Relation entre la paléomorphologie des rivières endiguées et l'érosion de subsurface - conséquences sur le risque d'inondation

Relationship between the paleomorphology of diked rivers and underground erosion - consequences on flood risk

• Auteur / Autrice : Édouardo Jovick Fogueng wafo
• Direction : Corinne Curt, Laurence Girolami
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INRAE RECOVER Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement

Mots clés

Mots clés libres

Espace alluvial

Paléochenaux

Erosion interne

Rivière endiguée

Inondation

Analyse de risque

Alluvial zone

Paleochannel

Internal erosion

Diked rivers

Flood

Risk analysis

Résumé

La plaine alluviale d'une rivière comprend les paléo-vallées et paléo-chenaux qui intègrent l'histoire de son remplissage sédimentaire. Cette zone, située sous le lit de la rivière et sous le système d'endiguement, s'étend jusque dans la zone protégée au niveau des terrasses alluviales. Elles sont généralement constituées de sables et de graviers, ce qui leur confère une forte perméabilité et permet des vitesses d'écoulement élevées en période de crue, pouvant modifier les propriétés physiques des sédiments par fluidisation et érosion interne. Lorsque la décompaction de ces matériaux devient trop importante, la formation de chenaux d'érosion sous la digue peut alors mener à son effondrement local. La présence de ces paléo-environnements autour des digues peut ainsi augmenter considérablement le risque de formation de brèches dans l'ouvrage et l'expansion de la fosse d'érosion, et par conséquent le risque d'inondation de la zone protégée, avec de potentiels impacts sur les infrastructures locales. La problématique de la thèse est ainsi : comment intégrer la paléomorphologie de la plaine alluviale d'un système d'endiguement dans l'analyse du risque inondation ? Verrou scientifique et objectif : Bien que l'étude des paléoenvironnements soit largement explorée pour la compréhension du fonctionnement des rivières naturelles, aucune méthodologie opérationnelle n'est proposée à ce jour pour cartographier le positionnement des paléochenaux relatif aux systèmes d'endiguement, ni leur rôle dans les processus d'érosion et d'inondation observés au cours des épisodes de crues successifs ou dans les études de dangers susceptibles de remettre en question la sûreté de l'ouvrage. La thèse a pour objectif de surmonter ce verrou en intégrant l'étude des paléoenvironnements dans l'analyse de risque inondation et études de dangers. Méthodologie: La thèse est organisée selon 3 thématiques principales : L'approche sera développée sur le système d'endiguement de l'Agly (Pyrénées-Orientales). 1) la description d'une paléomorphologie d'une rivière endiguée en lien avec les processus physiques d'érosion du sol de subsurface servant de fondation aux digues de protection; Elle repose sur l'acquisition des données permettant de caractériser la paléomorphologie alluviale (observations sédimentaires et mesures in situ, connaissances historiques); elle sera détectée à l'aide d'imageries géophysiques obtenues par méthodes électromagnétiques, électriques et sismiques, enrichies de sondages carottés. L'interprétation des mesures de terrain et l'analyse des sédiments sera réalisée en étroite collaboration avec le CEREGE. À partir des resultats et des modélisations (expérimentale ou numérique des processus d'érosion des paléochenaux en période de crue), un ensemble d'indicateurs nécessaires à l'analyse de risque seront définis. 2) la construction d'un indice global discriminant permettant d'identifier les situations transitoires critiques, intégrant la formalisation des connaissances et la synthèse des informations disponibles (indicateurs physiques, données d'archives, observations visuelles, mesures d'auscultation, analyses des expériences et résultats de simulations). Elle sera réalisée en collaboration avec le CEREGE sur les aspects d'analyse de documents historiques, d'identification de critères morphologiques, et d'observations directes des signatures d'érosion. 3) l'intégration de cet indice global dans les études de dangers pour améliorer l'aide à la gestion des inondations pour le système d'endiguement de l'Agly, à travers l'élaboration de cartes de risques qui permettront de fournir un livrable de communication adapté aux acteurs locaux (politiques publiques, gestionnaires de digues, et bureaux d'études). L'application à un deuxième système d'endiguement en France sera initiée en fin de thèse et la généralisation d'une méthodologie à employer sera évaluée dans le cadre d'un comité d'expertise local et de collaborations internationales

The alluvial plain of a river includes the paleo-valleys and paleo-channels that integrate the history of its sedimentary filling. This zone, located beneath the riverbed and the diking system, extends into the protected area at the level of the alluvial terraces. Alluvial terraces are generally made up of sand and gravel, which makes them highly permeable and allows high flow speeds during floods, which can alter the physical properties of the sediment through fluidisation and internal erosion. When the decompaction of these materials becomes too great, the formation of erosion channels under the dike can lead to its local collapse. The presence of these paleo-environments around dikes can considerably increase the risk of breaches in the structure and the expansion of the erosion ditch, and consequently the risk of flooding in the protected area, with potential impacts on local infrastructure. The problematic is: how can the paleomorphology of the alluvial plain of an embankment system be integrated into the analysis of flood risk? Scientific background and objective: Although the study of paleo-environments has been widely explored as a means of understanding how natural rivers function, no operational methodology has yet been proposed for mapping the position of palaeochannels in relation to embankment systems, or their role in the erosion and flooding processes observed during successive flood events, or in hazard studies that might call into question the safety of the structure. The aim of this thesis is to overcome this barrier by integrating the study of paleo-environments into flood risk analysis and hazard studies. Methodology: The thesis is organised around 3 main succesive themes: The approach will be developed on the Agly diking system (Pyrénées-Orientales). 1) The description of the paleo-morphology of a diked river in relation to the physical processes of erosion of the subsurface soil used as a foundation for the protective dikes. This is based on the acquisition of data enabling the alluvial paleo-morphology to be characterised (sedimentary observations and in situ measurements, historical knowledge); it will be detected using geophysical imagery through electromagnetic, electrical and seismic methods, enhanced by core sampling. Field measurements and sediment analysis will be interpreted in close collaboration with CEREGE. On the basis of the results and modelling (experimental or numerical of paleochannel erosion processes during flood periods), a set of indicators required for risk analysis will be defined. 2) the construction of a global discriminating index to identify critical transitional situations, integrating the formalisation of knowledge and the synthesis of available information (physical indicators, archive data, visual observations, monitoring measurements, analyses of experiments and simulation results). It will be carried out in collaboration with CEREGE for the analysis of historical documents, the identification of morphological criteria and direct observations of erosion signatures. 3) The integration of this global index into the hazard studies to improve flood management assistance for the Agly dyke system, through the development of risk maps that will provide a suitable communication deliverable for local stakeholders (public policies, dyke managers and consultancies). Application to a second dyke system in France will be initiated at the end of the thesis, and the generalisation of a methodology to be used will be evaluated within the framework of a local committee of experts and international collaborations.