Dynamique de bancs alternés

Problématique scientifique

Nous cherchons ici à comprendre la formation et l’évolution des systèmes de bancs alternés dans le cas de rivières alpines à graviers endiguées. En particulier, nous voulons identifier les possibles impacts des sédiments les plus fins sur cette dynamique.

Questions scientifiques

• Initiation, formation et évolution des bancs de galets alternés
• Impact des dépôts de sédiments fins sur cette dynamique

Méthodologie & résultats

Cette étude se fait en combinant des travaux de terrains sur le site Arc-Isère et des expérimentations de laboratoire.

Les bancs de graviers alternées se manifestent sous la forme de vagues sédimentaires dont la crête et le creux alternent cycliquement entre les rives opposées. Elles apparaissent souvent dans les rivières caractérisées par un apport important de sédiments et dont la mobilité latérale est largement limitée par des digues. Les longueurs d’onde de ces bancs correspondent généralement à plusieurs fois la largeur de la rivière, tandis que leurs hauteurs sont proportionnelles
à la profondeur de l’eau. Après leur formation, ces bancs capturent efficacement les sédiments fins (argile, limon et sable) sous forme de dépôts et par infiltration. L’accumulation de ces sédiments fins contribue à l’aggradation des bancs de graviers et favorise le développement de la végétation pionnière. Cette évolution peut potentiellement augmenter le risque d’inondation à moyen et long terme et impacte largement la qualité écologique de la rivière. Lorsque la géométrie de la rivière présente une discontinuité, les bancs formés peuvent être stationnaires. On parle alors de bancs forcés.

Le doctorat de Shashank Gupta a porté sur l’impact de l’infiltration de sédiments fins, en particulier de limon, dans un système de bancs de graviers alternés forcé. Pour ce faire, nous avons réalisé une série d’expériences en laboratoire dans un canal de 18 mètres de long et de 70 centimètres de large. Dans un premier temps, nous avons établi un protocole de référence dans lequel des bancs de graviers alternés forcés ont été créés dans des conditions d’écoulement permanent. Ces bancs ont été formés par des cycles successifs de transport, d’érosion et de sédimentation jusqu’à l’atteinte d’un équilibre dynamique. Par la suite, dans la deuxième étape, ces bancs alternés forcés ont été développées tout en introduisant des sédiments fins en suspension avec les mêmes conditions d’écoulement permanent. Le taux de sédiments fins observés dans les bancs était largement supérieur dans en queue de banc qu'en tête. Les mouilles présentait le colmatage le plus faible. Ces résultats sont cohérents avec observations dans les rivières Arc et Isère. Selon la pente initiale du lit choisi (et ainsi, en fonction du forçage amont), la présence de sédiments fins s'est avéré comme un facteur déstabilisant de la morphologie ou peu impactant.
Dans un troisième temps, nous avons mené des expériences d’écoulement non-permanent, représentant le passage d’une crue, avec et sans sédiments fins. Ces expériences ont été conçues pour étudier divers aspects, notamment l’impact d’un écoulement non-permanent sur la dynamique et la formation de bancs de gravier alternatifs forcés, l’influence potentielle
de la topographie initiale du lit sur la formation de bancs alternés forcés et les effets de crues successives. Plus précisément, dans l’expérience d’écoulement non permanent menée sur le cas de référence, où un apport constant en graviers a été maintenu tout au long de l’expérience, nos résultats ont indiqué que le premier banc de gravier forcé est devenu plus plat et plus court, et que le deuxième banc forcé a disparu à mesure que le débit d’eau approchait de son maximum. Par la suite, au cours de la branche descendante de l’hydrogramme, les deux barres de gravier alternées forcées se sont redéveloppées, chacune avec des formes différentes.

Sur le terrain, dans le cadre du doctorat de M. Jaballah, nous avons principalement étudié les conditions de formation des bancs alternés (ratio hauteur d’eau sur largeur, équilibre global du tronçon, etc.) et leur évolution à moyen terme vers un système divaguant confiné.

Evolution typique d’un système de bancs alternés dans l’Arc avec un système initial avec des bancs alternés avec des îles, qui peu à peu disparaissent pour former un système de bancs alternés classique pour enfin évoluer vers un système divaguant confiné.

Projets

• 2019-2022: Projet ANR DEAR Dépôt et érosion des sédiments fins dans les rivières alpines
• 2014-2015: Projet Agence de l’Eau « Méthodologie de traitement des données lidar pour la morphologie »

Partenaires

Thèses et post-doctorats

• 2019-2023 : Gupta S. Dynamique des stocks de fines sur un système de bancs alternés et impact sur la morphodynamique des bancs : étude de laboratoire. Université C. Bernard Lyon 1. 289p.
• 2010-2013 : Jaballah M. Influence des sédiments fins sur la dynamique d’une rivière de montagne aménagée : l’Arc en Maurienne. Université C. Bernard, Lyon 1. 195 p.

Publications

• Jaballah, M., Camenen, B., Pénard, L., & Paquier, A. (2015). Alternate bar development in an alpine river following engineering works. Advance in Water Res. 81:103-113.