fin crue exp
Figure 5.26 Airesdes setionsentraversdubanInterReg
A b
(f.def.Fig 5.20)mesuréesetaluléesaveRubar
20
TSaudébutetàlandelaruede2010
.Lesparamètresdelasimulation2
DsontindiquésàlaFigure5.25
La diérene de topographies simulées entre l'état
1
ave ban et l'état nal2
après la ruede 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'état2
(resp.avantet aprèslarue)sur le site InterReg et hamp de vitesse au premier pi de rue (
Q = 1 050
m3
/s. Les ouleurs haudessymbolisentlesérosionsdubanInterReg,laouleurverteorrespondauxzonessansfortemodiationde
lagéométrie et lesouleurs froidesindiquent leszones de dépt. Les paramètresde la simulation
2
D sontindiquésàlaFigure5.25
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 ourantsimilairesà 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
(rondbleu)aveleslignesdeourantsimulées(ourbejaune).Laèhebleueindiquelesensdel'éoulementetles
pointsvertslespositionsdes
1 500
PIT-Tagsavantlarue.Lesparamètresdelasimulation2
DsontindiquésàlaFigure5.25
On estime une inertitude de
3%
environ sur le alul du volume érodé qui est due auxap-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 simulations1.2
,1.8
et1.9
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 frontF 90
ave
d 50 = 35
mm (simulations1.2
,1.3
et1.4
). Pour les aluls aved 50 = 21
mm,une diminutionde
L s
n'a pas d'inuene sur la mobilisation du ban mais limite l'avanée du frontF 90
. Lorsqueτ cr ∗ = 0,047
, on simule une érosion de ban et une avanée plus faible ave la loi de apaité deCamenen 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),onremarquequelesparamètrespermettant 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 ontrainteritique adimensionnelle de miseen mouvement
τ cr ∗ = 0,047
est utilisée, ar une valeur plus faibleaugmentefortementl'avanéedufront
F 90
.Laformuled'Ikeda(1982)aveφ = 30 ◦
permetd'éroderplusfortementlapartieamontduban,maisn'apratiquementpasd'eetsurlamobilisationglobale
du banau ours delarue.
Paramètre
d 50 L s φ τ cr ∗
Loide apaité avanéeF 90 V
érodéUnité [mm℄ [m℄ [
◦
℄ [-℄ - [m℄ [
%
℄Exp.
21
- - - -55 80
Num.
1.1 35 100
sansIkeda0,047
MPM826 41
1.2 35 100 30 ◦ 0,047
MPM759 38
1.3 35 10
sansIkeda0,047
MPM1062 45
1.4 35 1000
sansIkeda0,047
MPM9 28
1.5 35 100
sansIkeda0,047
CL731 35
1.6 35 100 30 ◦ 0,047
CL467 32
1.7 35 100 30 ◦ 0,03
MPM1689 52
1.8 25 100 30 ◦ 0,047
MPM1341 42
1.9 21 100 30 ◦ 0,047
MPM1906 48
1.10 21 10 30 ◦ 0,047
MPM836 48
1.11 21 100 30 ◦ 0,03
MPM1629 55
TABLEAU5.6Avanéesdufront
F 90
et%
duvolumeérodédubanInterRegmesurésetsimulésen2
Denfontiondesparamètresnumériques.Lefrontest déniommelapositionàlaquelle
90
%dessédimentsdubanenvolumesontsituésenamont.Pouralulerlefrontexpérimental,onsebasesurlagéométrieduban
relevéeparleCNRSàlandelaruede
2010
.Lesparamètresdessimulationssont:d 50
lediamètremédian,L s
la distane de hargement, la ontrainte ritique adimensionnelleτ cr ∗
et la loi de apaité. CL faitréféreneàlaloideCamenenetLarson(2005)et MPMàlaloideMeyer-Peteret Müller(1948)
5.3.3 Comparaison des résultats des simulations
1
D et2
DLesformesdubanaprèslaruede
2010
sontmieuxreproduitesavelemodèle2
Dqu'avelemo-dèle
1
D.LemodèleRubar20
TSpermetégalementd'avoirunemeilleureappréiationdestrajetoires de partiules.La diusion latérale est mieux reproduite ave lemodèle
1
D qu'ave le modèle2
D à l'aide dumode de dépt par ouhes horizontales. Comme les ontraintes loales dans le modèle
1
D sontalulées par laformule
τ j = τ moy
,elles sont sur-estimées au-dessus du ban etsous-estimées dansle henal prinipal. Les sédiments déposés sur la largeur du lit ne sont alors pas re-mobilisés dans
les simulations
1
D, alors quedansles aluls2
D, lessédimentssepropagent largement en aval.L'avanée du front
F 90
estfortement sur-estiméedans lemodèle2
D, eton trouve desrésultatsplusprohesdesobservations ave lemodèle
1
D.Eneet,ommelediamètremédiandessédimentsdu ban dans le modèle
2
D est invariant et que es sédiments ne se mélangent pas ave d'autrespopulationssédimentairesauoursdessimulations,ilssontplusfailementtransportés.Auontraire,
dans la simulation
1
D, la formule de démixage permet de reproduire l'évolution granulométrique longitudinale. Lapopulationdessédiments lesplusns issuedudémixage suite àl'érosiondubanesttransportée.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 lemodèle
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
estorretementreproduite danslasimulation
1
Dentenant omptedel'eetdespentestransversalesparlaformule d'Ikeda(1982).Danslessimulations2
D,lapriseenompte deetteformulen'est pasfondamentale pourreproduire l'érosionduban.Ondéduit deesrésultatsnumériquesquel'érosionestenpartieprovoquéepar lesapement duan du ban.
Dans les simulations
1
D et2
D, l'avanée du frontF 90
est sur-estimée et la mobilisation du ban sous-estimée. On remarque que la ontrainte alulée loalement dans le modèle2
D ou viala 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 modèle1
D, on ontourne ette limite enimposantuneontrainteloaleégaleàlaontraintemoyenne 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 modèlesnumériquessontsensiblesàlavaleurdu 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
ouσ b = d 50 /d 16
pour aluler l'étendue granulométrique. Selon esaluls, on trouveσ a < σ < σ b
,aveσ = p
d 84 /d 16
.Ave l'utilisation delapremière formuleσ a
danslessimu-lations, lamobilisationdubansimuléeestplus forteetl'avanéedufront
F 90
plusimportantequelorsquelaformule
σ b
estutilisée.Ainsi,lemodèle1
D estégalement sensibleàlavaleur del'étenduegranulométrique, 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'érosionsimulée ave le modèle
2
D est plus sous-estimée. Ce résultat s'explique par une ontrainte loale danslemodèle1
Dτ j,1D = τ moy
plusfortequelaontrainteloaledanslemodèle2
Dτ j,2D
au-dessusdu ban.
Dans les simulations
2
D,l'avanée du frontF 90
est fortement sur-estimée. Elleest trouvée plus prohe deelle observée par lealul1
D. Ainsi, lesontraintes loales simulées danslehenalsontplus fortes dans le modèle
2
D que dansle modèle1
D. Les zones favorables au dépt sédimentaire sont repérées ave lemodèle2
D, etlapotentialité deréation de formepeutalors êtreestimée.Dans leas d'unedistribution granulométrique bi-modale, le hoix desparamètres (
d 50
,σ
) aveσ = p
d 84 /d 16
induit une sur-estimation dud 84
.En utilisant la formuleσ a = d 84 /d 50
pour alulerl'étendue granulométrique, la mobilisation du ban est mieux reproduite. Ave la formule
σ b =
d 50 /d 16
,lamobilisationest sous-estiméemaisl'avanéedu frontF 90
estmieuxreproduite.5.4.3 Propositions de sénarios
Dans les simulations
1
D et2
D, la diminution de l'érosion du ban InterReg dans le temps etau 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,dumoded'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 alépréédemment. La simulation de larue de
2010
surle résidu de ban nous permet d'estimer silaforme 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
m3
(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 injetédiretement dans lelit en eau. La ruede
2010
ayant une période de retour d'unan, lasimulationd'unerueplusforteommeellede
1999
d'unepériodederetourde100
ansnouspermet d'estimerl'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
m3
. Il mesurerait environ85
m de largeur et seraitdistant de quelques mètres des berges. Comme le ban longitudinal, il aurait une hauteur de
2
mà
3
m et s'étendrait du PK182,460
au PK182,561
. On hoisit également la même granulométrie poure sénario, 'est-à-dired 50 = 21
mm etσ = 3,7
.Le front
F 90
du ban transversaltif avant samobilisationsesitue au PK182,55
.Figure 6.1 Photographie aérienne du site InterReg et loalisation shématique du ban longitudinal
(orange)etdubantiftransversal(violet).Lebanlongitudinalaunelargeurausommetd'environ
11
mets'étendàproximitédelarivedroiteduPK
182,460
auPK183,080
.Lebantransversalseraitprésentsur toutelalargeurdulitetdistantd'environ1
à2
mdesbergesgauheetdroiterespetivement.Cebantif iraitduPK182,460
auPK182,561
Les pasd'espaelongitudinaux ettransversauxdumaillage utilisé pourles simulationsduban
transversaltif sontlesmêmes queeuxdumaillage utilisé danslessimulations
1
D duhapitre 5,'est-à-dire
∆x = 30
met∆y = 5
à10
m.6.2.2 Ban Kembs longitudinal
Larehargesuresited'étudeonsisteraitenuneinjetionde
60 000
m3
desédimentsprovenantdes 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
à3
mestlamêmequeelledubanInterReg.Onhoisitunelargeurausommetde
15
m.Ave esdimensions,levolumeduban danslemodèlenumérique atteint environ61 300
m3
,etlefrontF 90
avant mobilisationestsitué auPK175,31
.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
à3
m, unelargeurdehautde band'environ
11
metunelongueur de600
m.Cebans'étendraitduPK174,2
jusqu'au PK
174,8
. Le volume de e ban estalulé égal à environ22 000
m3
.Le frontF 90
initialde e banest situé auPK
174,72
.Figure 6.2 PhotographieaériennedusiteKembs etloalisationdesbanslongitudinaux tifs,aveen
orangeleband'environ
60 000
m3
qui auraitunelargeurausommetde15
met enrougeleband'environ20 000
m3
, d'une largeur de11
m. La hauteur de es deux bans mesurerait de2
à3
m. Les traits vertsloalisentlessetionsentraversdumaillageutilisédanslessimulations
1
DLagranulométriedeesdeuxbanstifsestbaséesurlesrelevésEDFdusiteK
1
(f.AnnexeD).La moyenne arithmétique des granulométries de esrelevés donne
d 50 = 28
mm etσ = 5,5
. Cettegranulométrieestdu mêmeordre degrandeurque ellesdesberges dessitesInterReg (f.Tab D.2)
etO
3
(f. Tab D.3 et D.4).L'étendue granulométrique dessédiments du site K1
indique une forteprésenedenes.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
à200
mles unsdesautres (Fig. 6.2etannexe A).6.2.3 Érosion latérale maîtrisée O3
PoursimulerledevenirdessédimentsérodésdusiteO
3
,lemodèle1
Dnéessiteunerelationentrele débit liquide
Q
et le débit solideQ s
provenant de laberge érodée. Les résultats de l'expériene enlaboratoire deDieMoran (2012)suintement présentéeàlasetion1.3.3permettent d'estimerledébit solidesurle siteO
3
enfontion du débitliquide.La berge ommene à être érodée dès que le débit liquide seuil
Q seuil = 500
m3 /
s est dépassé.Pour
Q > Q seuil
,on supposeledébitsolideproportionnelau débitexédentaireQ − Q seuil
tantquel'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)℄ etQ
:débitliquide [m3
/s℄.Le meilleur alageestobtenu ave
a = 3,5 × 10 −5
kg/m4
(Fig. 6.3a).Lesbergesnepouvantpasêtreérodéesindéniment,levolumemaximalérodableestestiméàune
valeur
V max = 20 000
m3
àpartird'untestdumodèleréduitd'unesuessionderuesreprésentatives d'unepériode de10
ans(Fig.6.3b).Ce testmet également en évidene l'amortissement duvolume érodéQ s
ave le volume déjà érodéV
. Cet amortissement est alé à l'aide du oeientb
del'exponentielle déroissantesuivante :
Q s = a (Q − Q seuil ) exp
− bV V max − V
(6.2)
ave
V
:volume érodé etV max
:volume maximal érodableetb
:oeient de alage (b = 0,75
surlaFigure6.3b).
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 Qs E rosi on [m 3 /s]
Figure 6.3 (a):Calageduoeient
a
del'équation6.1àpartirdetestsderégimeuniformedumodèleréduit donnant le débit érodé en fontion du débit liquide onstant et (b) : alage de l'amortissementdu
débitsolideérodéenfontionduvolumedéjàérodé(oeient
b
del'équation6.2)àpartirdutestphysiqued'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