Transport of moderately sorted gravels at low bed shear stress : impact of bed arrangement and fine sediment infiltration

par Emeline Perret

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Le président du jury était Benjamin Dewals.

Le jury était composé de Caroline Le Bouteiller.

Les rapporteurs étaient Pierre Le Hir, Sandra Soares-Frazão.


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de comprendre la dynamique des graviers au sein des rivières alpines à faible contrainte en utilisant des expériences en laboratoire. Ces rivières sont souvent composées d’une large gamme de sédiments, allant des argiles aux galets. Ces différentes classes sédimentaires peuvent interagir entre elles, ce qui peut rendre difficile l’estimation du transport solide. Des expériences en laboratoire ont été conduites en écoulements instationnaires dans un canal de 18m de long et 1m de large. Deux types de lits ont été étudiés : lits unimodaux et bimodaux. Une attention particulière a été portée sur la réalisation des lits de graviers dans notre canal. Ils ont été créés dans le but d’approcher au mieux la configuration des lits de rivières alpines, c’est-à-dire avec différents arrangements et degrés de colmatage du lit par des sédiments fins. Les lits unimodaux sont composés de graviers peu triés avec divers arrangements de surface. Les lits bimodaux sont composés d’une matrice de graviers peu triés dans laquelle des sédiments fins se sont infiltrés (sables ou limons). Les processus régissant le transport de graviers ont été mis en avant. Le transport de graviers est impacté par l’arrangement du lit, la concentration de sédiments fins dans la couche de charriage, et par le changement de propriétés du lit due à la présence de sédiments fins (cohésion, perméabilité du lit). Plus le lit est arrangé, plus le transport est difficile. Plus la couche de charriage est concentrée en sédiments fins, plus le transport est facile. La forme des sédiments fins est aussi un facteur important pouvant modifier le transport des graviers. La présence de sédiments fins cohésifs dans la matrice peut considérablement réduire le taux de graviers transportés. Un modèle conceptuel a été développé pour résumer les différents processus contrôlant le transport de graviers. Il décrit le comportement des graviers dans les différentes configurations étudiées. L’outil proposé peut aider à comprendre, estimer et interpréter le transport de graviers. Il a été appliqué et discuté sur un cas de terrain sur la rivière de l’Arc. Basé sur ce modèle, nous avons proposé une nouvelle analyse dimensionnelle pour la construction d’un modèle de prédiction de transport solide prenant en compte des paramètres décrivant l’arrangement du lit, les propriétés géotechniques du lit et la présence de sédiments fins

  • Titre traduit

    Transport de graviers à faible contrainte : impact de l'arrangement et de l'infiltration du lit par des sédiments fins


  • Résumé

    This PhD thesis aims to understand gravel dynamics in Alpine rivers at low bed shear stress using laboratory experiments. Alpine river beds are often poorly sorted and composed of sediments ranging from clay to pebble. To understand interactions between these classes is an issue for predicting bedload rate. Laboratory experiments were performed in a 18m long and 1m wide flume, under unsteady flows. Two types of bed were investigated: unimodal and bimodal beds. A particular attention was paid to the bed construction, which was conducted in order to obtain a nature-like bed 12with different bed arrangements and degrees of clogging. Unimodal beds were made of moderately sorted gravels with different bed surface arrangements. Bimodal beds were made of moderately sorted gravels in which fine sediments (sand or silt) were infiltrated. Gravel rate was found to be impacted by the bed arrangement degree, the fine sediment concentration within the bedload layer and the changes in bed properties due to fine sediment presence (bed cohesion, bed permeability). The more packed the bed is; the more difficult it is to move gravels. The more concentrated in fine sediment the bedload layer is; the easier the transport of gravels is. The shape of fine sediments can also be an important factor for modifying the gravel rate. The presence of cohesive fine sediments within the bed matrix reduces significantly the gravel rate. A conceptual model was developed to recap the different processes controlling gravel transport. It provides a phenomenological description of the overall bed responses to a hydrograph. This tool is designed to help understanding, estimating or interpreting gravel transport in Alpine rivers. The conceptual model was discussed and applied to a field case made on the Arc River. Using the model, we also suggest a new dimensionless analysis for the construction of a bedload predicting model involving parameters describing bed arrangement, bed properties and fine sediment presence


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Claude Bernard. Service commun de la documentation. Bibliothèque numérique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.