Contrôle du transport sédimentaire des torrents par les barrages de correction torrentielle et les plages de dépôt

Sediment transport control by check dams and open check dams in Alpine torrents

• Auteur / Autrice : Guillaume Piton
• Direction : Alain Recking
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 08/06/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France). Centre de Grenoble (2012-2019)
• Jury : Président / Présidente : Eric Barthélémy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Marco
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anton J. Schleiss, Dieter Rickenmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Barrages -- Environnement

Mots clés libres

Barrage de correction torrentielle

Barrage filtrant

Plage de dépôt

Transport solide

Charriage

Torrent

Steep slope streams

Sediment transport

Torrential Hazards

Flood Hazard mitigation

Erosion control

Small scale modelling

Résumé

Barrages de corrections torrentielles et plages de dépôts jouent un rôle clés dans la protection contre les crues des torrents. Leurs gestionnaires ont pour mission de réduire les risques d'inondations, mais doivent désormais aussi minimiser les impacts environnementaux liés aux ouvrages de protection. Ceci nécessite une meilleure compréhension des effets des barrages de corrections torrentielles et des plages de dépôts sur le transport sédimentaire des torrents. Cette thèse s'inscrit dans cet objectif et se décompose en deux parties. Sa section sur l'état de l'art présente: i) les différents effets des barrages de correction torrentielle sur la production et le transfert sédimentaire; ii) des descriptions des processus hydrauliques et de sédimentation ayant lieu dans les plages de dépôts; et iii) les processus liés à la production et au transfert de bois d'embâcle. Une nouvelle méthode de quantification de la production sédimentaire des torrents complète cet état de l’art.La seconde partie de cette thèse présente le travail réalisé en banc d’essai expérimental. Une première série d’expérience a permis de mettre en évidence un transport par charriage plus régulier lorsque des barrages de correction torrentielle sont ajoutés à un bief alluvial. Une seconde série d’essais a été réalisée sur un modèle générique de plage de dépôt dans l’objectif d’en caractériser les écoulements. Pour cela, une nouvelle procédure de mesure et de reconstruction par approche inverse a été développée. Il en résulte une description des caractéristiques d’un écoulement proche du régime critique, ainsi que des mécanismes de rétrocontrôle entre morphologie et hydraulique pendant la phase de dépôt.

Check dams and open check dams are key structures in torrent hazard protection. Their managers must mitigate flood hazards, but now must also minimize the environmental impacts of these protection structures. This requires to improve the knowledge on the effects of check dams and open check dams on the sediment transport, and this thesis forms a contribution towards this end.The section on the current state of research reviews i) the diverse effects of check dams on sediment production and transfer; ii) descriptions of the hydraulics and sedimentation processes occurring in open check dams; and iii) woody debris production and trapping processes. This state of the art is completed with proposition of new bedload transport estimation methods, specifically developed for paved streams experiencing external supply or armour breaking.Experimental results are then provided. Firstly, flume experiments highlight the emergence of a more regular bedload transport when check dams are built in alluvial reaches. In a second stage, experiments were performed on a generic Froude scale model of an open check dam basin in order to capture the features of laterally-unconstrained, highly mobile flows. A new flow measurement and inverse-reconstruction procedure has been developed. A preliminary analysis of the results describes flows that tend toward a critical regime and the occurrence of feedback mechanisms between geomorphology and hydraulics during massive bedload deposition.