de la rue de 1999 d'une période de retour de 100 ans érode plus les reharges que elle de 2010

quiaunepériodederetourde

1

^{an,etepourtouslessiteset toutesles}ongurationsdereharge.

L'avanéesimuléedufront

F ₉₀

^{dépendégalementde}l'hydrologie:lessédimentsérodéspuisdéposés auoursd'unpideruenesontpasre-mobiliséslorsd'unautrepideruearlaformedeedépt

estplusdureàéroder.Ce résultatnumérique estependant ànuaneretpourraitêtre expliquépar

une sous-estimation de laontrainteloalealulée danslehenal.

Pourunemême hroniquededébit,levolumeinjeté danslehenalprinipalestplusimportant

lors d'uneérosionde ban surunsite telque elui d'InterRegqu'au oursd'une érosionlatérale de

berge telle que elle du site O

3

^{. Le mode de reharge inue don sur la quantité de sédiments}

mobilisés.

La loalisation du site joue également un rle important sur la mobilisation, les zones de

rétréissement de lalargeurdu lit et/ouàla sortiede méandre failitant l'érosion.

La forme du ban injeté inuebeauoupsur lamobilisationsédimentaire. Eneet, unban

avedesanslatéraux pentussera plusfailement mobilisé.Auoursd'unerue,laforme duban

devient deplus enpluslissée etlamobilisationsédimentaire alulée devient demoinsen moinsen

forte, arla formule d'Ikeda (1982) a moins d'eets sur la ontrainte ritique loale à et endroit.

La largeur du bansembleaussiavoir unimpatsur lamobilisationsédimentaire en fontion du

site,arunelargeurimportante auraommeonséquenedeonentrer l'éoulement simulédansle

henal. La propagationdessédimentsdansles modèles numériquesest plus importante dansleas

d'uneonguration de bantransversalequelongitudinale.

La granulométriedes sédiments de la rehargeestégalement unparamètre inuençant la

mobilisation simulée de la reharge, ar laapaité de transport

q _s

^est prinipalement fontion du diamètre médian

d ₅₀

^.

6.4.3 Conlusions sur les reharges sédimentaires

Les simulations numériques desbans de Kembs etInterReg indiquent qu'un volume trop

im-portant de reharge, une forme lissée de ban et/ou un site ave des onditions hydrauliques peu

dynamiquesinduisentunemobilisationplusdiile.Ilestdonimportantd'injeter desvolumesde

rehargequisoientpotentiellement mobilisablesparlarivièrepouréviterquel'injetionnesexeet

ne sevégétalise,modiant alors durablement lamorphologie de larivière.Lesinjetions pourraient

êtrerépétées dansletemps pour reharger unsite d'injetion àlasuite d'uneforterueet/oudans

l'espae pour diversierlagranulométrie du litle longduVieux-Rhin.

Sil'onveutréerdesformesdanslelit,ilsembleimportantderepérerleszonesdedépttellesque

elles mises en évidene ave les modèles numériques

1

^{D et}

2

^{D. L'analysehistorique de} l'évolution de lamorphologie de la rivièrerévèle également les partiesdu lit qui ont des tendanes à l'érosion

ou au dépt. En plus d'introduire dessédiments sous la forme d'impulsionsde débit sédimentaire,

le mode de reharge par érosion maîtrisée de berge augmente légèrement la largeur du lit, e qui

devrait permettre auxformesuviales de sedévelopper.

7

Dans le adre du projet InterReg IV A Redynamisation du Vieux-Rhin, l'introdution de

sédiments danslelit duVieux-Rhinavait pour butde ré-initierun transportsédimentaire etde

di-versierlesformesuvialesdulit.Cependant,plusieursquestionsliéesàesrehargessédimentaires

ontétésoulevées.Enpartiulier, ilsemblait primordialqueletransportsédimentaire dessédiments

des reharges ne déstabilise pas la ouhe pavée et que es reharges ne se xent pas. En eet,

danseas,lespotentiellesévolutionsdediérentstypesd'injetionsédimentaireétaientinonnues.

Pour apporter des réponses à es inertitudes, e travail de thèse s'est appuyé sur les simulations

numériques

1

^{D et}

2

^{D de reharge}sédimentaire.

7.1 Modèle numérique du Vieux-Rhin

7.1.1 Évolution granulométrique longitudinale

À partir de la simulation numérique de l'expériene de Seal et al. (1997), l'évolution de la

morphologie est alée par la distane de hargement

L _s

^{qui permet de lisser le débit solide. On}

relève quee paramètreestdumême ordredegrandeurquelepasd'espae

∆x

^{et quelalargeur du}

lit atif.L'évolutiongranulométrique dulit estreproduitedans RubarBEen alant le proessusde

démixage ave lesparamètres suivants:

distaned'ajustement

L _d

^{quireproduitladéroissane} longitudinaledu diamètre médian, distaned'ajustement

L σ

^{qui reproduitladéroissane}longitudinale del'étendue

granulomé-trique.

Ces deux oeients sont proportionnels à la longueur du tronçon à l'équilibre (pas d'apports

liquide ou solide importants, pas de barrage...) et

L _d < L _σ

^{. L'analyse du diamètre médian et de}

l'étendue granulométrique le long du Vieux-Rhin met en évidene un tri granulométrique

longitu-dinal.Ladéroissane longitudinaledudiamètre médianetde l'étenduegranulométrique sont alors

respetivement quantiéespar lesoeients

L _d

^et

L _σ

^{.Endivisant leVieux-Rhinen}sous-tronçons délimités par deshutes, bouhonshydrauliques etbarrages, les oeients

L _d

^et

L _σ

^{ajustéssurle}

site étudié sont bien du même ordre de grandeur que la longueur de es tronçons. Ainsi, on relève

unezonededépt quelquesentainesdemètresenavaldesbouhonshydrauliquesaveundiamètre

médian plusgrossier etune étenduegranulométrique plus forte.On xeesdistanes d'ajustement

L _d

^et

L _σ

^{desorte à reproduire ladéroissane}granulométrique surtoutleVieux-Rhin.

7.1.2 Développement de la végétation

En utilisant le alage de larugosité pour haque type de végétation, on peut distinguer les

ef-fets de la géométrie et des sédiments, de elui de la végétation sur la ontrainte. La omparaison

de la végétation entre

1950

^et

2009

^{souligne que la} propagation de la végétation de l'amont vers l'aval semble terminée de nos jours, seuls les ouvrages tels que les rampes n'étant pas végétalisés.

Ledéveloppement delavégétationdanslelit majeurhydraulique apoureet deonentrer

l'éou-lement dans le lit mineur hydraulique, augmentant alors les ontraintes eaes dans e lit. Ce

proessusaainsipeut-êtrearulephénomène depavage danslehenal. Onremarque aussiqueles

aménagements ont untrès fortimpatsurladynamique del'éoulement.

7.1.3 Formation du pavage

Le pavage du Vieux-Rhin s'est formé progressivement par transport séletif puis par

strutu-ration des galets du lit dès le

19 ^e

^{sièle. Dans le modèle numérique}

1

^{D RubarBE, la formule de}

démixage permetde reproduire les onséquenes d'untransport séletif,les sédiments les plus ns

étant transportés par l'éoulement et les plus grossiers ne bougeant pas. Pour reproduire

numé-riquement la formation d'une ouhe armurée (Koll et al., 2010), les longueurs de hargement et

d'ajustement dans la formule de démixage ont été alées. Cette simulation a mis en évidene la

diulté de reproduire ave leode RubarBE lamobilisation dessédimentsles plus ns d'une

po-pulation étendue. En eet, dans e as le diamètre médian n'est plus représentatif des sédiments

mobilisables etla ontrainte ritique de mise en mouvement doit être plus faible pour initier une

érosion. La formule de apaité de transport de Camenen et Larson (2005) semble alors être plus

appropriée que elle de Meyer-Peter et Müller (1948), ar elle permet un transport sub-seuil qui

déroîtexponentiellement ave laontrainte.

7.2 Simulations des reharges

7.2.1 Interation entre les sédiments injetés et la ouhe de surfae

Poursimulerorretement uneexpérienededéformationd'undéptdetraeurssuruneouhe

armurée(Kolletal.,2010),lareprodutiondeseetsdusaumasquagesédimentaireaétéintroduite

danslemodèle numérique RubarBEen mélangeant les sédiments nsmasqués ave laouhe

gros-sière sous-jaente. Sur le Vieux-Rhin, le masquage sédimentaire des graviers injetés semble plus

modéré.

Le transport sédimentaire des sédiments de la reharge InterReg ne semble pas déstabiliser la

ouhe pavée etonreproduitette stabilité dupavage en dénissant un diamètremédian

susam-ment grossier (

1

^{D)ou enrendant lelit inérodable (}

2

^{D)danslesmodèles}numériques. Onremarque ependant que dans le as d'untransport sédimentaire plus important omme pour le sénario de

reharge d'un ban transversal sur le site InterReg, le pavage peut être loalement érodé ave le

modèle numérique.

7.2.2 Déformation de la reharge

Lesmodèlesnumériquessonttrèssensiblesàlagranulométrieutilisée.Eneet,l'érosionduban

dépend du diamètre médian et lapropagation sédimentaire est fontion du diamètre médian et de

l'étenduegranulométrique.CommeladistributiongranulométriquedessédimentsdubanInterReg

était bi-modale, on a hoisi de tenir ompte seulement dessédiments les plus grossiers arils sont

majoritairement à l'origine de la réation de formes : on utilise la formule

σ _a = d ₈₄ /d ₅₀

^{au lieu}

de

σ = p

d ₈₄ /d ₁₆

^{pour aluler l'étendue} granulométrique, la valeur du diamètre médian restant inhangée.Lesdéformationsdubansimuléessontalors enaordavelesrésultatsexpérimentaux.

Lesrésultatsnumériques

1

^{Dindiquentquela}mobilisationdelarehargeInterRegsembledue à l'érosion desans du ban.Dans lasimulation

2

^{D, les anssemblent surtout érodésà proximité}

de latêtede ban.Auours d'unerue, lespentes latéralesduban deviennent de moinsenmoins

fortes,diminuant ainsilamobilisation sédimentaire simulée.

Les lignes de ourant simulées ave le modèle

2

^{D indiquent que les sédiments érodés du ban}

sont transportésverslehenalprinipal danslequel l'éoulement plus rapide lespropage enaval.

7.2.3 Sensibilité aux paramètres des reharges

La mobilisationsédimentaire des reharges est failitée par des ans de ban ayant une pente

latéraleforte. Unbanlatéralde graviersitué àproximitédusited'injetiona pouronséquene de

onentrer l'éoulement dans lehenalprinipal, etainsiaugmenter les ontraintes, failitant alors

la mobilisation d'une reharge. On trouve des onlusions inverses dans le as d'un ban entral

de gravier. Lors d'une hronique de débit ave unseuil de miseen mouvement dépassé à plusieurs

reprises,les sédimentsdéjà déposés neserontpratiquementpasre-mobilisés.Cerésultat numérique

est ependant à nuaner, ar les ontraintes alulées dans le henal ave le modèle

1

^{D peuvent}

êtresous-estimées.Lemodederehargeparérosiondebergemaîtriséepermetd'injeteruneharge

sédimentaire en plus petitsvolumes maissurune période pluslongue.

7.3 Perspetives sientiques

7.3.1 Méthodologie de paramétrage des modèles

La méthode de paramétrage utilisée pour tenir ompte des données spatiales telles que elles

relatives à l'oupation du sol ou à ladélimitation de la eur d'eau pourrait être améliorée, voire

automatisée. Ainsi, une méthode automatique serait alors failement reproduite pour des données

desannées antérieures et pourraitégalement êtreappliquée àd'autres rivières.

Certaines tehnologies atuelles de LiDAR peuvent mesurer sous onditions la topographie du

lit mineur sous l'eau et elle du lit majeur. Elles peuvent aussi estimer la granulométrie du lit, la

hauteuretladensitédelavégétation(Steinbaher etal.,2010). Bienqueesrelevéssoientoûteux

etl'inertitudeenore élevée,esdonnées pourraient rendreles analyses etalulsnumériquesplus

préis. Pour lemodèle

1

^{D,ladénitiondeslignesdiretries indiquant lethalweg, laeurd'eau ou}

lalimitedeszonesvégétaliséespourraitalorsêtreautomatique. Pourlemodèle

2

^{D,unedesription}

préise de la granulométrie du lit permettrait de mieux omprendre les proessus à l'origine de

la déstabilisation loale du pavage. Les informations sur la densité et la hauteur de la végétation

permettraient également de dénir deslasses devégétation homogènes.

7.3.2 Modélisation du transport sédimentaire

La ontrainte ritiquede miseen mouvement sédimentaire ne tient ompte que du

d ₅₀

^et

sous-estimeletransportdespartiuleslesplusnes.Pourreproduirelamiseenmouvementdespartiules

lesplus nesd'unepopulationsédimentaire étenduedansunmodèle utilisant

d ₅₀

^et

σ

uniquement, ilseraitintéressantd'ajustersoit laontrainteritique,soit lediamètrereprésentatif enfontion de

la valeur de l'étendue granulométrique. Une étudedétaillée semble néessairepour tranher surla

meilleure dees deuxsolutions etleparamétrage orrespondant.

Dans laversionatuelle de RubarBE, leproessus de démixage permetde simuler laformation

d'une ouhe ayant la même granulométrie que la ouhe armurée et la même épaisseur d'érosion

que elles du test de Koll et al. (2010).Pour permettre la mobilisationdes sédiments les plus ns,

la ontrainte ritique adimensionnelle a été xée à

0,03

^et l'épaisseur de la ouhe armurée nale est de l'ordre du millimètre dans le modèle. Ave la formule proposée à la setion 3.3, l'épaisseur

estohérenteavelagranulométrie, maisl'érosionestplus importanteetletrigranulométrique est

moinsfort. Ilsemblealors important de omprendreleseets del'épaisseur delaouhe ative sur

lealulsédimentaire poursimuler àtermeune ouhearmuréeayant une épaisseurohérenteave

sagranulométrie.

Àl'aidedel'implémentationdesonséquenesdel'eetdumasquageproposéeàlasetion3.4,la

morphologiedudéptdetraeursestreproduiteavelemodèlenumérique

1

^D.Cetteimplémentation

pourrait être testée sur les autres expérienes de Koll et al. (2010), ainsi que dans le as d'une

populationdetraeurs étendue pour dénir unhoix optimalde paramètres.

Dans les simulations hydro-sédimentaires surle Vieux-Rhin, seulle transportpar harriage est

simulé. Il serait approprié de tenir ompte du transport en suspension, elui-iétant la soure du

proessus d'exhaussement des hamps d'épis. Dans le modèle numérique RubarBE, la ouhe de

transport pourrait alors être divisée en deux sous-ouhes, elle supérieure pour le transport en

suspensionetelleinférieure pourletransportparharriage.Cettedivisionpermettraitnotamment

dedénirdeuxdistanesdehargement diérentes.Celledutransportensuspensionseraitfontion

delavitessedehutedusédimentalors queelledutransportparharriageseraitliée àlataille de

lamaille numérique ou de la largeurdu lit.Dans e as, les éventuelles interations entre galetset

sablesseraient négligées.

Une représentation sédimentaire similaireà RubarBE, soit en utilisant les deux paramètres

d ₅₀

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