A l’écoute des échanges gazeux air-eau dans les eaux libres…


 AHLeGall    22/08/2019 : 13:08

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ExSONIC: Experimental evaluation of stream atmosphere gas exchange by hydro-acoustics = Évaluation expérimentale des échanges gazeux atmosphère/cours d'eau par hydroacoustique

David Vilbert et Thierry Labasque (Géosciences Rennes) étaient en Autriche du 14 au 26 juillet 2019 sur le site WasserCluster de Lunz am See (Université de Vienne), dans le cadre du projet ExSONIC piloté par Marcus Klaus (Université de Umea, Suède) et Jacob Schelker (Université de Vienne, Autriche). Objectif de la mission : caractérisation acoustique et hydrochimique du dégazage des ruisseaux en conditions contrôlées.



Les ruisseaux ont besoin de respirer, tout comme les humains, pour rester en bonne santé. Cette respiration, c’est-à-dire l’échange gazeux entre l’eau et l’atmosphère (qui se fait donc dans les 2 sens), permet notamment la dissolution de l'oxygène de l'air, et permet donc aux êtres vivants de respirer (poissons, algues, molluques,..) mais permet également le dégazage du CO2 (gaz à effet de serre) qui va contribuer au réchauffement climatique. L'échange gazeux est favorisé par la turbulence et les bulles d'air qui, à leur tour, génèrent le son caractéristique de cet échange. Une équipe internationale de chercheurs des universités d'Umea et d’Uppsala (Suède), de Padova (Italie), de Vienne (Autriche), de Grenoble et de Rennes, ont mis au point une nouvelle méthode qui utilise des enregistrements sonores pour estimer le coefficient d'échange (k) des gaz entre l'air et l'eau.

Le coefficient d'échange air-eau (k) est une des composantes essentielles de nombreuses études des processus biogéochimiques et écologiques dans les systèmes aquatiques. Cependant, leur grande variabilité spatio-temporelle est difficile à saisir avec les méthodes traditionnelles, en particulier dans les écoulements turbulents. L’objet du projet ExSONIC est donc d’étudier le potentiel de l'analyse spectrale du son pour déduire k dans les eaux libres (en milieu naturel), en partant du principe que la turbulence et les bulles qui y sont associées favorisent l'échange gazeux, en produisant un son caractéristique, i.e. une « signature sonore ».

Pour ce faire, les partenaires du projet explorent la relation entre k et les propriétés spectrales du son à l'aide d'expériences en laboratoire et d'observations sur le terrain dans une vaste gamme de turbulences et de conditions de bullage. Ils ont estimé k à l'aide de mesures réalisées en chambre de flux, en corrélant les échanges de plusieurs gaz de solubilité variées (He, Ar, Xe, CO2, CH4) avec le son enregistré au-dessus et au-dessous de la surface de l'eau, à l’aide de microphones et d’hydrophones.


Les premiers résultats mettent en évidence le potentiel unique des techniques acoustiques pour prédire k, isoler les mécanismes et améliorer la couverture spatio-temporelle des estimations de k dans un écoulement (cette vidéo réalisée par Marcus Klaus explique le principe de base de la détection des échanges gazeux air-eau dans les eaux libres à l'aide de microphones/hydrophones).

Si une partie du projet est spécifiquement du ressort des acousticiens, l’autre partie porte sur l’analyse chimique des gaz en temps réel, une compétence originale dans laquelle l’OSUR et la plateforme CONDATE Eau excellent. Le travail spécifique de Thierry Labasque et David Vilbert (Géosciences Rennes) a porté sur la caractérisation in situ du coefficient de dégazage (par spectrométrie de masse à membrane –MIMS et µGC) dans des cours d’eau artificiels, avec des débits, des pentes, des turbulences (bullage d’air) et des rugosités variables.


Bref, l’été, à l’OSUR, ce n'est pas parce qu'on bulle… qu'on ne bosse pas !



ExSonic1
Mesure des concentrations gazeuses en temps réels dans le laboratoire mobile de l’OSUR par MIMS et µGC


ExSonic2
Vue d’un chenal artificiel



>>> Pour en savoir plus sur ExSONIC >>>
>>> Researchers are listening to the breath of streams >>>


Contact OSUR
Thierry Labasque (Géosciences Rennes) / @
David Vilbert (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @





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