Soutenance mémoire
La charge sédimentaire dans les rivières est définie comme étant l’ensemble des sédiments transportés et se décline en deux composantes ; le transport en suspension et le transport sur le fond. Le transport des sédiments en suspension, communément appelé charge en suspension, représente la plus grande partie des charges sédimentaires dans les rivières. En effet cela représente plus de 90% du flux annuel de sédiments [Syvitski et al., 2005]. On y distingue les charges de lessivages (Washload) qui sont des sédiments fins, en général inférieurs à 63 µm selon la classification des tailles de grains de Wentworth (1922), invariants quel que soit la distance par rapport au lit. C’est-à-dire uniformément réparties le long de la colonne d’eau. Et les suspensions près de fond ou en saltation (suspended bed materiel load), qui sont caractéristiques d’un gradient de concentration vertical, c’est à-dire dont la quantité décroit depuis le bas vers le haut, et qui se confondent avec la charge de fond. Les matières en suspension, d’acronyme MES sont des particules fines qui se retrouvent dans la première catégorie de sédiments transportés en suspension.
Dans le cadre de cette étude, nous allons nous intéresser uniquement aux matières en suspension audessus des formes de fond de lit que sont les dunes et plus particulièrement aux interactions qui peuvent exister entre ces deux paramètres.
Les dunes sont souvent présentes dans les lits sableux, ce sont les formes de fond de lit les plus représentées dans les rivières, et affectent toute la dynamique fluviale et sédimentaire au-dessus [Holmes, Jr. et Garcia, 2002 ; Cardinale et al., 2014]. Les dunes subaquatiques par leur morphologie caractéristique impactent fortement la circulation hydraulique sus-jacente et par conséquent influencent le profil invariant des MES dans la colonne d’eau. En effet, les dunes agissent comme des obstacles à l’écoulement ; leur présence modifie l’écoulement en entraînant la génération de turbulences, éjectant les sédiments du lit dans la colonne d’eau sus-jacente et impactant ainsi le profil vertical de concentration des MES au-dessus du lit. Ainsi contrairement aux rivières de lits plans (sans formes de lit), au-dessus desquelles le profil vertical de concentrations des MES est connu car seulement influencé par la rugosité des grains qui la composent, les dunes subaquatiques par leur morphologie complexe impactent le profil de concentration des MES de manière encore trop méconnue.
Afin d’étudier les interactions entre les dunes et les MES il est important de connaître les différents paramètres influant sur l’évolution de concentration des MES. Selon la recherche [Babi, 2005], la dynamique des flux sédimentaires dans les chenaux va être influencée à l’échelle plus large du bassinversant suivants les différentes : précipitations, érodabilité du sol et des berges, topographie, densité de la couvertures végétales et activités humaines(agricultures, aménagements de navigation, carrières etc) propre à chaque bassin-versant. C’est pourquoi l’étude des matières en suspensions (MES) prend une place majeure dans les enjeux de gestions des bassins-versants. En effet les sédiments étant une composante naturelle des environnements fluviaux, leur présence et leur dynamique sont essentielles à la préservation du bon fonctionnement de ces systèmes. L’impact des pratiques humaines, sur les systèmes fluviaux, ou encore la qualité de l’environnement peuvent ainsi être évalués à l’aide de relevés de concentrations des sédiments en suspension [Martin, 2013]. A titre d’exemple, les phénomènes d’incisions et de colmatages sont des conséquences bien connues de l’impact des activités humaines sur les milieux fluviatiles et sont indicateurs d’une mauvaise gestion et qualité des eaux. Mais également, et c’est l’échelle qui va nous intéresser, les MES vont être influencées à l’échelle plus petite des chenaux suivant les ; débits, vitesse d’écoulement et morphologie des dunes, présent localement. Les influences et relations entre la dynamique des matières en suspension et les paramètres précédemment cités à l’échelle des chenaux est encore un sujet trop méconnu surtout en ce qui concerne les dunes.
Présentation et Analyse des données
Présentation des données
Deux bases de données sont donc disponibles sur ce secteur en ce qui concerne les Matières En Suspension, la première obtenue par mesures sur le terrain et la deuxième étant les données relatives à la station de mesures de l’Agence de l’eau Loire Bretagne se trouvant sur place (source : site eau France http://www.naiades.eaufrance.fr/). En ce qui concerne les données obtenues par échantillonnage sur le terrain, elles comprennent les concentrations des matières en suspension mais également les flux unitaires des sédiments en suspension et en charge de fond, la granulométrie médiane des sédiments constituant le fond de lit, les vitesses longitudinales de l’écoulement, le débit et des données morphologiques concernant les dunes (longueur d’onde, hauteur, vitesse de progradation et pente de la face de dépôt).
Afin de représenter toute la variabilité de la zone d’étude sur la section étudié l’échantillonnage des données sur le site de St Maturin a (pour chaque journée de mesure) été répétés, pour différentes profondeur et sur plusieurs verticales le long du transect d’étude (perpendiculaire à l’écoulement) .
Analyses des données
Les données issues de l’AELB et les données d’étude, échantillonnéessur le site de St Mathurin, ont été relevées à l’aide de différentes méthodes d’échantillonnages. Tout d’abord en ce qui concerne les données d’étude plusieurs méthodes et matériels d’échantillonnage ont été utilisés en fonctions des différentes données récoltées sur le terrain. Les concentrations de MES ont été échantillonnées à l’aide de la bouteille de prélèvement Niskin qui est une méthode d’échantillonnage par piégeage, les vitesses instantanées du courant et le débit ont été échantillonnés par micro-moulinet ou courantomètre, le transport sédimentaire par charriage et la granulométrie des sédiments de fond ont été mesurés par BTMA (Bed Load Transport Meter Arnhem), tandis que les données relatives aux dunes ont été relevées par bathymétrie monofaisceau.
Traitement des données
Mise en forme des données d’étude
Dans un souci de comparaison entre les données d’étude et celles issues de l’AELB, et afin d’obtenir tous les paramètres nécessaires à la réponse des questions scientifiques posées en introduction les données brutes échantillonnées sur le terrain ont été traitées. Tout d’abord afin d’obtenir une concentration de MES par jour de mesuresles MES ont été moyennées par profondeur puis par verticale. Ensuite dans le but d’obtenir les débits de charge de fond Qb et les débits en suspension Qs, le calcul suivant a été appliqué sur le flux unitaire (g/m/s).
Utilisation de tests de corrélation
Dans ce document l’existence d’une relation significative entre deux paramètres étudiés sera mathématiquement démontrée avec l’outil Excel Stat à l’aide duquel divers tests statistiques peuvent être automatiquement calculés sur la base de deux échantillons de données. Le test de corrélation que nous allons utiliser dans cette étude est le test de Spearman car c’est le test le plus adapté concernant des données quantitatives, en effet les données utilisées dans cette étude sont des variables ou paramètres mesurables en termes de quantités. De plus un seul prédicteur, généralement la concentration de MES, est utilisé. Lorsque le nombre N d’échantillons dépassera 50 le test de corrélation de Bravais-Pearson sera alors utilisé car plus adapté pour un grand nombre N d’échantillon.
Le degré de signification est posé à 5%, autrement dit le coefficient d’erreur alpha, modélisant l’erreur « rejet d’une hypothèse qui doit être acceptée », est égale à 0,05. C’est à dire que les probabilités que les différences ou similitudes entre les variables étudiés soient expliquées par une coïncidence liée à l’échantillonnage est inférieure au risque d’erreur alpha. La p-value quant à elle nous renseigne sur la validation ou le rejet de l’hypothèse « les deux paramètres étudiés sont liés significativement » en fonction de sa position concernant le coefficient d’erreur alpha. Une valeur de p valeur inferieur au coefficient alpha renseignera l’existence d’une relation significative entre les deux variables étudiées. Pour finir la matrice de corrélation permet, elle, de renseigner la ‘’ force’’ de la corrélation, ou autrement dit le niveau d’influence d’une variable sur une autre. Plus elle est proche de 1 plus la corrélation est forte linéairement.
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Table des matières
I)INTRODUCTION
II) GENERALITES
III) METHODOLOGIE
IV) RESULTATS
V) COMMENTAIRES ET DISCUSSION
VI) CONCLUSION
VII) REFERENCES
ANNEXES
RESUME
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