début crue 2010 fin crue num

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fin crue exp

Figure 5.26 Airesdes setionsentraversdubanInterReg

A b

(f.def.Fig 5.20)mesuréesetalulées

aveRubar

20

TSaudébutetàlandelaruede

2010

.Lesparamètresdelasimulation

2

Dsontindiquésà

laFigure5.25

La diérene de topographies simulées entre l'état

1

ave ban et l'état nal

2

après la rue

de la Figure 5.27 indique que les sédiments se sont majoritairement propagés en aval du ban,

et se sont très peu diusés sur le largeur du lit. Les sédiments déposés juste en aval du ban

omblent prinipalement lethalwegdu litsitué àproximitéde larive droite etatteignent plusd'un

mètre d'épaisseur loalement. Ce volume déposéserait susant pour réer des formesloales dans

le lit. L'érosion de la tête de ban peut être expliquée par la diretion de l'éoulement qui bute

pratiquement à la perpendiulaire sur leban. En aval, les veteurs vitesse sont tous parallèles au

ban, e quiexplique queles sédiments soient peu diuséssur lalargeur du lit et plus propagés en

avaldu ban.

On suppose à partir de la répartition des ontraintes de la Figure 5.24 et de la déformation

simulée du ban que les ontraintes loales alulées sont sous-estimées sur le ban (le ban n'est

pasassezérodé)maissur-estiméesdanslehenal(lessédimentsdubanérodéssontmajoritairement

transportés enaval).

Figure 5.27 Diérenedestopographiessimuléesentre l'état

1

etl'état

2

(resp.avantet aprèslarue)

sur le site InterReg et hamp de vitesse au premier pi de rue (

Q = 1 050

m

3

/s. Les ouleurs haudes

symbolisentlesérosionsdubanInterReg,laouleurverteorrespondauxzonessansfortemodiationde

lagéométrie et lesouleurs froidesindiquent leszones de dépt. Les paramètresde la simulation

2

D sont

indiquésàlaFigure5.25

Les positions d'ungalet traé au débutet à la nde larue sont superposables ave les lignes

de ourant simulées entre un pi de rue (mobilisation sédimentaire) et la n de la rue (dépt

des sédiments transportés) ave le modèle

2

D sur la Figure 5.28. On simule des lignes de ourant

similairesà partirde lapositiond'unautre PIT-Tag.Lesrésultatsnumériques mettenten évidene

lemodedetransportdessédimentsendeuxétapes:l'érosionlatéraleauoursde lamontéederue

entraîne lessédimentsvers leentredu henal,puis l'éoulement lestransportevers l'aval.

Figure 5.28Comparaisondespositionsd'unPIT-Tagavant(rondrouge)etaprèslaruede

2010

(rond

bleu)aveleslignesdeourantsimulées(ourbejaune).Laèhebleueindiquelesensdel'éoulementetles

pointsvertslespositionsdes

1 500

PIT-Tagsavantlarue.Lesparamètresdelasimulation

2

Dsontindiqués

àlaFigure5.25

On estime une inertitude de

3%

environ sur le alul du volume érodé qui est due aux

ap-proximations de la géométrie, le pas d'espae transversal du maillage

2

D étant relativement lâhe (

∆y = 10

m). Les fortes diérenes de volume érodé du ban entre les simulations

1.2

,

1.8

et

1.9

du Tableau 5.6 soulignent que le modèle numérique

2

D est sensible à la taille granulométrique.

Un diamètre médian roissant induit une rédution duvolume mobilisé ainsiqu'une diminution de

l'avanée. La prise en ompte de l'eet de la pente latérale ave la formule d'Ikeda (1982) permet

d'augmenter la mobilisation sédimentaire prinipalement en tête de ban et au ours des pis de

rue.Lesdéptsdanslessimulationsaveetsanslaformuled'Ikeda onttendaneàatténuerles

dif-férenesd'érosionsdubanentreesdeuxsimulations. La diminutiondeladistanede hargement

L s

dans les simulations favorise la mobilisation sédimentaire et augmente l'avanée du front

F 90

ave

d 50 = 35

mm (simulations

1.2

,

1.3

et

1.4

). Pour les aluls ave

d 50 = 21

mm,une diminution

de

L s

n'a pas d'inuene sur la mobilisation du ban mais limite l'avanée du front

F 90

. Lorsque

τ cr = 0,047

, on simule une érosion de ban et une avanée plus faible ave la loi de apaité de

Camenen et Larson (2005) qu'ave la loi de Meyer-Peter et Müller (1948). La diminution de

τ cr

à

0,03

ave ette dernière loi permet également d'augmenter l'érosion du ban et la propagation sédimentaire.

Àpartirdesrésultatsnumériquesdessimulations

2

D(Tab.5.6),onremarquequelesparamètres

permettant de simuler une érosion de ban la plus prohe de elleobservée sont laloi de apaité

de Meyer-Peter etMüller (1948) assoiée à une loi de hargement ave

L s = 10

m.Une ontrainte

ritique adimensionnelle de miseen mouvement

τ cr = 0,047

est utilisée, ar une valeur plus faible

augmentefortementl'avanéedufront

F 90

.Laformuled'Ikeda(1982)ave

φ = 30

permetd'éroder

plusfortementlapartieamontduban,maisn'apratiquementpasd'eetsurlamobilisationglobale

du banau ours delarue.

Paramètre

d 50 L s φ τ cr

Loide apaité avanée

F 90 V

érodé

Unité [mm℄ [m℄ [

℄ [-℄ - [m℄ [

%

Exp.

21

- - - -

55 80

Num.

1.1 35 100

sansIkeda

0,047

MPM

826 41

1.2 35 100 30 0,047

MPM

759 38

1.3 35 10

sansIkeda

0,047

MPM

1062 45

1.4 35 1000

sansIkeda

0,047

MPM

9 28

1.5 35 100

sansIkeda

0,047

CL

731 35

1.6 35 100 30 0,047

CL

467 32

1.7 35 100 30 0,03

MPM

1689 52

1.8 25 100 30 0,047

MPM

1341 42

1.9 21 100 30 0,047

MPM

1906 48

1.10 21 10 30 0,047

MPM

836 48

1.11 21 100 30 0,03

MPM

1629 55

TABLEAU5.6Avanéesdufront

F 90

et

%

duvolumeérodédubanInterRegmesurésetsimulésen

2

Den

fontiondesparamètresnumériques.Lefrontest déniommelapositionàlaquelle

90

%dessédimentsdu

banenvolumesontsituésenamont.Pouralulerlefrontexpérimental,onsebasesurlagéométrieduban

relevéeparleCNRSàlandelaruede

2010

.Lesparamètresdessimulationssont:

d 50

lediamètremédian,

L s

la distane de hargement, la ontrainte ritique adimensionnelle

τ cr

et la loi de apaité. CL fait

référeneàlaloideCamenenetLarson(2005)et MPMàlaloideMeyer-Peteret Müller(1948)

5.3.3 Comparaison des résultats des simulations

1

D et

2

D

Lesformesdubanaprèslaruede

2010

sontmieuxreproduitesavelemodèle

2

Dqu'avele

mo-dèle

1

D.LemodèleRubar

20

TSpermetégalementd'avoirunemeilleureappréiationdestrajetoires de partiules.

La diusion latérale est mieux reproduite ave lemodèle

1

D qu'ave le modèle

2

D à l'aide du

mode de dépt par ouhes horizontales. Comme les ontraintes loales dans le modèle

1

D sont

alulées par laformule

τ j = τ moy

,elles sont sur-estimées au-dessus du ban etsous-estimées dans

le henal prinipal. Les sédiments déposés sur la largeur du lit ne sont alors pas re-mobilisés dans

les simulations

1

D, alors quedansles aluls

2

D, lessédimentssepropagent largement en aval.

L'avanée du front

F 90

estfortement sur-estiméedans lemodèle

2

D, eton trouve desrésultats

plusprohesdesobservations ave lemodèle

1

D.Eneet,ommelediamètremédiandessédiments

du ban dans le modèle

2

D est invariant et que es sédiments ne se mélangent pas ave d'autres

populationssédimentairesauoursdessimulations,ilssontplusfailementtransportés.Auontraire,

dans la simulation

1

D, la formule de démixage permet de reproduire l'évolution granulométrique longitudinale. Lapopulationdessédiments lesplusns issuedudémixage suite àl'érosionduban

esttransportée.Lorsqu'ellesedépose,elleestfusionnéeavelessédimentsreprésentatifsdelaouhe

pavée.Leurpropagation estainsilimitée.

Danslemodèle

2

D,ladiretiondel'éoulementetl'aélérationdesavitesseàauseduméandre sont reproduites, induisant l'érosion de la tête de ban, onformément aux observations. Dans le

modèle

1

D, les eets du méandre ne sont pas simulés et la tête de ban n'est pas érodée. Ainsi,

l'érosion de la tête du ban semble être due à la position du ban en sortie du méandre, et un

alul

2

D est néessairepour reproduireette évolution.

5.3.4 Conlusions sur la modélisation de la rue de 2010

L'évolution morphologiquedu ban InterReg suite àlaruede déembre

2010

estorretement

reproduite danslasimulation

1

Dentenant omptedel'eetdespentestransversalesparlaformule d'Ikeda(1982).Danslessimulations

2

D,lapriseenompte deetteformulen'est pasfondamentale pourreproduire l'érosionduban.Ondéduit deesrésultatsnumériquesquel'érosionestenpartie

provoquéepar lesapement duan du ban.

Dans les simulations

1

D et

2

D, l'avanée du front

F 90

est sur-estimée et la mobilisation du ban sous-estimée. On remarque que la ontrainte alulée loalement dans le modèle

2

D ou via

la répartition sur une setion en travers ave la MPC ou en fontion de la hauteur d'eau loale

danslemodèle

1

Dest sous-estimée.Cette sous-estimation estexpliquéepar lafaible hauteurd'eau au-dessus du ban InterReg en début d'érosion. Dans le modèle

1

D, on ontourne ette limite en

imposantuneontrainteloaleégaleàlaontraintemoyenne surlasetionentravers,ettedernière

étant légèrement supérieure.

Comme onstaté surle site InterReg,lelit pavé à proximité du ban n'est pasdéstabilisé dans

lemodèlenumérique

1

D.Onrelève également queles modèlesnumériquessontsensiblesàlavaleur

du diamètremédian

d 50

quireste diile à déterminerave préision.

La distribution des sédiments du ban InterReg étant bi-modale, on propose d'utiliser les

for-mules

σ a = d 84 /d 50

ou

σ b = d 50 /d 16

pour aluler l'étendue granulométrique. Selon esaluls, on trouve

σ a < σ < σ b

,ave

σ = p

d 84 /d 16

.Ave l'utilisation delapremière formule

σ a

dansles

simu-lations, lamobilisationdubansimuléeestplus forteetl'avanéedufront

F 90

plusimportanteque

lorsquelaformule

σ b

estutilisée.Ainsi,lemodèle

1

D estégalement sensibleàlavaleur del'étendue

granulométrique, maisdansune moindremesurepar rapportau

d 50

.

5.4 Synthèse sur les simulations du site InterReg et propositions

pour les sénarios

5.4.1 Dynamique de l'érosion du ban InterReg

L'érosion duban InterRegsembleêtreenpartie due àl'érosionlatérale desansduban.On

remarqueégalementquel'érosiondelatêtedubanestfailitéepar laloalisationduban,elui-i

setrouvant en extradoseten sortied'unméandre.

D'aprèslesrésultatsnumériques, latrajetoiredessédimentsdelarehargepeutêtreséparée en

deuxphases :

1. Lessédimentssont érodésdu faitde lafortepente latéraleetdéposés enpied deban,

2. L'éoulement plusfortau entredu henal transporte lessédiments plusen avaletlesdiuse

surlalargeurdu lit.

Le premier pi de rue aurait eu un eet très important sur l'érosion du ban. Il semble que

le ban entier soit érodé latéralement, ave une tête de ban toujours plusérodée que la queue de

ban. L'érosion globalediminuerait toutefoisau ours de larue, ar lespenteslatérales desans

du bandeviennent plusfaibles.

5.4.2 Capaités et limites des logiiels de simulation

Le volume de ban érodé danslasimulation

1

D est assez prohe de elui observé maisl'érosion

simulée ave le modèle

2

D est plus sous-estimée. Ce résultat s'explique par une ontrainte loale danslemodèle

1

D

τ j,1D = τ moy

plusfortequelaontrainteloaledanslemodèle

2

D

τ j,2D

au-dessus

du ban.

Dans les simulations

2

D,l'avanée du front

F 90

est fortement sur-estimée. Elleest trouvée plus prohe deelle observée par lealul

1

D. Ainsi, lesontraintes loales simulées danslehenalsont

plus fortes dans le modèle

2

D que dansle modèle

1

D. Les zones favorables au dépt sédimentaire sont repérées ave lemodèle

2

D, etlapotentialité deréation de formepeutalors êtreestimée.

Dans leas d'unedistribution granulométrique bi-modale, le hoix desparamètres (

d 50

,

σ

) ave

σ = p

d 84 /d 16

induit une sur-estimation du

d 84

.En utilisant la formule

σ a = d 84 /d 50

pour aluler

l'étendue granulométrique, la mobilisation du ban est mieux reproduite. Ave la formule

σ b =

d 50 /d 16

,lamobilisationest sous-estiméemaisl'avanéedu front

F 90

estmieuxreproduite.

5.4.3 Propositions de sénarios

Dans les simulations

1

D et

2

D, la diminution de l'érosion du ban InterReg dans le temps et

au gré des rues est expliquée par la forme du ban qui devient de plus en plus lissée ave des

pentes latérales plus faibles. L'impat de la forme sur la mobilisation sera don étudié dans le

hapitre 6 pour onrmer ette hypothèse. La partie amont du ban InterReg étant plus érodée

que la partie aval, on peut se demander quel impat aurait une onguration transversale du

ban surlamobilisation sédimentaire. Selonles résultats simulés, laloalisation duban InterReg

ensortiedeméandre favorisel'érosionloaledelatêtedeban.Il seraitalors intéressant desimuler

l'érosiond'un ban similairesur unautre site pour estimer l'eet de ladynamique uviale. Une

érosion latérale maîtriséeseraégalementsimulée. Enn, leseetsduvolume duban etdesa

granulométrieseront estimés.

6

sédimentaire

Lesaratéristiquesdesdiérentssénariosderehargesontexpliitées,ainsiquelaongurationdesmodèles

numériquespoursimulerl'évolutiondesrehargesauoursde ruesd'unepériodederetour d'unanoude

100

ans.Lesrésultatsnumériquespermettentd'estimerl'inuenedelaforme,delaonguration,dumode

d'injetion et desa loalisationainsi que l'inuenede lagranulométriede la reharge sur lamobilisation

sédimentaire.Àpartirdeeséléments,desmodalitésderedynamisation duVieux-Rhinsontproposées.

6.1 Objetifs des simulations de sénarios

Pour relever les paramètres qui favoriseraient la mobilisation sédimentaire des reharges,

plu-sieurs sénarios tifssont proposés etsont modélisés ave lemodèle numérique

1

D RubarBE alé

préédemment. La simulation de larue de

2010

surle résidu de ban nous permet d'estimer sila

forme duban inuesursaapaitéàêtremobilisé. L'impat delaonguration d'unban injeté

est aussi étudié en onsidérant un ban tif ayant son té le plus long perpendiulaire à la

di-retion de l'éoulement. Pour savoir si le volume du ban inue sur les proessus d'érosion, on se

proposedesimulerl'injetiond'unbanàproximitédeKembsd'unvolume d'environ

60 000

m

3

(f.

setion 1.3.3). L'eet du mode d'injetion peutêtre relevé en omparant la propagation des

sédi-ments provenant de l'érosion maîtriséedu site O

3

(f.setion 1.3.3)eteuxissus d'unban injeté

diretement dans lelit en eau. La ruede

2010

ayant une période de retour d'unan, lasimulation

d'unerueplusforteommeellede

1999

d'unepériodederetourde

100

ansnouspermet d'estimer

l'eetdel'hydrologiesurlamobilisationsédimentaire.Enomparantlesrésultatssurdiérentssites

test,leseetsdelamorphologiedulitetdeladynamiquedel'éoulement surl'érosiondesreharges

peuventégalement êtremis en évidene.

6.2 Desription des diérents sénarios de reharge étudiés

Les aratéristiquesdesdiérentssénarios de rehargeétudiéssont dérites dansette setion.

6.2.1 Ban InterReg transversal

LesprinipalesaratéristiquesdubanInterReglongitudinalsontdéritesauxsetions1.3.2et

5.1.Onproposelesénariod'uneongurationdebanéquivalentemaistransversaleàl'éoulement

qui aurait étéréalisée surlemême site quele ban InterReg (Fig. 6.1). Il est important d'indiquer

quelamiseenplaed'untelbanengendreraitdesdiultéstehniquesliéesparexempleaupassage

des engins de hantier sur la largeur du lit. De plus, ette injetion latérale induirait une hausse

loale du niveau d'eau qui peut perturber le développement de la ore riveraine et les habitats à

proximité. Ce ban transversal serait situé au début du site InterReg ave le même volume que le

ban longitudinal, 'est-à-dire environ

20 000

m

3

. Il mesurerait environ

85

m de largeur et serait

distant de quelques mètres des berges. Comme le ban longitudinal, il aurait une hauteur de

2

m

à

3

m et s'étendrait du PK

182,460

au PK

182,561

. On hoisit également la même granulométrie poure sénario, 'est-à-dire

d 50 = 21

mm et

σ = 3,7

.

Le front

F 90

du ban transversaltif avant samobilisationsesitue au PK

182,55

.

Figure 6.1 Photographie aérienne du site InterReg et loalisation shématique du ban longitudinal

(orange)etdubantiftransversal(violet).Lebanlongitudinalaunelargeurausommetd'environ

11

m

ets'étendàproximitédelarivedroiteduPK

182,460

auPK

183,080

.Lebantransversalseraitprésentsur toutelalargeurdulitetdistantd'environ

1

à

2

mdesbergesgauheetdroiterespetivement.Cebantif iraitduPK

182,460

auPK

182,561

Les pasd'espaelongitudinaux ettransversauxdumaillage utilisé pourles simulationsduban

transversaltif sontlesmêmes queeuxdumaillage utilisé danslessimulations

1

D duhapitre 5,

'est-à-dire

∆x = 30

met

∆y = 5

à

10

m.

6.2.2 Ban Kembs longitudinal

Larehargesuresited'étudeonsisteraitenuneinjetionde

60 000

m

3

desédimentsprovenant

des travaux sur le barrage de Kembs (Clutier et al., 2011). Comme la loalisation et la forme de

l'injetion ne sont pas dénies par EDF au moment de la rédation de e manusrit, on hoisit

de simuler un ban similaire à elui du site InterReg ar sa forme semble failiter la mobilisation

sédimentaire (f.setion5.4).Danslasimulation numérique,lebanKembss'étendduPK

174,2

auPK

175,4

etestloaliséàproximitédelabergedroite,ommel'ont proposéClutieretal. (2011)

(Fig.6.2).Sahauteurde

2

à

3

mestlamêmequeelledubanInterReg.Onhoisitunelargeurau

sommetde

15

m.Ave esdimensions,levolumeduban danslemodèlenumérique atteint environ

61 300

m

3

,etlefront

F 90

avant mobilisationestsitué auPK

175,31

.

On propose également un autre sénario de ban tif sur le site de Kembs, mais qui aurait

exatement les mêmes dimensions que le ban InterReg, 'est-à-dire une hauteur de

2

à

3

m, une

largeurdehautde band'environ

11

metunelongueur de

600

m.Cebans'étendraitduPK

174,2

jusqu'au PK

174,8

. Le volume de e ban estalulé égal à environ

22 000

m

3

.Le front

F 90

initial

de e banest situé auPK

174,72

.

Figure 6.2 PhotographieaériennedusiteKembs etloalisationdesbanslongitudinaux tifs,aveen

orangeleband'environ

60 000

m

3

qui auraitunelargeurausommetde

15

met enrougeleband'environ

20 000

m

3

, d'une largeur de

11

m. La hauteur de es deux bans mesurerait de

2

à

3

m. Les traits verts

loalisentlessetionsentraversdumaillageutilisédanslessimulations

1

D

LagranulométriedeesdeuxbanstifsestbaséesurlesrelevésEDFdusiteK

1

(f.AnnexeD).

La moyenne arithmétique des granulométries de esrelevés donne

d 50 = 28

mm et

σ = 5,5

. Cette

granulométrieestdu mêmeordre degrandeurque ellesdesberges dessitesInterReg (f.Tab D.2)

etO

3

(f. Tab D.3 et D.4).L'étendue granulométrique dessédiments du site K

1

indique une forte

présenedenes.Contrairementà lamodélisationdu siteInterReg,lemaillagesuresite n'estpas

interpolé longitudinalement, ar ette étape aurait néessitéun travail important de dénitiondes

lignes diretries sur la géométrie (f. Fig. 5.8 sur le site InterReg). De plus, omme l'objetif de

es simulations est de relever destendanes, une géométrie ranée n'est pasforément néessaire.

Le maillage utilisé est alors uniquement onstitué des prols en travers du RPF distants de

100

à

200

mles unsdesautres (Fig. 6.2etannexe A).

6.2.3 Érosion latérale maîtrisée O3

PoursimulerledevenirdessédimentsérodésdusiteO

3

,lemodèle

1

Dnéessiteunerelationentre

le débit liquide

Q

et le débit solide

Q s

provenant de laberge érodée. Les résultats de l'expériene enlaboratoire deDieMoran (2012)suintement présentéeàlasetion1.3.3permettent d'estimer

ledébit solidesurle siteO

3

enfontion du débitliquide.

La berge ommene à être érodée dès que le débit liquide seuil

Q seuil = 500

m

3 /

s est dépassé.

Pour

Q > Q seuil

,on supposeledébitsolideproportionnelau débitexédentaire

Q − Q seuil

tantque

l'érosionde labergen'impate pase débit solide. Àpartir des testssurlemodèleréduit physique

d'unrégimepermanent àdébit xé, onale leoeient

a

de laloisuivante:

Q s = a (Q − Q seuil )

(6.1)

ave

Q s

:débit solide érodé surun mètre[kg/(s m)℄ et

Q

:débitliquide [m

3

/s℄.Le meilleur alage

estobtenu ave

a = 3,5 × 10 −5

kg/m

4

(Fig. 6.3a).

Lesbergesnepouvantpasêtreérodéesindéniment,levolumemaximalérodableestestiméàune

valeur

V max = 20 000

m

3

àpartird'untestdumodèleréduitd'unesuessionderuesreprésentatives d'unepériode de

10

ans(Fig.6.3b).Ce testmet également en évidene l'amortissement duvolume érodé

Q s

ave le volume déjà érodé

V

. Cet amortissement est alé à l'aide du oeient

b

de

l'exponentielle déroissantesuivante :

Q s = a (Q − Q seuil ) exp

− bV V max − V

(6.2)

ave

V

:volume érodé et

V max

:volume maximal érodableet

b

:oeient de alage (

b = 0,75

sur

laFigure6.3b).

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 Qs E rosi on [m 3 /s]

Figure 6.3 (a):Calageduoeient

a

del'équation6.1àpartirdetestsderégimeuniformedumodèle

réduit donnant le débit érodé en fontion du débit liquide onstant et (b) : alage de l'amortissementdu

débitsolideérodéenfontionduvolumedéjàérodé(oeient

b

del'équation6.2)àpartirdutestphysique

d'unesuessionderues sur

10

ans(données destests physiques:Die Moran,2012)

Lesrésultatsdel'expérienedeDieMoran(2012)montrentquepratiquementtoutlelinéairedes

bergesdérotées est érodé (f.Fig.1.13 de lasetion1.3.3). Selonles résultatsdestestsdu modèle

bergesdérotées est érodé (f.Fig.1.13 de lasetion1.3.3). Selonles résultatsdestestsdu modèle

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