SismoRiv (Etude de faisabilite pour une méthode de mesure en continu du charriage en rivière basée sur la propagation du signal sismique)

• Unité de recherche: OFEV
• Numéro de projet: UTF 505.08.15

Mots-clé (Français)

transport sédimentaire, charriage, MatErosion, Rhône, mesure, vibrations, rivière, signaux basse fréquence, méthodologie de mesure, monitoring

Description succincte (Français)

La thématique du transport sédimentaire (charriage) est abordée depuis 2009 à travers un projet initié par le canton du Valais: MatErosion. Son but est de mieux comprendre les processus de production et de transport sédimentaires afin d’identifier les risques liés aux sédiments naturellement issus des parties supérieures des vallées latérales du Rhône. Pour les besoins du projet, une station expérimentale de mesure du charriage utilisant la technique des « Swiss Plate Geophones » a été installée en partenariat avec le WSL, sur le site de Zinal (Val d’Anniviers). Basée sur une méthode de mesure intrusive, cette station possède l’avantage de générer de très bonnes estimations du transport sédimentaire, mais elle a l’inconvénient de nécessiter des investissements lourds et coûteux ce qui limite son déploiement.
La méthode proposée se base également sur la mesure des vibrations émises par le transport sédimentaire, mais avec des capteurs installés à l’extérieur du lit de la rivière. De plus, elle se distingue des solutions précitées par l’étude des signaux basse fréquence générés par le charriage, qui sont caractérisés par une meilleure propagation dans les milieux alluviaux et par une énergie plus importante. Le projet s’articule donc autour du développement d’une méthodologie de mesure dont le but est de permettre le monitoring en continu du charriage dans les vallées alpines peu coûteux par rapport à d’autres systèmes.
Cette solution de mesure pourra servir de base au développement d’un outil d’aide à la décision dont le but sera de mieux gérer le risque hydro-sédimentaire à l’échelle du cours d’eau ou du bassin versant.

Résultats selon le contrat (Français)

1     Une caractérisation sismique du site de Zinal.

2     Un déploiement de la solution de mesure incluant capteurs et modules de gestion des données avec télétransmission sur le site de Zinal. Jalon 1.

3     Une analyse fréquentielle permettant d’identifier les signaux sismiques relatifs au charriage (Qs) et au débit liquide (Qw) pour permettre de valider la méthodologie et les choix techniques effectués pour le développement de la solution de mesure finale.

4     Une mise en perspective avec les mesures obtenues par la station de référence équipée des « Swiss Plate Geophones ».

5     Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 4.

6     Eléments de textes et illustrations ou photos pour l’impression d’un fact-sheet à l’adresse du public.

7     Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Objectifs du projet (Français)

Développement d’un système de mesure basé sur les vibrations émises par le transport des sédiments pour permettre un monitoring en continu du charriage.

Description des résultats (Français)

Le but du projet Sismoriv etait de realiser une etude de faisabilite quant a la possibilite de mesurer qualitativement le transport solide par mesure des vibrations dans les berges d'une riviere. 
La premiere etape de ce projet a consiste a concevoir une solution de mesure permettant l'acquisition a bas coüts des signaux sismiques emis par une riviere. Cette solution de mesure a dü repondre aux problematiques liees a l'acquisition de signaux sismiques (faible amplitude du signal, grande quantite d'informations a acquerir) et aux exigences d'une mesure environnementale (deploiement aise, autonomie energetique, etc.). 
Une section de la Navisence, (Zinal, VS), equipee d'une station de mesure du charriage basee sur la methodologie des « Swiss Plate Geophone » a ete choisie comme site de test pour le projet. Cette station, calibree, constitue une mesure de refärence du transport sedimentaire. Suite a une etude sismique qui a permis de caracteriser la propagation des ondes sismiques dans les berges, des mesures ponctuelles ont ete effectuees a l'aide de la solution de mesure SismoRiv, permettant ainsi son parametrage. S'en est suivi un monitoring de plusieurs semaines (periode de hautes-eaux juillet-Aoüt) du bruit sismique emis par la Navisence. 
La troisieme etape correspondant au traitement et a l'analyse des signaux enregistres par la station de mesure SismoRiv montre clairement qu'il existe, dans le signal sismique present dans les berges, les informations relatives aux debits solides et liquides. En agregeant le signal en fonction des frequences et en l'integrant au sein d'un modele numerique de calcul, il est possible de simuler un transport solide tres proche de la mesure de reference.

Mise en oeuvre et application (Français)

Suite aux resultats encourageants obtenus lors de cette etude de faisabilite, une etude complementaire est menee en partenariat avec le canton du Valais depuis 2016 afin de preciser le potentiel de la solution de mesure SismoRiv. 
Dans une premiere phase, il s'est agi de verifier la reproductibilite de la mesure dans le temps. Lors de l'ete 2016, la solution de mesure a ete deployee dans les memes conditions qu'en 2015 (emplacement, parametrage, periode de mesure) afin d'effectuer une analyse comparative. Dans un second temps, la solution de mesure a ete deployee en de multiples endroits, le long de la Navisence afin d'evaluer l'effet eventuel des conditions de site sur la mesure. Enfin, une attention particuliere a egalement ete portee sur l'identification des differentes sources de bruit pouvant parasiter le signal enregistre par la solution de mesure (pluie, vegetation, type d'ecoulement, etc ... ). 
Les premiers resultats montrent qu'il est possible de reproduire la mesure dans le temps, l'implantation des capteurs jouant toutefois un röle primordial dans la qualite des resultats obtenus.

Suivi (Français)

Le but final de ce projet est de developper l'aspect operationnel de la solution de mesure SismoRiv en l'incluant au sein du systeme de monitoring hydro-sedimentaire d'un bassin versant. Un deploiement de plusieurs solutions de mesure le long d'une riviere comme la Navisence devrait permettre un suivi en direct de la dynamique hydro sedimentaire, et ce, sur l'ensemble du lineaire de la riviere. Les ameliorations envisagees sont d'ordre:
• Conceptuel : affranchir la solution de mesure SismoRiv d'une mesure de refärence du charriage.
• Materiel : synchronisation des mesures, ou encore integration d'une connexion non filaire entre les capteurs et les modules capteurs.
• Logiciel : optimisation du pre-processing des donnees qui integrerait tout le processus de transformee de Fourier.

Publications / Résultats (Français)

Au cours de ce projet, un poster a ete realise et presente au 14th Swiss Geoscience Meeting qui a eu lieu les 18 et 19 Novembre a Geneve. 
Travaglini E., Omstein P., Mayencourt L., Moerschel J., Schneider T., SismoRiv: An innovative system for bedload monitoring based on the measurement of seismic noise through river banks, 14 Th Swiss Geoscience Meeting, 2016 Nov 18-19; Geneve CH