H2O - Hydrologie, Eco-Hydraulique et Ondes

Responsable : Hélène Roux

Mots clés : Hydrologie, continuité écologique, crues, bassins versants

La thématique Écohydraulique et hydrologie concerne les écoulements naturels sur fonds complexes à différentes échelles, en lien direct avec les enjeux opérationnels allant de la prévision des crues à la restauration de la continuité écologique (directive-cadre sur l’eau 2000/60/CE).

Ce groupe est structuré par les interactions quotidiennes avec les personnels de l’OFB (Office Français de la Biodiversité) hébergés à l’IMFT. Une convention de coopération entre les tutelles de l’IMFT (Toulouse INP, CNRS et UPS) et l’OFB formalise un projet de recherche partagé et la mise en commun de moyens humains et financiers entre l’IMFT et l’OFB, définissant ainsi les activités et le fonctionnement du pôle R&D “Écohydraulique” OFB/IMFT/Pprime.

Méthodologie

Les approches développées s’appuient à la fois sur des études expérimentales en laboratoire ou sur site et sur des outils de modélisation numérique. L’originalité de ces travaux consiste à prendre en compte le changement d’échelle, depuis les processus locaux fortement tridimensionnels jusqu’au bief de cours d’eau ou au bassin versant.

Les modèles numériques développés sont quant à eux transférés à moyen terme vers une utilisation opérationnelle (MARINE : modèle hydrologique pour la prévision des crues, Cassiopée : logiciel d’aide au calcul pour la conception de passes à poissons – http://cassiopee.g-eau.net).

Thématiques Scientifiques

Au niveau européen et national, dans le domaine des écoulements turbulents à surface libre sur fonds complexes, l’expertise expérimentale et métrologique du groupe H2O a été clairement identifiée et reconnue dans le projet européen Hydralab+ (2015-2019, https://hydralab.eu/) et l’ANR Flowres (2015-2018, https://flowres.irstea.fr/en/). En particulier, le développement de techniques innovantes optiques autour de la PIV (stéréoscopique multi-plan et/ou scannée) ou de l’ombroscopie (PTV intégrée à l’échelle du canal) permet désormais un changement d’échelle rigoureux depuis des mesures locales 3D vers une description 1D verticale (équations de Saint-Venant), en ayant accès à toutes les composantes pertinentes de l’écoulement local. Cette expertise n’exclut pas l’utilisation conjointe de techniques acoustiques, qu’on retrouve majoritairement dans les autres laboratoires européens ou dans les études in situ.

Mesures PIV multi-plans dans une canopée de prismes réguliers. (a) tenseur de Reynolds dans le plan vertical central passant par le centre des prismes. (b) et (c) tenseur de Reynolds dans un plan horizontal au-dessus de la canopée et dans la canopée (lignes horizontales de la figure a) reconstitué à partir de 9 plans verticaux de mesures PIV

La thématique hydrologie à l’échelle du bassin versant regroupe plusieurs actions allant de la modélisation numérique pluie-débit à l’estimation de l’incertitude associé à la réponse d’un modèle hydrodynamique. Les travaux de recherche menés sont majoritairement dédiés à l’amélioration de la compréhension de la dynamique des crues soudaines, avec en particulier l’identification des processus dominants en fonction des caractéristiques de l’évènement de pluie et du bassin versant considérés. La modélisation distribuée est l’outil utilisé pour apporter ces éléments de compréhension. Il en résulte qu’une attention toute particulière est également consacrée à l’estimation de paramètres dans les modèles hydrodynamiques de façon générale, ainsi qu’à l’évaluation et la propagation des incertitudes associées à ce type de modélisation. Pour ce faire, il a été nécessaire de s’approprier et d’adapter différentes techniques mathématiques, en particulier d’analyse de sensibilité ou d’assimilation de données, afin de les mettre au service de la modélisation en hydrodynamique.

Les recherches en modélisation hydrologique dédiée aux crues soudaines ont donné lieu à une production scientifique de haut niveau, tout en assurant un transfert vers les acteurs opérationnels du domaine. La convention de recherche SCHAPI-IMFT, renouvelée depuis 2006, en est un exemple marquant : l’une des missions principales du SCHAPI (Service Central d’Hydro-météorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations) consiste en l’appui aux services de prévision des crues au niveau national, notre collaboration permet de confronter le travail de recherche effectué en amont à un fonctionnement opérationnel, en temps réel. Le modèle MARINE fait d’ailleurs partie de la plateforme de modélisation hydrologique PLATHYNES (PLATeforme HYdrologique pour la modélisatioN des Écoulements Spatialisés) du SCHAPI, en cours de test auprès des services de prévision des crues pour une mise en service opérationnelle. Il est également déposé à l’Agence pour la Protection des Programmes. Le groupe H2O est par ailleurs très actif dans le programme de recherche international HyMeX (http://www.hymex.org/).

Figure – Le modèle MARINE : Modélisation et Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour les évèNements Extrêmes. Schéma des processus représentés et implémentation dans PLATHYNES, la plateforme de modélisation à vocation opérationnelle du SCHAPI.

Dans le cadre du Pôle Écohydraulique OFB/IMFT/Pprime, une première phase d’études a permis de bien comprendre les écoulements au sein des dispositifs de franchissement pour les poissons, telles que les rampes à macrorugosités pour la montaison et les prises d’eau ichtyocompatibles pour la dévalaison, et in fine d’améliorer leurs critères de conception. Cette première phase s’est également traduite par la conception et la fabrication d’un canal inclinable totalement en verre destiné à évaluer l’efficacité des ouvrages de franchissement en lien avec les caractéristiques hydrodynamiques (projet OFB Macrorugosité 2). Ce canal permet donc le développement de métrologies optiques innovantes, en particulier pour les écoulements à fortes pentes. Une seconde phase d’études aujourd’hui en cours consiste à acquérir des retours d’expérience in situ, sur des dispositifs conformes aux dernières recommandations, pour évaluer les efficacités de franchissement piscicole. Ces études déjà bien avancées concernant la dévalaison confirment l’atteinte de fortes efficacités (80-100% pour les juvéniles de saumon et 95-100% pour les anguilles argentées), participant à concilier l’hydroélectricité, source d’énergie renouvelable, et la restauration des populations de poissons. Ces résultats valident le transfert opérationnel des recommandations techniques sur la conception des dispositifs. Notre expertise sur cette thématique est largement reconnue au-delà du niveau national, notamment dans les programmes européens dans lesquels émarge le pôle écohydraulique OFB/IMFT/Pprime : H2020 FIThydro et Interreg SudoAng.

Canal hydraulique inclinable de la Plateforme de Mécanique des Fluides Environnementale

Offres de thèses et stages du groupe :

Membres du groupe

NomStatutGroupePage personnelleBatimentN° de Bureau
Astruc DominiqueChercheur Toulouse INP - Maître de ConférencesH2OEscande116
Cassan LudovicChercheur Toulouse INP - Maître de ConférencesH2OEscande105
Cavalcanti FlaviaPost-DoctoranteH2OEscande107
Courret DominiqueIngénieur OFBH2OEscande117
Dartus DenisProfesseur des Universités Toulouse INPH2OEscande115
De Billy VéroniqueIngénieure OFBH2OEscande113
Hauw DominiqueGestionnaire OFBH2OEscande102
Hosseinzadeh AtiyehDoctoranteH2OEscande107
Labedan MathildeIngénieure d'étudesH2OEscande107
Laurens PascaleChercheur UT3 - Maître de ConférencesH2OEscande115
Mercier OlivierTechnicien OFBH2OEscande101
Moulin FrédéricChercheur - Maître de Conférences Toulouse INPH2OEscande116
Poulet NicolasIngénieur OFBH2OEscande113
Richard SylvainIngénieur OFBH2OEscande117
Roux HélèneMaître de Conférences, responsable du groupe H2OEscande105
Sagnes PierreMaître de Conférences détaché, Chef de pôle OFBH2OEscande104
Thual OlivierChercheur - Professeur des UniversitésH2OCastex
Tomanova SylvieIngénieure OFBH2OEscande101

Publications du groupe

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