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Validation des scénarios de changements survenus sur un fleuve :

Author(s): Utilisation d’une nouvelle approche combinée « modélisation hydraulique-géochimie » pour l’étude de l’enfoncement du lit de la Loire entre les barrages de Grangent et Villerest.
Congress: 2008
Author(s):

Keyword(s): érosion, barrages, écoulement, enfoncement du lit
AbstractLa Loire (France) présente à ce jour, dans la plaine du Forez, une tendance à l'enfoncement. Actuellement, les affleurements de marnes témoins de cet enfoncement sont visibles sur une grande partie entre Grangent et Villerest (53 km). Ce problème affecte non seulement la sécurité des ouvrages mais touche également les ressources en eau (baisse du niveau de la nappe) ainsi que l’écosystème aux alentours. Ce travail permettra de comprendre l’impact des différents facteurs sur l’évolution morphologique de la Loire à l’échelle du siècle et éventuellement dans le futur, afin d’expliquer les problèmes d’enfoncement du lit de la Loire et plus particulièrement de l'incision du lit dans son substratum marneux. Une comparaison des cartographies de 1850,1920 et 2004 permet de préciser le rôle de l’ homme sur les changements morphologiques. L’étude hydrologique du site renseigne sur les impacts du changement climatique survenu au cours de la fin du 19è siècle (le petit âge glaciaire) sur le fonctionnement du fleuve. Ces observations sont renforcées par un travail de modélisation du transport solide dans le fleuve en prenant en compte l’hydrologie du site mais également les ouvrages anthropiques. Un modèle hydraulique unidimensionnel intégrant le transport solide a été réalisé. Il utilise les équations de Barré de St Venant pour simuler un écoulement non-permanent. L'évolution de la topographie est ensuite calculée à l'aide de l'équation d'Exner en choisissant la formule de Meyer-Peter Müller (1948) pour exprimer le débit solide. Les changements morphologiques d'un fleuve sont liés non seulement à la quantité mais également à la nature des matériaux qu'il transporte. Face au caractère empirique des formules de transport d'une part, et aux incertitudes sur les mesures in-situ d'autre part, nous proposons de compléter la démarche modélisation par une approche géochimique. Celle-ci est basée sur un bilan de matière : en l'absence d'érosion du substratum et des berges, la composition chimique du sédiment transporté ne peut varier qu'en réponse aux apports latéraux. Sur un tronçon dépourvu d'alimentation latérale, toute érosion doit se traduire par une dérive longitudinale de la chimie du sédiment, dont l'amplitude augmente avec l'importance relative de l'érosion par rapport au flux sédimentaire venant de l'amont. Des analyses chimiques et pétrographiques ont été entreprises sur des échantillons de sables prélevés dans le chenal actuel, ainsi que dans les importants dépôts sableux de la crue 2003. Des prélèvements très denses ont permis d’interpréter les variations de compositions locales en termes de mélange entre différentes populations de grains. In fine, cette méthode nous fourni une estimation de la proportion de substratum incorporé à la charge solide qui transite dans le chenal. La confrontation de cette valeur avec celle du modèle hydraulique permet de justifier les hypothèses de celui-ci essentiellement sur les types des matériaux transportés et par conséquent de leurs granulométries, et par la suite de le réajuster. La combinaison de la modélisation hydraulique et de la géochimie semble apporter des réponses à notre problématique de validation de scénarios du modèle hydraulique dans le cadre de cette étude d’impact.
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