Les mesures de transport sédimentaire: Traceurs fluorescents

Les techniques de traceurs fluorescents sont largement utilisées depuis le début des années cinquante pour déterminer les transits sédimentaires en domaine littoral (Zenkovitch, 1958). Cependant, ce type de technique employé en milieu d’embouchure reste rare (Oertel, 1972 ; Balouin et al., 2001 ; Vila-Concejo et al., 2004) comparé aux nombreuses études réalisées sur les plages intertidales (Levoy et al., 1998 ; Michel, 1997 ; Stepanian, 2002 ; Tonk & Masselink ; 2005). Cette technique repose sur une approche lagrangienne qui permet de calculer le débit solide et la direction du transport sédimentaire (Madsen, 1989).

Chapitre III – Méthodologie

90

Figure 49: Mise en place (A) et détection du traceur fluorescent (B).

Le sable utilisé pour le traçage est prélevé sur la zone d’étude afin de respecter la granulométrie de la plage étudiée. Ces échantillons sont ensuite lavés, séchés et peints avec une peinture glycéro-fluorescente rouge ou verte. Un contrôle de la granulométrie doit être effectué afin de s’assurer que le sédiment à injecter est relativement identique à l’original naturel (Ingle, 1966 ; Gourlez et al., 1978).

Avant l’injection, le sable peint est mélangé avec un agent détergent pour éviter la formation d’agrégats. Le sédiment est ensuite déposé à marée basse sur l’estran sur une

surface d’environ 1 m² (Figure.49). La masse de traceur utilisée varie suivant les conditions

hydrodynamiques entre 20 et 50 Kg. La détection de la dispersion du sable par les agents hydrodynamiques se réalise à la marée basse suivante et de préférence de nuit. La méthode consiste à compter les grains fluorescents en surface à l’aide d’une lampe à lumière UV. L’échantillonnage s’effectue le long de radiales espacées de 45° et ayant pour origine le centre d’immersion du traceur. Une attention particulière est portée sur l’épaisseur des remaniements sédimentaires mesurée à différents endroits de la tache fluorescente. Elle est déterminée comme la profondeur maximale moyenne de pénétration des sables fluorescents dans le sable naturel. Cette estimation est un point critique de la méthode affectant la quantification des débits solides (White, 1998). La position du centre de gravité du nuage de dispersion est calculée suivant une méthode d’échantillonnage spatial (Spatial Integration Method) mieux adaptée aux plages découvrantes (Levoy, 1994). Cette approche requiert plusieurs hypothèses simplificatrices (Madsen, 1989) :

• Le traceur possède la même granulométrie et le même comportement hydraulique que le sable naturel.

• La concentration des grains fluorescents détectés en surface est proportionnelle à la concentration intégrée sur la profondeur de remaniement.

• La profondeur de remaniement mesurée est constante sur l’ensemble du nuage de dispersion.

Le taux de transport (Q) peut être représenté. Il est proportionnel à la vitesse de déplacement du barycentre du nuage et à la section de transport par unité de longueur. Il est

exprimé en m3.mn-1 par mètre linéaire de la façon suivante :

Chapitre III – Méthodologie

91

Avec Ut, vitesse de déplacement du centre de gravité du nuage (m.mn^-1), et Z0,

épaisseur de remaniement considérée comme constante sur le nuage de dispersion (m) Le taux de transport massique (I) sera obtenu suivant l’équation suivante :

I = (1-ρ)ρsQ

Avec ρ, facteur de porosité du sable et ρs, masse volumique du sable.

Le taux de récupération du traceur peut être calculé. Il correspond au rapport entre la masse injectée et la masse récupérée par la détection. C’est un indice de la qualité de la mesure. Cependant, dans le cas d’un faible taux de récupération, deux hypothèses peuvent être avancées :

• Une partie des sédiments injectés se retrouve hors de la zone de détection. Le débit solide calculé est alors sous-évalué.

• Une partie des sédiments injectés est restée au point d’injection. Dans ce cas, le taux faible de récupération ne doit pas être perçu comme une mauvaise qualité de la mesure.

Pendant notre étude, cinq expériences de traçages fluorescents ont été réalisées sur le revers d’une barre intertidale. La dispersion a été suivie pendant un cycle de marée en parallèle des acquisitions hydrodynamiques et topographiques.

V. Synthèse

La compréhension de l’évolution morphodynamique d’un objet sédimentaire repose sur l’enregistrement des forçages hydrodynamiques, des transports de sédiments induits et des variations morphologiques de l’objet en question. L’enregistrement en parallèle de ces trois paramètres favorise la compréhension du modèle d’évolution du système. Lors des expérimentations, une large gamme d’instruments a été déployée in situ. Cependant, leur exploitation ne permet pas toujours d’obtenir des gammes de précision équivalentes.

• Les mesures hydrodynamiques

Les S4 sont adaptés à l’enregistrement de courants multidirectionnels. Cependant, leur diamètre (30 cm) et leur mode de fixation sur une potence à 40 cm du sol empêchent d’acquérir des données dans de faibles tranches d’eau. De plus, Pierowicz & Boswood (1995) soulignent que cet instrument requiert 80 cm d’eau au dessus du capteur pour fonctionner de façon optimale. Ainsi, ces courantomètres sont adaptés à l’enregistrement de données dans le shoaling ou la fin du surf. Ils seront utilisés de façon plus générale pour étudier l’environnement hydrodynamique du système pendant des expérimentations journalières ou mensuelles plutôt que l’étude des processus.

Le courantomètre acoustique (A.D.V.) permet d’enregistrer les vitesses de courant dans de très faibles tranches d’eau. L’étude de l’ensemble des processus avec une très grande précision de mesure est donc possible. Cependant, cet appareil est sensible à la turbidité et enregistre les vitesses suivant deux directions. Les données acquises nécessitent donc un

post-Chapitre III – Méthodologie

92

traitement fastidieux pour : 1) vérifier si l’instrument est dans ou hors d’eau, 2) vérifier si les indices de corrélations liés au bruit extérieur sont corrects, 3) calculer la vitesse moyenne et la direction à partir des deux axes de mesure. De plus cet instrument est fragile et coûteux. Il ne pourra donc être installé trop près du fond en présence de sédiments grossiers.

Figure 50: Synthèse des différents types de mesure en relation avec leur échelle de temps adaptée à leur utilisation.

• Le transport sédimentaire

L’étude du transport sédimentaire par traceurs fluorescents est basée sur le déplacement du centre de gravité du nuage détecté. Cette technique indique la direction et l’intensité moyenne du transport intégré sur la totalité du cycle de marée. Il s’agit donc du transport résiduel. De plus, les résultats révèlent l’action cumulative du transport par charriage et du transport en suspension. L’influence de chaque mode de transport n’est pas quantifiable. Cependant, cette technique est plus adaptée à la quantification des transports par charriage que par suspension. Malgré les hypothèses simplificatrices qu’elle suppose, elle donne le plus souvent une bonne idée du mouvement moyen des sédiments (Levoy & Monfort, 2002). Par contre, l’intensité du transport est à considérer avec précaution. Les résultats obtenus sur un temps court, généralement un cycle de marée seront représentatifs d’un contexte hydrodynamique particulier. Ces données peuvent donc être extrapolées aux situations similaires (Howa, 2003). Cependant, toutes les situations hydrodynamiques doivent être explorées afin d’avoir une vision globale et intégrée sur un pas de temps long du transit sédimentaire.

Chapitre III – Méthodologie

93 • Les mesures topographiques

Le DGPS est un outil essentiel pour mesurer la topographie d’une large zone d’estran. Il permet d’acquérir un grand nombre de points sur une grande surface en très peu de temps. De plus, il peut être utilisé de façon autonome et ne nécessite donc pas la présence de plusieurs personnes pour effectuer le levé (à l’inverse des tachéomètres par exemple). Par contre, il permet d’enregistrer seulement les variations topographiques entre deux marées basses et non durant le cycle tidal complet.

Cette synthèse souligne les limites des principales techniques de terrain utilisées afin de permettre la mise en œuvre d’instruments adaptés aux problématiques de chaque mission (Figure.50).

Chapitre III – Méthodologie

Chapitre IV – Evolution d’une flèche d’embouchure en contexte mégatidal

95

Chapitre IV Evolution d’une flèche d’embouchure en