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La dynamique hydro-sédimentaire du bassin de la rivière
Jiu. Approche systèmique et multi-échelles
Gabriela Adina Morosanu
To cite this version:
Gabriela Adina Morosanu. La dynamique hydro-sédimentaire du bassin de la rivière Jiu. Approche systèmique et multi-échelles. Hydrologie. Université Grenoble Alpes; Universitatea Bucureşti. Facul-tatea de Geografie, 2019. Français. �NNT : 2019GREAU036�. �tel-03092262�
THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L
A COMMUNAUTE UNIVERSITE
GRENOBLE ALPES
préparée
dans le cadre d’une cotutelle entre la
Communauté Université Grenoble Alpes et l’Université
de Bucarest
Spécialité : Océan, Atmosphère, Hydrologie (CEOAH) Arrêté ministériel : le 6 janvier 2005 – 25 mai 2016
Présentée par
Gabriela Adina MOROȘANU
Thèse dirigée par Philippe Belleudy et Liliana ZAHARIA
préparée au sein de l’Institut de Géosciences de l’Environnement (IGE) et de la Faculté de Géographie, dans les Écoles Doctorales « Terre, Univers, Environnement » et « Simion Mehedinţi - Nature et Développement Durable »
La dynamique hydro-sédimentaire
du bassin versant de la rivière Jiu.
Approche systémique et
multi-échelle
Thèse soutenue publiquement le « 19 décembre 2019 », devant le jury composé de :
Mme Laura COMĂNESCU
Professeur des Universités (Faculté de Géographie - Bucarest), Président
M. Dan BĂLTEANU
Professeur des Universités (Institut de Géographie de l’Académie Roumaine), Rapporteur
M. Pierre – Gil SALVADOR
Professeur des Universités (Université de Lille), Rapporteur Mme Iuliana ARMAȘ
Professeur des Universités (Université de Bucarest), Examinateur M. Philippe BELLEUDY
Professeur Emérite (Université Grenoble Alpes), Directeur de thèse Mme Liliana Zaharia
Dédicace à ma mère
If the earth is a mother, then rivers
are her veins (Amit Kalantri)
a
Table de matières
Remerciements……….….i
Résumé………..vi
Abstract……….viii
Rezumat……….…x
Liste des figures………..xii
Liste des tableaux………xxiii
Liste des acronymes et abréviations……….…….xxv
Liste des notations……….…..xxvii
Grille de lecture……….……….xxix
Première partie
L’échelle du bassin de la rivière Jiu: les facteurs contrôlant la
dynamique hydro-sédimentaire
Chapitre 1. Introduction
……….……….………….…..………...11.1. Contexte de la recherche
………..………..21.2. Motivation du choix du bassin de la rivière Jiu………...…………...5
1.3. Questions de la recherche et objectifs………...6
1.4. Organisation de la thèse………...………..…7
Chapitre 2. Aspects conceptuels et méthodologiques : système fluvial, échelles
spatiales et temporelles, connectivité
………..…..102.1. Approche systémique
………..……….…………..…..………….112.1.1. Le système fluvial : quelles perspectives ?...11
2.1.2. Le concept d’”Hydrosystème” ………...….……...….…..17
2.1.3. Le système total vs. le système partiel……….……….20
2.2. Approche multi-échelle……….………..………..21
b
2.2.2. L’échelle temporelle………..………..………..………27
2.3. La connectivité dans un système fluvial : une notion qui lie tout ?...29
2.4. Méthodologie et données………..………….…………...………….……….………….……31
2.4.1. Méthodes et outils utilisés dans l’étude des systèmes fluviaux et de la dynamique hydro-sédimentaire.………..………...………31
2.4.2. Données………...…..………...……….34
Chapitre 3. Caractérisation de la zone d’étude : le bassin versant de la rivière
Jiu
………..……….363.1. L’état de connaissance de la zone d’étude………...…..……….….……….38
3.1.1. Etat de l’art sur le relief et la géologie………...……….…..…..38
3.1.2. Etat d’art sur les aspects climatiques……...………...……..…..40
3.1.3. Etat d’art sur les problèmes d’hydrologie et d’hydrographie……….………41
3.2. Repères de localisation……….………...……….…….46
3.3. Le substrat géologique
……….……….….……...…….493.4. Les unités morphologiques……….……..………53
3.4.1. Les unités morphologiques……….…….……...53
3.4.2. Le secteur montagneux………..…………...……..58 3.4.3. Le secteur subcarpatique………..……….…….61 3.4.4. Le plateau de Mehedinţi ……….……….…..….62 3.4.5. Le Piémont Gétique….………..…….……...……….…….…………63 3.4.6. Le secteur de plaine………..………….…….……….…64
3.5. Particularités climatiques……….………..……….…….….64
3.5.1. Données et méthodes………..……….………..…………653.5.2. Variabilité de la température de l’air…...….………..….……….….……….66
3.5.3. Variabilité des précipitations………..…....…….………71
3.5.4. Diagramme climatique de Péguy……….….………..………79
3.6. Un bassin avec des caractéristiques hydrographiques complexes……..…...………..81
3.6.1. Les sous-bassins et leur réseau hydrographique……….……..…..………..….81
c
3.7. Les sols et leur importance hydrologique
………...……….………..953.7.1. La classification génétique des sols………..……….………..95
3.7.2. Les groupes hydrologiques des sols……….……….…….…….…98
3.8. La couverture et l’utilisation du sol……….……….……….100
3.9. Pressions anthropiques sur les flux hydro-sédimentaires
……….………..……….1073.9.1. L’exploitation du charbon………..………....108
3.9.2. Les aménagements hydrotechniques……….…………..113
3.9.3. Les changements dans la couverture forestière………..………….….………...115
3.9.4. L’extraction des granulats des lits des rivières………...119
Synthèse du chapitre……….………..…..….…….121
Chapitre 4. Analyses des flux sédimentaires à l’échelle systémique du bassin de
la rivière Jiu : des versants vers l’aval
……….………...……1224.1. Méthodologie pour quantifier le rôle des facteurs contrôlant la variation de la teneur
totale en matières dissoutes des rivières………..……….….………123
4.1.1. Données et méthodologie
………..……..1244.1.2. Résultats des approches statistiques
………..……….……..1314.1.3. Discussions et conclusions ……….………….…..………134
Synthèse partielle 1……….……….….……..135
4
.2. Processus gouvernant la genèse et le transfert des sédiments à l’échelle du bassin de la
rivière Jiu
………...1354.2.1. Méthodologie……….………...……136
4.2.2. Résultats et discussions……….………..………..145
Synthèse partielle 2……….…………158
4.3. Connectivité potentielle sédimentaire ………..……….……….158
4.3.1. Considérations théoriques sur la connectivité sédimentaire ……….……..159
4.3.2. L’indice de connectivité : cadre conceptuel ………...……….….164
4.3.3. Méthodologie de calcul de l’indice de connectivité adaptée à la problématique du bassin de la rivière Jiu……….………..168
4
.3.4. Résultats de l’analyse de connectivité………...……….…………..179d
Chapitre 5. Fonctionnement hydrologique du bassin de la rivière Jiu
………...1945.1. Comment les débits sont-ils obtenus ?………..…….………..194
5.1.1. Jeu de données hydrologiques utilisées…...………..……...194
5.1.2. Equipement et protocole de mesure………….……….…………..198
5.1.3. Contrôle des données………..………..………202
5.2. Variabilité spatio-temporelle des débits liquides…………..……….221
5.2.1. Echelle multi-annuelle et annuelle………..………..221
5.2.2. Echelle mensuelle et saisonnière………...242
5.2.3. Les crues………...……….……250
5.3. Variabilité spatio-temporelle des débits solides……….……….………..261
5.3.1. La dynamique spatio-temporelle des débits des alluvions en suspension à l’échelle multi-annuelle………..………..……….261
5.3.2. La dynamique spatio-temporelle des débits des alluvions en suspension à l’échelle mensuelle et saisonnière………...………...266
5.3.3. L’importance de l’industrie du charbon dans la production des alluvions…...267
5.3.4. Les débits des alluvions en suspension pendant les crues……….……….……..…269
5.3.5. L’hystérésis à l’échelle journalière entre le débit liquide et le débit d’alluvions en suspension……….274
5.3.6. Les relations entre les débits solides et les paramètres morpho-lithologiques
…...…284Synthèse du chapitre……….……….……….290
Deuxième partie
Echelles spatio-temporelles dominant le transfert hydro-sédimentaire
Chapitre 6. Quels sont les apports de sédiments en crue ? Aspects théoriques et
pistes de recherche
……….…...………..……….2936.1. Bilan ou budget sédimentaire ? ………293
e
6.2.1. Aspects théoriques généraux sur les transports par charriage et en suspension…………....296
6.2.2. Quelle approche pour l’analyse de la dynamique hydro-sédimentaire ? …….……….….….302
6.3. Démarche : analyse d’une archive sédimentaire récente………...…..………303
6.3.1. L’archive sédimentaire – c’est quoi ? ………...……....303
6.3.2. Une archive sédimentaire sur la rivière Jiu ………..…………307
6.3.3. Mécanismes de dépôt sédimentaire dans le lit majeur ……….……..309
6.3.4. Hypothèses de l’analyse du dépôt sédimentaire……….……….………311
6.3.5. Pourquoi on ne peut pas utiliser les sédiments du lit mineur pour ce travail? ………..…….315
Synthèse du chapitre………..……….315
Chapitre 7. Contributions des sous-bassins versant aux flux hydro-sédimentaires
………..………..…….3187.1.
Raisonner à l’échelle des crues
………..………...3207.1.1. Rappel des considérants sur la relation crues – dépôts de berges………320
7.1.2. Analyse statistique des crues………...…………..………..322
7.1.3. Détermination d’un débit seuil de débordement………..………324
7.1.4. Sélection des crues débordantes………..………….340
7.2.
Jeux de données. Critique...346
7.2.1. La cohérence des débits amont – aval………..………..………...346
7.2.2. Validité des données de transport solide……….…………...…….……..349
7.3.
Les crues débordantes : de quels sous-bassins ?...352
7.3.1. Sélection des stations hydrométriques……….……….352
7.3.2. Bases de données. Limites d’exploitation………..…...……….355
7.4.
D’où viennent les crues ? Analyse des indices de crues………...……360
7.4.1. Principe d’analyse……….………..360
7.4.2. Choix des indices de crue………...…362
7.4.3. Présentation des indices de crue pour l’année 2014………..…………...365
7.4.4. Discussion sur les indices de crue
……….………...383Chapitre 8. Analyse des dépôts sédimentaires. Échantillonnage et méthodes
utilisées………....393
f
8.1. Quels sont les types de sédiments et d’où prenons-nous les échantillons ?
…………..…..3948.1.1. L’échantillonnage sédimentaire des lits "en amont"……..……….……….………...395
8.1.2. L’échantillonnage sédimentaire des berges "en aval" ……….…..………..…..400
8.1.3. Les échantillons de charbon brut des zones source ………..…..…..…….………410
8.2. Méthodes de laboratoire pour l’analyse des échantillons…………...….………411
8.2.1. La granulométrie…………..…….……….………..……….….…..…412
8.2.2. La colorimétrie………..……….………..…….…...……..…419
8.2.3. Analyse d’image………..……….……….…………..………422
8.2.4. La pétrologie organique………...…………427
8.2.5. Méthodes géochimiques………..……….……431
Chapitre 9. Résultats des analyses sur les sédiments de la tranchée
………..…...…4439.1. La succession des couches
………..…………..………….…….….4449.1.1. Confirmation de la stratigraphie………...444
9.1.2. Caractéristiques des couches………...448
9.1.3. Synthèse des résultats. Mise en évidence des couches les plus cohérentes…………...….….458
9.1.4. Synthèse sur les méthodes utilisées pour l’analyse des sédiments déposés à Podari…...…...459
9.2. Datation de la couche basale
………..….………….….…….4609.2.1. Principes de la datation……….……….………..……..460
9.2.2. Le site et le protocole d’échantillonnage……….…..…………..……….………….464
9.2.3. Le protocole de laboratoire………..……….……….468
9.2.4. Résultats de la datation……….…….……..………..475
9.2.5. Interprétation des résultats, conclusions et perspectives……….……....…477
Chapitre 10. Résultats finaux : quelles crues desquels bassins versant?
……...47910.1. Hypothèses sur l’estimation des côtes atteintes par les crues……….…..…...….481
10.1.1. La relation entre l’altitude des couches et la côte à l’échelle de la station hydrométrique de Podari………..481
10.1.2. Sélection des crues susceptibles de déposer des couches sédimentaires………….…...…485
10.2. Les caractéristiques des sédiments déposés à l’aval correspond-elle aux caractéristiques
signalées en amont? ……….…………...….489
g
10.2.1. Correspondance entre les caractéristiques des sédiments déposés à l’aval et
échantillonnés en amont en utilisant la colorimétrie……….490
10.2.2. Correspondance entre les caractéristiques des sédiments déposés à l’aval et échantillonnés en amont par l’analyse d’image………503
10.2.3. Correspondance entre les caractéristiques des sédiments déposés à l’aval et échantillonnés en amont par la pétrologie organique……….505
10.2.4. Résultats des analyses géochimiques………511
10.3. La synthèse des possibles caractéristiques des zones sources de sédiments déposées à la
tranchée alluviale de Podari………..…………..………...…………..…522
10.4. Retour sur les hypothèses initiales
………....…..…527Synthèse du chapitre………...528
Chapitre 11. Conclusions finales
……….………..………...….…52811.1. Synthèse des résultats et réponse aux questions de la recherche………….…....…....……529
11.2. Conclusions générales sur la démarche méthodologique……….……….………..521
11.3. Limites de l’approche et perspectives………..………...…...535
Bibliographie……….………...…..…548
i
Remerciements
A l’issu de ce sinueux travail de thèse, je tiens à remercier à toutes les personnes qui m’ont donné un coup de pouce ou qui, par un heureux hasard, m’ont positivement influencé et inspiré. Que par ces pages soient exprimés tous mes sentiments de gratitude envers tous ce qui ont contribué à l’aboutissement de ce mémoire !
En premier lieu, je rends grâce à mes deux directeurs de thèse, Liliana Zaharia (professeur à l’Université de Bucarest) et Philippe Belleudy (prof. émérite à l’Université Grenoble Alpes), pour la confiance qu’ils ont investie en moi et pour tout le support scientifique et moral qu’ils m’ont donné. Vous avez été pour moi des vrais parents académiques.
Mme Liliana Zaharia, c’est avec vous que j’ai grandi comme scientifique et que j’ai découvert la passion pour les rivières. Je ne trouve pas de mots adéquats pour décrire la reconnaissance que je vous porte pour m’avoir acceptée et guidée tout au long de mon parcours universitaire, dans l’élaboration de mon mémoire de licence, dans l’aventure roumano – belge pour l’obtention de mon diplôme de master et, bien sûr, pendant ces dernières années, pour avoir accompagné mes anxieux pas sur les braises de la route vers les hauteurs de la Jiu. Toutes les situations de travail ensemble, pour la thèse, pour les projets communs, à des fins de recherche, didactiques ou administratives ont confirmé votre qualité professionnelle et humaine et notre compatibilité. Je vous remercie pour les conseils toujours pertinents, pour votre encouragement, pour l’esprit éthique, pour votre télépathie autant sur le plan professionnel que personnel. Craignant de ne pas vous décevoir, mes pensées se sont tournées vers vous dans les moments difficiles à Grenoble.
M. Philippe Belleudy, je commence par vous remercier pour votre acceptation de co-diriger la thèse dont le projet vous a été présenté en toute urgence à l'aube de 2015. Je continue à exprimer ma gratitude pour avoir sacrifié une partie précieuse de votre temps au cours des dernières années de votre carrière, pour mener au but une thèse assez compliquée, surtout du point de vue de la "compatibilité" de pensée et entre les systèmes d’éducation roumain et français. Nous avons eu une belle collaboration quand même, avec de nombreux entretiens féconds, souvent parsemés avec divergences, mais qui finalement m'ont enrichie et m’ont conduit vers la réponse ou, au moins, vers une hypothèse. Je vous remercie également pour les explications techniques, pour le soin que vous avez pris de moi pendant mes séjours à Grenoble, pour les voyages dans les Alpes, pour les délicieux piqueniques dans votre jardin ou sur le terrain, pour les livres de littérature empruntés… Si je devais résumer en quelques mots quelle est la compétence la plus précieuse que j’ai acquise en travaillant avec vous, c’est toujours l’aptitude de se poser des questions, même si la plupart n’auront pas de réponse. Merci pour tout ... je suis plus critique et autocritique grâce à vous.
Je suis fortement reconnaissante de l’appui de la part des directeurs des Ecoles Doctorales au sein desquelles ma thèse s’est déroulée : prof. Iuliana Armaş (précédée par prof. Cristian Braghină du côté roumain), de la part de l’Ecole Doctorale « Simion Mehedinţi – Nature et Développement Durable » et prof. Guy Delrieu et Emmanuel Cosme du côté français, de la part de l’Ecole Doctorale « Terre, Univers, Environnement ». J’exprime aussi mon gré aux secrétaires de ces deux écoles doctorales, qui m’ont accompagné au long des lourdes démarches administratives. Mme Alexandrina Razaei, Mme Florence Thomas, Mme Christine Bigot, j’espère que les problèmes bureaucratiques des deux pays autour de ma thèse ne vous ont demandé trop d’effort de gestion.
J’adresse aussi mes remerciements aux membres du jury, pour avoir accepté de rapporter mon mémoire.
J’ai été honorée de pouvoir interagir avec les membres et participants à mes commissions de thèse chaque début d’année académique. Je remercie pour avoir écouté mes présentations et pour
ii
tous les conseils offerts à ces occasions à Prof. Nicoleta Ionac, Prof. Gabriela Ioana – Toroimac (votre encadrement théorique et méthodologique a toujours représenté pour moi une ligne directrice et vous avez été ma première source d’inspiration didactique), Dr. Benoit Camenen, Prof. Cédric Legout, Prof. Ivan Canjevac. Je remercie également aux autres participants à mes commissions de thèse, qui m’ont encouragée, spécialement aux prof. Dana Constantin et prof. Valentina Mănoiu.Mes vifs remerciements sont aussi adressés aux chargés scientifiques et au personnel administratif des deux établissements, pour leur dévouement à la cause de ma thèse de doctorat : Mmes. Sandrine Anquétin, Odette Nave, Carmeline Méli, Manon Garreau, Adriana Stoenescu, Valérie Lanari, Mihaela Dobre. M. Pierre Brasseur, Mme Oana Puia.
La thèse a été soutenue financièrement par la Bourse Ministérielle Roumaine et par la Bourse du Gouvernement Français et à cette occasion, j’aimerais remercier tous les gestionnaires de la part de l’Université de Bucarest, de l’Institut Français à Bucarest, du Campus France – Grenoble et de l’Université Grenoble Alpes, pour avoir assuré la bonne organisation des formalités que j’ai dû accomplir. Afin de mener des activités de recherche spécifiques sur le terrain ou dans les laboratoires, des partenariats et des projets ont été développés. Le projet AMIPAHYR (financé par les organismes AUF et IFA) a contribué avec des compléments de voyage entre la Roumanie et la France. Des soutiens financiers supplémentaires ont été obtenus aussi des organismes Labex, Connecteur, CEEPUS. Je remercie également le Rectorat de l'Université de Bucarest pour son soutien financier à certaines conférences. Les mêmes remerciements s’adressent à l’Institut des Géosciences de l’Environnement, pour ses compléments financiers au cours de mes voyages Roumanie - France.
Certains des chapitres n'auraient pas pu exister sans l'apport méthodologique des collaborateurs que j’ai trouvés le long de ma recherche constante pour des moyens nécessaires (afin de réaliser une thèse « low-cost »). Je commence par remercier la professeure Magdalena Misz-Kennan, de la Faculté des Sciences de la Terre de l'Université de Silésie de Katowice, pour le soutien qu’elle a apporté à la réalisation des mesurages et d'analyses en pétrologie organique. Professor Magdalena Misz-Kennan, thank you very much for your passionate trainings in the microscopic world of the coal, as well as to Prof. Padhraig Kennan for his interesting geologic stories about Ireland! I also thank Prof. Jolanta Burda, for her kind administrative support. Je continue en remerciant Marco Cavalli et Stefano Crema, de l'Instituto de Ricerca per la Protezione Idrogeologica,Padova, pour la belle collaboration autour de la connectivité hydro-sédimentaire. Thank you, Stefano and Marco, for the warm welcome in your research team and for your help. En Roumanie, j'ai rencontré des chercheurs qui m’ont offert leur soutien et qui m'ont hébergée dans leurs laboratoires. Je remercie à cette occasion à M. le professeur Eugen Traistă (Faculté des mines, Université de Petroşani) pour notre collaboration sur l'analyse géochimique des sédiments. J'ai beaucoup apprécié votre façon calme et orientée vers le côté pratique des choses. Mes remerciements profonds sont tournés aussi vers la professeure Alida Timar Gabor (Université Babeş Bolyai – UB, Faculté des Sciences de
l'Environnement et de l'Ingénierie), pour son accueil chaleureux au sein du collectif de datation de l'Institut des Bio-Nano-Sciences de Cluj-Napoca. Merci à toute votre belle équipe bien soudée et professionnelle : tout d’abord merci beaucoup, Daniela Constantin, pour ta patience et pour ton esprit perfectionniste pour compléter l'analyse de la datation des sédiments; merci aux maitre de conférences DrRobert Begy et aux doctorant Szabolcs Kelemen, pour avoir effectué les mesures et le traitement des données de spectrométrie. Finalement merci beaucoup aux doctorantes du bureau de Cluj, Anca, Viorica et Mădălina (je vous souhaite bon courage dans vos recherches).
Pendant ma première année de thèse, quand je n’avais pas de bureau, c’était à la Bibliothèque de la Faculté de Géographie de Bucarest que j’ai commencé la recherche. Je remercie aux bibliothécaires pour leur aide à trouver les bons livres.
iii
Un grand merci se dirige aussi vers les membres de l’équipe HyDRIMZ de l’Institut de Géosciences de l’Environnement (UGA) et aux professeurs du département de Météorologie – Hydrologie (UB), pour leur partage d’expériences (même indirectement) et pour jeter un coup d’œil de temps en temps sur l’avancement et les conditions de déroulement de ma thèse : professeurs Jean Martins, Céline Duwig, Julien Néméry, Lorenzo Spadini, Iulian Săndulache, Adrian Tiscovschi, Ştefan Iordache. Des remerciements particuliers vont aussi aux professeurs Sylvain Bigot et Sandre Rome, pour m’avoir mise en contact avec mon directeur Philippe Belleudy, pour nos conversations autour de ma thèse et pas le moindre, pour leur collégialité de géographes que j’ai toujours cherchée dans le « labo orienté ingénieur ». Des commentaires, suggestions de bibliographie et approches méthodologiques ou remarques vis-à-vis de certaines démarches de ma thèse ont été apportés par nombre de professeurs de différentes universités : Théophile Vichel, Brice Boudevillan, Anne – Catherine Favre, Maria Radoane, Dan Dumitriu, Ionut Sandric, Charlotte Lloyd, Florina Grecu, Donald Cayer. Je remercie vivement à Ludovic Oudin et Pierre Ribstein (Université Paris 6 Pierre et Marie Curie) pour m’avoir initié dans la modélisation hydrologique pendant mon premier stage en France, en 2015; et pour l’aide de dernier moment dans la thèse. Je remercie vivement aux professeurs de la direction de la Faculté de Géographie pour m’avoir aidé toujours avec célérité dans les formalités : Laura Comănescu, Mioara Clius, Georgeta Bandoc. Octavian Cocoş, Cristian Tălângă. Il y a deux ans et demi que je me trouve dans le collectif de l'Institut de Géographie de l'Académie Roumaine, où j'ai rencontré des gens chaleureux, passionnés pour la science et intéressés de ma thèse. Merci à tous pour votre amitié et votre collégialité que vous m'avez montrées, pour la belle atmosphère de recherche et pour les activités que nous avons pu réaliser jusqu'à présent en dehors de ma thèse. Je mentionne juste quelques noms pour leur remercier, bien que j'avais quelque chose à apprendre de tous: Prof. Acad. Dan Balteanu, Dr. Monica Dumitraşcu, Dr. Sorin Geacu, collègues et collaborateurs du bureau « doctorants » - Mihaela Sima (une ambiance toujours créative et relaxante avec vous…et merci pour la relecture très pertinente du dernier moment), Constanţa Boroneanţ (le trio excellent entre la rigueur climato, la jeunesse perpétuelle et le talent cuisinier), Laura Lupu (la copine de thèse qui survit avec un œuf et un bretzel dans une journée de travail intense. Merci pour la biblio !) et Diana Dogaru (tes remarques relaxées et ton esprit western me détractent autant), ainsi que d’autres collègues des départements et bureaux voisins : Marta Jurchescu (merci pour ton coaching professionnel, ton empathie francophone, pour nos débats sur la philosophie de la recherche, et sur l’éclairage extérieur de la thèse), Cristina Dumitrică (on devra reprendre les travaux sur la couture, le bricolage et le développement du labo), Lilioara Dincă (ton esprit ouvert et jovial donne un sourire à ma journee), Irena Mocanu, Ines Grigorescu, Gheorghe Kucsicsa, Mihai et Dana Micu, Bianca Mitrică, Mme Mayerson, Cătălina Mărculeţ, M. Max...pas de place pour tous! Merci pour vos conseils et encouragements! Je suis passée de bons moments avec vous!Une série de données hydrologiques et cartographiques ont été obtenues grâce à la bienveillance de certaines institutions roumaines, que j’ai l’honneur de mentionner ici: ANAR, INHGA, ABAJiu, IGAR, ANM (en particulier à Marius Bîrsan). J'ai également bénéficié des conseils et du soutien de Viorel Chendeş, de Ruth Perju, de Geanina Neculau, de George Zanfir, de Mihai Barbuc, de Ileana Tănase et, pas dernièrement, de la part de Gabriel Minea. Merci beaucoup, Gabriel, pour les conversations très pointues sur les questions d'hydrologie et pour ton ouverture scientifique.
L’un de mes buts durant mes « pèlerinages » à Grenoble a été sans aucun doute de suivre des cours de doctorat. Je suis reconnaissante à l'Université de Grenoble Alpes pour cette opportunité qui m'a accompli en tant que scientifique.
Travailler sur le terrain et dans le laboratoire n’a pas été facile… c’était parfois épuisant et consommateur de temps, d’énergie et de ressources financières. Souvent, les tâches de travail "accalmies" par les conseils et les points de vue critiques de certains enseignants, doctorants et techniciens qui m'ont accompagné à l'occasion des manipulations de laboratoire ou des travaux sur
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le chantier. Merci beaucoup, Ivan Canjevac, Nenad Buzjak, Erwan Vince, Nathaniel Flindling, Cindy Arnoldi, Cédric Legout, Mladen Plantak. Merci aussi à Marin Cristi, pour nous avoir conduit en toute sécurité sur les routes pavées et moins pavées du bassin de la rivière Jiu. Toujours sur le terrain, pendant mes propres expéditions scientifiques, je n’aurais pas réussi sans l’aide des personnes chères qui m’ont accompagnées dans les « petites excursions » dans la contrée de la Jiu : Diana, Roxana, Adina, Alex. Je remercie également à ceux qui m'ont procuré les morceaux de charbon : cousine Simona, oncle Nicu, collègue et ami Teodor Petruţ.Mes plus sincères remerciements vont à mes collègues de doctorat de Bucarest, avec qui j’ai vécu des moments de joie, d’émotions, de stress, de panique, mais surtout de bonheur : Florentina, George, Lex, Nicu, Alina,Florin, Irina. Ligia, Bogdan. Coté Grenoble, j’ai partagé avec vous, chers collègues, des années pleines de joie et de fraternité. Tout d’abord, merci, Pati, pour m’avoir « contaminé » avec ton tonus et pour avoir convié avec moi et toujours soulevé mon humeur, et merci, Magda, pour ton calme et ton sourire (que je confonds parfois avec celui de Flora). Merci à Linus aussi, pour son hospitalité. Vous allez me manquer énormément, mais le monde est petit. Merci, Mabe, pour ta gentillesse et ton désir d’apprendre toujours des nouvelles choses. Merci, Claudio et Nino, pour l’allégresse que vous m’avez toujours amenée. Merci, Lau et Océ, pour votre joie de vivre et l’intérêt pour mon pays et mes activités. Merci, Catherine, pour ton esprit ouvert et compréhensif et pour les belles histoires américaines. Encore merci, Jinhwa, pour les séances de « sophrologie » qu’on a eues ensemble. Merci à toi aussi, Gaby, pour tes histoires sur les plateaux boliviens. Merci à tous qui ont mis vos maisons à ma disposition lorsque je n'avais pas de place pour dormir à Grenoble. Je vous attends en Roumanie ! La vie à IGE a été plus colorée grâce aux échanges avec les vétérans français : Camille (grand merci pour tes conseils et ton mentorat), Marine, Louise, Aude, Coraline. Et, bien sûr, je remercie tous les contemporains internationaux de thèse avec qui j’ai passé des beaux repas de midi et des fêtes à différentes occasions plus au moins traditionnelles : Hans, Alessandra, Giancarlo, Anil, Foutini, Fernando, Astrid, Jai, Nico. Quelques stagiaires, co-bureau ou campagnards de formations, ont aussi contribué à l’ambiance jeune de l’IGE. Merci, Jonathan, Stefano, Issam, Svénya, Salma, Ana, Mathilde. Les amis doctorants de l’autre côté de la Rue de la Physique auront aussi une place spéciale dans mes souvenirs. Merci Nadia et Diego, merci Raul, merci Jorge, merci Jasmine. Un jour je vais vous rendre visite dans vos pays. Les amis roumains du labo GIPSA, je ne vous ai pas oubliés. Merci, Teo, Andrei, Irina (avec ton cher Mihai), Corina (bonne chance aux enfants !), Ion, pour m’avoir intégrée dans votre group, pour les discussions scientifiques et extrascientifiques pendant nos déjeuners. Je n’oublie pas les collègues de cours de français avec qui j’ai parlé portugais (merci, chère Bruna, pour ton esprit jovial), merci Thiago. Merci à tous les jeunes rencontrés pendant mon expérience doctorale. Vous m’avez donné une raison de plus chaque jour pour avoir envie de venir au labo et c’était chouette de vous connaitre !
En dehors des parois des deux universités, j’ai rencontré des gens qui m’ont beaucoup aidé à maitriser certains aspects de la recherche, que ça soit en numérique, théorique, insertion professionnelle ou passion pour le sujet de discussion. Je voudrais remercier premièrement à toi, Jérémy, pour ta disponibilité de travailler avec moi sur l’hydrologie et pour ton partage d’expérience avec les outils ! Merci, Claudiu, pour avoir eu le courage de m’aborder par Internet et me parler sur ta passion de toute une vie, la rivière Jiu, et son destin à l’époque de l’hydroénergie. Je remercie à la douce Amel, pour ne m’avoir pas oubliée depuis la conférence de 2014 dans le Delta du Danube (c’était un plaisir de te montrer Grenoble et d’apprendre de toi l’histoire hydrologique de Lyon), à Călin, pour son esprit civique et sa lutte pour sauver les rivières. Merci à toi aussi, Michel Cuevas, pour avoir partagé tes compétences en modélisation.
J’ai eu beaucoup à apprendre aussi de l’expérience d’enseignement, et pour ça je remercie respectueusement à mes directeurs de thèse (Liliana Zaharia et Philippe Belleudy) et aux
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professeurs Gabriela Toroimac, Thierry Pellarin, Bruno Wilhelm, Ghislain Picard. Merci aussi aux étudiants qui m’ont inspiré (Eva et Kim) et qui ont accepté le challenge des crues et m’ont aidé avec la transcription de quelques données hydrologiques (Alexandra, Cristina et Steluta – merci, les filles). Hors du monde de la recherche, plusieurs personnes m’ont soutenue, m’ont écoutée parler trop de mes soucis de thèse trop accaparatrice. Je remercie dans ce contexte à mes amis et proches qui m’ont toujours encouragée et ont compris mes peines et zigzags de doctorant. Merci encore une fois, Roxi, merci Ralu, Gabitzu, Lavi, Cosmina, Ema (& Daniela). Grands remerciements pour Lăcrămioara aussi. Tu as été à mon écoute toujours ! Mes colloques de chambre à Bucarest: merci Irina, Codruţa et Denisa et bon courage à la suite. A Grenoble, à part les maris Belleudy (merci, Mme Marie – Claude, pour votre gentillesse et votre hospitalité), deux autres familles ont participé à mon intégration et au bon déroulement de ma thèse dans la dernière année. Merci, Annick et Olivier Michel, pour votre mentorat professionnel et pour la relecture de nombre des chapitres. Merci, Marie et José Martin, pour me faire me sentir comme chez moi. Le jardin, la paella, le vide grenier, les chaises décorées, et même la morue salée du dernier soir vont me manquer.Je suis endettée à mon père, pour son soutien moral et la confiance dans mon choix de carrière, même si au début il n’a pas pu s’imaginer sa fille unique « marcher dans des bottes en caoutchouc ». Je te remercie, papa, pour m’avoir laissée suivre ma voix intérieure, afin d’être, au final, contente avec mes décisions. Merci également pour ton implication dans certaines de mes missions sur le terrain. Le travail à la pelle a été difficile, mais cela en valait la peine. Je te remercie, où tu es maintenant, chère maman, pour l'éducation que tu m'as donnée, pour l'amour de livre que tu m'as inculquée, pour la compatibilité totale entre nous (tu savais dès le début ce que j’avais besoin pour maitriser les sciences de la terre), pour ton talent d'enseignant qui m’a beaucoup inspiré, pour ton esprit toujours vif qui est en moi. Merci de mon cœur aux mes grands-parents aussi, qui m’ont soutenu avec fierté dans mon parcours doctoral. Merci à toute ma famille qui a échangé des bons moments avec moi pendant mes courtes et toujours stressées visites chez eux.
J’ai laissé au final la plus importante personne de ma vie à qui je dois les plus doux, drôles, et inoubliables moments. Je te remercie, Mihail, pour ta patience de m’avoir écoutée parler de ma thèse tellement de fois, pour tes bons conseils, pour la confiance en moi et pour toute ton aide intellectuel et moral. Merci à tagrand-mère pour ne pas trop insister avec les conversations quand mes pensées étaient envahies par le stress quotidien de la recherche doctorale. Je te remercie infiniment pour avoir compris que pendant beaucoup de jours je ne pouvais pas sortir et qu’il fallait mieux me laisser dans mon monde. Enfin, la thèse n’aurait pas pu avoir un aspect un peu plus propre sans ta relecture critique.
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Résumé
La thèse doctorale intitulée « La dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu. Approche systémique et multi-échelle » s’est proposée d’investiguer la manière dans laquelle la dynamique des flux liquides et solides se produit au niveau du bassin versant de la rivière Jiu, à des divers échelles spatiales et temporelles. Le bassin étudié s’étale sur une surface de 10.080 km2,
dans la partie sud-ouest de la Roumanie (la région de l’Olténie). La rivière Jiu (ayant une longueur de 339 km) est un des plus importants affluents du Danube dans cette partie de la Roumanie.
Dans le contexte actuel de la nécessité d’élaborer des plans de gestion du bassin de plus en plus complexes, avec un caractère intégré, englobant l’ensemble des facteurs naturels et anthropiques qui contrôlent l’écoulement solide et liquide, ainsi que les processus associés, le présent travail offre des informations précieuses et originelles sur la dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu, issues d’une recherche transdisciplinaire réalisée à différentes échelles spatiales et temporelles.
Le bassin étudié se caractérise par des particularités géographiques complexes, déterminées par la diversité des facteurs naturels (géologiques, morphologiques, climatiques, édaphiques et de végétation) et socio-économiques. Du point de vue économique, l’élément qui donne l’individualité du bassin de la rivière Jiu est la présence et l’exploitation du charbon dans les secteurs supérieur (houille) et moyen (lignite). L’existence du charbon a été valorisée dans notre travail afin d’étudier la dynamique hydro-sédimentaire, en se fondant sur l’analyse, par des diverses méthodes de laboratoire, du teneur en charbon et éléments associés des sédiments collectés du lit de la Jiu et de ses principaux affluents. Nous sommes d’avis que l’utilisation du charbon en tant que traceur hydro-sédimentaire représente un élément d’originalité de la présente étude.
Ce travail se propose de répondre à deux questions majeures :
(i) Quels sont les facteurs naturels et anthropiques contribuant à la production et au transfert des flux de matière liquide et solide au niveau du bassin de la rivière Jiu et quel est leur rôle dans la dynamique hydro-sédimentaire ?
(ii) Quelle est l’importance des échelles spatiales et temporelles dans l’analyse de la dynamique hydro-sédimentaire en ce qui concerne les sources de sédiments, les événements hydrologiques extrêmes, les voies de transfert et les zones favorables à l’accumulation ?
La démarche méthodologue a suivi une optique allant du général vers le particulier.
Dans la première partie de la thèse, les analyses sont réalisées à l’échelle du bassin entier, afin de mettre en évidence les facteurs physiques et anthropiques contrôlant les flux liquides et solides. Les aspects traités portent sur la connectivité entre les sources, le transfert et les zones d’accumulation, ainsi que la relation entre le débit liquide et le débit solide et la cartographie des processus géomorphologiques génératrices de sédiments.
Dans la deuxième partie de la thèse, on passe de la perspective systémique sur l’ensemble du bassin de la Jiu à une échelle beaucoup plus réduite, tant du point de vue spatial que temporel, afin
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d’identifier le rôle des événements hydrologiques extrêmes (les crues majeures enregistrées dans le bassin de la Jiu) dans la dynamique hydro-sédimentaire et la contribution des sous-bassins au transfert des sédiments fins. Du point de vue méthodologique, dans cette partie de la thèse, on passe des méthodes classiques de la géographie et de l’hydrologie, utilisées dans la première partie (basées sur la représentation cartographique et l’analyse spatiale dans le milieu SIG et sur l’analyse statistique des séries de données), vers une méthodologie complexe, intégrant l’analyse hydrologique (sur la base des indices de crue), la recherche sur le terrain (l’identification d’un site de dépôt d’alluvions et la collecte d’échantillons) et l’analyse des sédiments fins dans le laboratoire (par des techniques colorimétriques, géochimiques et de la pétrologie organique).Les résultats de la recherche ont mis en corrélation les facteurs de la dynamique hydro-sédimentaire à des diverses échelles spatiales et temporelles, dans une vision systémique. Les analyses de laboratoire (à l’échelle micronique de l’échantillon), celles des crues (à l’échelle diurne, saisonnière et annuelle, ainsi que la contribution des sous-bassins versants) et les analyses des particularités hydrologiques, géographiques et géomorphologiques du bassin de la rivière Jiu ont contribué, tous, à une meilleure connaissance de la dynamique hydro-sédimentaire, en offrant des informations originelles sur les sources potentielles des sédiments, leurs composition et leurs voies de transfert dans le bassin étudié.
Mots-clefs: analyse systémique, le bassin versant de la rivière Jiu, charbon, la dynamique hydrosédimentaire, échelles spatiales et temporelles, crues
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Abstract
The doctoral thesis titled “The Hydro-sedimentary dynamics of the Jiu River Watershed. A systemic and multi-scale approach” aimed to investigate the dynamics of liquid and solid flows at various temporal and spatial scales, in the Jiu River Basin. The study area covers 10,080 km2 and is
located in southwestern Romania (in Oltenia Region), Jiu River (339 km long) being one of the most important tributaries of the Danube in this part of Romania.
In the current context, marked by the need to elaborate complex and integrated watershed management plans, that should include the wide range of natural and human factors controlling liquid and solid discharge and their associated processes, the present study offers valuable and original information on the hydro-sedimentary dynamics in the Jiu River watershed, that stems from a cross-disciplinary research carried out at different temporal and spatial scales.
The watershed under study is characterized by complex geographical particularities, determined by a great diversity of natural and socio-economic factors. From an economic standpoint, the element that individualizes Jiu’s watershed is the presence and exploitation of coal in its upper sector (black coal) and middle sector (lignite), activities that have left their mark on the hydrological characteristics of the rivers in the basin. The presence of coal resources has been relied upon in this paper in order to investigate the hydro-sedimentary dynamics on the basis of an analysis, carried out through different laboratory methods, of the coal associated elements’ content in the alluvium samples collected in the riverbeds of Jiu and its main tributaries. The use of coal as a hydro-sedimentary tracer represents an original feature of the thesis.
The present research seeks to answer the following two major questions:
(i) Which are the natural and human factors that contribute to the production and transfer of the solid and liquid fluxes within the Jiu River basin and what role do they play in the hydro-sedimentary dynamics?
(ii) What is the importance of spatial and temporal scales in the analysis of the hydro-sedimentary dynamics with regards to sediment sources, extreme hydrological events, transfer paths and the most favorable accumulation areas?
The scientific methodology that we adopted followed a perspective that shifted from the general to the specific.
In the first part of the thesis, the analysis was carried out at the scale of the whole basin, in order to highlight the physico-geographical factors, as well as the man-made ones, controlling the liquid and solid fluxes. The issues that we approached refer to the connectivity between sources – transfer – accumulation areas, hydrological variability and the relationship between the solid and the liquid discharge, the geomorphological mapping of alluvium-generating processes.
In the second part of the thesis, we shifted from the systemic perspective of the whole Jiu River Basin towards a smaller scale, both spatially and temporally, able to reflect the role of extreme hydrological events (the largest floods recorded in Jiu River Basin) in the hydro-sedimentary dynamics and the contribution of its main sub catchments in the sediment transfer. From a methodological point
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of view, in this part of the thesis we moved from the classical, geographical and hydrological methods, employed in the first part (based on mapping and the spatial analysis in a GIS environment, as well as by statistical processing of data series) towards a complex methodology, integrating hydrological analysis (on the basis of flood indices), field research (the identification of a sediment deposition site) and the complex analysis of fine sediments in the laboratory (through techniques belonging to colorimetric tracing, geochemistry, organic petrology).The results of our research connected the elements and factors behind the hydro-sedimentary dynamics at various spatial and temporal scales into a systemic vision. The laboratory analyses (at micron scale of the sediment sample), the study of flood events (at daily, seasonal and annual timescale and at the level of the sub-catchments) and the hydrological, geographical and geomorphological analyses of Jiu watershed’s particularities have contributed to a better understanding of the hydro-sedimentary dynamics, offering original insight into potential sediment sources, the composition and quantity of sediments and the transfer paths they follow in the system of Jiu River’s watershed.
Key words: systemic analysis, Jiu River watershed, coal, hydro-sedimentary dynamics, spatial and temporal scales, flash floods
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Rezumat
Lucrarea de doctorat cu titlul « Dinamica hidro-sedimentară a bazinului râului Jiu. Abordare sistemică și multiscalară » și-a propus să cerceteze modul în care se relizează dinamica fluxurilor lichide și solide în cadrul bazinului hidrografic al râului Jiu, la diferite scări spațiale și temporale. Bazinul supus cercetării se extinde pe o suprafață de 10080 km2 în partea de sud-vest a
României (în regiunea Olteniei), râul Jiu (cu o lungime de 339 km) fiind unul dintre cei mai importanți afluenți ai Dunării din această parte a țării.
În contextul actual al necesității elaborării unor planuri de management bazinal cât mai complexe, cu caracter integrat, care să includă ansamblul factorilor naturali și antropici care controlează scurgerea lichidă și solidă și procesele asociate, prezenta lucrare oferă informații valoroase și originale privind dinamica hidro-sedimentară din bazinul Jiului, rezultate dintr-o abordare transdisciplinară la diferite scări spațiale și temporale.
Bazinul studiat se caracterizează prin particularități geografice complexe, impuse de diversitatea factorilor naturali (geologici, morfologici, climatici, edafici, fitologici) și socio-economici. Din punct de vedere economic, un element care conferă individualitate bazinului Râului Jiu îl reprezintă prezența și exploatarea cărbunelui în sectorul superior (huilă) și cel mijlociu (lignit). Existența resurselor de cărbune a fost valorificată în prezenta lucrare pentru a studia dinamica hidro-sedimentară pe baza analizei, prin diferite metode de laborator, a conținutului de cărbune și a elementelor asociate din eșantioanele de aluviuni recoltate din albia râului Jiu și a principalilor afluenți. Considerăm că utilizarea cărbunelui ca trasor hidro-sedimentar reprezintă un element de originalitate al acestei lucrări.
Teza își propune să răspundă următoarelor întrebări principale:
1. Care sunt factorii naturali și antropici care contribuie la producția și transferul fluxurilor lichide și solide la nivelul bazinului râului Jiu și care este rolul acestora în dinamica hidro-sedimentară?
2. Care este importanța scărilor spațiale și temporale în analiza dinamicii hidro-sedimentare în ceea ce privește sursele de sedimente, evenimentele hidrologice extreme, căile de transfer și zonele predilecte de acumulare ?
Demersul metodologic adoptat a urmărit o optică de la general la particular.
În prima parte a tezei, analizele se realizează la scara întregului bazin în vederea evidențierii particularităților factorilor fizico-geografici și antropici care controleză fluxurile lichide și solide. Aspectele tratate se referă și la conectivitatea sursă – transfer – zonă de depunere, variabilitatea hidrologică și relația dintre debitul lichid și solid, cartarea proceselor geomorfologice generatoare de aluviuni.
În cea de-a doua parte a tezei, de la perspectiva sistemică asupra întregului bazin al râului Jiu se ajunge la o scară mai redusă, atât din punct de vedere spațial cât și temporal, pentru a identifica rolul evenimentelor hidrologice extreme (viiturile cele mai mari înregistrate în bazinul râului Jiu) în dinamica hidro-sedimentară și contribuția sub-bazinelor la transferul sedimentelor fine. Din punct de vedere metodologic, în această parte a tezei se trece de la metodele clasice geografice și hidrologice utilizate în
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prima parte a lucrării (bazate pe reprezentarea cartografică și analiza spațială în mediul SIG și pe prelucrarea statistică a seriilor de date), la o metodologie complexă, ce integrează analiza hidrologică (pe baza unor indici de viituri), cercetarea de teren (identificarea unui sit de acumulare a sedimentelor și prelevarea de eșantioane) și analiza sedimentelor fine în laborator (utilizând tehnicile colorimetrice, geochimice și ale petrologiei organice).Rezultatele cercetării au pus în legătură factorii dinamicii hidro-sedimentare la diferite scări spațio-temporale, într-o viziune sistemică. Analizele de laborator (scara micronică a eșantionului), cele ale viiturilor (la scară diurnă, sezonieră si anuală și contribuția sub-bazinelor hidrografice), precum și cele ale particularităților hidrologice, geografice și geomorfologice la nivelul bazinului râului Jiu contribuie la o mai bună cunoaștere a dinamicii hidro-sedimentare, oferind informații originale privind sursele potențiale de sedimente, compoziția lor și modalitățile de transfer ale acestora la nivelul bazinului hidrografic studiat.
Cuvinte cheie: analiză sistemică, bazinul hidrografic al râului Jiu, cărbuni, dinamica hidro-sedimentară, scări spațio-temporale, viituri
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Liste des figures
Figure Pg
Figure II.1. Le concept de système fluvial 13
Figure II.2. La structure de la cascade de sédiments des zones source vers les zones de dépôt des sédiments et la continuité relative des sédiments dans chaque stockage en l'absence de crue 14 Figure II.3. Vecteurs d’altération du système fluvial de l’Isère (b.v. du Rhône) 15 Figure II.4. Schéma de l’équilibre dynamique entre les facteurs de contrôle et de réponse d’un système
fluvial 15
Figure II.5. Approches complexes dans la géomorphologie fluviale et les sciences connexes du système fluvial, budget des sédiments, flux de sédiments et milieux de stockages 16
Figure II.6. L’hydrosystème avec ses 3 axes 17
Figure II.7. La représentation des processus d’érosion, transport et accumulation sous la forme d’un
tapis roulant 18
Figure II.8. Illustration des trois zones longitudinales d’un système fluvial (ou bien les 3 zones de la première dimension s’un hydrosystème. L’exemple du bassin de la rivière Motru, affluent de premier ordre de la rivière Jiu
19
Figure II.9. L’idéalisation du système fluvial, du système partial et du hydrosystème 21 Figure II.10. Les échelles spatio-temporelles d’analyse du système fluvial 22 Figure II.11. Liens et découplages spatio-temporelles entre géoarchéologie, stratigraphie, hydrologie
et géomorphologie fluviale 23
Figure II.12. Schéma de la fréquence de l’utilisation des échelles spatiales et temporelles dans l’étude
des systèmes fluviaux 24
Figure II.13. L’importance de l’échelle spatiale choisie dans les analyses cartographiques d’un
système fluvial 27
Figure II.14. Schéma de base d’une analyse de connectivite 30
Figure II.15. Schématisation des échelles spatiales et temporelles comprises par différentes catégories de mesures et analyses hydrologiques, hydro-sédimentaires et géomorphologiques 32 Figure III.1. Le bassin versant de la rivière Jiu et sa localisation 46 Figure III.2. Repérage hydrologique du bassin de la rivière Jiu 48 Figure III.3. Caractéristiques principales administratif-territoriales 49
Figure III.4. La carte géologique du bassin de la rivière Jiu 51
Figure III.5. La carte hypsométrique du bassin de la rivière Jiu 54 Figure III.6. Les unités morphologiques du bassin de la rivière Jiu en conformité avec la Carte des
Unités de Relief de la Roumanie 55
Figure III.7. Le profil longitudinal de la rivière Jiu 57
Figure III.8. Secteur de gorges dans la vallée de Sohodol dans le secteur supérieur de la rivière de Runcu (aout 2017): a. vallée type canyon ; b. système de caves (nommé « Les narines ») 60 Figure III.9. La vallée de la rivière Jiu dans le secteur des gorges : a. Secteur avec le lit pavé des galets ; b. La rivière Jiu à la sortie des gorges, vers la Dépression subcarpatique de Târgu Jiu 60 Figure III.10. Relief dépressionnaire subcarpatique : a. Vallée de la Gilort dans la dépression de Novaci (février 2016); b. Vallée de la Jiu dans la dépression de Târgu Jiu (juin 2017) 61 Figure III.11. Relief typique développé sur des calcaires dans le Plateau de Mehedinţi (juillet 2018): a. Pont naturel karstique, connu sur le nom de « Pont de Dieu », utilisé comme voie routière; b. Champ des lapiaz ; c. Le système de lacs karstiques (le lac Zăton) en période sèche (on peut distinguer la cuvette seulement), délimité par la ligne bleue ; et d. la cave de Ponoarele
62
Figure III.12. Relief collinaire dans le Piémont Gétique : a. Les collines de Coșuștea (mai 2016); b. Les collines de Jilț dans la zone d’exploitation du lignite (juin 2017) 63 Figure III.13. Relief de plaine au long de la rivière Jiu : a. La plaine dans le secteur inferieur aval Craiova (juillet 2017); b. Le champ d’inondation de la Jiu en aval de Zăval, avec une ouverture de dépôts de lœss sur le front de la terrasse (février 2016)
64 Figure III.14. Corrélation entre la température moyenne multiannuelle et l’altitude des stations météorologiques analysées. Toutes les 13 stations ont été utilisées pour obtenir la régression 66 Figure III.15. Variation spatiale de la température moyenne annuelle de l’air dans le bassin de la Jiu 67
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Figure III.16. Variabilité des températures moyennes annuelles (1961 – 2013) aux stations situéesdans le b.v. de la rivière Jiu 68
Figure III.17. Boite à moustaches des températures minimales 69
Figure III.18. Boite aux moustaches des températures maximales mensuelles 69 Figure III.19. Variation des températures moyennes mensuelles dans la région d’étude (1961 – 2013) 70 Figure III.20. Corrélation entre les précipitations annuelles (moyennes pour la période 1961 – 2013)
et l’altitude des stations analysées 71
Figure III.21. Répartition des précipitations annuelles (moyennes pour la période 1961 – 2013) dans
le bassin de la rivière Jiu 72
Figure III.22. Variation pluri-annuelle des précipitations maximales mensuelles aux 8 stations étudiées 73 Figure III.23. Fréquence des types des années pluviométriques aux stations analysées en fonction du
critère de Hellman 74
Figure III.24. Système de classification de l’ISP 75
Figure III.25. Evolution de l'indice standardisé des précipitations (ISP) pour la période 1961 – 2013 76 Figure III.26. Fréquence des mois avec excédent pluviométrique aux stations météorologiques
analysées (1961 – 2013), conformément à l’ISP 77
Figure III.27. Répartition par la méthode du krigeage des précipitations mensuelles moyennes, minimales et maximales aux stations étudiées pour la période 1961 – 2013 78 Figure III.28. La classification des mois en fonction des valeurs de l’indice de pluie extrême (IPE) aux
stations analysées (période 1961 – 2013) 79
Figure III.29. Diagrammes Péguy aux 8 stations météorologiques analysées (1961 – 2013) : a. Craiova; b. Bechet; c. Obârșia Lotrului; d. Padeș; e. Parâng; f. Petroșani; g. Târgu Jiu; h. Târgu Logrești 80 Figure III.30. Le bassin hydrographique de la rivière Jiu et les bassins voisins 81 Figure III.31. La représentation schématique du développement du bassin de la rivière Jiu. 83 Figure III.32. La distribution du bassin hydrographique de la rivière Jiu par classes altitudinales 84 Figure III.33. Le bassin de la rivière Jiu et les sous-bassins de ses plus grands affluents 86 Figure III.34 Les cartes de densité de drainage du réseau (A) et hydrographique (B) 91 Figure III.35. La classification du réseau hydrographique du bassin versant de la rivière Jiu par la
méthode de Strahler 93
Figure III.36. Statistique des segments de différents ordres selon la classification de Strahler. Relation
entre l’ordre Strahler et la longueur du segment 94
Figure III.37. La répartition des sols dans le bassin de la rivière Jiu (adaptation selon la carte roumaine
des unités pédologiques à l’échelle de 1:200.000) 97
Figure III.38. La répartition des groupes hydrologiques selon les classes texturales (A, B, C et D) du
sol dans le bassin de la rivière Jiu 100
Figure III.39. Carte de l’utilisation des sols dans le bassin de la rivière Jiu (CLC, 2018) 101 Figure III.40. Les étapes de réalisation d’une base de données cartographique CLC corrigée 102 Figure III.41. Gains et pertes en superficie résultés du changement de classe CLC ou de l’ajustement
des limites de certaines classes 105
Figure III.42. La statistique de l’occupation des sols dans le bassin de la rivière Jiu, selon la base de
données Corine Land Cover 2018, corrigée 106
Figure III.43. Unités administratives et population : A. La localisation des villes dans le bassin de la rivière Jiu ; B. La population des unités administratives territoriales ; C. La répartition de la population selon les milieux urbain et rural (synthèse sur les 4 départements).
107 Figure III.44. La localisation des bassins d’exploitation du charbon et des réservoirs dans le bassin de
la rivière Jiu 108
Figure III.45. Le bassin charbonnier de Petroșani (Champ minier «La Vallée de la Jiu ») 110 Figure III.46. La carte du bassin charbonnier de Motru – Rovinari et des exemples de photos de chacun
des 4 champs miniers 111
Figure III.47. Aménagements existants ou en construction sur la rivière Jiu entre la sortie du secteur
montagne et la ville de Târgu Jiu 113
Figure III.48. Schéma de l’aménagement hydrotechnique complexe Cerna - Motru – Tismana 114 Figure III.49. Le flux de travail pour la classification des changements dans les superficies forestières du bassin supérieur de la rivière Jiu dans la période 2000 – 2012 118 Figure III.50. Représentation des modifications de la végétation forestière (1990-2012) survenant dans
la partie supérieure du bassin de la rivière Jiu 119
Figure IV.1. La définition de la TTMD schématisée 124
xiv
Figure IV.3. Cartes de la spatialisation des variables prédictives géologiques et pédologiques utiliséesdans l'analyse multivariée dans le b.v. de la rivière Jiu 129 Figure IV.4. Distribution spatiale des catégories de la couverture du sol considérées comme facteurs susceptibles pour la variation des TTMD dans les rivières du b.v. de la Jiu (à gauche) et situation des superficies affectées par différentes destinations de l’utilisation du terrain (à droite)
131
Figure IV.5. Diagramme des composantes ACP 132
Figure IV.6. Valeurs tournées de la contribution de chaque variable à l’ACP 133 Figure IV.7. Tendances et modèles dans le partage des caractéristiques communes des bassins versants
situés en amont des points de mesure 133
Figure IV.8. Corrélations post-régression (TTDM prévu et valeurs explicatrices) 134 Figure IV.9. Les zones ciblées pour la cartographie des processus géomorphologiques dans le b.v. Jiu 136 Figure IV.10. Schéma conceptuel du budget d’alluvions ajusté à la problématique des sources de
sédiments fins dans le bassin de la rivière Jiu 137
Figure IV.11. Schéma des 5 processus géomorphologiques cartographiés. A – Glissements de terrain ; B - Ravines ; C - Coulées ; D - Chutes de pierres ; E - Erosion en superficie (ou en nappe) 139 Figure IV.12. Représentation des processus géomorphologiques cartographiés le long des rivières principales : A – La fréquence absolue des processus géomorphologiques et leur profondeur ; B – La répartition des processus géomorphologiques sur les rivières ; C – La carte des processus géomorphologiques en fonction de leur superficie
146
Figure IV.13. Trois exemples de glissements de terrain différenciées par leur profondeur 146 Figure IV.14. Exemples de processus géomorphologique cartographié : coulées, ravines, chutes de
pierres, érosion en nappe 147
Figure IV.15. Statistique des superficies occupées par les processus géomorphologiques selon les
formations lithologique 148
Figure IV.16. La répartition spatiale des processus géomorphologiques selon la lithologie 150 Figure IV.17. Proportion des groupes lithologiques associées aux processus géomorphologiques 151 Figure IV.18. La répartition spatiale des tas de stériles dans les deux bassins d’extraction du charbon:
A. Secteur supérieur de la rivière Jiu; B. Secteur moyen 153
Figure IV.19. Deux exemples de localisation des tas de stérile (terril) dans les bassins de la Jiu de l’Est
(à gauche) et Motru – Rovinari (à droite) 154
Figure IV.20. La lithologie des endroits avec des terrils de charbon affectés par les processus
géomorphologiques 154
Figure IV.21. Exemples des endroits d’extraction de granulats (gravières) sur les rivières du b.v. Jiu 154 Figure IV.22. Les formes d’accumulation dans les lits des rivières 155 Figure IV.23. La position des formes d’accumulation dans les lits des rivières par rapport aux gravières. A. La Jiu à Bumbești Jiu ; B. Confluence entre les rivières Bratcu et Jiu dans le secteur des gorges ; C. Confluence entre les rivières Porcul et Amaradia Pietroasă ; D. La rivière Gilort
156 Figure IV.24. Relation de distance entre les gravières et les accumulations de lit (ligne rouge) et entre
les tas de stériles et les rivières (ligne bleue) 157
Figure IV.25. Relation entre le nombre des processus de versant et la distance par rapport aux formes
d’accumulation (les cordons de sable) 157
Figure IV.26. Relation entre le nombre de processus géomorphologiques et la distance par rapport aux
terrils de charbon 158
Figure IV.27. Les trois types d’obstacles dans la connectivité sédimentaire (zones tampons ; barrières ; couvertures) (les photos sont tirées lors de nos missions de terrain dans le b.v. Jiu) 161 Figure IV.28. Illustration schématique de la connectivité et la dis-connectivité latérales 162 Figure IV.29. Le concept et les composantes pour le calcul de l’indice de connectivité (IC) 165 Figure IV.30. Le schéma des étapes de calcul de l’indice de connectivité (IC) 168 Figure IV.31. La comparaison entre les deux modèles altitudinaux utilisés 169 Figure IV.32. Le schéma de mosaïquage des deux modèles numériques de terrain (ALOS Palsar pour le bassin de la rivière Jilț et EU-DEM pour le reste du bassin de la Jiu) 170 Figure IV.33. Les changements altimétriques (DoD) entre 1980 et après 2000 pour le bassin de la rivière Jiu (à droite en haut) et pour le bassin de la rivière Jilț (à gauche et en bas de la partie droite) 172 Figure IV.34. Le seuillage du réseau hydrographique en fonction de la proximité des objectifs miniers dans le bassin versant de la Jiu. Les seuils choisis à représenter correspondent aux valeurs maximales, minimale et aux deux des valeurs intermédiaires de la superficie de drainage amont des pixels considérés sources du réseau à chaque essai
