Skip to main content

HORIZONS STIM : Un étudiant de Concordia utilise les satellites pour topographier les rivières

Les recherches de l’étudiant à la maîtrise Sho Harada pourraient transformer le génie hydraulique
18 septembre 2017
|
Par Kenneth Gibson


 

Et si l’on pouvait connaître précisément les caractéristiques physiques d’une rivière sans jamais devoir se mouiller?

C’est exactement ce que tente d’accomplir Sho Harada en combinant ses champs d’intérêt, soit la dynamique numérique des fluides, l’hydraulique et la télédétection.

Inscrit à la maîtrise en sciences appliquées au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental de l’Université Concordia, M. Harada est membre du groupe de génie hydrotechnique mené par le professeur S. Samuel Li, qui se concentre sur l’hydraulique et la modélisation numérique.

« Le génie hydraulique recherche des solutions pratiques à des problèmes concrets », explique l’étudiant.

Son article sur l’utilisation des techniques de télédétection afin de cartographier la topographie des lits de rivière et la taille des grains de sédiment a récemment remporté le Prix de la meilleure communication étudiante 2017 de la Société canadienne de génie civil.

À l’aide de la géolocalisation et de l’imagerie par satellite, Sho Harada contribue à introduire la télédétection dans les méthodes de recherche de l’hydraulique fluviale, qui emploie traditionnellement des techniques concrètes comme les études sur le terrain.

« La télédétection offre une vue d’ensemble du problème en question. »

 

Sho Harada, étudiant aux cycles supérieurs à Concordia, recourt à un profil des vitesses superposé à un diagramme des profondeurs pour analyser à distance le débit d’eau dans un lit de rivière. | Image fournie par Sho Harada. Sho Harada, étudiant aux cycles supérieurs à Concordia, recourt à un profil des vitesses superposé à un diagramme des profondeurs pour analyser à distance le débit d’eau dans un lit de rivière. | Image fournie par Sho Harada.

Quel est le rapport entre l’image ci-dessus et vos travaux à Concordia?

Sho Harada : Il s’agit du plan d’un profil des vitesses transversal, qui montre la distribution des vitesses dans un lit, c’est-à-dire à quelle vitesse l’eau s’écoule à différents points de la rivière. Il se superpose à une carte en courbes de niveau, qui indique la profondeur de l’eau à ces endroits grâce à un codage de couleurs.

La création du plan commence par la production d’un modèle numérique d’élévation du terrain à partir de données obtenues in situ et d’images satellites. On simule ensuite numériquement le débit de la rivière.

La simulation numérique consiste à tenter de résoudre simultanément trois ensembles d’équations en tenant compte des données sur la profondeur et la vitesse : une qui décrit la conservation de la masse, une qui décrit le mouvement du fluide et une qui modélise la turbulence du fluide. Mes travaux sont axés sur l’utilisation de la modélisation numérique et de la télédétection en génie hydraulique.

Quels résultats attendez-vous de vos travaux?

SH : La télédétection fait partie intégrante de la trousse du géomorphologue fluvial depuis un moment déjà. Or, ce n’est pas le cas chez les ingénieurs hydrauliques. J’espère donc que mes recherches démontreront le potentiel de cette technologie comme outil supplémentaire contribuant à la conception et à la prise de décision en génie.

Les ingénieurs hydrauliques diffèrent grandement des géomorphologues fluviaux en cela que les premiers utilisent des théories physiques pour concevoir des structures et des plans de gestion, tandis que les seconds font appel à ces théories pour interpréter ce qu’ils voient.

Le génie hydraulique appartient au domaine des sciences appliquées, qui recherche des solutions pratiques à des problèmes concrets. L’un des principaux avantages de la télédétection est sa vaste portée spatiale, qui offre une vue d’ensemble du problème en question.

Dans quels domaines vos travaux pourraient-ils être utilisés?

SH : Le projet de télédétection découle en fait de la nécessité d’un moyen rapide et reproductible d’estimer la taille des sédiments dans les rivières afin d’évaluer l’habitat des salmonidés.

Les études sur le terrain classiques impliquent l’utilisation d’un personnel qualifié qui doit nager avec un masque et un tuba et passer au tamis les sédiments afin de déterminer leur taille. Le processus prend beaucoup de temps, ce qui réduit souvent la fréquence des nouvelles études.

C’est en examinant ce problème que nous avons eu l’idée d’utiliser les images satellites pour produire un modèle numérique du terrain, modéliser numériquement le débit de la rivière et estimer la taille des sédiments. Cette méthode est rapide et – surtout – ne limite la fréquence des nouvelles études qu’aux visites du satellite sur le site, soit tous les deux jours.

Les avantages d’un modèle numérique du terrain allant du lit de la rivière au sommet de la montagne sont considérables. En plus de faciliter l’identification de l’habitat des salmonidés, il permet de modéliser le débit de l’eau, de délimiter la plaine d’inondation et d’en planifier l’atténuation, de créer des cartes en relief, d’extraire les paramètres du terrain pour la géomorphologie et de produire une interprétation tridimensionnelle pour la visualisation, entre autres.

Quels sont les principaux obstacles auxquels vous vous êtes heurté dans vos travaux?

SH : L’un des plus gros obstacles était de combiner les données de deux images capturées en deux jours alors que différentes quantités d’eau s’écoulaient dans la rivière. Nous avons eu recours aux lois de la conservation pour prendre en compte cet écart.

Quel conseil donneriez-vous aux étudiants en STIM qui souhaiteraient se lancer dans ce type de recherche?

SH : Les connaissances de base dans un tel projet relèvent de la télédétection et de la mécanique numérique des fluides. Les intéressés tireraient profit d’une solide formation en mathématiques et en sciences physiques afin de comprendre les théories sous-jacentes, ainsi que de compétences en traitement et en gestion des données pour manipuler de grands ensembles de données.

Qu’est-ce qui vous plaît le plus à Concordia?

SH : Mon aspect préféré de Concordia est sa proximité avec de nombreuses autres universités. Ainsi, j’ai pu régulièrement faire des rencontres et discuter de mes travaux lors de symposiums locaux, ce qui a abouti à un projet de recherche collaborative.

Je pense qu’il est excitant et gratifiant pour les chercheurs passionnés par un sujet commun de pouvoir se rencontrer et tisser des liens.

Vos recherches bénéficient-elles du financement ou du soutien de partenaires ou d’organismes?

SH : Le projet a été mené en collaboration avec S. Samuel Li, mon superviseur, Michel Lapointe, professeur de géomorphologie à l’Université McGill, et Fabien Hughe, un de ses étudiants au doctorat. Une subvention à la découverte du CRSNG octroyée au professeur Li a permis de financer nos recherches.

 

Apprenez-en davantage sur les recherches en génie hydraulique menées à Concordia.



Sujets tendance

Retour en haut de page

© Université Concordia