Interactions entre le transport des sédiments non-cohésifs par charriage et suspension et la végétation dans les rivières gravelo-sableuses aménagées.

Interactions between bedload and suspended sediment transport, and riparian vegetation in regulated gravel-bed rivers

• Auteur / Autrice : Kim-Jehanne Lupinski
• Direction : Pablo Tassi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 03/04/2023
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LHSV - Laboratoire Hydraulique Saint Venant

Mots clés

Mots clés libres

Bancs

Charriage

Suspension

Modélisation numérique

Multi physique

Végétation

Bars

Bedload

Suspended load

Numerical modelling

Multiphysics

Vegetation

Résumé

Dans le cadre des rivières aménagées, c'est-à-dire soumis à d'important travaux d'ingénierie opérationnelle, il est largement admis que les interventions humaines telles que la canalisation, l'extraction de sédiments ou la construction de barrages pour le développement de l'hydroélectricité, peuvent altérer de manière significative la morphodynamique des bancs à l'échelle d'un tronçon de rivière. Dans certaines circonstances naturelles, comme les crues, ou anthropiques, comme les opérations de vidange de réservoir de barrages par exemple, les évolutions morphologiques seront dominées par un transport de sédiments en suspension. Les particules sédimentaires fines se déposent principalement dans des zones à faible vitesse d'écoulement, comme la surface des bancs ou sur les berges. Ces dépôts de sédiments contribuent au colmatage et à la fixation des bancs en favorisant le développement de la végétation, qui à son tour piège les sédiments fins et augmente rapidement la hauteur des bancs suivant une boucle rétroactive. De tels processus ont été observés dans différents tronçons de l'Isère lors d'évènements de crue. Ils entrainent plusieurs problèmes comme l'augmentation du risque d'inondation, l'érosion et la déstabilisation des berges ou encore une dégradation de la biodiversité. Les problèmes associés à l'exhaussement et la stabilisation des bancs constituent des contraintes importantes pour les gestionnaires de rivières, tels que les syndicats de rivières, EDF, la DREAL (Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement), ou l'Agence de l'Eau, pour optimiser les travaux de restauration et d'entretien des rivières, telles que la Loire, le Rhin, la Durance, l'Isère, entre autres. En adoptant une approche basée sur la modélisation numérique, cette thèse vise à mieux comprendre les processus physiques impliqués dans les interactions entre les sédiments grossiers et fins transportés dans les rivières, et la végétation. Par conséquent les objectifs de cette thèse sont : • Une meilleure compréhension et une caractérisation approfondies de la coexistence des processus de transport en suspension de particules non cohésives dans des tronçons de rivières gravelo-sableuses fortement anthropisés ; • Mieux évaluer l'influence de ces processus sur le développement, l'évolution et la morphologie (morphodynamique) des bancs et chenaux dans les rivières alluviales ; • Améliorer la compréhension et la modélisation de ces processus sédimentaires et leurs interactions avec le développement de la végétation riveraine sur les bancs de graviers.

In the context of regulated rivers, i.e. subject to significant operational engineering, it is widely acknowledged that human interventions such as channelization, sediment extraction or dam construction for hydropower development, can significantly alter the morphodynamics of banks at the scale of a river section. Under given circumstances (e.g. natural floods, dam flushing operations, etc.), morphological events can be dominated by the presence of suspended sediment transport, where fine sediment is mostly deposited on low shear stress areas, such as bars' surface and riverbanks. In many rivers, these deposits can contribute -moderately to importantly- to the clogging and stabilization of bars, not only because of the thickness of the deposit, but also as it can promote vegetation development, which in turn trap the fine sediment and heighten bars, following a retroactive loop. These processes have been observed in different reaches of the Isère river (France), where thick layers of fine sediment were deposited during single flood events, Such processes may result in several issues such as increased flood risk, riverbank erosion and destabilization and biodiversity degradation. Issues associated to bar stabilization due to fine sediment deposition over gravel bars constitute important constraints for river managers, such as EDF (Electricité de France), DREAL (Directions Régionales de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement), the Agence de l'Eau, and others, to optimize restoration works and maintenance of several rivers, such as the Loire, the Rhine, the Isère amont others. By adopting an approach based on the development and application of numerical tools, this work aims at better understanding the physical processes involved in the interactions between coarse and fine sediment transported in rivers, and vegetation. Consequently, the objectifs of this PhD thesis are: • A deep comprehension and characterization of the coexistence of bedload and suspended transport processes of non-cohesive sediment particles in highly anthropized gravel-bed river reaches; • To better assess the influence of these processes on the development, evolution and resulting morphology (=morphodynamics) of bars in alluvial rivers; • To improve the understanding and the modeling of these sedimentary processes on the development of riparian vegetation on bars.