Transport de sédiments dans les bassins versants Approche par la cartographie dynamique
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- Constance Martel
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1 Transport de sédiments dans les bassins versants Approche par la cartographie dynamique David Theler Journée Dangers naturels, Sion,
2 Aperçu Cartographie dynamique ( ) Projets de recherche petits BV torrentiels ( ) Conclusions et perspectives Références Transports de sédiments et cartographie dynamique
3 Cartographie dynamique ( ) 22/11/2012 3
4 Cartographie géomorphologique Budgets Réflexions sédimentaires préliminaires Difficultés d estimer des volumes événementiels Carte des phénomènes Theler (2010), d après Bardou (2002) Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants torrentiels Transports de sédiments et cartographie dynamique
5 Développement d outils de cartographie géomorphologique des petits systèmes torrentiels, permettant une meilleure estimation de l aléa lave torrentielle dans sa dimension géomorphologique, en utilisant le concept de cascade sédimentaire 22/11/2012
6 Développement d outils de cartographie géomorphologique des petits systèmes torrentiels, permettant une meilleure estimation de l aléa lave torrentielle dans sa dimension géomorphologique, en utilisant le concept de cascade sédimentaire = carte permettant d estimer les volumes de matériaux mobilisables par une lave torrentielle 22/11/2012
7 22/11/2012 7
8 22/11/2012 8
9 Cascade sédimentaire Otto et Dikau (2004) Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012
10 Cascade sédimentaire Taux d érosion et de sédimentation Système morphogénéti que Contexte géomorphologique Processus Roche(s) érodées Contexte de la mesure Vitesses d érosion [mm/an - m 3 /km 2 /an] Période Lieu Méthode Min. Max. Moy. Périglaciaire Eboulement Eboulisation Eboulisation Gneiss et micaschistes Gneiss Quartzite Calcaire Actuelle Actuelle Actuelle Actuelle Suisse Hautes-Alpes françaises ( m) La Plagne, Savoie (2400 m) Grande Chartreuse, Isère (2000 m) Cubage des débris rocheux évacués par glacier rocheux en pied de paroi Cubage des débris au pied des parois sur une période de quelques années Cubage des débris piégés au pied des parois sur 3 années Cubage des débris piégés au pied d une paroi sur 1 an ? Actuelle Val d Hérens, Suisse? ? Actuelle Alpes Suisses? ? Actuelle Alpes Suisses? ? Actuelle Alpes Suisses? ? Actuelle Alpes Suisses? ? Actuelle Alpes françaises? ? Actuelle Alpes françaises? - - 1? Actuelle Alpes françaises? Fluviatile 22/11/2012 Ravinement Marnes Actuelle Préalpes du Sud, Savournon, France Marnes Actuelle Préalpes du Sud, Savournon, France Marnes noires altérées Marnes et calcaires marneux Bassin de Draix Alpes de Haute-Provence, France Cubage des sédiments piégés Topométrie à la règle de la surface entre 2 dates Cubage des sédiments piégés 1989 Contribution à la cartographie géomorphologique Piquets gradués de la et 1996 Baronnies, France topométrie de la surface dynamique sédimentaire des petits bassins versants entre deux dates torrentiels
11 De la cascade sédimentaire au budget sédimentaire D après Johnson et Warburton, dynamique sédimentaire des petits bassins versants Transports de sédiments et cartographie torrentiels dynamique /11/2012 Contribution à la cartographie géomorphologique de la
12 Cartographie des unités d approvisionnement et activité des stocks sédimentaires Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012 torrentiels 12
13 Bruchi : carte morphodynamique des unités d approvisionnement 13 Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012
14 Transposition de la carte au concept de cascade (1) 22/11/2012 Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants torrentiels Transports de sédiments et cartographie dynamique
15 Transposition de la carte au concept de cascade (2) 15 Cartographie géomorphologique de la dynamique Transports 22/11/2012 de sédiments et cartographie sédimentaire dynamique des bassins versants de montagne -15-
16 A Différentes méthodes pour valider la cartographie 16 Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012
17 Photos quotidiennes, photogrammétrie 17 Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012
18 LiDAR 22/11/
19 Fonctionnement des systèmes Deux grands types Transports 22/11/2012 de sédiments et cartographie dynamique
20 Meretschibach Meretschibach Tassement Bochtür Glissement Cône 22/11/ Cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des bassins versants de montagne
21 Meretschibach (Bochtür) «Supply unlimited system» 21 dynamique sédimentaire des petits bassins versants Transports de sédiments et cartographie torrentiels dynamique /11/2012 Contribution à la cartographie géomorphologique de la
22 Fluidification d un glissement de terrain Torrent des Marais (Grimentz, 1999) Vidange d un lac proglaciaire Ritzibach (versant S du Simplon) 22/11/2012
23 Petits bassins versants torrentiels Val d Hérens ( ) 22/11/
24 Objectifs SFP IGD (IGUL) Ecotec Environnement Typologie (géomorphologique) des petits systèmes torrentiels Application / développements Projet de recherche de la méthode ( ) de cartographie dynamique Elaboration de cartes de risques Estimation des volumes maximaux potentiellement mobilisables Carte géomorphologique du Val d Hérens 24 Transports de sédiments et cartographie dynamique /11/2012
25 Approche systématique 63 bassins versants modélisés à partir du MNT (outils hydrologiques ArcGIS) Délimitation en amont du cône de déjection Les ravines ne sont pas prises en compte Les bassins versants essentiellement glaciaires ne sont pas pris en compte Transports de sédiments et cartographie dynamique
26 Activité hydro-géomorphologique des bassins versants 1. Numérisation des chenaux de lave torrentielle sur orthophoto 2. Croisement des chenaux avec les bassins versants modélisés 3. Classification de l activité hydro-géomorphologique des systèmes selon 3 critères : Traces récentes de laves torrentielles sur le cône de déjection Connectivité avec les chenaux torrentiels pérennes Chenaux de laves torrentielles «marqués», même en l absence de connectivité Transports de sédiments et cartographie dynamique
27 Approche géomorphologique Trois informations croisées: Catégories générales de bassins versants (taille et ordre de Strahler) Vecteur sédimentaire principal dans le bassin versant (charriage, lave torrentielle ou mixte) Processus prépondérant produisant le stock sédimentaire à l origine des laves torrentielles (glaciaire, périglaciaire, gravitaire, fluviatiles, parfois mixte) Ecotec (2012) Transports de sédiments et cartographie dynamique
28 Typologie géomorphologique des systèmes torrentiels Croisement des 2 approches : «Terrain» activité hydrogéomorphologique des bassins versants Analyse géomorphologique 11 catégories de bassins versants qui ont un comportement torrentiel relativement proche. Transports de sédiments et cartographie dynamique
29 Influence de la morphométrie / géomorphologie des bassins versants sur leur propension à engendrer des laves (en cours) Coefficient d érosion (érodabilité du bassin versant) Coefficient de Gravelius (compacité du bassin versant) Courbes hypsométriques (vue synthétique du relief) Profil en long du talweg Densité de drainage Les résultats montrent cependant qu il est difficile d identifier les bassins versants favorables uniquement en fonction de critères morphométriques. Transports de sédiments et cartographie dynamique
30 Cartographie dynamique (4 sites) L exemple des torrents de Vendes Matrice 1 Matrice 2 Transports 22/11/2012 de sédiments et cartographie dynamique
31 Cartes de risques Modélisation de l occupation du territoire et identification des éléments à risque Quantification des dommages pour chaque type de terrain et pour chaque intensité (lave torrentielle ou inondation) Modélisation des dommages pour chaque pixel (m 2 ) dans la zone de danger Transports 22/11/2012 de sédiments et cartographie dynamique
32 Estimation des volumes sédimentaires (méthode Gertsch) Méthode simplifiée et automatisée pour l évaluation du charriage Division du chenal en segments homogènes (pente, alimentation en matériaux, confluence avec d autres chenaux) Trois types de paramètres pris en compte: facteurs locaux (pente adjacente au chenal et chenal (pente, approvisionnement en matériaux meubles, surfaces en amont) conditions en amont de chaque tronçon (processus de transport principal, changement de pente, chenaux secondaires latéraux etc) facteurs négatifs, qui conduisent au déclenchement (contextes géomorphologiques favorables) Le volume mobilisable dans la zone de départ + puissance de l érosion dans le chenal, pour chacun des tronçons, donne le volume sur le cône de déjection lors d un événement de grande ampleur Transports de sédiments et cartographie dynamique Gertsch
33 Systèmes torrentiels retenus Pertinent pour les torrents les plus actifs Estimation de volumes réalisées pour 14 systèmes torrentiels: Laves torrentielles atteignant le cône de déjection Problématique dangers naturels Transports de sédiments et cartographie dynamique
34 Le Tsiné du Biégnet Données input (SIG) Vol. maximal estimé: ~ m 3
35 Transports de sédiments et cartographie dynamique
36 Transports de sédiments et cartographie dynamique
37 Conclusions et perspectives Merci pour votre attention Méthode relativement innovatrice notamment pour la prise en compte des processus dans les zones contributives (carte de dangers, méthode de cartographie dynamique sédimentaire). Classification synthétique des contextes favorables aux laves torrentielles sur la base d une approche géomorphologique (2013) méthode Gertsch (détermination tronçons amont, fonctionnement simultané ou non de plusieurs zones source) Etude systématique à l échelle d une vallée Travaux de diplôme (M. Kummert, S. d Aujourd hui) Estimation de volumes sédimentaires quantification très importante pour caractériser le danger, pour la planification et aménagement du territoire. Transports de sédiments et cartographie dynamique
38 Merci pour votre attention Journée Dangers naturels
39 Références Maillard B., Theler D., Reynard E. (soumis). Comportement géomorphologique des systèmes torrentiels du Val d'hérens : Essai de typologie. Actes du colloque la Commission des Hydrosystèmes continentaux (Sion, ), Géovisions. Theler D., Reynard E., Garavaglia V. (2011). Cartographie morphodynamique des petits systèmes torrentiels. In C. Lambiel (ed) : La géomorphologie alpine : entre patrimoine et contrainte, Actes du Colloque de la Société Suisse de Géomorphologie (SSGm), Olivone, 3-5 septembre 2009, Géovisions 36, pp Theler D., Reynard E. (2011). A Geomorphological map as a tool for assessing sediment transfer processes in small catchments prone to debris flows occurrence: A case study in the Bruchi torrent (Swiss Alps). In M. Smith, P. Paron, J.S. Griffiths : Geomorphological Mapping : a professional handbook of techniques and applications, Developments in Earth Surface Processes, Elsevier, pp Theler D., Reynard E., Lambiel C., Bardou E. (2010). The contribution of geomorphological mapping to sediment transfer evaluation in small alpine catchments. Geomorphology 124, Ecotec Environnement SA (2012). Cartographie, géomorphologie dynamique et systèmes torrentiels du Val d'hérens ( ). Rapport méthodologique, Service des forêts et du paysage du canton du Valais, 93 p. Journée Dangers naturels
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