Modélisation numérique et analogique de l'érosion thermique

par Rado Nirina Randriamazaoro

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Sciences de la terre

Sous la direction de François Costard et de Laure Dupeyrat.


  • Résumé

    Des investigations effectuées le long de la rivière de la Léna en Sibérie ont permis de constater l’ampleur des dégâts causés par l’érosion thermique sur les berges gelées des rivières périglaciaires. En certains endroits de la Léna, on observe des reculs pouvant atteindre plus de 25m par an. Ce processus se produit au printemps, en quelques semaines, pendant la période de débâcle. Afin de mieux comprendre ce processus, deux modèles mathématiques validés par des expérimentations ont été développés. Le premier est un modèle à taux constant dans lequel on suppose que l’érosion thermique se réalise à une vitesse constante. Ce modèle a permis de déterminer le rôle de chaque paramètre sur l’érosion thermique. Il a été validé par des mesures expérimentales en chambre froide. Les expériences ont donné des résultats cohérents avec le modèle à taux constant. La vitesse d’ablation croît avec la température de l’eau, la température de la glace et le débit. Elle diminue avec la teneur en glace dans le pergélisol. Les effets de la température de l’eau et du débit sont les plus importants dans le processus. Le second est un modèle à taux variable basé sur la méthode intégrale de Goodman. Il a permis de mettre en évidence l’existence d’une phase d’accélération dans le processus de l’érosion thermique et de montrer que le modèle à taux constant est un cas limite du problème. Une faible vitesse d’ablation est associée à une faible et longue accélération du processus. Inversement, une importante vitesse d’ablation correspond à une forte et courte accélération. Une fois validée par le modèle expérimental, nous appliquons les deux modèles théoriques aux cas typiques des rivières périglaciaires.

  • Titre traduit

    Numerical and experimental modelling of thermal erosion


  • Résumé

    In periglacial regions, frozen river banks are affected by thermal and mechanical erosion. In Siberia, bank retreat of up to 25 m per year are observed. This thermal erosion occurs during a few weeks, at springtime, for high enough water temperatures and river discharges. Until now, models of thermal erosion are based on the assumption of a constant melting rate. We have developed a more general model at variable rate, whose solution is calculated with the integral method. Results of this model are compared with experiments, carried out in a cold room. A hydraulic channel allows measurements of the thermal erosion rate of a ground ice sample subjected to a turbulent water flow. Once validated, the model is applied to the periglacial river study case. The model has contributed to better understand the roles of each parameter during the thermal erosion process. High water temperature, discharge and ice temperature produce a tremendous thermal erosion process, whereas the ice content in the soil tends to slow down the thermal erosion process. The effects of water temperature are predominant. Results also show that an acceleration phase occurs at the beginning of the thermal erosion process. The duration of such acceleration phase is systematically studied. A relatively long acceleration phase is related to a low ablation rate. During the flood season, when the water temperature is increased up to 18°C, this acceleration phase lasts only a few minutes. However, for typical data of periglacial river when the water temperature is close to the melting point, the acceleration phase can last a few days.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([7]-168-XXXIV f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. [169-176]

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)139
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