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Vélocimétrie par images de particules (PIV) et modélisation de l'habitat d'hiver nocturne du tacon du saumon atlantique le long d'un lien sédimentaire.

Smith, Julie C. (2006). Vélocimétrie par images de particules (PIV) et modélisation de l'habitat d'hiver nocturne du tacon du saumon atlantique le long d'un lien sédimentaire. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 88 p.

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Résumé

Les modèles d'habitat relient les caractéristiques physiques de l'habitat fluvial aux préférences d'habitat du poisson afin de déterminer la quantité et la qualité de l'habitat disponible pour une espèce à un stade de vie donné. Ces modèles utilisent essentiellement trois variables d'habitat principal, soit la vitesse de l'écoulement, la profondeur de l'eau et la taille du substrat. Parmi ces trois variables, la distribution spatiale de la vitesse de l'écoulement est certainement la plus laborieuse à obtenir car chaque mesure de vitesse doit être prise de façon ponctuelle à l'aide d'un vélocimètre sur une période de 40 à 70 secondes. Récemment, l'utilisation de la vélocimétrie par images de particules (PIV) en milieu naturel a été explorée dans l'espoir d'offrir une alternative rapide, précise et peu coûteuse au vélocimètre. Le PIV est une technique d'analyse qui utilise une séquence d'images enregistrées afin de mesurer le déplacement d'un objet. Dans la première partie du mémoire, nous avons voulu utiliser le PIV afin de caractériser l'habitat du saumon atlantique juvénile le long d'un lien sédimentaire. Cependant, des problèmes dans la prise des images vidéos ont rendus impossible l'utilisation du PIV. Puisque nous possédions pour chacun des sites des mesures de vitesses au vélocimètre devant servir à une validation du PIV, la première partie du projet a été réalisée à l'aide des mesures récoltées à l'aide du vélocimètre. Dans cette partie du projet, nous avons examiné la variabilité des modèles de préférences d'habitat du poisson le long d'un lien sédimentaire en utilisant comme exemple l'habitat d'hiver nocturne du saumon atlantique (Salmo salar) juvénile. Cette étude avait pour objectifs principaux 1) d'analyser la variabilité des modèles de préférence d'habitat de nuit des tacons en comportement hivernal le long d'un lien sédimentaire, et 2) d'examiner la variabilité de ces modèles d'habitat dans le contexte de la transférabilité de ces derniers entre les différents sites d'étude. Les travaux, effectués sur le lien sédimentaire Onésime de la branche Principale de la rivière Ste-Marguerite (Québec, Canada), ont permis de démontrer une préférence marquée, et relativement constante le long du lien sédimentaire, des tacons pour les vitesses faibles (0 - 20 cm/s) et les profondeurs d'eau entre 40 - 60 cm. La préférence des tacons pour le substrat était. cependant très variables le long du lien sédimentaire, ce qui suggère que le substrat n'était pas une variable importante pour la sélection d'habitat hivernal de nuit des tacons. Ces résultats suggèrent que les modèles de préférences développés dans cette étude pour la vitesse de l'écoulement et la profondeur d'eau seraient possiblement transférables entre des sites d'une même rivière, contrairement au modèle de préférence pour le substrat. La deuxième partie du projet visait l'emploi du PIV en milieu naturel. Cependant, ceci est souvent compliqué par des conditions environnementales adverses qui en limitent l'utilisation. Dans la deuxième partie du mémoire, nous identifions deux de ces conditions. La première, appelée « effet de fond », se produit lorsque l'algorithme d'autocorrélation du PIV mesure le déplacement du fond immobile de la rivière, plutôt que celui de la surface de l'eau, en raison de la transparence de l'eau et de l'absence momentanée de particules traçantes à la surface. La seconde, appelée « effet de reflet », se produit lorsque des reflets à la surface de l'eau sont faussement interprétés par le PIV comme étant des vecteurs de vitesses réels. Les deux conditions ayant pour effet de causer une sous-estimation importante des vitesses par la méthode PIV, il existait un besoin réel de mieux identifier, et éventuellement, de filtrer les vecteurs de vitesses erronés associés à ces deux sources d'erreur. La méthode de filtrage développée dans le cadre du mémoire utilise la fonction de densité de probabilité des vecteurs de vitesses instantanées afin d'isoler le pic principal associé aux vecteurs de vitesses réels et de filtrer les vecteurs de vitesse erronés causés par les effets de fond et de reflet. Avant l'application du filtrage, des corrélations significatives ont été obtenues entre les vitesses mesurées au vélocimètre et les vitesses non-filtrées mesurées au PIV (rivière Wharfe, R² = 0,76, p < 0,001; rivière St-Charles, R² = 0,80, p < 0,001) mais les pentes des relations (rivière Wharfe, pente = 0,43; rivière St-Charles, pente = 0,58) indiquaient une déviation de la relation 1: 1 attendue. Après l'application du filtrage, les mesures au PIV étaient significativement corrélées avec celles prises au vélocimètre et les valeurs des pentes étaient proches de 1 (rivière Wharfe, R² = 0,92, p < 0,001, pente = 0,86; rivière St-Charles, R² = 0,92, P < 0,001, pente = 1,02). En combinant les données des deux sites, une relation forte et significative a été obtenue (R² = 0,95, p < 0,001, pente = 0,94) entre les vitesses mesurées au vélocimètre et au PIV.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Bergeron, Normand
Mots-clés libres: saumon atlantique; tacon; habitat fluvial; vélocimétrie par image de particules (PIV); salmo salar
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 22 juin 2012 17:38
Dernière modification: 16 mars 2016 20:06
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/435

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