Soutenance mémoire
Caractéristiques physiques de la baie de Seine orientale
Forçages hydrodynamiques
Hydrodynamisme marin
De nombreuses mesures et travaux de modélisations ont permis de mettre en évidence les principales caractéristiques de l’hydrologie et l’hydrodynamisme des masses d’eau en Manche. L’hydrodynamisme y est intense, principalement dû à l’intensité des courants de marées, eux même dépendants de la morphologie générale des fonds et de la côte. La baie de Seine est caractérisée par un régime de type macrotidal, le marnage y dépassant 7 m en période de vives eaux. Le forçage principal de marée est un forçage de type semi-diurne. Les courants de marée s’orientent majoritairement vers le nord-est, en période de flot, et vers le sud-ouest après la « renverse des courants », en période de jusant. Mais le bilan résiduel entre ces deux mouvements contraires est en faveur d’un mouvement de la masse d’eau vers le nord-est.
Au niveau de la baie de Seine, les vitesses des courants de marée sont les plus fortes au nordouest vers le détroit du Cotentin et au nord du Pays de Caux [plus de 3 noeuds (1,53 m.s⁻¹ ) en surface lors des vives-eaux moyennes], elles sont comprises entre 1 et 2 nœuds (respectivement équivalent à 0,51 m.s⁻¹ et 1,02 m.s⁻¹ ) dans la partie méridionale de la baie, puis diminuent graduellement d’intensité vers la baie des Veys et vers la baie de Seine Orientale (Salomon et Breton, 1991, 1993). Dans l’ensemble de la Baie de Seine orientale à l’exception des plus faibles fonds proches du Calvados et du Pays de Caux où les courants sont canalisés par la morphologie, les courants sont giratoires (Le Hir et L’Yavanc, 1985).
L’agitation en baie de Seine orientale est produite par les vents de secteurs sud ouest à nordouest soufflant en Manche ouest et en baie de Seine, complétée par une houle résiduelle provenant d’Atlantique dont la hauteur excède rarement 1 m. Il existe donc des courants induits par les vents, agissant sur les fonds surtout au niveau des plus faibles profondeurs, mais les courants de marée restent le facteur dominant à l’échelle de la baie de Seine.
Gradients et dynamique sédimentaire
Couverture sédimentaire
Dans cette mer macrotidale, les sédiments superficiels du bassin oriental de la Manche sont distribués en épandages sédimentaires horizontaux caractérisés par un gradient granulométrique qui correspond à l’amortissement progressif de la vitesse des courants de marée. En Manche, le sédiment s’affine du large vers les côtes (Vaslet et al., 1978 ; Larsonneur et al., 1982 ; Méar et al., 2003). Les sédiments grossiers composés de cailloutis, de graviers et de sables très grossiers se situent au nord, de la presqu’île du Cotentin jusqu’au large des côtes de Haute Normandie (Cap d’Antifer) et au centre du détroit du Pas-de-Calais, soit là où les courants de marées sont les plus intenses. A l’échelle de la baie de Seine, la répartition des sédiments est aussi dépendante de l’intensité des courants. Ainsi, les sédiments localisés à l’embouchure de la Seine sont composés de sables fins et de sables fins sablovaseux. La dernière cartographie des faciès sédimentaires à l’échelle de la baie de Seine orientale a été établie par Lesourd (2001) avant la construction de Port 2000 ; elle succédait à la cartographie des faciès sédimentaires d’Avoine (1981).
La comparaison des deux cartographies montre une stabilité d’ensemble des principaux faciès, malgré une tendance à l’envasement de l’embouchure. Le faciès grossier, composé de cailloutis et de galets, se situe dans la partie externe de la baie de Seine, dans les zones de fortes intensités hydrodynamiques. Le faciès sableux est observé à de plus faibles profondeurs, sur les fonds subtidaux. Les sédiments de sables fins et les sables fins sablovaseux dominent également au niveau de l’embouchure de Seine, aux faibles profondeurs. Les sédiments s’ordonnent selon un gradient d’affinement d’ouest en est ; la couverture à dominante sableuse au large passe rapidement à une couverture vaseuse lorsqu’on se rapproche de l’estuaire de la Seine (fort gradient d’envasement). Ils sont grossiers et localement envasés au sud-ouest, et plus fins le long des côtes du Calvados. Le faciès sédimentaire des sables envasés couvre des surfaces importantes au large des côtes du nord et du sud. Cet envasement se rencontre également sous forme de quelques taches locales en baie de Seine (zone faiblement envasée du Parfond). Le faciès sablo-vaseux / vases sableuses caractérise les zones d’envasement temporaire. La répartition des deux derniers faciès a davantage évolué par rapport aux faciès plus grossiers : les domaines vaseux se sont largement étendus dans l’estuaire. Les variations sédimentaires saisonnières ont fait l’objet de peu d’études. Lesourd et al. (2003), a montré que les variations saisonnières du régime sédimentaire de l’embouchure de la Seine ont une période de l’ordre de trois ans liée aux conditions hydro-météorologiques. Dans le cadre des travaux du PNEC , des suivis ont permis de comprendre les processus de dépôts des matériaux fins sur les fonds subtidaux (< 10 m) de la baie de Seine sud-orientale (Garnaud et al., 2003).
Les particules de vase présentes au sein de l’estuaire de la Seine proviennent essentiellement du fleuve Seine, mais subissent des processus très complexes. Les apports de particules fines par le fleuve et évalués au barrage de Poses (limite amont de la marée dynamique) sont en moyenne de l’ordre de 6.10⁵ tonnes.an⁻¹ , mais varient entre 1,3.10⁵ tonnes.an⁻¹ et 1,7.10⁶ tonnes.an⁻¹ (Lesourd, 2000). Les apports de particules fines silto-argileuses en aval de Poses, via les affluents de la Seine ou dus à l’érosion des vases intra-estuariennes existent mais représentent une importance secondaire (Lesueur et Lesourd, 1999). De même les quantités de particules fines d’origine marine qui intègrent le stock de matières en suspension (M.E.S.) estuariennes existent, mais sont considérées comme négligeables devant les quantités qui transitent au barrage de Poses.
Des placages éphémères de vases sont observés sur les fonds marins côtiers, au sud de l’embouchure de la Seine (jusqu’à 5 cm d’épaisseur). Ces dépôts vaseux se forment surtout à la suite de crues hivernales, au printemps (Garnaud et al., 2003). Ces placages sont mobiles, du fait de l’agitation de la mer sur les petits fonds. Les dépôts vaseux sont entrainés vers le littoral par les houles de tempête, et une partie des matériaux fins participe à réalimenter le stock sédimentaire intra estuarien, notamment le bouchon vaseux. L’envasement en baie de Seine sud-orientale est donc conditionné par la durée et l’intensité de la crue hivernale, et par la quantité de matériel fin disponible.
Plus récemment, dans le cadre du projet COLMATAGE, une étude a été menée pour compléter la description des fonds sédimentaires du système baie de Seine orientale / embouchure et de mieux comprendre sa structuration en échantillonnant un ensemble de 48 stations en 2008 et 2009. Dans son ensemble, cette étude a mis en évidence un affinement sédimentaire connu en relation avec une diminution des courants de marée du large vers les milieux côtiers moins profonds (Avoine, 1981 ; Lesourd, 2000), accompagné d’une certaine hétérogénéité sédimentaire horizontale. Cette observation avait déjà été mise en évidence lors d’études antérieures au niveau de l’embouchure de Seine (Lesourd, 2000 ; Janson, 2007) et en baie de Seine sud-orientale (Avoine, 1981 ; 1994). Une analyse photographique des échantillons de sédiment prises au moment des prélèvements lors des campagnes en 2008-2009 a montré qu’il existait une hétérogénéité sédimentaire verticale liée à la texture et à la stratification verticale des sédiments (Alizier, 2011) traduisant une dynamique de transport complexe.
Mouvements sédimentaires en baie de Seine orientale
Les mouvements des sables en baie de Seine sont assez bien connus ; leur déplacement en direction de l’estuaire s’effectue par charriage sous l’action dominante des courants de flot, contribuant ainsi au comblement de l’estuaire (Avoine, 1986). Dans l’embouchure, les houles viennent renforcer l’action des courants en accentuant le transit sédimentaire vers l’amont. Des expériences réalisées à l’aide de traceurs radioactifs ont permis de quantifier les transits sédimentaires et de fixer la limite d’action des courants de marée et de houles en fonction de la nature des dépôts et de leur profondeur (Avoine et al., 1986). Le mouvement général des sables, sous l’action des courants de marée alternatifs a été mis en évidence.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Contexte général de la baie de Seine orientale et des opérations de clapages
1. Caractéristiques physiques de la baie de Seine orientale
1.1. Forçages hydrodynamiques
1.2. Gradients et dynamique sédimentaire
2. Communautés benthiques en baie de Seine orientale
3. Contexte des opérations de dragages/clapages en baie de Seine orientale
3.1. Patrimoine naturel et contraintes anthropiques
3.2. La problématique des immersions des sédiments de dragages en baie de Seine orientale
Chapitre II : Variabilité biosédimentaire naturelle de la communauté des sables moyens propres à Nephtys cirrosa avant les expérimentations de clapages menés sur le site de Machu
1. Introduction
2. Méthodologie : stratégie et plan d’échantillonnage
2.1. Stratégie de mise en place des stations de prélèvements
2.2. Localisation de la zone de dragage
2.3. Echantillonnage : calendrier et méthodes
2.4. Traitements des échantillons
2.5. Traitement et analyses des données
3. Résultats
3.1. Caractéristiques sédimentaires et physico-chimiques du site de Machu avant les expérimentations de clapages
3.2. Caractéristiques biologiques du site de Machu avant les expérimentations de clapages
4. Discussion
4.1. Environnement sédimentaire et physico-chimique de la zone de Machu avant clapages
4.2. La communauté des sables moyens propres à Nephtys cirrosa
4.3. Potentiel de récupération de la communauté macrobenthique
Chapitre III : Variabilité biosédimentaire à petites échelles spatio-temporelles de la communauté des sables moyens propres à Nephtys cirrosa pendant les expérimentations de clapages
1. Introduction
2. Méthodologie : stratégie et plan d’échantillonnage
2.1. Objectifs
2.2. Procédure
2.3. Traitements des échantillons
2.4. Traitements et analyses de données
3. Résultats
3.1. Sédiment
3.2. Macrobenthos
4. Discussion
4.1. Evolution de la sédimentologie et de la morphologie des fonds sur le site de Machu
4.2. Evolution des caractéristiques physico-chimiques sur le site de Machu
4.3. Evolution des communautés benthiques sur le site de Machu
Chapitre IV : Relation entre la macrofaune benthique et les caractéristiques sédimentaires et physico-chimiques du site de Machu
1. Introduction
2. Matrice de corrélation
2.1. Méthodologie
2.2. Résultats
3. Procédure BIO-ENV
3.1. Méthodologie
3.2. Résultats
4. Etat écologique des communautés
4.1. Classement des espèces en groupes écologiques
4.2. Indice biotique : AMBI
4.3. Indice biotique modifié : M-AMBI
4.4. Résultats
5. Discussion
5.1. Distribution des taxa dominants et influence des paramètres sédimentaires et physico-chimiques
5.2. Quid des autres suivis étudiés dans le cadre des expérimentations de clapages sur le site de Machu ?
5.3. Le site de Machu : une zone propice aux futurs clapages ?
Conclusion générale
