Measurement Suspended Particulate Matter (SPM) in the water column by combining acoustic and optical methods

La mesure de Matières En Suspension (MES) est cruciale autant pour comprendre les transferts sédimentaires que pour les études des écosystèmes marins. Elles sont classiquement mesurées ponctuellement par des prélèvements d’eau in situ, ou à partir des propriétés optiques de l’eau. Mais depuis plusieurs décennies, les appareils acoustiques, ont montré leur capacité à mesurer ces MES sur de plus grands volumes. Ces mesures, en particulier celles de la concentration, s’appuient sur les propriétés de rétrodiffusion des particules. Mais ces mesures demeurent peu représentatives dans la mesure où le contenu en MES dans la colonne d’eau varie à différentes échelles de temps et d’espace. Dans un premier temps, ces travaux de thèse visent à montrer à travers des mesures in situ réalisées dans l’estuaire de l’Aulne qu’il est possible d’étendre spatialement la mesure par inversion des données issues de sondeurs multifaisceaux (SMF). Un modèle de rétrodiffusion adapté à la suspension d’intérêt, constituée dans cette étude d’agrégats estuariens, est d’abord élaboré. Puis grâce à des observations issues d’un profileur multifréquences, la concentration massique en MES, distribuée par classes de tailles, a pu être déterminée par la résolution d’un problème inverse. Ces informations permettent de déterminer les rayons équivalents de la suspension, grâce auxquels les données issues du SMF, au préalable calibrées par une méthode innovante, peuvent être inversées de manière directe. Une étude des incertitudes attachées aux valeurs de concentrations estimées est par la suite proposée afin de qualifier la pertinence des résultats. Puis dans un second temps, les conditions nécessaires à l’établissement d’un protocole de mesure des MES par système multi-capteur sont identifiées. Ce dernier permet la caractérisation en continu des MES à différentes échelles de temps et d’espace, en exploitant la complémentarité des mesures issues des différents instruments.Measuring Suspended Particulate Matter (SPM) is essential to better understand sediment transport and marine ecosystems. SPM is traditionnaly estimated through in situ water samples analysis, or based on the optical properties of water. Yet for several decades, acoustical devices have shown their capability to measure SPM on larger volumes. These measurements (especially in terms of SPM concentration) are based on the backscattering properties of the particles. However, these measurements remain limited, since the SPM content in the water column is subjected to variations on both spatial and temporal scales.As a first step, this work aims at showing that it is possible to increase the degree of spatialization of the SPM measurements by inverting MultiBeam EchoSounder (MBES) data, through in situ measurements acquired in the Aulne macrotidal estuary. A backscattering model was first designed to describe the backscattering properties of the suspension of interest, consisting in this study in estuarine agregates. Then, thanks to multifrequency observations, the SPM mass concentration sorted by size classes was retrieved through the the resolution of the inverse problem. This kind of information allows to determine the equivalent spherical radius of the the whole suspension, through which the MBES data, calibrated beforehand using an original method, can be directly inverted. Subsequently, a study of the uncertainties attached to the final concentration estimate is proposed in order to qualify the relevance of the results.In a second step, the necessary conditions for establishing a measurement protocol of the SPM are identified. The latter allows continuous characterization of SPM at different spatial and temporal scales, by exploiting the complementarity of the measures delivered by different instruments