Etude et gestion de la dynamique sédimentaire d'un tronçon fluvial à l'aval d'un barrage : le cas de la basse vallée de l'Ain - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Etude et gestion de la dynamique sédimentaire d'un tronçon fluvial à l'aval d'un barrage : le cas de la basse vallée de l'Ain

Anne-Julia Rollet

Résumé

Our ability to evaluate the impacts of dams on river channels is limited by a lack of adequate field observations and natural variability between river systems. Although understood in a qualitative sense, quantitative data has been difficult to collect and the complexity of the problem has meant that the application of predictive models of channel evolution remains a delicate process (Chapter 1). In addition, while we can now anticipate and alleviate the adverse effects associated with flood regulation, there are few defined options for the reduction or elimination of the sedimentary deficit downstream of dams. A number of restoration plans that address the issue of sediment supply have been put into place in California and on the Rhine River, but they have used non-native sediments for which the associated costs have been high. The Ain river valley represents an ideal site for the continued study of this problem: the floodplain and river corridor are relatively intact, having been spared problems associated with large gravel extraction operations, widescale construction of dykes or dredging of the channel for navigation purposes, and a series of hydroelectric dams have been constructed.
As a first step, we identified the impacts that the dams and other anthropomorphic changes have had on both the control variables and the morphology of the Ain River (Chapter 2). We focused on two morphological variables, the channel width and the longitudinal profile, in order to determine the current trajectory of river adjustments. From this we were able to distinguish the perturbation to morphology that has resulted from dam-related modification to sediment continuity beginning in 1931 and flood regulation since 1968. The magnitude of modifications to the control variables and the spatial extent of the morphological adjustments were determined from available data, including aerial photographs, and field characterizations of the sedimentology.
As a second step, we tried to understand a number of relevant processes, including sedimentary inputs to the system, sites of deposition, the transport capacity of the river and the quantification of excess shear stress, in order to not only quantify the current sedimentary deficit, but to also give some estimates of future adjustments and identify suitable management strategies (Chapter 3). Three approaches were utilized: the determination of a sedimentary budget for a series of homogenous reaches, direct measurement of sediment transport, and the calculation of transport capacity from available hydraulic relations. These three techniques allowed a cross-validation of the results, which showed the need to immediately address the sediment deficit in the upstream reaches of the system. It appears that the channel is no longer able to ensure its own sedimentary recharge and that there is no sedimentary input that is capable of checking the downstream progression of a sedimentary deficit of 10-15 000 m3.year -1.
These results were used as a basis to outline a sustainable management plan for the sedimentary dynamics of the Ain River (Chapter 4). The objectives of this management plan are both preventative, in that they seek to preserve actively meandering reaches, and curative, in that they suggest ways to restore lateral dynamics in reaches that have already been impacted by the sedimentary deficit. After presenting the full range of possible actions for the reaches downstream of the dams, we selected the actions that were the most technically and economically suited to our context. Finally, we present preliminary results from sediment recharge operations that were carried out following the identification of suitable management strategies.
L'évaluation des effets des barrages sur les cours d'eau est rendue difficile par l'absence d'observations adéquates et par la variabilité naturelle des chenaux. Si ces effets sont largement connus et décrits qualitativement, la collecte de données quantitatives et la réalisation de modèles prédictifs d'évolution restent des points délicats à traiter en raison de la complexité des processus (chapitre 1). De plus, nous savons aujourd'hui limiter les effets directement liés aux régulations des débits liquides mais des actions limitant ou palliant le déficit de charge solide restent encore à définir. De nombreuses opérations de restauration de la charge de fond ont déjà été entreprises en Californie, ou sur le Rhin, mais la plupart consistent en la réintroduction de sédiments exogènes dont le transport sur le site déficitaire est extrêmement coûteux. La basse vallée de l'Ain représente un site d'étude idéal pour aborder cette thématique de recherche. Cette rivière comporte, en effet, un corridor relativement naturel et n'a pas été le centre d'importantes activités (extractions de granulats en lit mineur) ou d'aménagements importants (endiguement généralisé, calibration pour la navigation), hormis la construction de nombreux ouvrages hydroélectriques.

Dans un premier temps, nous avons identifié les effets de la chaîne de barrages sur la morphologie de l'Ain dont les variables de contrôle ont été profondément modifiées depuis la fin du 19e siècle (chapitre 2). Pour cela, nous avons tout d'abord analysé finement la trajectoire contemporaine du cours d'eau en nous focalisant sur deux paramètres d'ajustement (la largeur et le profil en long). Ceci nous a permis, ensuite, de distinguer, au sein de cette trajectoire, les effets des barrages sur les variables de contrôle (charge de fond depuis 1931 et débit depuis 1968) et sur les ajustements morphologiques qui ont pu en découler. L'amplitude des modifications des variables de contrôle imputables aux barrages, ainsi que l'extension spatiale actuelle des ajustements fluviaux en lien avec ces modifications, ont été ensuite déterminées à partir des jeux de données disponibles (photographies aériennes) et de mesures collectées sur le terrain (granulométrie).
Dans un second temps, nous avons cherché à approfondir nos connaissances relatives à la dynamique sédimentaire de l'Ain (détermination des entrées sédimentaires, des dépôts, des capacités du cours d'eau à évacuer la charge disponible, quantification des excédents énergétiques du cours d'eau) pour définir l'amplitude actuelle du déficit sédimentaire du cours d'eau, mais également pour déterminer les évolutions à venir et les préconisations de gestion à envisager (chapitre 3). Trois approches ont été utilisées et adaptées pour aborder cet aspect : la construction d'un budget sédimentaire par tronçons homogènes, des mesures directes de transport solide, et la détermination de la capacité de transport à l'aide de formules hydrauliques. Ces trois techniques ont permis d'effectuer une validation croisée des résultats obtenus, qui montrent la nécessité de mettre en place rapidement des mesures de gestion pour augmenter les introductions de charge sédimentaire en amont du système. Il semble ainsi que le chenal ne soit plus en mesure d'assurer seul sa recharge en sédiment et qu'aucune entrée sédimentaire conséquente ne soit susceptible d'enrayer la progression du déficit évalué à 10-15 000 m3.an -1.
Ces résultats ont ainsi servi de base pour la définition d'un plan de gestion durable de la dynamique sédimentaire de l'Ain (chapitre 4) qui présente un double objectif, à la fois préventif (préservation des secteur à méandres mobiles) et curatif (réhabilitation de la dynamique latérale des secteurs déjà déficitaires). Après avoir présenté l'ensemble des actions potentiellement envisageables sur des tronçons à l'aval de barrages, nous avons sélectionné les mesures les plus adaptées techniquement et économiquement à notre contexte. Nous présentons enfin les premières opérations de recharge artificielle qui ont été réalisées à la suite de ces préconisations.
Fichier principal
Vignette du fichier
THESE-ROLLET.pdf (5.32 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00221368 , version 1 (28-01-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00221368 , version 1

Citer

Anne-Julia Rollet. Etude et gestion de la dynamique sédimentaire d'un tronçon fluvial à l'aval d'un barrage : le cas de la basse vallée de l'Ain. Géomorphologie. Université Jean Moulin - Lyon III, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00221368⟩
1595 Consultations
7544 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More