Morphodynamique des bancs alternés d'une rivière de montagne aménagée

Alternate-Bar morphodynamics in an engineered mountains river

• Auteur / Autrice : Mohamed Jaballah
• Direction : André Paquier, Benoît Camenen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 28/11/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRSTEA
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Recking, Marc Buffat, Magali Jodeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erik Mosselman, Guido Zolezzi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments fluviaux

Modélisation tridimensionnelle

Géomorphologie fluviale

Génie fluvial

Mots clés libres

Morphodynamique fluviale

Banc de galets

Modélisation numérique

Ingénierie fluviale

MNT

Transport sédimentaire

Fluvial morphodynamics

Gravel bars

Numerical modelling

River engineering

DTM

Sediment transport

Résumé

Ce travail porte sur la morphodynamique des bancs de galets alternés dans une rivière de montagne aménagée. Le site expérimental est un tronçon long de 8 km de la rivière Arc située dans les Alpes françaises. Une analyse des cartes historiques, des photos aériennes et des relevés topographiques montre que le lit de la rivière a évolué d’un style en tresse vers un lit rectiligne avec des bancs alternés contraints entre deux digues. Au milieu des années 1990, le lit de la rivière a été aplani pour former des profils trapézoïdaux. Cependant, les bancs alternés ont réapparu en moins de dixans. Une analyse des facteurs contrôlant leur formation est fournie. Les observations de terrain et l’analyse numérique 1D suggèrent que le motif de bancs alternés représente un état de quasi équilibre du tronçon. D’autre part, la topographie d’un sous-tronçon incluant un banc de galets aété mesurée 18 fois entre 2006 et 2012. Une méthodologie de construction des MNT basée sur leslignes directrices et incluant une estimation de l’erreur a été proposée pour une application aux litsde rivières. La technique de différenciation des MNT a été utilisée pour détecter les changements morphologiques du banc. Ainsi, la morphodynamique du sous-tronçon a été étudiée en la reliant aux principaux processus qui la contrôlent tels que l’hydrologie, les formes des hydrogrammes, la répartition des contraintes de cisaillement, les apports amont en sédiments et l’énergie du coursd’eau. La forme des hydrogrammes de crue ainsi que les apports en sédiments semblent être lesprincipaux facteurs influençant le bilan sédimentaire sur le site étudié. En outre, des modélisationsnumériques 2D hydro-sédimentaires ont été utilisées pour appréhender la dynamique du banc. Lessimulations ont révélé l’importance de l’interaction entre les sédiments fins et les galets sur ladynamique globale du banc.

The current research investigates the morphodynamics of gravel alternate bars in an engineeredmountainous river. The experimental site corresponds to an 8 km long reach of the Arc River, in the French Alps. An analysis of historical maps and recent aerial photographs and topographic campaigns shows that the original braided river bed has evolved to a straight bed with alternate bar system constrained within two embankments following two centuries of man-made engineeringprojects. In the mid 1990s the river bed was flattened to fit a trapezoidal cross-sectional design. However, alternate bars re-appeared in less than ten years. An analysis of the controlling factors of bar formation and evolution is provided. Field observation and 1D numerical analysis suggest that the alternate-bar pattern represents a quasi-equilibrium state of the river bed. A singlegravel bar within the reach was monitored 18 times from 2006 to 2012. A methodology of DTM construction based on breaklines is proposed for river beds and an error estimation is presented. DTM differencing technique was used to detect morphologic changes of the gravel bar. Therefore, the gravel bar and main channel dynamics were analyzed relative to main controlling processes suchas extreme hydrologic events, sediment supply, hydrograph shape, bed shear stress distribution andriver energy. Sediment supply and hydrograph shape appeared to be the main factors influencing the study site sediment budget. Moreover, 2D numerical modelling of water flow and sediment transport was performed. Sensitivity analysis was conducted to yield results in agreement with observations. Simulations revealed the relevance of the interaction between fine sediments and gravels on the bar dynamics.