Dynamique du bois flottant dans les rivières pour l’estimation de l’aléa

Study of driftwood dynamics in rivers for hazard assessment

• Auteur / Autrice : Hossein Ghaffarian Roohparvar
• Direction : Diego Lopez, Nicolas Rivière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 15/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône) - Laboratoire de Mecanique des Fluides et d'Acoustique / LMFA
• Jury : Président / Présidente : Jean-Philippe Matas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Diego Lopez, Nicolas Rivière, Jean-Philippe Matas, Mario Aristide Lenzi, Dieter Rickenmann, Laurence Bergougnoux, Laurence Duchesne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mario Aristide Lenzi, Dieter Rickenmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Flottage

Bois

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Bois flottant

Rivière

Aléas

Flux de bois

Débit de bois

Quantité de bois

Evaluation risque

Surveillance

Débit

Crue

Dynamique

Vidéo

Mesure de terrain

Fluid mechanics

Driftwood

Wood fluxes

Wood discharge

Amount of wood

Risk evaluation

Monitoring

Rate of flow

Dynamics

Video

Field measurement

Résumé

Le bois flottant fait partie intégrante des systèmes fluviaux et joue un rôle important dans l'écologie et la morphologie des rivières. Au cours des dernières décennies, la quantité de bois transportée dans certaines rivières d’Europe a augmenté, notamment en raison de modifications de l'occupation et de la gestion des zones boisées le long des rivières, entraînant une augmentation des aléas pour les ouvrages hydrauliques et les zones urbaines. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier la dynamique du bois flottant dans les rivières afin de fournir des éléments pour l'estimation des risques. Cela a été effectué de deux manières: (i) en utilisant la vidéographie in situ au bord d'un cours d'eau pour mesurer la quantité de bois transporté lors d’une crue et (ii) en analysant la dynamique de morceaux de bois isolés, à la fois sur le terrain et par une étude expérimentale de laboratoire complétée par des modèles théoriques. Ce travail présente plusieurs contributions scientifiques et techniques. Tout d'abord, en étudiant le lien entre le débit de bois et les caractéristiques de crue, telles que son amplitude, son hydrogramme et le délai entre deux crues, nous renforçons et élargissons les connaissances actuelles sur le lien entre les débits de crue et de bois. Ensuite, nos études montrent que lorsqu'un tronc est pris dans la rivière, il est accéléré sur une distance limitée, d’ordre de grandeur donné par la longueur du bois dans la direction de l’écoulement. Une fois la vitesse d'écoulement atteinte, le bois se comporte comme un traceur de l'écoulement. En termes de contributions techniques, se basant sur deux sites différents, nous fournissons des recommandations utiles aux praticiens pour l'installation de nouvelles stations de surveillance. Ces travaux s’intègrent dans le cadre de l’évaluation des aléas et des risques liés au bois flottant, pour lesquelles des quantités précises de la dynamique du bois sont nécessaires.

Driftwood is an integral part of river corridors where it plays an important role both in river ecology and morphology. During the last decades, the amount of large wood transported in some of the European rivers has increased, notably due to modifications in the human pressure and management of riparian forest buffers along rivers. This causes an increase of potential hazards for hydraulic structures and urban areas. In this context, the aim of this thesis is to study the driftwood dynamics in rivers in order to provide elements for hazard assessment. This is carried out in two ways: (i) using in-situ streamside videography to measure the amount of wood transported by the river during floods and (ii) analyzing the dynamics of individual pieces of wood both on the field and in a well-controlled experimental environment combined with theoretical models. The present work provides several scientific and technical contributions. First by studying the link between wood discharge and flood characteristics, such as flood magnitude, hydrograph and inter-flood time, we consolidate and extend the present knowledge about the link between flow and wood discharges. Second, our studies show that when a piece of wood is recruited into the river, it is accelerated on a limited distance, which scales as the wood length in the flow direction. Once the wood piece reaches the flow velocity, it behaves as a flow tracer. In terms of technical contributions, by comparing the video monitoring technique in two different sites, we provide some recommendations that are useful for practitioners for installing new monitoring stations. This work will be part of the driftwood hazard and risk assessments, for which accurate wood dynamics quantities are required.