Retour sur le protocole expérimental et recommandations

Le protocole expérimental s’est révélé adéquat pour répondre aux objectifs de l’étude. L’utilisation d’un transect de ECMs mesurant simultanément deux dimensions de vitesse d’écoulement ainsi que de OBSs placés dos à dos a permis de quantifier l’écoulement des vagues générées par le passage de bateau et de décrire la variabilité des conditions hydrauliques et sédimentaires. Ces instruments sont souvent utilisés dans la littérature pour documenter l’écoulement en bordure des rivages (Aagaard et Hughes, 2006; Austin et al., 2011; Bauer et al., 2002; Beach et Sternberg, 1988; Butt et Russell, 1999; Green, 1992; Hanes et Huntley, 1986; Hofmann et al., 2008; Jaffe et Rubin, 1996; Kim et al., 2000; Masselink et al., 2005; Stapleton et Huntley, 1995; Villard et al., 2000). Toutefois, le positionnement des ECMs le long d’un transect perpendiculaire à la berge est peu fréquem- ment adopté dans la littérature mais cette disposition s’avère intéressante pour caractériser l’évolution des conditions hydrauliques liées aux vagues à mesure qu’elles s’approchent de la berge. La hauteur des sondes par rapport au lit nous a également permis d’estimer le cisaillement près du lit. Par contre, les ECMs ne mesurent que deux composantes de l’écoulement, ce qui, dans le milieu fluvial, peut constituer une lacune. Les turbidimètres sont habituellement positionnés le long d’un profil vertical près de la berge ; dans le cadre de la présente étude, le positionnement dos à dos de ces sondes nous a permis de quantifier les différences dans la production sédimentaire pour une zone proximale à la berge et une zone plus au large, en plus de pouvoir estimer les mouvements des nuages des particules mises en suspension par l’écoulement lié aux vagues. La fréquence d’échantillonnage s’est

également montrée adéquate pour quantifier les conditions d’écoulement des vagues de bateau avec une résolution fine, à l’échelle de la turbulence.

Les résultats de notre expérience ont permis de faire ressortir la complexité de la réponse sédimentaire induite par le passage de bateaux. L’impact des bateaux sur les con- ditions d’écoulement près des berges s’avère difficile à documenter, surtout en ce qui a trait à l’effet de la vitesse et de la distance du passage de bateau. La tendance non-linéaire des caractéristiques de la réponse sédimentaire suggère qu’il est possible que d’autres facteurs puissent jouer un rôle dans la réponse sédimentaire, interagissant avec l’effet de la distance et de la vitesse du passage de bateau et qui n’ont pas été mesurés dans le cadre de l’étude. Dans notre expérience, nous n’avons pu contrôler les changements dans la morphologie du lit au fur et à mesure des passages de bateau. Cependant, il est fort possible que la morphologie du lit se soit modifiée au cours de l’expérience en raison de la taille fine des particules. Les passages de bateaux entraînent la mobilisation d’une grande quantité de sédiments en suspension près des berges (Garrad et Hey, 1987; Masselink et al., 2009), ce qui peut entraîner une modification de la pente de la berge et de la morphologie du lit. Par exemple, la formation de structures sédimentaires sur un littoral (e.g. rides) est souvent associée à des vagues. La pente du profil de plage influence la façon dont les vagues se déploient sur la berge et sur la force du renvoi des vagues vers le large, ce qui peut modifier la distribution et l’intensité du cisaillement appliqué au lit. La présence des formes du lit qui se créent à la suite de la mobilisation des particules peut avoir un impact sur la remise en suspension des particules. En effet, les rides qui se forment au lit favorisent l’éjection de structures turbulentes qui facilitent le transport de sédiments (Aagaard et Hughes, 2010; Bennett et Best, 1995; Osborne et Vincent, 1996; van der Werf et al., 2008). Il est donc possible que l’évolution de la morphologie de la berge et du lit influence l’intensité et la

durée des évènements de transport pour les passages suivants, en accentuant par exemple la quantité de sédiments mobilisés et en favorisant le maintien des particules en suspension pour des passages. L’influence de la morphologie du lit est un facteur à considérer dans le contexte d’une étude qui viserait à approfondir les connaissances des mécanismes de transport en suspension par les vagues de bateau. La mesure de l’évolution morphologique des formes du lit et de la berge entre les différents passages de bateau ainsi que le suivi du mouvement des particules mises en transport par les vagues sont deux variables qui auraient avantage à faire partie d’un protocole expérimental futur, mais qu’il serait difficile à intégrer étant donné la nature des sédiments facilement mobilisables et la profondeur de la tranche d’eau. L’utilisation de deux sites d’études contrastés en termes de morphologie du profil du lit et de la berge pourrait donc fournir des indices sur son rôle dans la mise en transport des particules sous l’influence des vagues.

Dans le contexte d’une étude visant à caractériser davantage la dynamique de l’effet des vagues de bateau sur les conditions d’écoulement près des berges, il est primordial de considérer la grande variabilité des réponses de l’écoulement et de transport sédimentaire induite par les conditions des passages de bateaux. Il serait d’abord intéressant de mesurer le volume d’eau déplacé par les passages de bateau. Cette variable permettrait d’estimer le potentiel de mise en transport des particules en fonction de l’angle d’inclinaison du bateau qui varie en fonction de la vitesse. Ensuite, le nombre de passages doit augmenter de façon à couvrir le plus grand nombre de combinaisons possibles des conditions de passages en termes de vitesse de croisière et de distance par rapport à la berge. Une expérience fu- ture devrait mesurer l’effet d’une faible variation des conditions de passages de bateau. Par exemple, la réponse sédimentaire de passages réalisés pour plusieurs distances vari- ant d’un intervalle d’un ou deux mètres et pour plusieurs vitesses qui varient d’environ

5 km/h doit être estimée. La multiplication du nombre de combinaisons de conditions possibles des passages permettrait de vérifier l’existence de la tendance parabolique en fonction de la vitesse du bateau, liée à l’importance de l’effet de la vitesse intermédiaire sur les valeurs de cisaillement maximal et d’intensité maximale des évènements de trans- port. Il est aussi possible que l’augmentation du nombre de combinaisons de conditions de passages mette en évidence une dynamique davantage complexe que celle qui est mon- trée dans le cadre de la présente étude. Bien que l’analyse des données qu’impliquerait la multiplication du nombre de passages serait considérable, un tel protocole pourrait mener à l’identification des combinaisons des conditions de vitesse et de distance du bateau qui minimisent et maximisent l’impact des vagues sur l’écoulement et le transport sédimen- taire près des berges. Cela pourrait contribuer à l’élaboration de mesures de mitigation dans des environnements où les berges sont fragilisées par l’impact des passages de bateau.

Les coefficients de corrélations partielles montrent que certaines relations entre les dif- férentes variables de vagues et de l’écoulement avec l’intensité et la durée maximales des évènements de transport sont assez fortes. En effet, l’intensité des évènements de transport est fortement liée avec la puissance de la portion turbulente de l’écoulement longitudinale (r de Pearson = 0,53). La durée des évènements de transport, quant à elle, est également fortement reliée avec cette dernière variable (r de Pearson = 0,40), mais aussi négative- ment avec celle de l’écoulement vertical (r de Pearson = -0,38). Elle est aussi négativement reliée avec l’amplitude verticale de la structure orbitale de l’écoulement (r de Spearman = -0,43). Les variables de vagues ont des corrélations quasi-nulles avec les variables de trans- port, ce qui suggère que celles mesurées ne peuvent pas contribuer à expliquer la variance des variables de transport. La hauteur des vagues, qui n’a pu être mesurée dans le contexte de l’étude en raison de difficultés reliées à l’instrumentation, pourrait s’avérer une variable

intéressante afin de mesurer l’impact des vagues de bateau sur le transport sédimentaire. L’utilisation d’un transect de sondes à pression échantillonnant à haute fréquence est une avenue envisageable pour mesurer l’évolution des vagues et quantifier leurs caractéristiques à mesure qu’elles s’approchent de la berge et que la hauteur d’eau diminue.

Les coefficients de régression multiple pour les deux variables de transport peuvent mener à l’identification des variables de l’écoulement qui offre la meilleure prédiction des caractéristiques de la réponse sédimentaires des vagues liées au passage de bateau. Ne né- cessitant que l’enregistrement de l’écoulement instantané par le biais d’un courantomètre électromagnétique, les quatre variables intégrées dans les modèles de régression mutliple sont des variables simples à mesurer pour estimer la réponse sédimentaire de l’incidence de vagues de bateau. Dans un environnement fluvial où les berges et le lit sont constitués de sable fin et de limon, ces variables pourraient permettre d’estimer les caractéristiques de la réponse sédimentaire induite par le passage de bateaux en termes d’intensité et de durée maximales des évènements de transport. Ces variables pourraient aussi servir à es- timer la variation de la réponse sédimentaire pour des passages de bateau dans différentes conditions de vitesse et de distance par rapport à la berge mais aussi pour différents types de bateau. L’interprétation des coefficients de détermination (R2_{) des modèles de} régression multiple doit être faite avec certaines précautions étant donné le faible nom- bre d’observations et le grand nombre de variables. Un plus grand nombre d’observations indépendantes dans le contexte d’un protocole visant à approfondir la caractérisation de l’impact des vagues de bateau pourrait permettre de construire des modèles de régression multiple plus fiables.

CONCLUSION

Cette étude met en évidence la complexité des relations entre la berge et l’écoulement en milieu fluvial. Le protocole expérimental adopté dans le cadre de l’étude combine des méthodes utilisées dans différents milieux environnementaux dans le but de développer une approche adéquate et permet de caractériser la dynamique de l’écoulement des vagues propre au milieu fluvial. On constate également que la réponse sédimentaire provoquée par les vagues de bateau près des berges est d’une grande variabilité et non-linéaire. Il est primordial de complexifier le protocole expérimental dans une étude ultérieure, en aug- mentant le nombre de passage, en ajoutant d’autres niveaux de vitesse et de distance de bateau et en mesurant l’effet de plusieurs bateaux se distinguant par leur morphologie. Le suivi du mouvement des particules et de la morphologie du lit et de la berge pour chaque passage s’avère aussi crucial afin de pouvoir caractériser l’effet des vagues de bateau sur les taux de recul des berges.

L’analyse par passage de bateau a permis de décrire quelques mécanismes de mise en transport des particules à l’échelle du train de vagues. La fin du train de vagues générées par le passage de bateau est suivie d’une augmentation du cisaillement estimé près du lit et de la mise en suspension des particules, et la turbulence générée facilite le maintien des sédiments en suspension. Des concentrations de sédiments en suspension sont plus grandes pour une zone plus au large de la rivière, ce qui s’explique soit par la mise en suspension locale des sédiments ou leur transport de la berge vers le large. Il importe d’étudier davan- tage la dynamique de l’écoulement et du transport sédimentaire pour les vagues générées par les bateaux puisque leur fréquence diffère de celles d’origine naturelle, fréquemment étudiées en milieu littoral.

L’effet des conditions de passage de bateau montre une grande variabilité dans l’in- tensité et la durée maximales des évènements de transport. L’effet marqué des passages à vitesse intermédiaire témoigne d’une dynamique non-linéaire dans la réponse sédimentaire. L’effet du rapprochement des vagues, qui évoluent à mesure qu’elles s’approchent de la berge, ainsi que de l’angle d’inclinaison du bateau, modifiant le volume d’eau déplacé lors des passages, sont des facteurs qui doivent être examinés dans une étude ultérieure.

L’analyse spectrale, l’estimation du cisaillement et la mesure de l’amplitude de la struc- ture orbitale de l’écoulement permettent d’estimer le potentiel de mise en transport des particules à partir de mesures de vitesses d’écoulement en deux dimensions.

Dans un contexte où les connaissances sur les conditions hydrauliques créées par les vagues de bateaux en milieu fluvial sont encore très limitées, cette étude permet d’ap- porter une contribution à la littérature scientifique. Elle fournit une quantification fine et complète de la structure des conditions hydrauliques générées par les vagues de bateau. Cette quantification met en évidence les variables de l’écoulement qui sont en lien avec la mise en transport des sédiments du lit et de la berge. La combinaison des méthodes fait de cette étude une approche complète et originale pour évaluer le rôle des vagues sur les rivages de rivière. La contribution d’un tel projet est nécessaire pour compléter l’état actuel des connaissances dans la littérature en ce qui concerne les milieux fluviaux. Le po- tentiel d’application de ce projet se traduit par une contribution possible à l’élaboration de mesures de mitigation dans les environnements où les berges sont fragilisées par les vagues d’embarcations à moteur.

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