La résolution du profil en largeur que permet d’obtenir le scanner laser s’étend de 45.7 µm à 112.1 µm et cela sur une largeur comprise entre 58.5 mm et 143.5 mm suivant la hauteur à laquelle est positionné le scanner par rapport à la surface à mesurer. Le but étant de réaliser des profils en travers en 3D, il est intéressant d’avoir environ la même résolution dans les trois axes. Le banc de mesure est capable d’être aussi précis (1 µm) mais il met beaucoup de temps pour stabiliser sa position. Il faudrait attendre 3 s pour chaque mesure pour être sûr de ne pas faire d’erreur. Le canal faisant 1 m de large, si on choisit une résolution de 100 µm il faudrait t = 1000000/100*3 = 30000 s.
C’est-à-dire 500 min pour mesurer une surface de l’ordre de 0.1 m² ! Il a donc été nécessaire de trouver une solution qui permette de faire des profils en travers plus rapidement. Il est nécessaire que l’on connaisse l’endroit précis où chacune des données a été prise. Plusieurs solutions ont été envisagées tout en remplissant ce critère :
- Récupérer les données de positions de l’automate aux instants où une mesure est faite.
- Faire avancer l’automate à une vitesse constante pour permettre au scanner (qui a une fréquence de 25 Hz) de faire une mesure tous les 100 µm (par exemple).
- Installer un codeur compatible avec le scanner. Un codeur est un capteur de position. Il permet d’envoyer une impulsion électrique dès qu’il avance de 100 µm (par exemple).
La première solution, la plus simple n’est pas réalisable à cause des propriétés l’automate qui ne renvoie sa position que toutes les 150 ms en moyenne. De plus il s’agit d’une moyenne, cette fréquence n’est pas fixe, probablement à cause des calculs qui sont faits plus ou moins vite suivant
à faible vitesse (1 cm/s) et en enregistrant ses positions en fonction du temps. En traçant un graphe de la distance parcourue en fonction du temps j’ai pu remarquer que la vitesse n’est pas constante.
Elle varie légèrement ce qui nous empêche par de simples calculs de retrouver la position exacte des mesures entre deux positions exactes transmises par l’automate.
La solution retenue est donc d’installer un codeur. Le codeur choisi est un codeur linéaire incrémental magnétique de la marque Baumer pour lequel j’ai réalisé un comparatif des matériels disponibles sur le marché en tenant compte des caractéristiques attendues par les chercheurs. Ce codeur envoie une impulsion électrique au scanner tous les 25 µm pour déclencher une mesure. Le pas du codeur est de 25 µm, il est mesuré grâce à une bande magnétique au-dessus de laquelle il circule. Cette solution est plus compliquée techniquement à mettre en place mais la fiabilité de la mesure est garantie. La mise en place de ce codeur est en cours de finalisation ainsi que la construction du programme LabVIEW pour le pilotage de l’ensemble scanner-codeur-automate et devrait être effective fin juillet 2015.
Néanmoins des mesures ont déjà été réalisées avec le scanner. Pour combler le manque de précision et de rapidité de l’automate nous avons réalisé des profils en travers en 2D. Le scanner a été installé comme présenté sur la figure 6. Ainsi des transects sont réalisés tous les 10 cm. Avec un temps d’attente de 3 s par point, le temps pour que l’automate se stabilise précisément, le transect est réalisé en moins d’une minute.
Figure 6: Scanner installé sur le charriot de mesure
Ces mesures ont été réalisées sur un fond en sable. Le lit était disposé comme sur la figure 4. Le but était de caractériser l’évolution du lit dans le temps avec un débit constant. Pour suivre l’évolution de la morphologie du lit, des interruptions du débit ont été faites à 20 min et 100 min pour une manipulation totale de 200 min.
Les résultats de cette manipulation sont présentés dans la partie II.B.3 Résultats.
2. Résultats
Les données de la manipulation avec le scanner ont été acquises via LabVIEW et enregistrées en format texte. Cela a permis de traiter les données ensuite grâce à Matlab. Un programme a été créé permettant de sélectionner uniquement les données à des points très précis et de les assembler pour visualiser le profil en travers souhaité. La figure 7 présente ces résultats. L’axe des abscisses est la distance parcourue en mm depuis une position précise et l’axe des ordonnées la distance entre le scanner et le fond en millimètre. Les couleurs sur les graphes de cette partie représentent chacune des positions où des mesures ont été faites avec le scanner. Elles ont été mises côte à côte pour avoir la vision de l’ensemble du transect sur un seul graphe. On peut donc voir 8 positions pour un profil, avec 5 s d’attente entre deux positions, 40 s étaient nécessaires pour faire un profil ce qui est très satisfaisant.
Figure 7: Evolution du transect à 5m à t = 0 min (a) ; t = 20 min (b) ; t = 100 min (c) ; t = 200 min (d)
La figure 7 permet d’illustrer l’évolution du lit en fonction du temps. Le lit s’ordonne lentement de façon à créer des petits chenaux : il s’incise par endroit et des dunes de sable se déposent à d’autres endroits.
Figure 8: Comparaison entre une mesure bathymétrique sans eau (gauche) et avec eau
semble donc possible mais cela nécessite de prendre en compte les phénomènes optiques en jeu en mesurant la hauteur de l’eau et en réalisant une courbe de conversion de la distance lorsque le faisceau traverse l’eau.Un autre facteur intervient pour faire des mesures au travers de l’eau : la turbidité. La mesure de la figure 8 a été faite avec de l’eau stagnante, mais lorsque l’eau est en mouvement et transporte des sédiments elle devient sans doute bien plus compliquée car la lumière se disperse à cause de la densité des sédiments et l’onde lumineuse n’atteint plus le fond. Il est nécessaire que l’eau soit relativement calme et qu’il n’y ait pas trop de sédiments en suspension pour accomplir ces mesures ce qui n’est pas le cas dans la majeure partie des expériences à venir sur le canal inclinable (étude d’écoulements torrentiels). Les mesures de bathymétrie devront donc être réalisées de manière séquentielle entre deux écoulements.
Conclusion de la partie
Cette première partie de présentation de mon travail a permis de comprendre les travaux réalisés à Irstea dans le hall hydraulique. La démarche scientifique de l’unité HH est basée sur une approche en trois volets complémentaires : le modèle expérimental, le modèle numérique, et les données de terrain. Après avoir vu le modèle expérimental qui permet de caractériser le flux sédimentaire en conditions contrôlées dans cette partie, nous allons maintenant passer à la seconde activité principale de l’équipe métrologie, les mesures de terrain qui sont nécessaires aux chercheurs pour comprendre la complexité des phénomènes naturels.
III. Intégration d’un sondeur dans la chaine de mesure de bathymétrie
Dans cette partie nous verrons dans un premier temps les instruments que j’ai appris à utiliser au sein de l’équipe métrologie pour la mesure de la bathymétrie. Ensuite le protocole sera exposé pour comprendre les différentes manipulations réalisées et les sites de mesures. Pour finir nous verrons le traitement de données pour l’intégration d’un sondeur dans la chaîne de mesure de l’équipe.