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LES MODES DE TRANSPORT DE SEDIMENT IMPLIQUES DANS LA MIGRATION DES CORPS SEDIMENTAIRES
Le transport de sédiment est divisé en trois catégories ; le transport en solution, le transport en suspension et enfin, le transport de fond (charriage) (Figure 1) (Univ-Lyon, 2017, Naqshand, 2014). Le mode de transport de sédiment dépend des caractéristiques des éléments (taille, forme, densité), des caractéristiques du fluide (vitesse, viscosité) et de l’écoulement (pente et profondeur) (Univ-Lyon, 2017).
La première catégorie (transport en solution) correspond à la charge dissoute (ions) et correspond aux grains de sédiments plus fins (<0.062mm) (Kostaschuk, 2005) que ceux trouvés dans le lit du cours d’eau (Einstein, 1950). Ils sont transportés complètement par suspension (Gomez, 1991). Le transport en suspension et de fond représentent les flux solides. Les matériaux transportés par suspension se déplacent au sein de la colonne d’eau sans jamais toucher le fond du lit (Naqshband, 2014). Ils correspondent à des matériaux fins et de légère densité. Le charriage concerne la fraction la plus grossière de matériaux du lit (Claude, 2012). Ces derniers peuvent se déplacer par saltation, roulement ou encore glissement.
Le transport par suspension et le transport de fond dépendent des caractéristiques de l’écoulement telles que le débit, la vitesse du courant, ou encore la contrainte de cisaillement (Gomez, 1991). Ils ont un rôle clé au sein des rivières et affectent la morphologie des chenaux dont la morphologie des dunes (Kostaschuk, 2005) et des bancs alluviaux. Ces corps sédimentaires impactent, eux, en retour les taux de transport de sédiment (Hassan, 1992; Jerolmack et Mohrig, 2005). Par exemple, plus la rugosité du lit augmente, plus le transport de la charge de fond diminue (Hassan, 1992).
LES DUNES SUBAQUATIQUES, DYNAMIQUE ET MORPHOLOGIE
Les dunes subaquatiques, aussi appelées mégarides, font, d’après la définition de Jackson (1975), parties de mésoformes. Elles se forment pour des taux de transport de sédiment et des grammes de vitesses supérieures à celles des microformes et lorsque les grains de sédiment ont un diamètre supérieur à 0,1 mm (Rodrigues, et al., 2016). Elles sont influencées par la partie turbulente de la couche pour des écoulements sous-critiques, c’est-à-dire, avec un nombre de Froude inférieur à 1 (Rodrigues, et al., 2016).
IMPACTS DES DUNES SUR L’ECOULEMENT
Les dunes subaquatiques forment la principale source de rugosité du lit d’un cours d’eau. Via leurs morphologies, elles modifient les hauteurs d’eau, les écoulements, les profils de vitesses (Ferret, 2011) et par conséquent les processus d’érosion et de dépôt (Naqshband, 2014). La vitesse près du fond au niveau de la face d’érosion augmente dû à la diminution de la hauteur d’eau. A l’inverse, au niveau de la face d’abris, la vitesse de l’écoulement diminue (Ferret, 2011). La contrainte de cisaillement est donc plus importante au niveau de la face d’érosion ce qui résulte en une augmentation du transport sédimentaire vers la crête de dune. Les processus inverses s’appliquent au niveau de la face d’abris, ce qui peut générer un dépôt sédimentaire important (Ferret, 2011). Cette morphologie induit (pour les dunes asymétriques majoritairement), une séparation des écoulements (ou décélération) au niveau de la face de dépôt. L’intensité de ce phénomène dépend de la pente de cette dernière et créé des macro turbulences impactant le transport sédimentaire (Best, 2005) in (Ferret, 2011).
La formation des dunes à un effet rétroactif sur les écoulements et leur dynamique via l’augmentation de la résistance du lit (Rodrigues, 2014). Ce phénomène a été approximé par Van Rijn (1984) : (5) ??????=1,1??(1−?−25?? ).
INTERACTIONS DUNES/DUNES ET FORMES DU LIT SUPERPOSEES
Les dunes exercent également des influences les unes sur les autres (Jerolmack et Mohrig, 2005). Les travaux de Jorelmack et Mohrig (2005) in situ et en laboratoire ont montré que ces formes du lit s’ajustent certes par apport aux conditions hydrauliques mais également vis-à-vis de leur concentration et de leur disposition les unes par rapport aux autres.
Il n’est aussi pas rare que des formes du lit secondaires (dunes ou rides) se développement sur le dos des dunes. Ces formes superposées permettent la croissance et le déclin des dunes en réponse aux changements de débit et de hauteur d’eau (Kleinhans, et al., 2002). Elles modifient également la géométrie de la forme hôte, sa vitesse de migration et la séparation des écoulements qui en résulte.
Enfin, elles impactent l’écoulement en augmentant la rugosité du lit (Van Rijn, 1994).
LES LITS PLANS DE HAUT NIVEAU ENERGETIQUE
Dans des conditions sous critiques (F<1), lorsque la contrainte de cisaillement du lit et les taux de transport augmentent, les dunes et les rides sont transformées en lit plan de haut niveau énergétique (Bridge, 2003). Ces formes du lit ne sont pas complètement plates. On retrouve à leur surface des petites « vagues » (plus ou moins asymétriques) de quelques centimètres de haut (Bridge, 2003). Les ratios hauteur/longueur sont similaires à ceux des dunes, suggérant, que ces vaguelettes sont des dunes naissantes qui ne peuvent pas se développer (Bridge, 2003). Le transport de sédiment associé aux lits plans de haut niveau est remarquable et serait à l’origine de leur existence (Bridge, 2003).
LES BARRES SEDIMENTAIRES, DYNAMIQUE, MORPHOLOGIE ET NOMENCLATURE
Les barres sédimentaires, aussi appelées bancs alluviaux sont des formes du lit de plus grande taille que les dunes. Elles ont des longueurs du même ordre de grandeur que la largeur du chenal et des hauteurs comparables à la profondeur d’eau (Jackson, 1975). Leur hauteur est également liée à l’épaisseur de la couche limite (Rodrigues, 2014) qui dans le cas des rivières peu profondes, s’exprime sur l’ensemble de la colonne d’eau. A l’inverse des îles, les bancs alluviaux ne sont pas végétalisés et sont submergés au débit de plein bord (Bridge, 1993). Les barres sédimentaires peuvent cependant se transformer en île. Outre leur rôle dans la dynamique fluviale, elles servent de zone d’habitat, de reproduction ou encore d’abris pour de nombreuses espèces végétales et animales (Rodrigues et al., 2016).
TYPES DE BARRES ET CLASSIFICATION
Une première classification, basée sur les processus hydrauliques et les forçages géométriques distingue les barres libres, également appelées barres migrantes, et les barres forcées dites barres non migrantes. Les barres migrantes correspondent à une déformation du lit, sans changement de direction des berges. Elles sont le résultat d’une instabilité morphodynamique causée par un écoulement sur un lit déformable (Tubino, 1991) in (Claude, 2012). A l’inverse, les barres forcées se développent suite à une discontinuité dans la géométrie du chenal (méandres, élargissement, seuil, épi, rétrécissement) ou bien suite à une perturbation de l’écoulement (seuils) qui engendre un dépôt préférentiel de sédiment (Claude, 2012). Elles génèrent une séparation de l’écoulement, et donc une perte d’énergie qui favorise le dépôt de sédiment. Il est possible que ces deux types de barres coexistent au sein d’un même chenal (Rodrigues, 2014).
La nomenclature des barres dépend de leur position dans le chenal et de critères sédimentaires. On distingue ainsi les barres unitaires et les barres composées (Bridge, 2003). Les barres unitaires correspondent plus ou moins aux barres libres et sont associées à des dépôts simples alors que les barres composées, qui correspondent plus ou moins à des barres forcées, résultent de la fusion de barres unitaires. Ces dernières sont plus pérennes (Rodrigues, 2014). Dans certains cas, on peut rencontrer des barres alternes, qui comme leur nom le définit, sont disposées en quinconce dans le chenal. Elles apparaissent la plus part du temps après des travaux d’aménagement fluviaux (endiguements, rectification du chenal, curage).
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Table des matières
Formation par la recherche, Projet de Fin d’Etudes en génie de l’aménagement et de l’environnement
Remerciements
Sommaire
Introduction et hypothèses
I. Rappels
I.1. Les différentes formes de lit en système fluviatile
I.1.1.Les modes de transport de sédiment impliqués dans la migration des corps sédimentaires
I.1.2. Les dunes subaquatiques, dynamique et morphologie
I.1.3. Les barres sédimentaires, dynamique, morphologie et nomenclature
I.2. Contexte et Objectifs
II. Matériels et Méthodes
II.1. Lieu d’études
II.2. Mesure des profil de vitesses et des débits
II.3. Mesure du transport solide
II.3.1. Mesure du transport par charriage
II.3.2. Mesure du transport par suspension
II.4. Relevés bathymétriques
II.5. Dunes Tracking Method (DTM)
II.6. Analyse en Composantes Principales (ACP)
III. Résultats
IV. Discussion
IV.1. Approche méthodologique générale et base de données
IV.2. Transport en suspension et morphologie des dunes
IV.3. Transport en suspension et célérité des dunes
Conclusion
Annexes
Index
Bibliographie
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