Instrumentation et méthodes pour la mesure et le calcul des flux solides Actions 6 (réseau MES), 8 (événements), 9 (charriage)

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1 Instrumentation et méthodes pour la mesure et le calcul des flux solides Actions 6 (réseau MES), 8 (événements), 9 (charriage) Jérôme Le Coz Hélène Angot, Christelle Antonelli, Benoît Camenen, Marina Coquery, Frédérique Eyrolle, Guillaume Fantino, Marina Launay, Clothilde Linne, Adriano Mayer, Olivier Radakovitch, Laetitia Roux, Guillaume Raccasi OSR Journée de restitution - 01/07/2011

2 Instrumentation et méthodes pour la mesure et le calcul des flux solides OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 2 I. Développement de stations principales de mesure des flux particulaires II. Mise en réseau avec les autres points de mesure de flux de matières en suspension (MES) III. Méthodes pour le prélèvement et les analyses de contaminants IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et évaluation des incertitudes V. Mesure des flux solides transportés par charriage

3 I. Développement de stations principales de mesure des flux particulaires L'Observatoire des Sédiments du Rhône : Réseau de mesure des flux Rhône aval : station d'arles Rhône amont : station de Jons Apport des principaux affluents : campagnes de prélèvement et stations turbidimétriques Stations principales Homogénéité section Q et C MES en continu Prélèvements pour analyse réguliers et renforcés sur campagnes / événements la station Isère à Grenoble-Campus répond aussi à ces critères OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 3

4 I. Développement de stations principales de mesure des flux particulaires 1) La station d'arles (SORA) Circuit de prélèvement automatique par pompage Suivi des flux en régime de base : Radionucléides : 1 échantillon toutes les 80 minutes, intégré sur 1 mois MES, nutriments : 1 échantillon toutes les 90 minutes, intégré sur 24 h Métaux et organiques : 1 échantillon ponctuel par quinzaine Suivi des flux en crue : Radionucléides : 1 échantillon toutes les 20 minutes, intégré sur 8 h MES, nutriments : 1 échantillon toutes les 30 minutes, intégré sur 4 h Métaux et organiques : 1 échantillon ponctuel toutes les 8 heures, selon disponibilité OSR Journée de restitution 01/07/2011 Prise d eau N 4

5 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 5 I. Développement de stations principales de mesure des flux particulaires 1) La station d'arles (SORA) Centrifugeuse Prélèvement bi-mensuel en période de base, quotidien en période de crue Détermination d'environ 300 substances (MOA : Agence de l eau, MOE : COM + laboratoires accrédités) Granulométrie laser Phases de test terminées pour régime de base, à poursuivre pour crue Système de prélèvement (COM) Banc de prélèvement en crue

6 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 6 I. Développement de stations principales de mesure des flux particulaires 2) La station de Jons Diffluence : bonne représentativité du point de prélèvement (à vérifier) Mesure du débit à Anthon (station CNR située 7 km à l'amont, propagation en 1h20) Station Grand-Lyon avec circuit de pompage Mesure de la turbidité depuis 2005 Suivi des flux en régime de base : Prélèvement bimensuel de MES : centrifugeuse (projet matériel fixe) piège à sédiments Suivi des flux en crue : Prélèvement toutes les 2h : mise en service 21 juin 2011 préleveur automatique Bühler asservi à la turbidité Analyses MES, organiques Prélèvement journalier : métaux, radioéléments centrifugeuse + système de filtration Millipore

7 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES Points de mesure existants/développés/à développer : OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 7 turbidimètres OSR/partenaires Rhône : Creys, Bugey, Jons, Vieux-Rhône, Ternay Isère : Beaumont-Monteux, Romans Saône : Lyon St-Georges bac Barcarin acoustique HADCP Rhône : Montélimar, Tricastin Isère : Romans Saône : Lyon St-Georges Prélèvements automatiques Rhône à Arles (SORA)

8 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 8 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES Points de mesure existants/développés/à développer : 12 turbidimètres site-atelier Arc-Isère zones de production (Arvan) propagation et stockage (marges/aménagements hydroélectriques)

9 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES Méthode d'inversion de l'atténuation acoustique α s en concentration MES (thèse S. Moore Cemagref/EDF/CNR/LEGI) Validation à Romans pour 3 HADCP 300 khz 600 khz 1200 khz absorption visqueuse s =C MES 3 4 s a 2 a 3 diffusion On the Application of Horizontal ADCPs to Suspended Sediment Transport Surveys in Rivers, Moore, Le Coz, Hurther, Paquier (2011), Continental Shelf Research, accepted with minor revisions. OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 9

10 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES Méthode d'inversion de l'atténuation acoustique en concentration MES (thèse S. Moore) Validation à Romans pour 3 HADCP à 300, 600 et 1200 khz Concentration par turbidité optique Panne turbi Concentration par atténuation acoustique OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 10

11 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES Inversion des données d'atténuation du HADCP de Montélimar pour la crue du printemps km + 85 km Moyennes journalières (Arles SORA) OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 11

12 II. Mise en réseau avec les autres points de mesure flux MES OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 12 Inversion des données d'atténuation HADCP pour la crue du printemps 2008 Atténuation totale puis panne HADCP

13 III. Méthodes pour prélèvement et analyses de contaminants Centrifugeuses fixe / mobile Systèmes de filtration Pièges à sédiments Échantillonneurs automatiques Actions engagées Partage des protocoles Intercomparaisons Echanges d'échantillons Centrifugeuse mobile Système de filtration OSR Journée de restitution 01/07/2011 Piège à sédiments Préleveur automatique N 13

14 IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et incertitudes Le flux de polluant dans les MES : Flux instantané : F t =Q.C MES.C polluant / MES [ µg / s ] [ m 3 / s ] [ kg MES / m 3 ] [ µg polluant / kg MES ] => Sommé sur T Variabilité : df F = dq Q dc MES C MES dc polluant / MES C polluant / MES Valeurs typiques à Jons m 3 /s => x 10 Estimation annuelle du flux : NTU => x 10 3 Débit et concentration en MES en continu Mesure ponctuelle du taux de contamination (cher) => adaptation de la stratégie d'échantillonnage? Variations selon: - temps? - hydrologie? - autre? OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 14

15 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 15 IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et incertitudes Analyse des données du suivi Eau/MES AERM&C Master CEREGE (C. Linne) Master Cemagref (L. Roux) Master LTHE (C. Minaudo) Approches croisées Collecte et critique des données Analyse des sites de mesure Protocoles prélèvement/analyse Méthodologies flux Bouclage de bilans, rejets Concentrations en crue Evaluation des incertitudes Extrait du réseau Eau/MES AERM&C ( )

16 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 16 IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et incertitudes Stratégie de mesure des flux (stage L. Roux 2011) Enregistrements continus de Q et C MES (turbidimètre) Homogénéité des MES dans la section de mesure Prélèvements en crue (évolution du taux de contamination) Sélection de substances pertinentes à rechercher Incertitudes maîtrisées et limites de quantification 3 Continuité des protocoles d'analyse (documentation, échantillon de référence, comparaison interlaboratoire)

17 IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et incertitudes Etude des flux Isère Campus (stage C. Minaudo 2011) Lien flux / rejets industriels recensés en amont Premières vérifications de la sonde Scan (spectrométrie) Analyse métaux sur échantillons de la crue de mai 2008 (900 m³/s, période de retour ~10 ans, 18 g/l) Analyse organiques possible (notamment HAP) Teneurs en Zn et Pb sur MES en fonction de la concentration en MES Vert/bleu : réseau Eau/MES AERM&C, Rouge : échantillons de la crue de mai 2008 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 17

18 IV. Quantification des flux, stratégies de mesure et incertitudes Bilan des flux sur le Rhône entre Valence et Beaucaire sur (stage C. Linne 2011) Bilan des apports en eau bouclé à 90% ±10% Bilan des apports en polluants dissous (17 substances) Echantillonnage inadapté pour affluents, ok pour le Rhône Bouclage moins bon que pour l eau: terme source/puits dans le Rhône? Erreur sur le calcul du flux (échantillonnage)? Bilan des apports en polluants particulaires (à finaliser) Echantillonnage inadapté à pallier OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 18

19 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 19 V. Mesure des flux solides par charriage Essais préleveurs/hydrophone sur l'arc Collaboration Cemagref/EDF/LTHE/DREAL Rhône-Alpes Experts internationaux Prof. John Laronne (Ben Gurion University, Israël) Katarina Holubova (VUVH Bratislava, Slovaquie) Fabrication de différents modèles de préleveurs de charriage 3 Helley-Smith (76 76, , mm) 1 Ehrenberger modifié VUVH Paniers en grillage de maille 3 mm Déploiement avant et pendant la chasse de l'arc (juin 2011) Hydrophone par cyclopotence et camion hydrométrique Préleveurs par grue-araignée Pesée et granulométrie (gabarits et tamisage)

20 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 20 V. Mesure des flux solides par charriage Déploiement du Helley-Smith mm par grue-araignée

21 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 21 V. Mesure des flux solides par charriage Echec du déploiement du préleveur Ehrenberger modifié VUVH («type suisse») instabilité et traînée trop forte modification à l'étude

22 V. Mesure des flux solides par charriage Charriage capturé à bas débit (Q~60 m³/s) Des résultats positifs... Déploiement et prélèvement possibles pour des vitesses >4 m/s Bonne estimation qualitative du transport (granulométrie, matière organique) Mais des limites à revoir Forte variabilité des prélèvements successifs Difficultés pour l'estimation quantitative du charriage OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 22

23 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 23 V. Mesure des flux solides par charriage Mesure en continu avec l'hydrophone en parallèle aux prélèvements de charge de fond Pas de variabilité de l'intensité acoustique du charriage observée variabilité des prélèvements a priori due à la position du préleveur au fond Calage de l'hydrophone (intensité, longueur d'onde / granulo) en développement (thèse T. Geay, LTHE) Déploiement de l'hydrophone par cyclo-potence (LTHE)

24 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 24 Perspectives Stations principales Arles : maintenir les prélèvements et analyses actuels, études granulométriques Jons : exploitation en routine à partir de septembre 2011 Grenoble : échantillonneur, sonde Scan spectrométrie Réseau de stations MES Nouvelle station OSR : St-Vallier? aval Valence? amont? Arve et Rhône genevois : partenariats SM3A/SIG Perspectives Draix-Bléone-Durance, OHMCV-Ardèche? Méthodes pour prélèvement et analyse MES intercomparaisons des systèmes de prélèvement choix des substances recherchées optimisation des protocoles d'analyse

25 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 25 Perspectives Quantification des flux synthèse des résultats des 3 stages et échanges avec AE recoupement des évaluations d'incertitudes sur les flux à calculer pour certaines substances et sites pour le Rhône amont Lyon : utilisation des données déjà existantes (Agence de l'eau, EDF, CNR, Trédi) Mesure charriage Nouveaux essais sur l'arc en Maurienne (mesure à plus faibles débits, mesure de la suspension de sable) Essais sur le Rhône (appui technique CNR nécessaire) Instrumentation d'une station hydrophone (Anthon CNR?) Analyse dérive de fond ADCP en crue

26 OSR Journée de restitution 01/07/2011 N 26 Merci pour votre attention!