Les sédiments dans les hydrosystèmes - EDF
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<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
Yves Souchon<br />
Cemagref Lyon<br />
Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours 19 et 20<br />
novembre 2007<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 1. Définitions<br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Définitions<br />
Sédiment : matériau produit par l’érosion des bassins versants<br />
constituant le fond des vallées et des lits des cours d’eau<br />
Substrat : comparable au derme en biologie, avec une partie<br />
superficielle (épiderme), assurant l’interface entre la masse d’eau<br />
s’écoulant et une couche sédimentaire plus profonde<br />
(hypoderme)<br />
On en décrit la composition, la structure, l’agencement spatial,<br />
la dynamique<br />
Granulométrie : taille des éléments du substrat<br />
Granulat : matériau sédimentaire extrait des lits des rivières,<br />
présentant un intérêt économique<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Caractérisations du substrat : tail<strong>les</strong>, distributions<br />
Désignation Taille en mm Code<br />
Rochers/Dal<strong>les</strong> 1024< R/D<br />
Blocs 256<
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Topographie<br />
SÉDIMENT<br />
Morphologie<br />
SUBSTRATS<br />
Géologie<br />
Climat<br />
Hydrologie<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Topographie<br />
Relief BV<br />
Densité réseau<br />
drainage<br />
Sédiment<br />
Fourniture<br />
Transport<br />
Morphologie<br />
Tracé<br />
Géométrie lit<br />
SUBSTRATS<br />
Connectivité<br />
Géologie<br />
Propriétés roches<br />
(érodabilité)<br />
Structure<br />
Climat<br />
Précipitations<br />
Gel<br />
Hydrologie<br />
(régime, événements)<br />
Intensité<br />
Durée<br />
Fréquence<br />
Taux d’oscillation<br />
Temporalité<br />
Rétention matériaux<br />
minéraux et végétaux<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Description non triviale (hétérogénéités Espace, Temps)<br />
« Mise en ordre »/compréhension grâce à différents regards<br />
• Géomorphologues = transport, seuils mise en mouvement,<br />
D50, D84, corde Wolman ‘pebble count’ 100 sur radiers<br />
• (Hydrauliciens = rugosité, contrôle ligne d’eau…)<br />
• Ecologistes<br />
= diversité, singularités, colmatage, structure verticale,<br />
Nuances = poissons, invertébrés, végétaux<br />
• (Géochimistes = particu<strong>les</strong> adsorption)<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> <strong>Les</strong> variab<strong>les</strong> variab<strong>les</strong> de de de contrôle<br />
contrôle<br />
(indépendantes)<br />
(indépendantes)<br />
le débit liquide : Q<br />
le débit solide : Qs<br />
§ La morphologie de la rivière est le résultat d'un équilibre dynamique entre le<br />
taux de charge alluviale imposé (Qs) et le débit liquide (Q) dont dépend<br />
l'énergie capable de l'évacuer<br />
la pente globale de la vallée, un des paramètres déterminant<br />
l'énergie<br />
<strong>les</strong> caractéristiques sédimentologiques du lit et des berges<br />
la végétation rivulaire,<br />
qui conditionnent <strong>les</strong> possibilités de mouvement latéral<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> variab<strong>les</strong> de réponse à<br />
• la largeur du lit (w)<br />
• la profondeur moyenne (d)<br />
l’échelle du tronçon<br />
• la profondeur maximum (dm)<br />
• la pente du fond (S)<br />
• la vitesse du courant (V)<br />
• l'espacement des faciès (z), (radiers, mouil<strong>les</strong>, etc ...)<br />
• la sinuosité (p)<br />
• la longueur d'onde des sinuosités (λ) λ), généralement corrélée à z.<br />
λ)<br />
• le diamètre médian du sédiment (D50)<br />
• le pourcentage d'argile et de limon (M) <strong>dans</strong> <strong>les</strong> matériaux rivulaires.<br />
Le substrat, une variable à part : contrôle et réponse<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Des structures rythmiques<br />
- Systèmes contraints<br />
D = 2 séquences radier/mouille<br />
Radier<br />
Radier<br />
Mouille<br />
Mouille<br />
Radier<br />
Radier<br />
Mouille<br />
W<br />
D - 12 x W<br />
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Des structures rythmiques<br />
- Systèmes non contraints<br />
Radier<br />
W<br />
D' = longueur d'onde des méandres<br />
Mouille<br />
Rayon de<br />
courbure = 2,4 W<br />
Amplitude = 6 W<br />
Radier<br />
D' - 12 x W<br />
Mouille<br />
Radier<br />
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Un espace<br />
de liberté<br />
D’après<br />
Amoros et al. 1987<br />
Pinay et al. 1990<br />
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Fréquence<br />
Q<br />
Qd ~ Q plein bord suspension<br />
Qd ~ Q 1,5 – Q 10 charriage<br />
Qd<br />
Q*S<br />
Sédiment<br />
Débit<br />
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L’Energie du cours d’eau :<br />
facteur de Réversibilité<br />
Energie potentielle :<br />
EP = γQpb S<br />
Energie potentielle spécifique<br />
(par unité de largeur) :<br />
Energie<br />
EPS = γQpb S w -1<br />
Cohésion des<br />
matériaux du lit<br />
Dynamique fluviale<br />
γ = poids volumique de l’eau<br />
Qpb = débit de plein bord<br />
S = pente de la vallée<br />
w = largeur plein bord<br />
•Roches et <strong>sédiments</strong><br />
•Végétation<br />
•Structures<br />
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Un seuil d’irréversibilité ?<br />
Pente<br />
Si EPS < 35 watts m -2<br />
Pas de réajustement<br />
après intervention<br />
(UK, DK)<br />
Qpb / w<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Topographie<br />
Relief BV<br />
Densité réseau<br />
drainage<br />
Sédiment<br />
Fourniture<br />
Transport<br />
Morphologie<br />
Tracé<br />
Géométrie lit<br />
Géologie<br />
Propriétés roches<br />
(érodabilité)<br />
Structure<br />
Climat<br />
Précipitations<br />
Gel<br />
Habitat<br />
dynamique<br />
Hydrologie<br />
(régime, événements)<br />
Intensité<br />
Durée<br />
Fréquence<br />
Taux d’oscillation<br />
Temporalité<br />
Ecologie<br />
SUBSTRATS<br />
Habitat<br />
Structurel<br />
Connectivité<br />
(en p. refuges,<br />
Abris)<br />
Rétention matériaux<br />
minéraux et végétaux<br />
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Amont - Le rithron<br />
(Allan, 1995)<br />
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Aval - Le potamon<br />
(Allan, 1995)<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Sylte & Fischenich, 2002<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
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Période de reproduction de la truite<br />
Période de reproduction de l’ombre<br />
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<strong>Les</strong> défauts de recrutement<br />
des salmonidés sont<br />
étroitement<br />
liés au taux de <strong>sédiments</strong> fins<br />
présents <strong>dans</strong> la matrice du<br />
substrat<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Zone hyporhéique (cm)<br />
3.8<br />
11.3<br />
22.5<br />
37.5<br />
52.5<br />
3.8<br />
11.3<br />
22.5<br />
37.5<br />
52.5<br />
Milieu Hyporhéique<br />
Abondance<br />
(Nb / litre de sediment)<br />
0 25 50 75 100<br />
La Galaure<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
L’ Herbasse<br />
(Gayraud & Philippe, 2000)<br />
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<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
• Extractions de granulats <strong>dans</strong> le lit mineur des fleuves<br />
Loire, années 1980<br />
On lisait <strong>dans</strong> un rapport des ponts et chaussées, que <strong>les</strong><br />
prélèvements pouvaient égaler <strong>les</strong> apports …<br />
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(Cemagref)<br />
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ARMURE<br />
Malavoi<br />
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<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Critères : espace, flux liquides, flux solides, formes<br />
morphologiques<br />
Moyens<br />
Gain espace mobilité<br />
Dégagement endiguements rapprochés (hors risque<br />
humain localisé)<br />
Réengraissement par érosion latérale<br />
Reconstitution formes (radiers)<br />
Gestion stocks accumulés<br />
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Peut-on améliorer <strong>les</strong> modalités de gestion des<br />
ouvrages ?<br />
le plus souvent Gestion au cas par cas<br />
Explorer avantages Gestion par « famille » (typologie) :<br />
Univers sédimentaire/hydrologique * structure<br />
ouvrages/modalités gestion<br />
>>>Risque d’altération flux solides / intensité,<br />
morphologie impactée, linéaire concerné ?<br />
Thèse LNHE/Cemagref (G. Fahrner)<br />
>>>Risque d’altération des communautés benthiques ?<br />
Thèse CIH/Cemagref (S. Décloux)<br />
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<strong>Les</strong> <strong>sédiments</strong> <strong>dans</strong> <strong>les</strong><br />
• 1. Définitions<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• 2. Processus physiques, formes<br />
• 3. Cadre d’habitat<br />
• 4. Principa<strong>les</strong> altérations<br />
• 5. Restauration<br />
• Conclusion<br />
Yves Souchon, Colloque hydroécologie <strong>EDF</strong>, Tours, 19 et 20 novembre 2007
Processus<br />
Morphologiques<br />
Vallée<br />
Flux solides<br />
Flux liquides<br />
Régime<br />
Processus<br />
Fluviaux<br />
Morphologie<br />
Lits majeur/mineur Processus<br />
Formation/entretien<br />
Habitat<br />
L, H, V<br />
Processus<br />
Thermiques<br />
Physico-chimiques<br />
Bassin versant<br />
Nature<br />
Structure<br />
Sollicitations<br />
SÉDIMENTS<br />
Fonctionnement<br />
Ecosystème<br />
Communautés<br />
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Conclusion<br />
• Challenge collectif : mieux comprendre <strong>les</strong> liens<br />
Sédiments/fonctionnement écologique des<br />
<strong>hydrosystèmes</strong><br />
• En langage DCEE = « gros chantier » sur Liens<br />
hydromorphologie (dont <strong>sédiments</strong>)/état écologique<br />
• Cadre spatial « plein » = maîtrise de la vision bassin<br />
multi échelle + maîtrise de la vision dynamique<br />
(processus)<br />
• Restaurations efficaces SSI bon diagnostic ET<br />
réparations processus + formes aux bonnes échel<strong>les</strong><br />
• Efforts sur mesures (standardisation)<br />
• Appropriation outils nouveaux (SIG…)<br />
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