Le transport solide en rivière

Transcription

1 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 1 Philippe Belleudy Le transport solide en rivière bibliographie «Guide méthodologique de gestion du transport solide et des atterrissements», B.Couvert et al., SOGREAH Les Etudes des Agences de l Eau n hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 2 Philippe Belleudy les différents modes de transport agitation turbulente, frottement, poids charriage suspension (solution) suspension frontière charriage-suspension charriage charriage hyperconcentré : laves et boues Une schématisation des domaines respectifs du transport solide par charriage et en suspension la Durance à Manosque la Durance en crue : charriage et suspension (doc.ph.lefort) 1

2 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 3 Philippe Belleudy Les différents modes de transport (charriage, suspension, solution, laves torrentielles) Charriage 1/2 à l échelle macroscopique perte de charge / frottement arrachement et entraînement des matériaux du fond à l échelle microscopique matériaux non cohésifs : τ transport > τ stabilité matériaux cohésifs : τ arrachement > τ transport charriage, roulage et saltation (l=100d?) transport sur le fond d un matériau non-cohésif bed-load (?) hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 4 Philippe Belleudy Les différents modes de transport (charriage, suspension, solution, laves torrentielles) Charriage 2/2 quelques ordres de grandeur : vitesse des grains en Loire : 10 m/jour avancée des grèves en Loire : 10 m/jour en crue migration des bancs alternés du Rhin 150 m/an en moyenne Loire aval : t/an, Isar t/an, Danube en crue moyenne Q=1600m3/s,G s =20 kg/s célérité de propagation des «ondes solides» km/siècle ne pas confondre: la distance parcourue par quelques particules le distance parcourue par la charge de fond la distance parcourue par une perturbation, par un faciès 2

3 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 5 Philippe Belleudy Les différents modes de transport (charriage, suspension, solution, laves torrentielles) Suspension u x <0 Ux>0 u x >0 ω dans la veine fluide action de la pesanteur action de la turbulence moindre dépendance / débit et fond quelques ordres de grandeur : vitesse de propagation : celle du courant concentration Isere 5 g/l, Colorado : 100 g/l, Fleuve Jaune : amont :1600 g/l aval 300 g/l (lave?) flux : Isere : 5g/l*200m3/s*86400s=87 t/j (Solution) Lave torrentielle queue de lave corps de lave bourrelet frontal écoulement liquide modifié par la présence de matériaux fortes pentes torrents hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 6 Philippe Belleudy capacité de transport, granulométrie et pente un phénomène à seuil contrainte critique adimensionnelle débit critique de début de transport pente critique diamètre critique un phénomène à seuil débit critique de début de transport pente critique diamètre critique il existe des formules empiriques exemple Meyer-Peter et Müller (1948) R d m 3 hs f θ = ( ρs ρ) d G v ρ = 8b m > θ ρs ρ g ρ w w F d m 2 c d = m d m 3 ( θ θ ) 2 c Régime de transport charriage et suspension suspension prépondérante charriage prépondérant transport nul hsf θ = ( ρs ρ) ρ dm 10 transport nul charriage prépondérant charriage et suspension suspension prépondérante maxi mini

4 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 7 Philippe Belleudy capacité de transport, granulométrie et pente débit solide Gv (m3/s) d (m) exemple : S0=0.001 b=30m débit liquide 120 Q (m3/s) pour le même débit, le transport des matériaux fins reste possible quand la pente décroît dans des conditions données, le transport n est possible que si d<d c aux débits intermédiaires, les fins sont mieux transportés tri granulométrique la Durance au barrage de l Escale (Château-Arnoux) hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 8 Philippe Belleudy capacité de transport et granulométrie dans des conditions données, le transport n est possible que si d<d c exemple : l Isère à Brignoud débit (m3/s) Isère, 1995 diamètre max transporté (m) 1 nombre 100 de jours de 199 dépassement en diamètre 0.09 (m) fraction 0.2 volumique (Brignoud)

5 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 9 Philippe Belleudy pavage dynamique, pavage statique aux débits intermédiaires, les fins sont mieux transportés la granlométrie en surface est généralement + grossière que la granulométrie transportée et que la granulométrie du lit la Durance à Manosque sable érosion sable érosion l Isère à Brignoud t 1 t 2 t 3 galets θ<θ c sable θ c <θ , John W.F. Waldron hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 10 Philippe Belleudy variabilité annuelle du transport solide débit (m3/s) 500 débit dominant? - débit "morphogène" max de volume Qmax de la crue annuelle débit liquide (m3/s) débordement années volume charrié (m3) 300 volume maximum début d entraînement nombre de jours de dépassement flux annuel, calcul du bilan sédimentaire 5

6 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 11 Philippe Belleudy variabilité (inter-)annuelle du transport solide les extrêmes bouleversent les petites crues façonnent au pont du Gard (sept.2002) (doc. Cl.Burtin, hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 12 Philippe Belleudy analyse filaire : le profil d équilibre débit (m3/s) Nb de jours 6

7 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 13 Philippe Belleudy analyse filaire : le profil d équilibre Décroissance et dépôt progressif des sédiments grossiers Les apports de sédiments fins (en suspension généralement) transitent facilement vers l'aval à l aval ces sédiments fins prennent une grande importance ils modifient progressivement le faciès de la rivière 220 cote NGF La Saône distance au Rhône (km) hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 14 Philippe Belleudy différents types de rivières 1/3 : torrent forte pente, forte capacité lave ou biphasique dépendance du b.v. alimentation discontinue S 0 > F R >1 aux gros débits torrent de la haute vallée de l Ariège activité ordinaire faible, lit fixé par des boules peut être fortement transformé lors des crues exceptionnelles ruisseau darbonne (Saint-Ismier) plage de dépôt en amont cascade de seuils de correction torrentielle 7

8 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 15 Philippe Belleudy lave torrentielle : le torrent de Saint-Antoine (Bourg-d Oisans) hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 16 Philippe Belleudy lave torrentielle : le Manival 8

9 hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 17 Philippe Belleudy différents types de rivières 2/3 : rivière torrentielle <S 0 <0.02 F R <1 sauf aux bas débits sur les seuils graviers et galets un ou plusieurs bras vifs bancs de gravier recouverts en crue seuils (matériaux alluvionnaires) et mouilles la Bléone au Chaffaut (2002) hydraulique fluviale TS1 /M2P-ES/ 18 Philippe Belleudy différents types de rivières 3/3 : fleuves et rivières de plaine seuils et mouilles importance de la végétation parfois le résultat d une transformation S 0 <0.002 F R <1 vallée en toit stabilisation des berges limitation de la capacité embâcles seuils enfoncement extractions exemple: VAR le Suran (Ain) charge en suspension: dépôt sur berges érosion des berges (quelques mètres au cours d une crue) la Meuse lit profond, symétrique le transport en suspension joue un rôle dans la formation et la résistance des berges 9