Voith avant (système de propulsion du bac par pales verticales) par le pilote pour ralentir le bac et qui viendrait perturber le signal. Cette théorie pourrait être confirmée par des valeurs aberrantes dans l intensité et la direction de l écoulement synchrone avec ce décalage (visible sur la Figure 1, au milieu de chaque profil). Pour l avenir il s avère donc nécessaire de trouver la source de cette erreur afin de la corriger pour obtenir des données de navigation cohérentes par utilisation du suivi du fond, notamment par des re calibrations du compas. Il est à noter aussi que ces incohérences ne sont pas présentes sur l ensemble des profils. La maîtrise du pilotage du nouveau bac n étant pas encore totalement assimilée par l ensemble des capitaines.

6 Figure 2 : Superposition des trajets enregistrés par le GPS (Nav) et par l'adcp avec le suivi du fond (BT) Mise en évidence du coin salé Les premières mesures enregistrées par le bac ont été effectuées lors de très faibles débits. Une anomalie est apparue sur les profils en travers avec la mise en évidence d une masse d eau avec un courant presque nul et aux orientations chaotiques d une cellule à l autre en profondeur. Après diverses recherches sur le paramétrage des appareils de mesure qui n ont pas permis de corriger ce bug, notre attention s est portée sur la présence possible du coin salé. La figure 3 montre en effet que vers 5 m de fond, les vitesses de l écoulement deviennent nulles (vitesse proche de 0 et orientation aléatoire) et que les eaux sont beaucoup plus claires qu en surface (baisse importante et brutale de l intensité de la rétrodiffusion). Ces enregistrements sont caractéristiques de la présence d un coin salé. Figure 3 : Profils adcp du 02 juin En haut la direction du flux, au milieu sont intensité et en bas, la rétrodiffusion Afin de valider cette théorie, des mesures ont été effectuées avec une sonde pour mesurer la conductivité. La superposition des données de conductivité sur le profil des vitesses d écoulement

7 vers le Nord (Figure 4), montre que la conductivité augmente fortement au moment où les vitesses d écoulement deviennent nulles, ce qui confirme la présence du coin salé. Figure 4 : Mise en évidence de la présence du coin salé, par augmentation de la conductivité et diminution des vitesses d'écoulement vers 6 5 m, le 27 juillet 2011 Des mesures complémentaires seront toutefois à prévoir pour valider de façon définitive la possibilité de mesurer la profondeur du coin salé sur le profil Utilisation du logiciel VISEA Plume Détection Toolbox Le logiciel VISEA a été acquis dans le courant du mois de juin et la formation à son utilisation a eu lieu début septembre. Ce logiciel permet à partir des mesures adcp et de données de concentrations en MES ponctuelles (prélèvements ou turbidimètre) de déterminer le flux de MES en transit total sur le profil. Les faibles débits enregistrés à Barcarin sur la période n ont pas permis de travailler avec ce logiciel pour l instant, mais des données plus anciennes ont pu être exploitées pour appréhender le logiciel. De plus le développeur du logiciel nous a fourni des plugins pour faciliter l importation des données issues du bac dans le logiciel. Les débits plus élevés attendus pour l automne permettront de tester le logiciel sur le bac. 3 Perspectives Les données recueillis par le bac vont permettre de faire avancer la recherche scientifique sur le suivi et la structure des écoulements (solide, liquide) dans le Rhône à l'interface eau douce eau salée ; mais également, fournir des informations de premier ordre pour la gestion du milieu, que ce soit au niveau des plages avec les apports solides, que pour les prélèvements agricoles avec la mesure du coin salé. Pour l année prochaine, les résultats attendus sont : La validation des débits liquides mesurés par le bac La quantification expérimentale des matières en suspension à l embouchure pendant les crues La détection expérimentale de la présence du coin salé Afin d optimiser la production des résultats, des routines informatiques seront développées pour faciliter le dépouillement des mesures issues du bac.

8 4 Valorisation et données disponibles pour la suite La récupération des informations acquises par le bac se fait en routine, mais leur diffusion ne peut pas se faire de façon automatisée et nécessite une analyse critique, voire un traitement avant diffusion : Les mesures de débit sont un des résultats fournis par l automate en routine, il pourrait être diffusé, de façon automatique, mais les premiers tests ont montré qu en fonction des conditions de navigations certaines mesures devaient être post traitées voire écartées du jeu de donnée. La recherche du coin salé se fait actuellement de façon manuelle, même si à plus ou moins long terme, l automatisation de cette tâche est envisageable, à la fin du projet, cette information ne pourra être diffusée que manuellement et de façon ponctuelle. La mesure du transport solide nécessite une longue phase de calibration. A la fin du projet, des données pourront être diffusées de façon ponctuelle. A la fin du projet, les données seront disponibles sur internet (site à définir) pour les scientifiques et les gestionnaires avec quelques jours de décalage par rapport à la mesure afin de valider les données en interne avant diffusion. Par la suite, en fonction des degrés d automatisation des différentes tâches de calage, une partie des résultats pourra être fournie avec 24 h de décalage.