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hydrometrie 4 TS .pdf



Nom original: hydrometrie_4_TS.pdf
Titre: Microsoft PowerPoint - hydrometrie_4_TS.ppt
Auteur: Philippe Belleudy

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INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 1

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 2

Philippe Belleudy - 09-2005

transport solide et morphologie fluviale

Philippe Belleudy - 09-2005

Le transport solide en rivière
‹ bibliographie

1. notions générales d’hydraulique
2. l’écoulement fluvial

™ « Guide méthodologique de gestion du transport solide et des
atterrissements » , B.Couvert et al., SOGREAH
Les Etudes des Agences de l’Eau n°65 – 1999
http://www.eaufrance.tm.fr/francais/etudes/pdf/etude65.pdf
™ http://www.lthe.hmg.inpg.fr/~belleudy/publis/HDR_annexes.pdf

3. écoulements non stationnaires et
crues
4. quelques éléments de
morphologie fluviale
transport solide
origine des matériaux
mécanismes de transport:
charriage et suspension

analyse filaire
débit, pente, granulométrie
variabilité
le profil d’équilibre

la continuité et sa rupture
impacts et rythmes

la Loire au bec d’Allier; doc DIREN Centre

Première partie :
Notions générales d’hydraulique
Éléments essentiels sur les écoulements à surface libre

1

2

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INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 4

Philippe Belleudy - 09-2005

l’Ebron en amont de Tréminis

origine des matériaux

Philippe Belleudy - 09-2005

origine des matériaux : le lit
‹ le fond et les berges

‹ érosion des versants

érosion et dépôt
un processus de substitution si équilibre

‹ les torrents
une alimentation
discontinue

le Buech en amont de la Méouge
(mars 2001) après deux crues
hivernales
plateau de loess, Shaanxi, RPC (doc.YRCC)

Première partie :
Notions générales d’hydraulique
Éléments essentiels sur les écoulements à surface libre

Première partie :
Notions générales d’hydraulique
Éléments essentiels sur les écoulements à surface libre

3

4

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 5

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 6

Philippe Belleudy - 09-2005

mécanismes du transport
agitation turbulente, frottement, poids

Les différents modes de transport
‹Charriage, roulage et saltation

suspension

transport sur le fond d’un matériau
non cohésif

‹ charriage
‹ suspension

R ≈dm3

F≈dm2

dm

™à proximité du fond, les matériaux du fond
™un phénome à seuil: « contrainte critique »

charriage

‹ (solution)
‹ charriage hyperconcentré :
laves et boues

Philippe Belleudy - 09-2005

(charriage, suspension, solution, laves torrentielles)

™débit critique de début de transport, pente critique, diamètre critique
les domaines respectifs du transport solide par charriage et en suspension

θ=

hS f

(ρ s − ρ )
ρ

> θ c = 0 . 047

Rhin supérieur (doc.Martin Jaeggi)

dm

™ordres de grandeur:
l=100d
Gs en kg/s
un grain de Loire: 10m/jour
migration des bancs du Rhin:
150m/an en moyenne
la Durance à Manosque

la Durance en crue : charriage et suspension (doc.Ph.Lefort)

exemple: la Durance
l’équilibre est déterminé par le transport par charriage.
Durance, crue de nov. 1994, (Ph. Lefort)

5

6

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Philippe Belleudy - 09-2005

graviers et galets

‹

un ou plusieurs bras vifs

‹

bancs de gravier recouverts en crue

‹

seuils (matériaux alluvionnaires) et mouilles

(charriage, suspension, solution, laves torrentielles)

‹ Suspension

0.0015<S0<0.02
FR<1 sauf aux bas débits sur les seuils

‹

Philippe Belleudy - 09-2005

Les différents modes de transport

charriage : style morphologique type : la rivière torrentielle

™
™
™
™
™

la Durance en crue – doc.Ph.Lefort

dans la veine fluide
action de la pesanteur
action de la turbulence
moindre dépendance / débit et fond
quelques ordres de grandeur :
vitesse de propagation : celle du courant
concentration Isere 5 g/l, Colorado : 100 g/l,
Fleuve Jaune : amont :1600 g/l aval 300 g/l
(lave ?)
flux : Isère : 5g/l*200m3/s*86400s=87 t/j

ux’<0

Ux>0
ux’>0
ω

la Bléone au Chaffaut (doc. G. Degoutte)

la Marque canalisée – nov.2002

exemple: la Durance, crue de nov. 1994 (Ph. Lefort)
Le transport en suspension, très intense n’intervient pas ici

7

8

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suspension : style morphologique type : la rivière torrentielle
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transport en suspension

‹ seuils et mouilles
™ vallée en toit

‹ distribution dans la section en travers
ω
gravitatio n
Z=
: nombre de Schmidt - Rouse =
turbulence
0.4U *

S0<0.002
FR<1

‹ importance de la végétation
™ stabilisation des berges
™ limitation de la capacité
™ embâcles
la Meuse

‹ parfois le résultat d’une
transformation

U* = ghS f

lit profond, symétrique
le transport en suspension joue un rôle
dans la formation et la résistance des berges

™ exemple: VAR

‹ exemple: Isère, 4 juillet 1998

Stéphane Veyrat-Charvillon, 1998, DEA « Gestion des Espaces Montagnards, UJF

le Suran (Ain)
charge en suspension: dépôt sur berges
érosion des berges (quelques mètres au cours d’une crue)

9

pas forcément en plaine !

torrent de Montcalm, Ariège

10

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Les différents modes de transport

Philippe Belleudy - 09-2005

lave torrentielle : le torrent de Saint-Antoine (Bourg-d’Oisans)

(charriage, suspension, solution, laves torrentielles)

Rhéologie des boues et laves torrentielles - Etude de dispersions et suspensions concentrées Philippe Coussot - CEMAGREF - Collection Etudes Montagne - 1992
ETRM : http://etrm.chez.tiscali.fr/

‹ laves torrentielles, charriage hyperconcentré
™ écoulement liquide modifié par la présence de matériaux
fortes concentrations, viscosité prépondérante
écoulement par bouffées, arrêt en masse
bourrelet frontal

le Boscodon – doc RTM05

corps de lave

queue de lave

™ mélange partiel biphasique granulaire
™ mélange total boues
™ fortes pentes torrents

Sixt-Fer-à-cheval 19-08-2003

torrent de Faucon, août 2003

11

12

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lave torrentielle : le Manival

Philippe Belleudy - 09-2005

les différents modes de transport : granulométrie et pente
suspension
prépondérante

Régime de transport
charriage et suspension
charriage prépondérant

θ=

transport nul
0.01

0.1

1

hS f

( ρs −ρ ) d
ρ

m

10

transport nul

charriage prépondérant

charriage et suspension

suspension prépondérante

maxi

0.06

0.25

2.50

10.00

mini

0.01

0.03

0.25

2.50

‹ les différents modes de transport peuvent coexister

θ=

hS f

(ρ s − ρ )
ρ

dm

‹ il existe des formules empiriques
™ à choisir en fonction du type de transport
™ exemple charriage: Meyer-Peter et Müller (1948)

⎛ ρ − ρw
G v = 8b g⎜⎜ s
⎝ ρw

13

⎞ 3
3
⎟⎟ dm (θ − θ c ) 2


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capacité de transport, granulométrie et pente
débit solide Gv
(m3/s)

0.07

‹ dans des conditions données, le transport n’est possible que si d<dc

exemple :
S0=0.001
b=30m

0.06

Philippe Belleudy - 09-2005

capacité de transport, granulométrie et pente

exemple : l’Isère à Brignoud

0.05

d (m)
0.005
0.010
0.020
0.030

0.04
0.03
0.02

débit (m3/s)

700

0.01

diamètre max transporté (m)

600

0
0

20

40

60

80

débit liquide
100
120 Q (m3/s)
140

160

180

200

500

‹ pour le même débit, le transport des
matériaux fins reste possible quand la
pente décroît

400

‹ dans des conditions données, le
transport n’est possible que si d<dc

100

300
200

1

‹ aux débits intermédiaires, les fins sont
mieux transportés

Î tri granulométrique

Isère, 1995

nombre
dépassement en 1995
100 de jours de 199
298

350

0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
-

diamètre
(m)

0.1

fraction
0.2volumique (Brignoud)
0.3

0.4

la Durance au barrage de l’Escale (Château-Arnoux)

15

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pavage dynamique, pavage statique
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tri granulométrique dans la section

‹ aux débits intermédiaires, les fins
sont mieux transportés

‹ la variabilité granulométrique (et morphologique) dans la X-section
est une conséquence du tri

™ la granulométrie en surface est
généralement + grossière que la
granulométrie transportée et que la
granulométrie du lit

l’Ubaye en amont de Barcelonnette

banc pavé de l’Allier, doc. G.Degoutte

sable

érosion

sable

érosion

l’Isère à Brignoud

t1

t2

t3

galets θ<θc
sable θc<θ

http://www.stmarys.ca/academic/science/geology/sediments/
© 1998, John W.F. Waldron

La photo du milieu montre le fond du lit de l’Isère en étiage. On remarque le tuilage des galets
qui ont adopté une disposition qui offre le maximum de résistance.

17

18

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tri granulométrique dans la section

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‹ la variabilité granulométrique est une
conséquence du tri

3 500
3 000

‹ exemple : la Loire à Givry

Philippe Belleudy - 09-2005

variabilité annuelle du transport solide
débit (m3/s)

2 500
2 000

Q=2000 m3/s

1 500
1 000
500

butte: d=0.6mm

Q=600 m3/s

-

-

Q=60 m3/s

grève: d=2 mm

500

fond: 5-10mm
+ seuils (silex d=100-300mm)

20

40

débit liquide
(m3/s)

100

volume
charrié
(m3)

460

débordement

400

80 années

60

500

420
380
340

300

100

300

volume maximum

% passant

90

260
220

200

80

180

70
60

100

50

doc. DIREN Centre

140

début d’entraînement

100

60

nombre de jours de dépassement
chenal
grève
butte

40
30

20

0

0

50

100

150

200

250

300

350

400 -

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

20
10

‹ existe-t’il un débit morphogène ?

diamètre (mm)

0
0.1

1

10

100

1000

19

20

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variabilité annuelle du transport solide

Philippe Belleudy - 09-2005

analyse filaire : le profil d’équilibre

‹ les extrêmes bouleversent
‹ les petites crues façonnent

10000

débit (m3/s)

au pont du Gard (sept.2002) (doc. Cl.Burtin, http://www.inondations-gard.com)
1000
100
10
0.01

0.1

1

10

100

1000

Nb de jours conséquences

sur le faciès de la rivière…

La décroissance de la pente provoque une dépôt progressif des sédiments les plus grossiers. Ce
dépôt et l’abrasion sont responsables du tri longitudinal (mais il est parfois difficile de distinguer
la contribution respective de chacun des phénomènes) Les apports de sédiments fins (en
suspension généralement) transitent facilement vers l'aval. Compte tenu de la décroissance et
du dépôt progressif des sédiments grossiers, ces sédiments fins prennent une grande
importance et modifient progressivement le faciès de la rivière.

21

22

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Philippe Belleudy - 09-2005

la continuité et sa rupture

Philippe Belleudy - 09-2005

la continuité sédimentaire et sa rupture
La règle: Toute rivière tend vers une pente qui assure le transport
vers l’aval des matériaux solides provenant de l’amont

‹ qu’est-ce que “l’équilibre morphologique” du lit d’une
rivière?
™
™
™
™
™

‹ érosion

la règle
un équilibre dynamique
ruptures de continuité naturelles
perturbations artificielles
les échelles de temps

™ la capacité de transport est localement plus forte que le flux
venant de l’amont
Î le fond et les berges fournissent les matériaux
érosion progressive
érosion régressive
micro centrale sur le Var à Colomars
Î la pente diminue
Î la capacité de transport diminue

dG
>0
dx
‹ dépôt

profil en long de la Durance et de ses affluents

™ la capacité de transport est
localement plus faible que le flux amont
dépôt progressif
dépôt régressif
Î la pente augmente
Î la capacité de transport augmente localement

dG
<0
dx

200 m
10 km

La « règle » implique et traduit une continuité sédimentaire de l’amont vers l’aval

Les effets de l’abrasion s’ajoutent mais sont difficiles à distinguer
remarque méthodologique

talweg ou ligne d’eau ?
les profils des « Forces hydrauliques » constituent un témoin de l’état des
rivières avant les « grandes perturbations » du XXème siècle.

23

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Philippe Belleudy - 09-2005

la continuité et sa rupture

la continuité et sa rupture

‹ Une rupture de continuité s’accompagne de phénomènes
d’érosion/dépôt

‹ Les discontinuités d’origine naturelle
1. rupture du profil en long
2. confluent
3. coupure de boucle

™ du fond
™ des berges

‹ mobilité n’implique pas
déséquilibre !

‹ Les discontinuités qui sont la conséquence d'un aménagement
™
™
™
™
™

exemple : divagations du lit de l’Allier à
Châtel-de-Neuvre
(doc. JL.Peiry, St.Petit, UBP Clermont-Fd.)

le Buech en amont de la Méouge (mars 2001)
après deux crues hivernales

1946

Philippe Belleudy - 09-2005

interruption du transit
modification de la largeur du lit
extractions profondes
seuil en rivière
modification du régime hydrologique

La discontinuité sédimentaire est directement couplée avec une
variabilité du trio (pente, granulométrie, écoulement)

2000

‹ 2 phénomènes distincts
™ 1. la respiration : variabilité des apports solides, variabilité hydrologique
™ 2. l’évolution à long terme : altération du profil

Une rupture de continuité sédimentaire s’accompagne de phénomènes d’érosion/dépôt.
Le flux solide provenant de l’amont, s’il n’est pas transporté vers l’aval, se déposera
dans le lit. Inversement, une augmentation de la capacité de transport vers l’aval se fera
au détriment de lit (et des berges) de la rivière.

La discontinuité sédimentaire à long terme a dans certains cas des origines naturelles,
elle a le plus souvent des origines artificielles liées aux activités humaines et aux
aménagements.
Comme la continuité, cette discontinuité sédimentaire est directement couplée aux
facteurs principaux qui déterminent le transport solide : la pente, la granulométrie des
matériaux du fond, l’hydraulicité.

La capacité de transport varie dans le temps, comme le débit de la rivière. Les apports
solides (qui proviennent des versants et des affluents) ne sont pas continus non plus.
On observera donc deux phénomènes qui se complètent :

Par l’érosion ou l’engravement, la rivière va modifier sa pente pour mettre en
conformité le transport solide local avec les apports liquide et solide (quantité et
granulométrie) arrivant de l’amont.

• une variabilité à court et moyen terme qui répond à la variabilité de la capacité de
transport et à la discontinuité des apports solides. Cette variabilité se traduit par une
‘ respiration’ du lit.
• une tendance à plus long terme qui forme le profil général du cours d’eau. Ce profil est
le bilan moyen (sur plusieurs dizaines d’années) des variations à court et moyen terme.
Il traduit l’adaptation du cours d’eau aux conditions de transport solide.
Ces deux phénomènes traduisent la continuité sédimentaire et sa rupture. Nous avons
déjà illustré la variabilité à court terme, nous nous attacherons essentiellement par la
suite au deuxième phénomène, c’est à dire à la description des différents facteurs de
discontinuité à long terme.

25

26

profils en long Romanche et Vénéon

le Chambon

‹ exemple 1 : origine géologique :
la plaine de Bourg d’Oisans

60

50

l'Eau-d'Olle

le Vénéon

1. rupture du profil en long

40

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Philippe Belleudy - 09-2005

altitude
(NGF)

1400

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 1. rupture du profil en long

1200
1000
800

la Lignarre

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600

carte de Cassini (doc : http://gallica.bnf.fr)

400
200
30

distance
au10
Drac (km)0
20

la plaine de Bourg-d’Oisans vers l’amont

Vénéon: la plage des Buclets

‹ exemple 2 : blocage par un affluent aval : Drac-Isère
™le Dragon et le Serpent
™les « Sablons »

la plaine de Bourg-d’Oisans vers l’aval

Les discontinuités du transit se rencontrent généralement dans le cas d'une rupture
"concave" : la pente aval est plus faible que la pente amont.

Ce type de situation peut provenir aussi du blocage provoqué par un affluent aval dont
la charge sédimentaire est importante et qui provoque un "remous solide" dans la rivière
principale. Celle-ci n'arrive pas à conduire les matériaux grossiers jusqu'à la confluence.

La plaine de Bourg-d’Oisans a une origine géologique.

Confluence Isère-Drac

Les apports volumineux du Drac (avant perturbations) se sont déposés à la confluence.
Ces dépôts diminuent la pente de l’Isère à l’amont de Grenoble : développement de
méandres + dépôt des sédiments les plus fins.

27

28

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INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 30

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 2. confluent

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 2. confluent (exemple Danube et Isar)

‹ exemple 3 : Danube et Isar en Bavière

‹ nécessairement un
point de continuité
du transport
‹ adaptation de la
pente, de la largeur
au régimes liquide
et solide des
affluents

325

élévation
(m üM)

flux solide
annuel
(milliers de m3)

320

Isar
1%o

315

40

305

30

Danube amont
0.12%o

20

295

2 330

∫ GDanube amont dt +

année

∫ GIsarldt =

année

distance
2 320
2(km)
310

2 300

2 290

2 280

2 270

2 260

0
2 250

2 240

% passant

80

∫ GDanube aval dt

10

Danube aval
0.27%o

290

‹ nécessairement un point de continuité du transport

60

50

310

300

100

70

le Danube et l’Isar en Bavière (données BAW)

Danube amont

60

Danube aval

40

année

‹ respiration éventuellement
Isar

20

™ variabilité des apports

diamètre (mm)

0.1

1.0

10.0

100.0

Par exemple le profil en long du Danube en Bavière est fortement perturbé par les
apports solides de l’Isar qui descend des Alpes bavaroises (en moyenne 50 103m3/an).
La granulométrie en aval du confluent est plus grossière qu’à l’amont et le fleuve au
cours des siècles a construit une pente plus importante à l’aval du confluent pour assurer
le transport des matériaux provenant de l’amont. L’équilibre n’est-il pas encore atteint ?
ou bien est-il perturbé par les aménagements du Danube ? On constate sur le profil en
long du flux solide annuel que le Danube, en amont et en aval de la confluence,
continue à accumuler les sédiments provenant de l’amont et de l’Isar.

Le confluent lui-même est nécessairement un point de continuité du transport. La pente
et la largeur du cours d'eau en aval du confluent s'adaptent pour répondre à l'addition
des régimes liquide et solide des deux cours d'eau affluents.

Le seul phénomène particulier que l'on pourra observer à la confluence sera parfois une
respiration due à une différence de régime hydrologique des deux rivières. Par exemple
ici l’Isar apporte ses sédiments au cours des crues de fonte nivale. Au printemps, ces
sédiments se déposent au confluent et ne sont repris par les crues du Danube (de régime
pluvial) qu’à l’automne. La formation et la disparition d’un banc de dépôt de ces
sédiments modifie de façon régulière la configuration de la confluence.

29

30

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 32

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 31

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 3. coupure de boucle

Philippe Belleudy - 09-2005

le confluent : un exemple de respiration à court terme

‹ gravière en lit majeur : mécanisme de la capture

‹ le Torrent de l’Envers et l’Arc
™ discontinuité de la source
sédimentaire (affluent)
™ variabilité des débits
™ un équilibre « dynamique »

gravière

déc.2000 doc. V. Koulinski - ETRMÏ

1957Ð

profil en long

31

32

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 33

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 34

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 3. coupure de boucle

3. coupure de boucle

‹ gravière en lit majeur : mécanisme de la capture

‹ gravière en lit majeur :
mécanisme de la capture

gravière

gravière

profil en long

Philippe Belleudy - 09-2005

profil en long

Vitesse, pente
->contrainte, « force érosive »

33

« griffe » d’érosion

34

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 35

Philippe Belleudy - 09-2005

origine naturelle : 2. coupure de boucle
INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 36

‹ gravière en lit majeur : mécanisme de la capture

Philippe Belleudy - 09-2005

la continuité et sa rupture
‹ Les discontinuités d’origine naturelle

Atrophie du chenal initial

™ rupture du profil en long
™ confluent
™ coupure de boucle

gravière en
voie de
comblement

‹ Les discontinuités qui sont la conséquence d'un aménagement
1.
2.
3.
4.
5.

profil en long
Erosion régressive à l ’amont

interruption du transit
modification de la largeur du lit
extractions profondes
seuil en rivière
modification du régime hydrologique

La discontinuité sédimentaire est directement couplée avec une
variabilité du trio (pente, granulométrie, écoulement)
Toute rivière tend vers une pente qui assure le transport vers l’aval
des matériaux solides provenant de l’amont

La discontinuité sédimentaire à long terme a dans certains cas des origines naturelles,
elle a le plus souvent des origines artificielles liées aux activités humaines et aux
aménagements.
Comme la continuité, cette discontinuité sédimentaire est directement couplée aux
facteurs principaux qui déterminent le transport solide : la pente, la granulométrie des
matériaux du fond, l’hydraulicité.
Par l’érosion ou l’engravement, la rivière va modifier sa pente pour mettre en
conformité le transport solide local avec les apports liquide et solide (quantité et
granulométrie) arrivant de l’amont.

35

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INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 37

INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 38

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conséquence d’un aménagement : 1. interruption du transit

Philippe Belleudy - 09-2005

conséquence d’un aménagement : 1. interruption du transit

‹ en amont
™ interruption du transit par charriage
™ les matériaux fins arrivent jusqu’au barrage

‹ exemple 1 : ruisseau de Donnières

le ruisseau de
Donnières (Trièves)

en amont : seuils de
correction torrentielle
sur le torrent des
Fraches (Trièves)

Îenvasement de la retenue : les gros à l’amont, les fins à l’aval
Îtransit des fins vers les ouvrages dans le cas d’une dérivation

doc.Ph.Lefort

‹ en aval
™ la pente s’adapte au
flux solide (et
liquide) venant de
l’amont
™ la rivière satisfait sa
capacité de
transport Î érosion
™ si flux liquide réduit
Î moindre transit
solide Î
modification
morphologique

‹ exemple 2 : le Rhin au barrage d’Iffezheim
™ recharge artificielle 200 000 m3/an

‹ chasses ?
Une retenue provoque en général une interruption du transit par charriage. Les
matériaux fins arrivent jusqu'au barrage.
La capacité du barrage de l’Escale sur la Durance est fortement réduite par ces dépôts.
Dans le cas où le barrage dérive une partie du débit, la charge en suspension va pénétrer
dans les ouvrages à l'aval de la dérivation (par exemple le canal d'amenée de l'usine et
les turbines).

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38

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conséquence d’un aménagement : 1.

interruption du transit

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… aménagement : 2. modification de la largeur du lit
 en cas de destruction de la
couche alluviale

‹ généralement : érosion ou un exhaussement

découvrement du substratum

™ retour vers un équilibre

exemple 1 : l’Ebron à Treminis :

altération temporaire du débit solide des sédiments
grossiers

1932
1982

™ impacts sur la stabilité des ouvrages : exemple Grenoble
™ même pente dans une rivière torrentielle

™ pas de rupture du transit à long terme
doc.Ph.Lefort

exemple 2 : l’Isar en Bavière :

10 m

le Var en amont de Puget-Théniers

interruption du transit par ouvrages
en amont
suspecter et expliquer toute
situation où la rivière ne
coule pas sur ses alluvions

La modification artificielle de la largeur du lit entraîne généralement une discontinuité
du transport des matériaux grossiers, et donc l’apparition d’érosion (rétrécissement) ou
de dépôts (élargissement). Le rétablissement de l’équilibre (continuité du transit)
nécessite généralement une variation de la pente. Celle-ci peut être réelle si le tronçon
perturbé est long : basculement du profil, méandrage. Si le rétrécissement (resp.
l’élargissement) et limité en longueur, l’abaissement de la pente (motrice) se traduit par
une variation locale de la cote du fond. (exemple : les voies sur berges et leur
conséquence sur la stabilité des piles de pont).
Pour les rivières torrentielles cependant, la pente restera constante si la modification
permet encore une adaptation de la rivière dans son nouveau confinement (comme pour
le Var entre Entrevaux et Puget-Théniers).
La continuité solide n’est donc pas durablement altérée par ce type d’aménagement.
Des exceptions importantes sont cependant à noter :
• l’aménagement modifie notablement le débit de début d’entraînement ;
• l’aménagement modifie les conditions de débordement (et donc perturbe localement le
régime hydrologique du lit actif).
Le rétablissement des conditions d’équilibre entraîne alors une altération du débit solide
des sédiments grossiers.
L’espace de liberté:

La rivière est-elle capable de l’occuper ?
39

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conséquence d’un aménagement : 4. seuil en rivière
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‹ équilibre : volume déposé cumulé = volume érodé

conséquence d’un aménagement : 3. extractions profondes

‹ QD : débit dominant ?

Q>QD
h<hn
érosion

Q=QD
équilibre

rupture de transit équivalente à celle d’une retenue
‹ en amont : augmentation de la pente
™ érosion régressive
Q<QD
h>hn
dépot

ex. pont des Mollettes (Isère, près Montmélian), Tours (Loire)

™ mise à nu du substratum
™ impact sur la nappe

‹dans la pratique

ex. Var, Drac

™G(Q) mal connu

‹ dans la souille : arrêt des sédiments

2

cote de débordem ent dans le lit m ajeur

‹ en aval : déficit

™si seuil trop bas : érosion

™ transformation du style morphologique à l'aval
™ érosion progressive

hauteur d'eau (m)

granulométrie réelle, etc.
1.5

™si seuil trop haut : dépôt
1

™si on cherche à éviter l’érosion des berges : Qprojet
= Qdébordant
™si on cherche à améliorer la capacité
d’écoulement :
Qprojet = Qdébut_d’entrainement

http://rdb.eaurmc.fr/sdage/documents/A12_2.pdf

h> hn
dépot

h< hn
érosion

hn c henal

0.5

seuil
débit (m 3/s)

QD
0
0

Le pont de Mollettes sur l’Isère
doc. Ph. Lefort

50

100

150

200

Les extractions profondes provoquent une rupture comparable à celles de la retenue à
son aval. En amont de la zone où sont réalisées ces extractions, on remarquera une
augmentation de la pente et donc le déclenchement d'un processus d'érosion régressive :
le transit sédimentaire croît ; mais ces matériaux seront arrêtés peu après dans la souille
d'extraction.

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42

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… aménagement : 5. modification du régime hydrologique

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http://rdb.eaurmc.fr/sdage/documents/A12_2.pdf

5. modification
du régime hydrologique

… aménagement :

‹ exemple 1 : débits classés de la Durance à Mallemort
10000

‹ exemple 2 : le système Arc-Isère

Débits (m3/s)

modification du régime + extractions

111 jours
1000

100
Naturels (1918 - 1958)
Influencés (1972 - 1993)
début de transport

6 jours

Nb de jours

10
0.01

0.1

1

10

100

1000

Isère à Ste.Hélène (doc. G.Girel)

1958 (doc. étude interagences 65)

Rhin supérieur (doc.Martin Jaeggi)

la Brillanne (doc. smavd)

La modification du régime hydrologique, par des ouvrages en amont qui régulent les
crues ou par des ouvrages de dérivation/restitution, ne modifie pas le flux solide, bien
que le transit puisse être altéré par les ouvrages eux-mêmes. Les conséquences seront
donc celles qui résultent de l'établissement d'une nouvelle condition d'équilibre. La
rivière à l'aval du point perturbé va adapter sa géométrie pour retrouver une capacité de
transport compatible avec le nouveau régime hydrologique, c'est à dire avec un bilan
sédimentaire nul à l'échelle de l'année. Bien entendu, comme pour toutes les autres
perturbations, les dépôts ou emprunts de matériaux se feront par incision ou élévation du
fond moyen mais aussi éventuellement au détriment des berges.
Il en résultera en conséquence une altération de la continuité du flux sédimentaire
pendant plusieurs années ou dizaines d'années éventuellement

43

44

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la continuité sédimentaire et sa rupture : enlimonage des bancs

la continuité sédimentaire et sa rupture : enlimonage des bancs

‹ déficit en matériaux grossiers
™ incision du lit
™ peu de renouvellement des matériaux
™ bancs perchés

‹ apport continu de fins
™ peignage par la végétation

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île de Brignoud, Isère, 22/03/01

1 état non perturbé
grande capacité en crue
2 incision du lit
végétalisation des bancs
3 enlimonage progressif
capacité réduite en crue
concentration de
l’écoulement
crue
crue
crue

1
2
3

étiage
étiage

île de Brignoud, Isère, 24/03/01

Les phénomènes observés sur de nombreux cours d’eau où le transit sédimentaire de la
charge de fond a été fortement diminué est le suivant :

crue
étiage

• enfoncement (« incision ») du lit actif,
• moindre submersion et remaniement du matériau des bancs,
• végétalisation de ces bancs,
• peignage de la charge en suspension lors des crues importantes.

crue

La discontinuité sédimentaire de la charge de fond provoque donc à terme une certaine
discontinuité des sédiments fins en suspension.

étiage

La photo montre les dépôts de limons sur l’île de Brignoud dans le Grésivaudan au
cours de la crue du 22 mars 2001. Ces dépôts qui peuvent atteindre 1m d’épaisseur par
endroit seront rapidement fixés par la végétation arbustive.
crue
Les enjeux liés à ce processus sont la diminution de la capacité d’écoulement en crue et
dans une certaine mesure l’aggravation des risques d’embâcles.

étiage

45

46

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à quel rythme ?
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… modification du régime hydrologique, exemple 3 :

le Drac

‹ dépend du flux solide
™ un diagnostic indispensable pour étudier les impacts !

‹ amont
‹ aval

court
terme

10 ans

2 à 3 ans de forte
hydraulicité

moyen
terme

30 à 50 ans

échelle de temps d'une
politique globale

long
terme

100 ans et plus

doc : Patrick Blanc, Sylvie Perrard,
"Grenoble;, un siècle de photographies", Didier-Richard, 1998

‹ exemples:
™ Isère : 50 cm de hausse des lignes d’eau de crue entre 1995 et 2000
™ Drac : évolution accélérée à partir de 1960
™ Var
établissement d’un nouvel équilibre
irréversibilité ?

47

48

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1967

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Philippe Belleudy - 09-2005

1967

le Var
des apports
sédimentaires puissants

Philippe Belleudy - 09-2005

1987

le Var
des apports
sédimentaires puissants

‹ 1967 : exploitation
« forcenée » :

‹ 1967 : exploitation
« forcenée » :

Î lit unique

Î lit unique

1946
‹ 1970 : cascade de seuils
de protection
Î une rivière « de plaine »
‹ 1995 : crue centennale
Î destruction des seuils
aval
Î retour vers un lit tressé

49

50

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1967

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la perception des phénomènes

Philippe Belleudy - 09-2005

man1987
made perturbations ca.2000

0,001

0,010

0,100

temps caractéristique (années)
1,000
10,000
100,000

1000,000

10000,000 100000,000

géologique
glaciaire

curage
respiration saisonnière
crue (eau)
crue (apport solide)

‹ urgence et rapidité de l'onde de crue
™ perception aiguë
™ forte mobilisation
™ décisions et réglementation en conséquence
règle du zéro impact
relation amont-aval relativement nouvelle

‹ faible perception du phénomène sédimentaire
™ un obstacle pour la propagation de la crue
végétation
atterrissements (réduction de la section) Âactions qui règlent le court-terme
™ torrents, rivières torrentielles, plaine
en contradiction parfois avec le but recherché

™ perception locale

exemple : érosion de berge

51

Ârelation amont-aval souvent négligée
rupture de continuité

52

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INPG Formation continue hydrométrie / 4 Transport solide te morphologie fluviale / 54

Philippe Belleudy - 09-2005

Philippe Belleudy - 09-2005

mesurer le transport solide ?

quelques conséquences en
métrologie

mesures directes
‹ granulométrie

‹ section stable ?
™ validité des courbes de tarage en basses eaux

‹ flux : charriage et suspension

‹ ensablement
™ des échelles, des limnis, des seuils

‹ le bois flottés
‹ mesurer les eaux très chargées ?

écoulement chargé, ORE Draix, doc
CEMAGREF
échelle ensablée sur l’Isère à Villard-Bonnot

‹ courants secondaires

Station de jaugeage sur la Traxenne, affluent
de la Lys (Pas-de-Calais, France) - photo Pierre
Hubert

Le professeur Wood, en déplacement en Amérique latine, a photographié la rivière Tequila. Il a
malheureusement égaré ses notes. Il demande à nos fidèles amis de l’aider à commenter cette image.
Andouillette : « La rivière coule de A vers B »
Boudin : « La rivière coule de B vers A »
Cervelas : « C’est une rivière soumise aux influences de la marée. Elle coule alternativement
dans les deux sens. Cette photo a été prise à marée basse »
Diot-de-Savoie pense que cette photo ne comporte pas d’élément caractéristique qui permette
de trancher.
Qui a raison ?

53

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mesurer le transport solide ?

Philippe Belleudy - 09-2005

des besoins métrologiques

mesures indirectes

comprendre les phénomènes, valider les modèles

‹ basculement de profil

‹vitesse d’écoulement

‹ chaînes d’érosion
‹ bilan sur les sections
‹ analyse « diachronique » des photos aériennes
divagations du lit de l’Allier à Châtel-de-Neuvre
entre 2000 et 2002
(doc. JL.Peiry, St.Petit, UBP Clermont-Fd.)

July 2002

‹début du transport solide
la Loire à Givry, 01/1994 Q=1820 m3/s, n=2ans

55

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des besoins métrologiques
que se passe-t-il au moment de la crue ?
‹ mobilisation des sédiments
™ dans un lit en tresse
™ zones secondaires d’écoulement

‹ migration et influence des formes
‹ décrire la couche en transport

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