Les écoulements géophysiques aqueux sont généralement des écoulements turbulents à surface libre, soumis à une grande diversité de processus d’interaction multiphasiques avec la couche limite benthique. Ces derniers interagissent fortement avec la couche sédimentaire, rendant le transport fluide–sédiment difficile à prédire, surtout lors d’épisodes énergétiques (crues, tempêtes). Les modèles récents adoptent des approches diphasiques à turbulence résolue, rendues possibles par une meilleure compréhension des interactions fines entre turbulence et particules. Cependant, leur validation reste limitée faute de mesures à haute résolution des vitesses fluides, des vitesses particulaires et des concentrations, aussi bien dans les suspensions diluées que dans les couches de charriage dense.

Les progrès récents des sonars Doppler cohérents tir-à-tir, utilisant des configurations bistatiques à haute fréquence, permettent de profiler des zones d’écoulement sur plusieurs dizaines de centimètres avec des résolutions spatiales millimétriques et temporelles millisecondiques. L’analyse conjointe de la phase et de l’amplitude des échos permet d’estimer respectivement les vitesses multidirectionnelles et la concentration des particules, ouvrant la voie à une mesure simultanée du fluide et de la phase dispersée.

Malgré ces avancées, les incertitudes restent élevées, en particulier pour les mesures quasi-instantanées de concentration. L’usage récent de méthodes inverses statistiques et bayésiennes a permis les premières tentatives d’inversion diphasique, mais des défis persistent, notamment la différence de nature entre les estimations incohérentes de concentration et les estimations cohérentes de vitesse, qui imposent des traitements distincts et empêchent d’obtenir des résolutions temporelles comparables. Des approches de fusion d’information et d’inversion contraintes, issues du traitement du signal et de la télédétection, apparaissent prometteuses pour résoudre simultanément vitesse et concentration au sein des écoulements turbulents, bien que leur application au transport sédimentaire reste encore rare.

Dans le cadre des projets ANR RUTURE et 2Φ-SEDEXP, le/la postdoctorant(e) développera un modèle numérique de signaux ultrasonores diffusés (échos) se propageant dans des écoulements turbulents chargés en sédiments basé sur un modèle proposé dans Fromantet al. (2024). Ce modèle numérique dit “point-particle lagrangien” simule un écoulement diphasique (dilué) de particules, composé de traceurs fluides parfaits (micro-bulles d’air) et de particules faiblement inertielles (St≈10⁻²), avec une vitesse moyenne d’advection et une turbulence isotrope homogène imposée, et calcule les composantes en phase (I) et en quadrature (Q) des échos diffusés démodulés (ou signaux Doppler) pour les deux phases (fluide et sédiments) à chaque récepteur bistatique d’un système sonar Doppler cohérent multi-bistatique (ACVP). L’amplitude et la phase de ce signal Doppler peuvent être traitées pour obtenir des profils temporellement résolus de concentration et de vitesse à partir des séries temporelles des échos diffusés. En utilisant un ensemble de données expérimentales collectées (1) dans un système de grille oscillante générant de la turbulence (RUTURE) et (2) dans le canal hydraulique du LEGI (2Φ-SEDEXP), ainsi que les sorties numériques, le/la candidat(e) testera et développera des méthodes d’inversion pour les estimations diphasiques de vitesse et de concentration, afin de fournir des mesures de flux particulaires tenant compte de la nature stochastique inhérente aux échos enregistrés. Les méthodes proposées dans seront envisagées et comparées à d’autres techniques. L’objectif est de construire des opérateurs de fusion intégrant les mesures fournies par chaque récepteur à différentes fréquences, à tester dans différents scénarios, dans le cadre de l’optimisation statistique linéarisée ou du cadre bayésien. Les méthodes retenues seront implémentées dans la bibliothèque open-source HYDRAC (https://bitbucket.org/fromantgu/hydrac/src/master/).

REFERENCE

[1]Fromant et al. (2024), An examination of point particle Lagrangian simulations for assessing time-resolved particle flux measurements in sediment-laden flows, J. Acoust. Soc. Am.

Diplôme exigé :

Nous recherchons des candidats motivés titulaires d’un doctorat en mécanique des fluides, acoustique, traitement du signal, mathématiques appliquées ou physique appliquée, pour un accueil au LEGI (Grenoble) ou au LISIC (Calais).

Connaissance, savoir :

Matlab / Python, mathématiques appliquées, traitement du signal.

Savoir-faire :

Acoustique sous-marine, transport sédimentaire, Vélocimétrie Doppler, Turbulence, Simulation numérique.

Savoir être :

• Autonomie, motivation

• Sens de l’organisation et de la priorisation des tâches

• Sens relationnel

FULL PROPOSAL (ENGLISH) :

https://drive.google.com/file/d/1XLYIfH7fvaIR09aZTe9UzV-hMOejlGvc/view?usp=share_link