Rôle du forçage hydraulique sur les environnements de dépôt sédimentaire des annexes fluviales : approche sédimentologique et numérique appliquée au Rhône

Role of hydraulic forcing on fluvial secondary channel sedimentary environment : sedimentological and numerical approach applied to the Rhône

• Auteur / Autrice : Nicolas Noclin
• Direction : Thierry Winiarski, Brice Mourier, Jérôme Le Coz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Environnement
• Date : Soutenance le 30/01/2024
• Etablissement(s) : Vaulx-en-Velin, École nationale des travaux publics de l’État
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés - RiverLy (Lyon ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Ivana Vinkovic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Gratiot, Magali Jodeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Chapron, Romaric Verney

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Cours d'eau -- France -- Rhône (France)

Sédiments fluviaux

Génie fluvial

Mots clés libres

Forcage anthropique

Bras secondaires

Sédimentation fluviale

Rhône (fleuve)

Modélisation

Human forcing

Secondary channel

Sediment deposition

Rhone River

Modeling

Résumé

Les activités humaines perturbent le régime hydrosédimentaire de la plupart des fleuves et rivières. Des études rétrospectives et un suivi de l’état des fleuves sont réalisés au travers de plusieurs disciplines. Le nombre de forçages auxquels sont soumis ces milieux naturels a fortement augmenté depuis la révolution industrielle. Parmi eux, la construction de barrages forme sans doute une des activités impactant le plus le corridor fluvial. La mise en place de ces ouvrages transversaux peut s’accompagner d’une dérivation des écoulements vers une usine hydroélectrique au travers d’un canal aménagé. Sur le Rhône, on retrouve de nombreux tronçons de fleuves court-circuités de cette manière et il a été observé que les dépôts sédimentaires sur les bras secondaires se caractérisent par une rupture granulométrique nette (passage des sables aux limons) faisant suite à cette mise en place. Les dépôts observés sont soumis aux dynamiques hydrauliques et sédimentaires du site et du fleuve, elles-mêmes impactées par les aménagements. Ce travail s’intéresse aux mises en place sédimentaires dans ce contexte sur les zones d’archivage que constituent les bras secondaires. Le Rhône est un fleuve en partie français soumis à de fortes pressions anthropiques ; il constitue le cas d’étude de cette thèse. En parallèle des investigations de terrain permettant de caractériser ces dépôts, nous avons construit un modèle de ces bras secondaires pour simuler leurs fonctionnements hydrauliques et sédimentaires. Les résultats numériques permettent ainsi d’appréhender cette sédimentation au regard des évènements hydrauliques. Nos résultats montrent que l’intensité et la durée des crues engendrent une réponse sédimentaire qui ne se corrèle ni à l’intensité des crues, ni à leurs durées. Ces résultats sont également couplés aux observations in natura, ce qui permet de faire évoluer la conception et la représentation temporelle des dépôts sédimentaires fluviaux. Aussi, cette thèse tend à utiliser le modèle pour quantifier le rôle des forçages anthropiques sur les dynamiques des bras secondaires et élargir la reconstitution des dépôts à des zones inconnues. Finalement, croiser des observations locales de terrain et des résultats de simulations nous permet d’obtenir une meilleure résolution spatio-temporelle des dynamiques hydrosédimentaires.

Human activities disrupt the hydrosedimentary regime of most rivers. Retrospective studies and monitoring of the state of rivers are carried out by several disciplines. The number of forcings to which these natural environments are subjected has risen sharply since the Industrial Revolution. Among these anthropogenic forcings, the construction of hydroelectric power plants undoubtedly has the most significant impact on the river corridor. The installation of these transverse structures can be accompanied by the diversion of flows to the hydroelectric power station with an engineered channel. On the Rhone River, numerous sections of the river have been by-passed and it has been observed that sediment deposits are characterized by a clear granulometric break following this installation. Parts of the river floodplains are home to these deposits, which constitute a sedimentation archive. These include secondary branches and river annexes. The evolution of hydraulic and sedimentary dynamics, in relation to hydraulic forcing, should enable us to characterize this evolution. This work focuses on the pressures exerted on the sediment deposition zones constituted by the secondary branches. The Rhone River is a French and Swiss river subject to strong anthropogenic pressures; it is the case study of this thesis. In parallel with field investigations to characterize these deposits, we built a model of these secondary channels to simulate their hydraulic and sedimentary dynamics. The numerical results enable us to understand this sedimentation in relation to hydraulic events. Our results show that flood intensity and duration generate a sediment response that correlates neither with flood intensity or duration. These results are also coupled with in natura observations, allowing us to evolve the conception and temporal representation of fluvial sedimentary deposits. This thesis also aims to use the model to quantify the role of anthropogenic forcings on the dynamics of secondary arms, and to extend the reconstruction of deposits to unknown areas. Finally, cross-referencing local field observations with simulation results will enable us to obtain a better spatio-temporal resolution of hydrosedimentary dynamics.