La Potamologie ou la Science des Rivières

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1 La Potamologie ou la Science des Rivières Que devons-nous savoir au sujet des rivières Que ne savons-nous pas (encore) Potamologie 1 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

2 Contenu des exposés Introduction: pourquoi une approche potamologique Importance du contexte géomorphologique Notions de fluviomorphologie Rappels de notions d hydraulique fluviale et d ingénierie fluviale Illustrations par des cas Potamologie 2 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

3 L approche potamologique Du Grec «Potamos» = fleuve ou rivière et «Logy» = science ou traité Le terme existe depuis longtemps mais a été repris aux USA dans les années 50 lorsque les ingénieurs ont commencé a réaliser les erreurs de conception d ouvrages, après quelques incidents et accidents d ouvrages Fort abandonné depuis trente ans, il est à nouveau utilisé, de plus en plus Potamologie 3 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

4 L approche potamologique Ne se limite pas à l hydraulique et aux transports de sédiments, mais prends aussi en considération tous ce qui affecte le comportement des cours d eau : Géologie, géotechnique, mécanique des roches Climat, hydrologie, hydrogéologie Ecologie, biologie, chimie Tous les impacts humains Histoire Potamologie 4 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

5 Mais notre société a aussi changé L ingénieur était auparavant un décideur, mais n est plus seul à décider L hydroinformatique s est développée très rapidement, l ingénieur devenant un utilisateur plutôt qu un développeur Les logiciels sont devenus des produits commerciaux Potamologie 5 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

6 Mais notre société a aussi changé L éducation a évolué, avec moins de praticiens dans l enseignement (et souvent moins d hydraulique dans les curricula et moins d approche «physique» L écologie, mais aussi les aspects sociaux et politiques interfèrent dans les processus de prises de décision (voir les oppositions contre les barrages dans le monde) Potamologie 6 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

7 Morphologie des cours d eau Les cours d eau se sont formés, adaptés depuis les temps les plus anciens et se transforment constamment sous l effet de: Facteurs naturels (géologie, topographie, tectonique, climat, régime hydrologique ) Activités humaines dans les bassins versants (agriculture, défrichements, constructions, routes, ) et dans les cours d eau (seuils, barrages, épis, revêtement de berges, digues) Potamologie 7 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

8 Contexte Géomorphologique Représentation classique montrant les 3 zones d un cours d eau : bassin supérieur incisé, bassin médian en pseudo-équilibre et bassin inférieur de dépôt Potamologie 8 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

9 Le(s) sous-bassin(s) supérieur(s) Les apports de sédiments sont déterminés par: la géologie et la topographie des bassins la tectonique, les éboulements et glissements de terrain, les érosions le couvert végétal les activités agricoles, défrichements constructions, routes Mais la composition des sédiments peut fortement différer (ex: Fleuve Jaune, Sénégal, Piraï, ) Potamologie 9 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

10 Le(s) sous-bassin(s) médian(s) Sédiments en transit au lieu d incision ou dépôt Potamologie 10 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

11 Le(s) sous-bassin(s) inférieurs(s) Sédiments fluviaux et marins dans les : estuaires lagunes deltas Exemple du Fleuve Ebre en Espagne, évolution d estuaire en delta, accélérée avec la déforestation au XIVème siècle Potamologie 11 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

12 Le(s) sous-bassin(s) inférieurs(s) Les cours inférieurs ne sont généralement pas en équilibre morphologique suite au changements climatiques (Holocène) cas de la Loire Figure niveaux des océans: Potamologie 12 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

13 Contexte géomorphologique: importance Il faut réaliser que la plupart des cours d eau subissent des influences diverses naturelles (tectoniques, climatiques, hydrologiques, sédimentologiques) à part les influences humaines Certains cours d eau ont pu atteindre une sorte de «maturité» morphologique, d autres ne sont pas encore en «équilibre» Nous devons réaliser qu il n est pas possible de gérer ou d aménager les cours d eau si leur évolution naturelle n est pas prise en compte Potamologie 13 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

14 Contexte géomorphologique: importance Tout projet fluvial devrait commencer par une phase de diagnostic dans laquelle la situation géomorphologique devrait être centrale Les études de projet devraient évaluer les effets anthropiques sur la morphodynamique L ingénierie fluviale doit prendre en compte la probable «réponse» du cours d eau induite par le projet, de façon à ce que les ouvrages gardent leur efficacité lorsque surgiraient des nouveaux changements morphologiques (cas du Var) Potamologie 14 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

15 Contexte géomorphologique: importance Les ingénieurs et projeteurs doivent re(connaître) tous les processus responsables des changements morphologiques, pas seulement hydrauliques et transport de sédiments La morphologie d un cours d eau doit être comprise au travers des processus, pas en utilisant des catégories ou classes de rivières Développer des outils (modèles ou autres) en fonction de catégories peut être dangereux, car la réalité est bien plus complexe que la théorie Potamologie 15 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

16 Typologie sur base des formes en plan Il est possible d établir une topologie des rivières sur base de la forme en plan, sur l existence de bancs de sables, seuils ou îles Cependant, les processus physiques à la base de la morphologie ne sont pas encore bien compris; l ingénierie fluviale de peut attendre que cette connaissance devienne disponible A part (ou au lieu) de classifier, il vaut mieux tenter de comprendre les processus, d établir un diagnostic avec toutes les informations et données Potamologie 16 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

17 Typologie sur base des formes en plan Potamologie 17 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

18 Cours tressé ou à méandres Il n y a pas de théorie acceptée universellement pour expliques les causes Il existe un consensus sur l importance du débit et de la pente, mais le rôle du transport de sédiment reste peu clair Sur base de ces paramètres, Leopold & Wolman (1957) ont analysé un grand nombre de cours d eau et le graphique peut être pratique Cependant, les rivières «droites» peuvent exister seulement à cause du contexte géomorphologique Potamologie 18 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

19 Cours tressé ou à méandres Potamologie 19 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

20 Cours tressé ou à méandres Beaucoup d experts croient au principe du débit «formant», d habitude pris comme le débit de plein bord, lié d une certaine façon au débit annuel moyen. Par contre, pour nous la forme de l hydrogramme de crue et son histoire ont une importance bien plus grande Potamologie 20 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

21 Cours tressé ou à méandres rectiligne à méandres tressé Potamologie 21 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

22 Cours d eau à méandres Rivière Ichilo, Amazonie Bolivienne Potamologie 22 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

23 Cours d eau tressé ou à méandres? Rivières de l Amazonie Bolivienne avec des méandres réguleirs, tortueux, mais aussi des parties à tresses et anabranchées dans le même système fluvial Potamologie 23 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

24 Forme d équilibre Lane développa une théorie pratique permettant d estimer la tendance d évolution morphologique en disant que le produit du débit liquide et de la pente hydraulique reste proportionnel au produit de la charge sédimentaire transportée et de la dimension des particules solides Cette théorie (qualitative) permet d estimer la réponse d un cours d eau à des modifications des régimes hydrologiques et sédimentaires Potamologie 24 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

25 Morphologie fluviale - Conclusions Il faut changer de paradigme, ne plus se lancer tête baissée dans des modélisations, mais commencer par un diagnostic potamologique : Développements historiques, causes des changements Contexte géo-fluvio-morphologique Nature et sources des sédiments, ainsi que modes de transport Recherche des causes possibles des changements morphologiques Comprendre le comportement du lit fluvial pendant les crues (étiage représentatif pour la crue?) Potamologie 25 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

26 Illustrations Cours d eau de type Alpin: Fleuve El Novillero (Chiapas, Mexico) Fleuve Var (France) Les différences: Géologie, climat, régime des pluies, occupation des sols Présence ou absence de plaine alluviale Potamologie 26 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

27 Potamologie 27 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

28 Glissement de terrain suite à des pluies diluviennes (1200 mm en 3 jours) avec obstruction dans le lit du cours d eau Potamologie 28 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

29 L incident du 28/09/1998 Le barrage naturel suite au glissement de terrain a provoqué une accumulation des eaux Le barrage a sauté et les gros débris ont été arrêtés par le pont, formant un nouveau barrage Celui-ci a explosé et l onde produite a submergé le village de Valdivia avec de l eau et 3 à 4 m de sédiments, ensevelissant toutes les habitations et tuant les habitants Potamologie 29 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

30 Vue de la colline et du fleuve canalisé juste en aval du pont = Pont routier A = village Valdivia = Nouveau pont ferroviaire En voiture dans Valdivia au niveau des toits (1999) Potamologie 30 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

31 Nouvel incident en 2005 Image Google avant 2005 Image Google après la nouvelle crue Potamologie 31 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil

32 Mais parfois différences notables Les cours d eau se sont formés, adaptés depuis les temps les plus anciens et se Potamologie 32 Prof. Em. Ir. J.J. Peters Ingénieur conseil