a. Annexe 1 : Bassin versant du Rhône, localisation du site d'étude Cette étude est effectuée sur l ensemble du linéaire du Rhône, de l aval du lac Léman à la mer Méditerranée (Annexe 1). Afin d assurer l entretien des voies navigables et des digues, la CNR réalise régulièrement (environ tous les 5 ans) des mesures bathymétriques de profil en travers sur l ensemble du corridor du Rhône (sauf les secteurs de l Ain et de Miribel Lyon, gérés par VNF). Ces données ont été mises à disposition par la CNR (Erreur! Source du renvoi introuvable.). L étude de l évolution de la géométrie du corridor fluvial (du Léman à la mer) au cours de l aménagement du Rhône, et en fonction des crues, permet de rendre compte de ces modifications. Il est question d une étude diachronique : cette première année consistait à récolter les données bathymétriques disponibles et à étudier la morphologie actuelle du chenal. Les résultats cartographiques aideront à définir le protocole de caractérisation granulométrique des fonds (en lien avec l action 2 : caractérisation de la granulométrie du fond du lit). Les données antérieures seront comparées aux données actuelles afin de déduire une cartographie de l évolution morphologique du chenal. Cette étude permettra d établir un bilan sédimentaire du Rhône aux différentes périodes clés (actuel, avant/après aménagements/crues, avant casiers Girardon) et de réaliser une cartographie précise SIG (topographique et bathymétrique) de l évolution morphologique (latérale et longitudinale) du
corridor, notamment grâce à l exploitation des archives de la CNR et de VNF. Elle permettra de comprendre les évolutions longitudinales (amont/aval du profil en long) et latérales du corridor. Elle permettra de comprendre les causes des changements physiques sur les phénomènes d accumulation et d érosion sédimentaire (quantification volumétrique des stockages, compréhension des impacts des ouvrages), et de comprendre l évolution locale de la débitance du chenal sur du long terme. b. Annexe 2 : Développement méthodologique La segmentation du chenal du Rhône en tronçons homogènes Nous partons du postulat que les canaux constituent des secteurs d intérêt morphologique négligeables et ne sont donc pas pris en compte dans notre étude dans l immédiat. En effet, ce sont des voies artificielles, régulièrement dragués afin d entretenir les voies navigables et les infrastructures, impliquant un biais dans l étude des méso formes. L extraction du profil en long L extraction du profil en long (PL) à partir des données de profil en travers (PT tous les 500 m) mis à disposition par l IGN dans la Base de Données Topographique (BDT) a été réalisée dans le but d étudier les faciès morphologiques du fond du lit du Rhône. Le PL correspond au talweg du fleuve, c est à dire que le point le plus profond des données bathymétriques de chaque PT a été extrait sur ArcGis (cf. fig.pl Rhône complet). La localisation des contraintes naturelles (affluents, géologie ) et anthropiques (ouvrages, biefs ) La localisation des contraintes a été réalisée à partir de l étude du milieu, grâce à des données cartographiques : Base de Données Carthage (IGN) pour les affluents, BDT pour les ouvrages et biefs, Banque de données de la Carte géologique numérique de la France (BRGM) pour la géologie. Les affluents principaux ont été retenus en fonction de leur apport sédimentaire (matériaux en suspension et charriage) et de leur débit (SOGREAH 2000). L application de tests statistiques Deux tests statistiques ont permis de localiser des ruptures dans le profil. Le test de Pettitt consiste en la localisation de la rupture la plus importante de façon itérative (Pettitt 1979, Alber & Piégay 2010). Il s agit d une somme de toutes les différences deux à deux entre les éléments de part et d autre de la rupture. Le test d Hubert procède par le calcul statistique pour chaque élément de la série parcourue, c est à dire chaque endroit de rupture possible, et ne retient que les segmentations significatives à chaque nouveau test (Hubert 2000). L ajout d une nouvelle rupture à l ancienne segmentation implique que les segments de la série de part et d autre de celle ci sont significativement différents. Aussi, les anciennes ruptures ne sont conservées que si elles réapparaissent au nouveau test. En effet, lors de la progression du test sur la série, la nature des segments de part et d autre d une rupture peut être modifiée par l ajout de la nouvelle rupture. Si tous les segments successifs de la série entre les ruptures sont significativement différents deux à deux, alors la segmentation est retenue. Ces tests statistiques ont été programmés sur le logiciel R. L analyse statistique du profil en long du Rhône a nécessité un lissage des données en les interpolant à un pas régulier de 500 m exactement et une moyenne mobile d un pas de 10 (PL interpolé fig. PL Rhône complet). Ces tests excluent la
zone de Génissiat qui, de par sa très forte pente par rapport au reste du profil, introduit un biais dans l ensemble de l analyse. L estimation des pentes par décomposition du signal Une méthode de décomposition du signal (dite des ondelettes) de la pente locale a permis d extraire les différents types de pente en les classant qualitativement en fonction des pentes fortes et des pentes faibles. Cette caractérisation du signal de pente a été réalisée sur le logiciel R. La détermination des méso formes : les alternances seuil mouille L extraction du PL permet d étudier les faciès du fond du lit, et plus précisément les alternances seuils mouilles. Cette identification constitue une part importante dans la caractérisation du corridor. Les alternances seuils mouilles sont considérées comme des unités morphologiques de la plaine alluviale (O Neill et Abrahams 1984). Comme le souligne Jowett (1993), et les différents tests de caractérisation mis en place cette année dans le cadre de l étude, la détermination des seuils et des mouilles est très complexe. De nombreuses études se sont heurtées au problème, sans réellement arrêter de critères précis utilisés pour identifier les macro formes, mais en se basant sur des points spécifiques et descriptifs : Les géomorphologues pensent que la définition des faciès par rapport à la topographie du lit est la plus optimale, du fait qu elle change moins rapidement avec l écoulement qu avec les conditions hydrauliques (Richards 1976), et définissent ces faciès comme des ondulations dans la topographie du lit (O Neill et Abrahams 1984). C est à partir de cette idée que nous avons décidé d étudier le signal de pente du profil en long du chenal du Rhône. La méthode des ondelettes La méthode des ondelettes consiste en une décomposition du signal, de la forme la plus globale au bruit. L étude des ondelettes permet d obtenir une représentation en temps et en fréquence, ce que ne permet pas la transformée de Fourier (résolution en fréquence et non en temps). L avantage est que cette décomposition peut mettre en œuvre une base différente, pas forcément sinusoïdale. Cette analyse temps fréquence se fait à partir d une fenêtre glissante prédéfinie (Annexe 4). Il existe une relation entre la largeur de l enveloppe et la fréquence des oscillations (homothétie de l ondelette). En effet, les algorithmes d'ondelettes ont deux composants : la fonction d'échelle pour déterminer une version comprimée du signal la fonction d'ondelette pour déterminer les détails supprimés par la fonction d'échelle A partir du signal de pente locale, il a été possible d extraire huit signaux (Annexe 3). L addition de ceux ci permet d approximer le signal de pente d origine, modulant l accumulation des erreurs lors de la décomposition (Annexe 5). A partir de cette méthode, l idée est de retrouver les différentes structures qui ressortent de la décomposition : des grandes structures au niveau de décomposition la plus haute, aux petites structures au niveau le plus bas.
c. Annexe 3 : Décomposition du signal de pente locale (Génissiat exclu) Nous admettons ainsi que le niveau de signal le plus faible pourrait correspondre aux faciès sédimentaires de type seuil mouille. Il a été question de caractériser ce signal afin de localiser les formes sédimentaire sur le profil. La moyenne mobile Le tracé de la moyenne mobile sur l ensemble du profil a été réalisé à un pas de 10. A partir du logiciel R, il a été possible de caractériser les points se situant au dessus et en dessous de la moyenne mobile («up and down»). d. Annexe 4 : Fenêtre glissante représentant deux filtres de type la8 : la fonction d'ondelette (première fenêtre) et la fonction d'échelle (deuxième figure)
e. Annexe 5 : Recomposition du signal de pente à partir des signaux obtenus par la méthode des ondelettes
f. Annexe 6 : Découpage statistique de Pettitt et Hubert du signal de pente locale
g. Annexe 7: Caractérisation qualitative des valeures de pente par la méthode des ondelettes. F=pentes fortes et f=pentes faibles
Les ondelettes h. Annexe 8 : Résultats thématiques : les alternances seuil mouille Les résultats des séquences seuil mouille ne représentent pas une réalité physique. L échelle des faciès sédimentaire est bien trop importante pour pouvoir interpréter des méso formes. La méthode des ondelettes ne nous permet pas de déterminer une alternance seuil mouille du fait de l accumulation des erreurs successives à chaque niveau de décomposition. La moyenne mobile L inconvénient avec la moyenne mobile est qu elle ne permet pas de localiser avec exactitude les seuils et les mouilles sur le profil en long. En effet, tous les points situés au dessus de la moyenne mobile ne peuvent être considéré comme des seuils, au même titre que les mouilles (Annexe 10). Néanmoins, cette analyse nous donne une information sur le nombre de «up» et de «down».
i. Annexe 9 : Caractérisation des alternances seuil mouilles par la méthode des ondelettes, en fonction du signal le plus bas
j. Annexe 10 : Localisation des "up" et des "down" sur le profil en long du Rhône par rapport à la moyenne mobile d'un pas de 10. En haut : PL entier du Rhône, en bas : zoom sur une zone du PL
2.. k. Annexe 11 : Paramètre physique du niveau de décomposition le plus faible du signal de pente (n 1) : représentation de la pente, la demiamplitude, l'amplitude et la période.