De l évaluation à l optimisation des travaux d entretien d un lit fluvial l exemple de la collaboration chercheurs gestionnaires en Loire moyenne

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Mireille Lachapelle
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Walphy, Namur, Octobre 2013 De l évaluation à l optimisation des travaux d entretien d un lit fluvial l exemple de la collaboration chercheurs gestionnaires en Loire moyenne NABET Fouzi (1), GAUTIER

1 Walphy, Namur, Octobre 2013 De l évaluation à l optimisation des travaux d entretien d un lit fluvial l exemple de la collaboration chercheurs gestionnaires en Loire moyenne NABET Fouzi (1), GAUTIER Emmanuèle (1), BRAUD Stéphane (2) (1) Laboratoire de Géographie Physique UMR 8591 CNRS - Université Paris 1 (2) DREAL Centre - Service Loire et bassin Loire-Bretagne - Département études et travaux Loire

2 Cadre scientifique Zone Atelier Loire (CNRS Inee, depuis 2001) : co-évolution passée et actuelle des processus physiques et des sociétés humaines Programme PATRA ( ) : rôle des aménagements fluviaux Patrimoine et trajectoires paysagères des vallées ligériennes Financement de thèse de Fouzi Nabet (FEDER Région Centre - Etablissement Public Loire, )

3 La collaboration avec les gestionnaires Cadre de gestion du fleuve Collaboration avec : - Direction Régionale de l Environnement (Dreal) - Service Loire - Plan Loire Grandeur Nature Etablissement Public Loire - DDT : AITL (travaux du lit), Service des Voies Navigables & Centre Technique de Blois - Réserve Naturelle Nationale du Val de Loire - Conservatoires d Espaces Naturels (Régions Centre et Bourgogne)

4 Deux objectifs principaux 1. Analyse du problème d incision et du réajustement du lit de la Loire plus de 10 ans après l arrêt des extractions de granulat Comment intervenir au sein du lit mineur pour favoriser la recharge sédimentaire du chenal principal? 2. Analyse du rôle des chenaux secondaires dans la recharge sédimentaire du chenal principal Comment améliorer la reconnexion hydrologique et sédimentaire des bras secondaires au chenal principal?

Phase 1 - Analyse de l évolution historique du fleuve Du Moyen-Age - fin du 19 ème siècle : une bande active large occupée par des chenaux multiples Première moitié du 20 ème siècle: Une colonisation

5 Phase 1 - Analyse de l évolution historique du fleuve Du Moyen-Age - fin du 19 ème siècle : une bande active large occupée par des chenaux multiples Première moitié du 20 ème siècle: Une colonisation progressive du chenal par la végétation : chenalisation : fermeture des bras secondaires, colonisation végétale, enfoncement du lit Aujourd hui : entretien du lit par les services de l Etat (S. Grivel, 2008)

6 Phase 1 - Analyse des processus bio-physiques - un chenal principal profondément incisé - une raréfaction des bras secondaires - un perchement de la forêt alluviale - une diminution des zones humides - une érosion de la biodiversité

7 - Une végétation pionnière qui piège les sédiments - Extension de la végétation & pérennisation - Fermeture et perchement des bras

8 Deux origines principales 1. L évolution des conditions hydrologiques

2 e origine - Les extractions de sédiments massives dans le lit de la Loire et de ses affluents -La France après la 2 e Guerre Mondiale : une reconstruction nécessaire -Fin des années 1960 : La

9 2 e origine - Les extractions de sédiments massives dans le lit de la Loire et de ses affluents -La France après la 2 e Guerre Mondiale : une reconstruction nécessaire -Fin des années 1960 : La construction des villes nouvelles en périphérie de Paris (Evry, Saint- Quentin en Yvelines, Marne-la-Vallée ) = un besoin en béton Orléans en 1941 ( Evry ville nouvelle ( Des lits fluviaux très exploités par les extractions de sédiments des années 1950 aux années 1990 Sur la Loire : 225 millions de tonnes

Intervention par les services de l Etat chargés de la gestion et de l entretien du lit de la Loire Dévégétalisation Scarification, étrépage Réouverture de chenaux Reconnexion de zones

10 Intervention par les services de l Etat chargés de la gestion et de l entretien du lit de la Loire Dévégétalisation Scarification, étrépage Réouverture de chenaux Reconnexion de zones humides 3 objectifs : - Étaler la ligne d eau de crue dans les bras secondaires - Enrayer l enfoncement du chenal principal - Diversifier les habitats Peu de suivi des effets des travaux

11 Amont Conditions de maintien des bras secondaires : favoriser leur mise en eau - maintien d un différentiel de pente - limiter les interventions aux bouchons alluviaux à l aval et aux sections médianes des bras Optimiser les travaux d entretien & assurer l évaluation de leur efficacité Aval

12 Premières propositions d intervention Remise en cause de la reconnexion par l amont des chenaux secondaires Collaboration Dreal, RNNVL CEN Bourgogne DDT SHVN Laboratoire de Géographie Physique (CNRS Université Paris 1)

Les méandre de Guilly N Orléans 1- Les méandres de Guilly 2- La Charité

13 Phase 2 - Sélection des sites ateliers -Trois sites ateliers, des exemples de deux signatures géomorphologiques anastomose & méandrage Les méandre de Guilly N Orléans 1- Les méandres de Guilly 2- La Charité sur Loire & 3- Mesves sur Loire Le Bec d Allier Mesves La Charité sur Loire 13

aériennes (1850 à 2005) Modélisation numérique -forces tractrices -puissance

14 Méthode et outils Une approche systémique intégrant Une analyse Des formes en plan Topographique et Bathymétrique Granulométrique Des lignes d eau Cartes et images aériennes (1850 à 2005) Modélisation numérique -forces tractrices -puissance spécifique -Durée - fréquence de submersion des unités morphologiques -Profils de lignes d eau depuis 1850

15 Méthodologie expérimentale : Suivi de l évolution du couvert végétal par ballon captif Enveloppe PVC Nacelle électronique et appareil photo haute résolution Console de contrôle avec retour vidéo

16 1 e interrogation : l arrêt des extractions industrielles de sédiment depuis les années 1990 a-t-il suffi à enrayer l enfoncement du lit?

17 Une approche systémique à échelle moyenne Analyse des lignes d'eau

Résultats : spatialisation de l enfoncement du lit fluvial 1978 2005 14 cm 14 cm 37 cm 69 cm

18 Résultats : spatialisation de l enfoncement du lit fluvial cm 14 cm 37 cm 69 cm - Abaissement : 318 km, soit 91 % du linéaire. - Exhaussement : 31 km, soit 9 % du linéaire.

19 Une incision qui se poursuit après l interdiction des extractions en lit mineur 24 cm 7 cm 3 cm 2 cm 8 cm cm 4,5cm 5cm 10cm - Abaissement : 245 km soit 70 % du linéaire. - Exhaussement : 105 km soit 30 %. 12cm 8,5 cm

20 Lien entre extractions de granulat et mode d ajustement du chenal principal Les secteurs à rupture brutale de pente correspondent aux secteurs qui ont connu la plus forte exploitation

Une influence sur le rythme d évolution du couvert végétal Évolution de la bande végétalisée 1990-2010 (Braud & Latapie 2012) 180

21 Une influence sur le rythme d évolution du couvert végétal Évolution de la bande végétalisée (Braud & Latapie 2012) 180 m 120 m 160 m 160 m 120 m 120 m 70 m 60 m 60 m Bec d Allier Cosne Gien Orléans Blois Tours Évolution du profil en long ( )

22 ynthèse des résultats des trois sites : La Charité-sur-Loire, Mesves et Guilly Évolution spatiale de la bande active dans les trois sites ateliers : Mesves, Guilly et La Charité-sur-Loire ( ). Rythme d évolution de la surface occupée par la bande active dans les trois sites ateliers cette évolution est influencée par la migration du chenal principal et dans une moindre mesure par les actions de dévégétalisation (augmentation de la surface de la bande active).

23 2 e question : les bras secondaires ayant fait l objet de travaux rechargent-ils efficacement le chenal principal en sédiment?

profil en long entre 2005 et 2011, un rehaussement global du fond du

24 Site de La Charité-sur-Loire Évolution du profil en long du chenal principal : influence de la crue de novembre 2008 Évolution du profil en long entre 2005 et 2011, un rehaussement global du fond du lit en 2009 et un inversement de tendance en 2011 sur l ensemble du profil.

25 Site de La Charité-sur-Loire, chenal secondaire restauré N déplacement du stock sédimentaire vers l aval Valeurs moyennes érosion : 10 cm. sédimentation : 7 cm Valeurs moyennes érosion : 24 cm. sédimentation : 19 cm 500 m Valeurs moyennes érosion : 18 cm. sédimentation : 4,5 cm Partie aval Partie médiane Partie amont

26 Des conditions hydrologiques très variables Novembre

principal Synthèse de l évolution topographique des

27 Site atelier de Mesves, bras principal Poursuite de l incision du plancher alluvial dans le chenal principal Synthèse de l évolution topographique des profils transversaux ( ), site atelier de Mesves.

Site de Mesves, MNT du bouchon alluvial à l aval du bras secondaire 2008 2010 : Une Site de Mesves : évolution alternance topographique de phases du bras de sédimentation secondaire ( 2004 et d

28 Site de Mesves, MNT du bouchon alluvial à l aval du bras secondaire : Une Site de Mesves : évolution alternance topographique de phases du bras de sédimentation secondaire ( 2004 et d érosion 2010) Un 2008 rehaussement moyen de 30 cm 2009 / an 2010 Rive gauche Profil n 1 Rive droite Profil n 2 Profil n 3 Profil n 4 Bilan sédimentaire : m m 3 28

29 Site des méandres de Guilly Mouilles Atterrissements Formation des îles au milieu du chenal Une anomalie dans la répartition spatiale des mouilles et des atterrissements

30 Bilan sédimentaire de l amont du site de Guilly : sédimentation Évolution topographique du plancher alluvial entre 2008 et 2010 (Partie amont). «on constate l existence de zones préférentielles d érosion et de sédimentation en dehors des périodes de crues».

31 Bilan sédimentaire de la section médiane : une tendance permanente à la l érosion Évolution topographique du plancher alluvial entre 2008 et 2010 (Partie médiane).

32 Bilan sédimentaire de la section aval : une tendance permanente à l érosion Évolution topographique du plancher alluvial entre 2008 et 2010 (Partie amont).

Site des méandres de Guilly Évolution topographique du profil en long (1995 2010) Site atelier de Guilly, chenal principal N 1000 m «Un abaissement d une valeur moyenne de

33 Site des méandres de Guilly Évolution topographique du profil en long ( ) Site atelier de Guilly, chenal principal N 1000 m «Un abaissement d une valeur moyenne de 58 cm, soit un rythme moyen annuel de 4 cm» Les valeurs relevées au niveau des berges concaves (mouilles) varient entre 1 m et 2 m, soit un rythme variant de 7 à 12 cm/an.

34 Site des méandres de Guilly Une omniprésence de seuils durs susceptibles d influencer le transport solide

35 Synthèse des sites des résultats inégaux

36 Optimisation des travaux de restauration

des petits chenaux île Renforcement de pied de levée

37 Perspectives locales de restauration Site atelier des méandres de Guilly Atterrissements végétalisés Ouverture des petits chenaux île Renforcement de pied de levée Dévégétalisation des atterrissements pour éviter l extension des îles

38 Perspectives locales de restauration Site atelier de Mesves Suppression de la végétation

39 Une analyse plus globale des conditions hydrologiques Intervenir en fonction des durées de submersion des bras secondaires Grivel, 2008

40 Conclusion La poursuite de l incision du chenal principal Les inconnues & incertitudes : L impact des seuils artificiels sur l évolution topographique et sédimentaire du chenal principal La fréquence, la durée et l intensité des crues Des résultats de travaux de recherche au service des gestionnaires de l Etat impliqués dans les enjeux de lutte contre les risques hydrologiques Nécessité de poursuivre ces collaborations scientifiquesgestionnaires : mise en place de protocoles de suivi et d expérimentation Mais aussi des collaborations chercheurs chercheurs à renforcer

41 MERCI

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