offres de stage master 2

Contexte du projet :
Le bassin versant Strengbach, site de l’Observatoire Hydro-Géochimique de l’Environnement (OHGE : ohge.unistra.fr) est un lieu d’observation de la zone critique et un laboratoire à ciel ouvert pour la recherche où de nombreuses mesures (météorologiques, hydrologiques, géochimiques, géophysiques) sont réalisées depuis plus de 35 ans ¹. L’étude de l’évapotranspiration constitue un axe de recherche important donnant lieu, ces dernières années, à des campagnes de mesures et à des travaux de modélisation ciblés. Trois campagnes de flux de sève ont ainsi été menées : 5 arbres (2021 – uniquement épicéas), 36 arbres répartis sur 5 parcelles (2022 – épicéas et hêtres) puis 31 arbres sur 3 parcelles (2023 – épicéas et hêtres). Une thèse engagée en 2021 sur la « Modélisation des interactions entre ressource en eau et fonctionnement des écosystèmes forestiers » a permis d’élaborer un modèle mécaniste 1D du continuum sol – plante – atmosphère (SOVEGI) actuellement en cours de développement et de tests ².

Objectif du stage :
Le but du stage sera de paramétrer et valider le modèle SOVEGI en s’appuyant sur une large variété d’informations et de mesures réalisées sur le BV du Strengbach (granulométrie, mesures d’humidité du sol, mesures météorologiques) ³. La démarche adoptée visera à reproduire au mieux les chroniques de flux de sève caractérisant la transpiration des arbres sur différentes parcelles du site et d’étudier les effets des variations climatiques – plus particulièrement de la sécheresse de 2022 – sur les flux d’eau dans les différents compartiments. Une analyse de sensibilité du modèle pourra être conduite tout comme un travail prospectif sur les effets du changement climatique. Selon la progression du (ou de la) stagiaire, les résultats du modèle SOVEGI pourront alimenter un modèle 2D-3D de bassin versant ⁴.
Si il ou elle le souhaite, l’étudiant·e participera, au cours de son stage, à la maintenance de capteurs sur le terrain et à l’installation du matériel pour la campagne de flux de sève 2024.

Prérequis :
Enthousiasme et motivation pour travailler sur de la modélisation.
Aptitude à la lecture et la synthèse d’articles scientifiques en anglais.
Des connaissances en programmation seraient appréciées.
Des connaissances en hydrologie, en écophysiologie végétale seraient un plus.
Esprit de synthèse et aptitudes rédactionnelles, intérêt pour la recherche collaborative.

Modalités de candidature :
Envoyer mail de candidature à belfort@unistra.fr
Déposer 3 documents : lettre de motivation + CV + relevé de notes M1 sur
https://seafile.unistra.fr/u/d/38515ff7764a4afaa83e/

Références bibliographiques :
¹ Pierret, M. C., Cotel, S., Ackerer, P., Beaulieu, E., Benarioumlil, S., Boucher, M., ... & Probst, A. (2018). The Strengbach catchment: A multidisciplinary environmental sentry for 30 years. Vadose Zone Journal, 17(1), 1-17.
² Corvi, O., Weill, S., Belfort, B., Ackerer, P., Bonal, D., & Cuntz, M. (2023). SoVegI: a new and efficient model coupling photosynthesis and hydraulic transport within the soil-plant continuum (No. EGU23-983). Copernicus Meetings.
³ Belfort, B., Toloni, I., Ackerer, P., Cotel, S., Viville, D., & Lehmann, F. (2018). Vadose zone modeling in a small forested catchment: Impact of water pressure head sampling frequency on 1D-Model calibration. Geosciences, 8(2), 72.
⁴ Weill, S., Lesparre, N., Jeannot, B., & Delay, F. (2019). Variability of water transit time distributions at the Strengbach catchment (Vosges Mountains, France) inferred through integrated hydrological modeling and particle tracking algorithms. Water, 11(12), 2637.

Intérêt scientifique:

L’évaluation du devenir des zones sources de type NAPL (hydrocarbures pétroliers, composés organo-halogénés volatils, etc.) en fin de vie dans la zone non saturée d’un aquifère poreux pose un problème scientifique et technique majeur. La problématique concerne à la fois l’atténuation naturelle d’une pollution de sols et le panache gazeux résiduel suite à un traitement. Cette évaluation s’appuie sur l’estimation des cinétiques de transfert (coefficients d’échange) des polluants dans un système comprenant du NAPL, du gaz, de l’eau, et du polluant adsorbé sur le sol. La confrontation des coefficients d’échange estimés en laboratoire dans des conditions contrôlées avec les données de terrain montrent généralement des écarts de plusieurs ordres de grandeur.
Les travaux scientifiques envisagés seront menés dans le cadre du projet DECISIF (« De l’estimation des cinétiques des zones source de type NAPL in fine ») qui est soutenu financièrement par l’ADEME. Ce projet R&D regroupe un consortium comprenant deux sociétés d’ingénierie, GINGER-BURGEAP et GINGER-CEBTP, et deux laboratoires de recherche public, l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) et l’Institut Terre et Environnement de Strasbourg (ITES).

Plan de recherche:

Dans le cadre du stage de recherche proposé, les expérimentations sur colonnes de laboratoire remplies de milieux poreux
homogènes visent deux objectifs :
- Quantification des cinétiques de transfert entre les concentrations en PCE dissoutes dans l’eau immobile et l’air mobile forcé (lors du « venting ») ;
- Réalisation d’essais de relaxation en conditions contrôlées, monodimensionnels en milieu poreux homogène (colonnes de laboratoire).
Deux sables seront utilisés comme milieu poreux : le sable moyen H2F, et le sable fin H1F qui est caractérisé par une saturation en eau irréductible plus élevée que celle du sable H2F. Les deux sables homogènes ont une très faible capacité de sorption.
Le protocole expérimental à adopter pour les essais sur colonnes en verre (diamètre intérieur de 10 cm, longueur d’environ 80 cm) prévoit les étapes suivantes :
- Après remplissage à sec de la colonne avec du sable, une première phase d’imbibition du milieu poreux (du bas vers le haut de la colonne) est réalisée avec de l’eau chargée en PCE dissous à l'équilibre.
- Dans un deuxième temps, un drainage forcé est mené par le bas de la colonne.
- Une fois la colonne est à saturation irréductible en eau (chargée en PCE dissous), une série d’essais à débit d'air constant (circulant du bas vers le haut) sur un temps donné sera réalisée.
- Les concentrations en vapeur de PCE seront quantifiées en haut de la colonne au moyen d’un analyseur en ligne PID 102+ (10 ppb - Interprétation des courbes de sortie en vapeur de PCE au moyen d’un logiciel, visant à quantifier les coefficients de la cinétique de transfert PCE dissous/air.
- A l’issue de l’acquisition des mesures, une nouvelle série d’expérience est initiée avec une remise en eau de la colonne avec un mélange d’eau chargée en PCE dissous, accompagné à nouveau d’un drainage forcé suivi d’un venting avec un débit d'air différent.
Afin de se mettre en conditions de traitement de sites réels, il est également prévu de mener quelques essais en condition de relaxation avec une série de cycles de pompage (start/stop) indexée sur les concentrations relevées afin de tester la remontée en vapeurs du milieu lors d’un arrêt du pompage.

Candidature :

Transmettre CV + lettre de motivation à: Gerhard Schäfer, PU Université de Strasbourg, schafer@unistra.fr

Descriptif:

La modélisation mathématique des écoulements dans les sols repose sur une équation aux dérivées partielles (équation de Richards) fortement non linéaire et qui nécessite la détermination de plusieurs paramètres (5 au total pour un seul type de sol). La mesure de ces paramètres au laboratoire se heurtent à plusieurs difficultés liées à l’échantillonnage (représentativité), à l’échelle de mesure (qui doit être compatible avec celle de la modélisation) et à la difficulté de la mesure en elle-même.
A l’Institut Terre Environnement de Strasbourg (ITES), nous avons mis en œuvre un protocole de mesure de ces paramètres sur le terrain. La méthode est assez simple, elle consiste à suivre l’infiltration de l’eau dans un tube enfoncé dans le sol.
L’objectif de ce stage est d’évaluer les potentialités de ce protocole. Pour ce faire, les données de terrain sont déjà disponibles et nous disposons d’un code de calcul permettant de simuler l’hydrodynamique dans les sols.
Au cours de ce stage, il s’agira de mettre en œuvre des techniques d’analyse de sensibilité pour évaluer les effets des incertitudes propres à chaque paramètre sur la vitesse simulée de l’infiltration de l’eau dans le sol. Cette analyse de sensibilité sera bien entendue menée en simulant les expériences de terrain. Les techniques envisagées sont des techniques assez classiques (indice de Borgonovo, indices de Sobol déjà utilisés à ITES) mais qui pourraient être complétées par des approches plus récentes issues de la théorie de l’information (information mutuelle par exemple qui permet d’évaluer le degré de dépendance de deux variables – la vitesse d’infiltration et un paramètre dans notre cas). Cette analyse portera également sur les conditions initiales du problème à résoudre, celles-ci étant également mal connues. Cette analyse de sensibilité pourra servir de guide pour l’indentification des paramètres qui pourrait effectuée dans un second temps (selon l’avancement du stage).

Candidature :

Transmettre CV + lettre de motivation à: Philippe ACKERER, DR - CNRS, ackerer@unistra.fr