Création d'un Modèle Numérique Dynamique de Surface (MNDS) à l'aide de l'algorithme de la Direct Linear Transformation (DLT) et détermination des champs de vitesses de l'écoulement à partir d'appareils vidéographiques

Abstract

Fluvial dikes failures can cause huge damages in both materials and human levels. Many studies have investigated the mechanism of overflow failure by considering a transverse flow towards the dike and neglecting the longitudinal one. However, the break formation is highly influenced by the longitudinal flow. The aim of this master thesis is to dynamically model the free flow surface resulting from an overflow dike break in the objective to understand the formation, the erosion and the propagation of the breach. The research hypothesis posed consists of using the stereoscopic videography coupled with the Direct Linear Transformation (DLT) algorithm and the epipolar geometry to obtain three-dimensional velocity fields based on scattered objets at the free surface of the flow. For this purpose, a module of automatic points detection have been integrated in the photogrammetric restitution process of the DLT in order to acquire dynamic restitution. This modelling allows to obtain eulerian velocity fields based on the acquisition of FullHD images at a temporal rate sampling of 30 images per second. The most vulnerable part of the breach to erosion has been identified in order to better understand the process of breach propagation. The developed method therefore offers the advantage of automatically and non-intrusively determining three-dimensional eulerian velocity fields spatially distributed over the entire surface of the flow. These velocity fields are based on distances between successive positions of objects, determined at an accuracy of 5 mm, over time.

Les ruptures de digues fluviales provoquent des dégâts considérables tant sur le plan humain que matériel. De nombreuses recherches ont étudié le mécanisme de rupture par surverse en considérant un flux transversal à l'édifice et en négligeant le flux longitudinal. Cependant, la formation de la brèche est fortement influencée par le flux longitudinal. L'objectif de ce mémoire consiste donc à modéliser de manière dynamique la surface libre de l'écoulement résultant d'une rupture de digue par surverse en configuration fluviale dans le but de comprendre le processus de formation, d'érosion et de propagation de la brèche. L'hypothèse de recherche posée consiste à utiliser la vidéographie en stéréoscopie couplée à l'algorithme de la Direct Linear Transformation (DLT) et à la géométrie épipolaire pour obtenir des champs de vitesses tridimensionnelles sur base d'objets disséminés à la surface libre de l'écoulement. Pour cela un module de détection automatique de points homologues a dû être intégré dans le processus de restitution photogrammétrique statique de la DLT afin d'acquérir une restitution dynamique. Cette modélisation a permis d'obtenir des champs de vitesses eulériens de l'écoulement sur base d'acquisition d'images FullHD à un taux d'échantillonage temporel de 30 images par seconde. Les parties de la brèche les plus vulnérables à l'érosion ont ainsi pu être identifiées afin de mieux comprendre son processus de propagation. La méthode développée propose donc l'avantage de déterminer automatiquement et de manière non-intrusive des champs de vitesses eulériens tridimensionnelles distribués spatialement sur toute la surface de l'écoulement. Ces champs de vitesses sont calculés sur base de distances parcourues entre des positions d'objet successives, restituées à une précision de l'ordre de 5 mm, au cours du temps.