L’efficacité morphogénique du débit à pleins bords et de l’intensité des crues a été estimée sur les secteurs 1 et 3. Le secteur 2 est traité de façon indirecte en raison de l’absence de chronique hydrologique complète entre 1950 et 2005. Dans un premier temps, nous tenterons ici de déterminer s’il existe statistiquement un lien temporel entre nombre de jours à pleins bords ou nombre de crues et superficies érodées. Dans un second temps, nous envisagerons l’influence des débits de crues les plus élevés sur l’intensité de l’érosion.
3.1. U
N CONTROLE PREDOMINANT EXERCE PAR LE NOMBRE ANNUEL DE JOURS A PLEINS BORDS3.1.1. SECTEUR 1 : STATION DE TEILLET-ARGENTY
Le nombre moyen annuel de crues ou de jours à pleins bords (ou de jours de crues) suit une courbe évolutive similaire à celle de l’érosion planimétrique, avec un maximum atteint au cours de la période 1975-1985 et des minimas atteints lors des périodes 1950-1960 et 1995-2005 (Figure 6.10). Un test du Khi² pratiqué sur le nombre de jours de crues et le nombre de jours à pleins bords pour chaque période indique une différence significative entre la période 1975-1985 et toutes les autres périodes (p < 0,05) (Annexe D4). On relève par ailleurs également une différence significative entre 1960-1975 et 1950-1960 ou 1995-2005 (p < 0,05).
Le nombre élevé de jours de crues pour la période 1975-1985 résulte d’une augmentation du nombre d’évènements (4,4 crues par an en moyenne entre 1975 et 1985 contre 2,6 au maximum pour les autres périodes) et non pas d’un allongement de leur durée (Figure 6.10). Celle-ci est en
166
effet minimale entre 1975 et 1985. Un test de Mann-Wihtney ne montre cependant aucune différence significative entre 1975-1985 et les autres sous-périodes en termes de nombres ou de durée des crues (p > 0,05) (Annexe D4).
Figure 6.10 Erosion planimétrique annuelle, nombre annuel de jours à pleins bords, nombre annuel de jours de crues, nombre annuel de crues et durée des crues pour les différentes périodes d’étude diachronique de l’évolution des formes en plan du Cher sur le secteur 1.
Au regard de ces constats, il apparait donc probable que l’intensité de l’érosion latérale au cours de chaque période d’étude soit au moins en partie commandée par le nombre de jours à pleins bords (ou le nombre de jours de crues, ce qui est à peu près équivalent), ce dernier étant à son tour contrôlé par le nombre de crues survenues.
La force du lien entre les superficies annuellement érodées et le nombre annuel de jours à pleins bords ou le nombre annuel de crues a été estimée en calculant le coefficient de détermination de Spearman entre ces deux variables (Tableau 6.7). Si l’érosion apparait parfaitement corrélée au
167
nombre de jours à pleins bords, avec un coefficient de détermination par ailleurs très significatif, elle l’est en revanche nettement moins au nombre de de crues (Tableau 6.7).
Tableau 6.7 Coefficient de détermination de Spearman entre superficies annuellement érodées et nombre annuel de jours à pleins bords ou nombre annuel de crues sur le secteur 1 entre 1950 et 2005.
Nbr j > QPB / an Nbr crue / an
Erosion (m².an-1) 1 0,761
p-value < 0,0001 0,083
n 5 5
3.1.2. SECTEUR 3 : STATION DE SELLES-SUR-CHER
La période d’érosion maximale, survenue entre 1973 et 1983, coïncide avec la période au cours de laquelle est enregistrée le plus grand nombre annuel de crues et de jours à pleins bords (ou de crues) (Figure 6.11). Le recours à un test du Khi² indique que du point de vue du nombre de jours à pleins bords (ou du nombre de jours de crues), la période 1973-1983 présente une différence significative avec les autres périodes (p < 0,05) (Annexe D5). Il apparait donc probable là aussi que l’intensité de l’activité érosive soit directement liée au nombre de jours à pleins bords.
Comme pour la station de Teillet, cette augmentation du nombre de jours à pleins bords résulte d’une recrudescence du nombre de crues (2-2,1 crues par an en moyenne entre 1973 et 1983 contre 1,1 au maximum pour les autres périodes) et non pas d’un accroissement de leur durée (4,5 jours en moyenne entre 1973 et 1983 ; de 3,8 à 6,6 jours pour les autres périodes) (Figure 6.11). La différence en termes de nombre de crues est significative entre la période 1973-1983 et toutes les autres périodes (p < 0,05), exception faite de 1950-1959 (p < 0,1) (Annexe D5).
En revanche, à la différence du secteur 1, on n’observe pas de corrélation significative entre intensité de l’érosion et nombre de crues ou nombre de jours à pleins bords (Tableau 6.8).
168
Figure 6.11 Erosion planimétrique annuelle, nombre annuel de jours à pleins bords, nombre annuel de jours de crues, nombre annuel de crues et durée des crues pour les différentes périodes d’étude diachronique de l’évolution des formes en plan du Cher sur le secteur 3.
Tableau 6.8 Coefficient de détermination de Spearman entre superficies annuellement érodées et nombre annuel de jours à pleins bords ou nombre annuel de crues sur le secteur 3 entre 1950 et 2005.
Nbr j > QPB / an Nbr crue / an
Erosion
(m².an-1) 0,64-0,09 0,042-0,01
p-value 0,13-0,68 0,78-0,95
n 5 5
Le 1er terme fournit les valeurs de R² et de p-value obtenues avec l’estimation 1 du nombre de jours à pleins bords ou du nombre de jours de crues. Le second terme fournit les valeurs de R² et de p-value obtenues avec l’estimation 2 du nombre de jours à pleins bords ou du nombre de jours de crues.
169
3.1.3. SECTEUR 2
En l’absence de données hydrologiques pour le secteur 2, les valeurs d’érosion planimétrique entre 1950 et 2005 ont été mises en rapport avec le nombre annuel de crues et le nombre annuel de jour de crues comptabilisés pour les secteurs 1 et 3 (stations de Teillet-Argenty et de Selles-sur-Cher).
Quelle que soit la station hydrologique considérée, on constate une correspondance temporelle entre période d’érosion maximale et période au cours de laquelle est enregistrée le plus grand nombre annuel de crues et de jours à pleins bords (ou de crues) (Figure 6.12).
Pour l’ensemble des périodes étudiées, aucune corrélation significative n’a cependant pu être mise en évidence (Tableau 6.9).
Figure 6.12 Erosion planimétrique annuelle, nombre annuel de jours à pleins bords, nombre annuel de crues et durée des crues pour les différentes périodes d’étude diachronique de l’évolution des formes en plan du Cher sur le secteur 2.
A : Données hydrologiques provenant de la station de Teillet-Argenty. B : Données hydrologiques provenant de la station de Selles-sur-Cher.
Tableau 6.9 Coefficient de détermination de Spearman entre superficies annuellement érodées sur le secteur 2 et nombre annuel de jours à pleins bords ou nombre annuel de crues aux stations de Teillet- Argenty ou de Selles-sur Cher entre 1950 et 2005.
TEILLET-ARGENTY SELLES-SUR-CHER
Nbr j > QPB / an Nbr crue / an Nbr j > QPB / an Nbr crue / an
Erosion
(m².an-1) 0,49 0,25 0,16-0,01 0,168-0,09
p-value 0,233 0,45 0,517-0,95 0,517-0,683
170
3.2. L
A FAIBLE EFFICACITE DES CRUES DE FORTE MAGNITUDE3.2.1. SECTEUR 1 : STATION DE TEILLET-ARGENTY
La Figure 6.13 indique pour chaque période d’étude diachronique des formes en plan les valeurs des cinq pics de crues (débits journaliers) les plus élevées recensées au niveau du secteur 1. Bien qu’elles constituent les deux périodes de plus faible activité érosive, les périodes 1950-1960 et 1995-2005 enregistrent les débits de plus forte magnitude. La période 1975-1985, qui correspond à la période d’activité érosive la plus élevée, n’est en revanche que la quatrième période en termes d’intensité des débits. De plus, alors que se sont produites une crue cinquentennale et une crue centennale entre 1950 et 1975, le total érodé au cours de 25 années demeure inférieur à celui de la période 1975-1985 (47314 m² contre 51969 m²). Les deux évènements de plus forte magnitude survenues entre 1975 et 1985 disposent pourtant d’une période de retour seulement comprise entre 5 et 10 ans.
3.2.2. SECTEUR 3 : STATION DE SELLES-SUR-CHER
Les cinq plus forts pics de crues survenus au cours de la période d’intense activité érosive (1973- 1983) sont tous nettement inférieurs à ceux des périodes 1959-1973 et 1995-2005 et sont similaires à ceux de la période 1983-1995 (Figure 6.13). Pour la période 1950-1959, nous ne disposons que d’une seule valeur. Elle correspond à l’évènement de plus forte magnitude survenue entre 1950 et 2005.
Figure 6.13 Les cinq plus forts pics de crues (débits journaliers) enregistrés pour chacune des sous- périodes étudiées.
Pour chaque sous-période, les cinq valeurs de débits disponibles ont été classées par ordre décroissant (du noir au beige dans la légende). Les débits appartenant à un rang donné ont ensuite été numérotés de un à cinq par ordre décroissant.
Pour les secteurs 1 et 3, il découle donc de l’ensemble de ces observations le constat d’une très nette asynchronie entre magnitude des évènements hydrologiques et intensité de l’activité érosive.
171
3.2.3. EROSION ET DEBITS MAXIMAUX INSTANTANES
Par ailleurs, à défaut de connaître l’intégralité de la chronique de débits depuis 1950 sur chacune des stations de référence, on dispose du débit de pointe de plus forte magnitude (Tableau 6.10). Sur les secteurs 2 et 3, il est survenu un an avant la deuxième prise de vue aérienne (1959) utilisée pour la reconstitution de l’évolution planimétrique des formes fluviales. Sa période de retour est de presque 100 ans sur le secteur 2 et au minimum de 20 ans sur le secteur 3 (Tableau 6.10). Les quantités érodées chaque année entre 1950 et 1959 sont pourtant les plus faibles sur la période 1950-2005. Sur le secteur 1, ce même évènement correspond à la deuxième plus forte crue survenue entre 1950 et 2005. Sa période de retour est largement supérieure à 50 ans (610 m3.s-1 (DREAL Centre, 2006, cité dans Géo-Hyd, 2007)). En dépit de cette magnitude élevée, la sous-période 1950- 1960 a connu le plus faible taux d’érosion annuelle. Sur ce même secteur, la crue la plus intense est datée d’octobre 1960. Bien que le taux d’érosion sur la période concernée (1960-1975) soit le deuxième plus élevé entre 1950 et 2005, il demeure largement inférieur à celui de la période de forte activité érosive (taux annuel d’érosion entre 1975 et 1985 2,2 fois plus important qu’entre 1960 et 1975).
Tableau 6.10 Débit de pointe instantané le plus élevé enregistré entre 1950 et 2005 sur les stations hydrologiques de chacun des secteurs d’étude.
Secteur 1 Secteur 2 Secteur 3
Qi max 830* (10/60) 1100-1200* (05/58) 710** (29/05/58)
Q20 290 540 700
Q50 330 640 830
Q100 900* 1250* ?
Secteur 1 : Station de Montluçon. Secteur 2 : Station de Saint-Amand-Montrond. Secteur 3 : Station de Selles-sur-Cher. Sauf mention contraire, les données proviennent de la banque hydro.
* Données DREAL Centre (2006), cité dans Géo-Hyd (2007). ** Débit journalier.
3.3. S
YNTHESE ET DISCUSSIONEn synthèse, il apparait donc qu’entre 1950 et 2005, les crues de grande intensité ont vraisemblablement eu un effet morphogène planimétrique beaucoup plus faible que le nombre de jours à pleins bords (ou de jours de crues) (Figure 6.14). Ce paramètre constituerait ainsi le facteur principal de contrôle de l’activité érosive planimétrique des méandres du Cher. Par ailleurs, la variabilité du nombre annuel de jours à pleins bords constatée sur cette période aura davantage résulté des modifications affectant la fréquence des crues que de modifications affectant leur durée.
172
Figure 6.14 Erosion planimétrique annuelle, nombre annuel de jours à pleins bords, nombre annuel de crues, durée moyenne et magnitude des crues pour les différentes périodes d’étude diachronique de l’évolution des formes en plan du Cher sur les secteurs 1 et 3.
Les valeurs relatives au nombre annuel de jours à pleins bords, au nombre annuel de crues et à la durée des crues, sont rangées par ordre décroissant du plus foncé au plus clair. Deux valeurs d’érosion sont indiquées sur le secteur 3 pour la période 1973-1983. La plus élevée correspond au total érodé, recoupement de la boucle de méandre inclus. La plus faible correspond au total érodé sans le recoupement.
Le rôle primordial joué par l’augmentation de la durée cumulée des crues et de leur fréquence dans l’intensification de l’activité érosive peut être examinée sous l’angle des deux principaux processus impliqués dans le recul des berges sur le Cher, à savoir les mouvements de masse et l’érosion fluviale (cf. Chapitre 5 B.3.3). Il est généralement admis que les premiers se produisent lors de la phase de montée (Nardi et al., 2012 ; Luppi et al., 2009) ou de descente des eaux (Dapporto et al., 2003 ; Lawler et al., 1997 ; Thorne, 1982 ; Rinaldi et al., 2004). La multiplication des crues, et donc
173
celle de ces phases de montées et de descentes, tendrait donc à promouvoir le déclenchement des mouvements de masse. Par ailleurs, pour que ceux-ci soient en mesure de se répéter, il est également nécessaire que soient évacués les matériaux accumulés en pieds de berges. Cette ablation résulte exclusivement de l’action de l’écoulement fluvial (Lawler et al., 1997 ; Thorne, 1982). Ainsi, plus la durée des évènements compétents, ici assimilée au nombre de jours à pleins bords, sera importante, plus cette évacuation sera efficace. Une fois cette dernière survenue, l’accroissement de la durée cumulée des crues contribuera alors également à favoriser l’érosion directe de la plaine alluviale par les écoulements.
En se fondant sur ce constat d’une intensité de l’érosion en plan contrôlée par le nombre de jours à pleins bords et le nombre de crues plutôt que par la magnitude de ces dernières, pourrait être émise l’hypothèse que la plus faible activité érosive enregistrée de 1950 à 2005 sur le secteur 3 par rapport au secteur 1 (sur le secteur 3, l’érosion entre 1950 et 2005 représente 32 % de la superficie du lit de 1950 (en excluant la partie sous l’influence du barrage du Boutet), sur le secteur 1, elle s’élève à 47 %) relève de la différence de nombre de jours à pleins bords entre les 2 secteurs (Tableau 6.11). Un test du Khi² indique que ce nombre est significativement supérieur sur le secteur 1 (p < 0,0001). Il en est de même avec le nombre annuel de crues (Mann-Whitney, p < 0,0001). Ces résultats tendraient donc à confirmer notre hypothèse.
Tableau 6.11 Nombre total de jours à pleins bords (la moyenne annuelle est indiquée entre parenthèses) et nombre total de crues (la moyenne annuelle est indiquée entre parenthèses) entre 1951 et 2005 sur les secteurs 1 et 3.
Nbr j PB Nbr crues
Secteur 1 451 (8,2) 143 (2,6)
Secteur 3 260-278 (4,7-5,1) 59-61 (1,1)
D’autres facteurs sont cependant susceptibles d’expliquer la différence d’activité érosive entre les deux secteurs. Il s’agit principalement de la puissance spécifique (Richard et al., 2005 ; Hickin et Nanson, 1984 ; Nanson et Hickin, 1986 ; Larsen et al., 2006a, 2006b) et de la résistance des berges (Hickin et Nanson, 1984 ; Baker, 1988 ; Huang and Nanson, 1998 ; Millar, 2000). Le premier est à exclure puisque les valeurs de puissance sur les deux secteurs sont identiques (12 w.m-2. Sur le secteur 3, cette valeur correspond à la puissance sur le tronçon non influencé par le barrage du Boutet). Demeure donc la possibilité d’un rôle joué par le second. Déterminer le degré de résistance des berges s’avère néanmoins délicat et dépasse amplement le cadre de cette analyse. Nous nous contenterons de préciser que les berges sur chacun des secteurs sont composites avec un niveau inférieur constitué de sables, graviers et galets (cf. Chapitre 6 B.1.2). De ce fait, elles peuvent être considérées comme fortement érodables (Thorne et Tovey, 1981 ; Thorne, 1982) (cf. Chapitre 6 B.1.2).
174
S
YNTHESE SUR L’
EVOLUTION DU REGIME DE CRUE ETSUR LES RELATIONS ENTRE EROSION ET CARACTERISTIQUES DES CRUES
Le débit à pleins bords a été estimé sur chacun des secteurs. Il s’élève à 102 m3.s-1 sur le secteur 1, à 313 m3.s-1 sur le secteur 2 et à 338 m3.s-1 sur le secteur 3.
Les stations hydrologiques de Teillet-Argenty et Selles-sur-Cher ont été utilisées comme stations de référence respectives des secteurs 1 et 3 pour caractériser l’évolution du régime des crues au cours de la seconde partie du XXesiècle (1948-2009 pour la première et 1932-2012 pour la seconde). A une exception près, les tests statistiques pratiqués n’ont permis la détection d’aucune tendance ou rupture dans les séries de données relatives au nombre annuel de jours de crues (ou au nombre annuel de jours à pleins bords, ce qui est à peu près équivalent), au nombre annuel de crues, à leur durée ou encore à leur intensité. A néanmoins été mis en évidence pour chacune des stations (test d’Hubert) une même période de concentration des évènements débordants, s’étalant de 1977 à 1983.
Entre 1950 et 2005, l’activité érosive planimétrique a été principalement contrôlée par le nombre annuel de jours à pleins bords et le nombre annuel de crues, l’intensité de ces dernières ne jouant qu’un rôle négligeable. La période de forte activité érosive survenue sur chacun des secteurs entre le milieu des années 1970 et le milieu des années 1980 est ainsi à rapporter à un net accoisement de la durée cumulée des crues et de leur fréquence.
175
B - CARACTERISTIQUES SPATIALES DE L’EVOLUTION DES MEANDRES :
FACTEURS DE CONTROLE
Dans cette partie, sont examinés les facteurs de contrôle potentiel des principales caractéristiques spatiales de l’évolution des méandres précédemment mises en évidence. Sont ainsi tour à tour envisagées les causes :
- de la faible mobilité du tracé des trois secteurs depuis 1830.
Est abordé le rôle des aménagements, de la stratigraphie et de la granulométrie du remblaiement alluvial, de la ripisylve et enfin du régime hydrologique.
- de la concentration de l’activité érosive planimétrique entre 1950 et 2005.
Est évoqué l’influence des aménagements, des extractions, du degré de courbure des boucles de méandres et enfin de de la variabilité de la pente du lit.
- de la variation de la largeur du lit depuis 1830.
Sont traitées les conséquences d’une possible évolution du régime hydrologique, d‘éventuelles modifications des apports sédimentaires, des extractions et enfin des mutations des pratiques d’entretien du lit.