Thèse en science de l’environnement, soutenue le 27 septembre 2024 par Gelare Moradi, rattachée à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.
Les confluences de rivières représentent un sujet de recherche complexe et il existe encore des lacunes majeures dans la compréhension scientifique de leur morphodynamique. C’est particulièrement le cas lorsque les affluents apportent une grande quantité de sédiments dans le cours d’eau principal. De telles confluences sont généralement observées dans les rivières drainant les zones montagneuses. Dans certaines situations, on les trouve également à l’aval dans des plaines inondables plus développées, canalisées pour des raisons de sécurité contre les inondations afin de protéger le développement urbain et agricole, avec des petits cours d’eau de montagne alimentant des rivières principales beaucoup plus grandes. De telles confluences peuvent devenir des contrôles majeurs sur le flux de sédiments à travers les bassins versants, affectant les écosystèmes fluviaux, la connectivité longitudinale des sédiments et la biodiversité. Malgré une meilleure compréhension de la dynamique complexe de l’écoulement et de la morphologie des confluences en général, moins d’attention a été accordée aux confluences caractérisées par un débit et une vitesse d’écoulement de l’affluent très faibles par rapport à ceux du chenal principal, mais où le débit de sédiments est important.
Les confluences sont normalement décrites selon un ratio d’inertie Mr (QtUt/QmUm, où Q = débit, U = vitesse moyenne de section et t et m spécifient l’affluent et le cours d’eau principal). Si les confluences à faible ratio d’inertie reçoivent de grandes quantités de sédiments provenant de leurs affluents, cela se produit généralement lors d’événements de débit extrême. Les sédiments se déposent aux confluences, créant une morphologie qui influence par la suite la morphodynamique également lors de débits d’affluent très faibles. De telles confluences ont été étudiées dans le cadre d’expériences en laboratoire, mais celles-ci se sont concentrées sur les conditions au cours du développement morphologique plutôt que sur les conditions héritées d’événement extrêmes, dominantes la plupart du temps sur le terrain. Pour ces raisons, la présente étude vise à approfondir la compréhension de l’hydrodynamique et de la morphodynamique des confluences fluviales des zones de montagne, à l’aide de données de terrain collectées dans ces confluences du bassin du Haut-Rhône.
Ce projet de recherche a impliqué une étude intensive et répétée de trois confluences du Haut Rhône avec des taux de livraison sédimentaire des affluents vers le chenal principal très variés, pour répondre aux questions suivantes :
- dans quelle mesure les modèles classiques de morphodynamique des confluences avec des valeurs de Mr plus élevées sont conformes lorsqu’on les applique à des confluences de Mr très faibles avec des taux de livraison sédimentaire vers le chenal principal importants ;
- quels autres paramètres doivent être pris en compte pour mieux comprendre la dynamique de l’écoulement dans de telles situations ;
- quelles sont les nécessités en termes de méthodes de collecte de données sur le terrain pour identifier les caractéristiques des confluences de rivières avec des ratios Mr faibles.
Après une étude approfondie des confluences du Haut-Rhône basée sur des études antérieures dans cette région, trois affluents ont été choisis pour des mesures approfondies et répétées à l’aide de technologies de mesure de pointe, notamment un courantomètre acoustique Doppler (aDcp).
- Premièrement, ce travail a démontré que les méthodes classiques de collecte et de traitement des données aDcp peuvent être améliorées en appliquant une approche nouvellement développée dans le cadre de ce projet de recherche.
- Deuxièmement, l’importance de la correction du Mr pour inclure les effets de l’angle de jonction a été examinée et prouvée.
- Troisièmement, en comparant deux confluences caractérisées par héritage sédimentaire important, et une sans héritage sédimentaire, il a été démontré que l’apport de sédiments hérités d’événements de crue antérieurs conduit à des morphologies de confluence qui peuvent générer une circulation secondaire importante même avec un ratio d’inertie peu important.
Une utilisation innovante de la provenance des sédiments a permis de déduire des hypothèses concernant les processus morphologiques susceptibles d’être à l’origine de la morphodynamique de ces confluences lors d’inondations. Des recherches plus avancées sont désormais nécessaires pour comprendre comment les sédiments se déplacent à travers ces confluences à faible ratio Mr lors d’événements extrêmes.
