Suspended sediment dynamics along harnessed rivers : Arc River and Isère River
Dynamique des matériaux en suspension (MES) le long de rivières aménagées de montagne : exemple de l'Arc en Maurienne de l'Isère
Résumé
This phd thesis focuses on the dynamics of suspended sediments in hardness mountain rivers, specifically along the Arc and Isere River. Due to the silting in the Arc reservoirs, dam flushing are conducted annually. During these flushing events, the sediments eroded from the reservoirs are transported downstream over several tens of kilometers. The challenge is then to quantify the downstream propagation of the suspended sediments to understand the impact of dam flushing on the river bed. In the first part, data of suspended sediment concentration and flow discharges, measured during the dam flushing between 2006 and 2012, are analyzed, criticized and completed. From this dataset, spatial distributions of suspended sediment fluxes are presented, as well as specific locations of deposition or erosion areas. To better characterize the suspended sediments during these dam flushing, additional measurement of particle sizing and settling velocity have been made in situ. The spatial and temporal dynamics of these measured values forms the basis for a parameterization strategy of a numerical model. This is the topic of the second part of this phd thesis. A one dimensional hydraulic model, MASCARET, developed over 20 years by EDF R & D, has been used to model discharges during dam flushing between 2006 and 2012. COURLIS, a one dimensional numerical code for suspended sediment transport, also developed by EDF R & D , has been chosen to model the sediment transport dynamic, coupled with MASCARET . To take into account the sediment transport modeling in compound channel, a new method of estimating the average concentration in both main channel and floodplain is proposed, based on data from the literature. The new model thus obtained is compared with the previous one on real case of natural flood and three dam flushing events.
Ce travail de thèse porte sur la dynamique des matériaux en suspension (MES) dans des rivières aménagées de montagne, l'Arc en Maurienne et l'Isère. Un des modes de gestion de l'envasement des différents ouvrages hydro-électriques de l'Arc consiste à réaliser des chasses de barrage annuellement. Lors de ces chasses hydrauliques, les sédiments remobilisés du fond des retenues sont transportés à l'aval des ouvrages sur plusieurs dizaines de kilomètres. L'enjeu est alors de quantifier la propagation en aval de ces MES, afin de comprendre l'impact des chasses de barrage sur le lit de la rivière. Dans une première partie, des données de concentration en MES et de débit, mesurées pendant les chasses de barrage de l'Arc entre 2006 et 2012, sont analysées, critiquées et complétées. A partir de ce jeu de données, des cartes spatiales de flux de MES générés par les chasses de barrage sont dressées, et mettent en évidence des répartitions de zones de dépôt et d'érosion. L'incertitude liée au calcul de ces bilans de masse est quantifiée, et les dynamiques de reprise et de dépôt sont discutées. A titre de comparaison, cette méthode a été appliquée à d'autres événements de crues naturelles et de laves torrentielles, pré-échantillonnées à partir de chroniques de mesures en continu. Enfin, pour mieux caractériser les MES transportées pendant ces épisodes de chasse, des mesures complémentaires de granulométrie et de vitesse de chute ont été réalisées quasiment in situ pendant les chasses de 2011 et 2012. Les dynamiques spatiale et temporelle des ces grandeurs permettent d'établir une stratégie de paramétrisation de modèle numérique. La modélisation numérique hydrosédimentaire 1D fait l'objet de la seconde partie de ce travail de thèse. Le code de calcul d'hydraulique à surface libre MASCARET a été utilisé pour modéliser les écoulements générés par les chasses de barrage entre 2006 et 2012. Cette modélisation hydraulique met en évidence le rôle joué par la présence de bancs alternés de rugosités différentes dans le lit de la rivière. Le code de calcul COURLIS, couplé à MASCARET, a été modifié pour modéliser le transport sédimentaire en suspension. Pour prendre en compte la modélisation du transport de MES en lit composé, une méthode d'estimation d'une concentration moyenne par lit est proposée à partir de données issues de la littérature. Le nouveau modèle ainsi obtenu est comparé avec le modèle homogène dans la section sur des cas réels de crue (mai 2010) et de chasses de barrage (2010, 2011 et 2012). Les résultats de modélisation montrent la capacité du nouveau modèle à reproduire les flux mesurés dans les plages d'incertitude calculées, sans avoir recours à une calibration non physique des paramètres.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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