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~volution du debit liquide et de la charge solide d'un estuaire sl-'--boreal: riviere St-Jean, Quebec (c6te nord du golfe du St-Laamat)

D. CATALIOTTI-VALDINA ET B. F. LONG INRS-Ockanologie, 310, ave des Ursulines, Rimouski (Quk.), Canada G5L 3AI

R e p le 1 juin 1982 RCvision acceptke le 21 septembre 1982

L'hydrodynamique de l'estuaire de la rivikre St-Jean et en particulier la dynarnique des Ccoulements a CtC dCtermin6e ainsi que les mCcanismes de mClange eau fluviale - eau marine. Dans ce but, deux campagnes de mesures de dCcharge liquide et solide ont CtC menCes, la premikre au cours d'une crue printannikre (mai 1980), la seconde en Ctiage de vive-eau (aofit 1980).

En 'riode de crue, le dCbit fluvial moyen est de 1035 m3/s et en Ctiage de 85 m3/s. Pour les debits fluviaux supCrieurs a Y 160 m /s, le coin sale est rejete hors de l'estuaire et il n'y a pas de renverse de courants dans I'estuaire, seulement une att6nuation des vitesses de courant I'embouchure.

Les concentrations de matikre en suspension varient de 96 mg/L en pCriode de crue (65-95% de matikre minCrale) a 4,6 mg/L en pCriode d'Ctiage (58% de matikre minerale).

Le comportement gCnCral de I'estuaire de la rivikre St-Jean permet d'envisager I'existence d'un nouveau type d'environnement: les estuaires sub-borkaux. 11s se caractkrisent par un rapport Qm/Qf proche de celui des estuaires hautement stratifiCs mais le rCgime des matCriaux en suspension ne correspond ni a celui des estuaires micro- ou mCsotidaux de la Nouvelle

I Angleterre ni a celui des estuaires macrotidaux de l'ouest Europken.

The hydrodynamics of the St. Jean River estuary, particularly the flow dynamics, was evaluated and the mixing mechanisms were studied for fluvial water - marine water. In order to realize this objective, two series of measurements were undertaken on the solid and liquid discharges: the first took place during the spring flood (May 1980), the latter in conditions of lowest level spring tide (August 1980).

The average stream discharge is 1035 m3/s during floods and 85 m3/s at periods of lowest water level. When the stream discharges exceed 160 m3/s, the wedge of salt water is pushed out of the estuary and no reversed currents are present; there is only a reduction of current velocity at the mouth of the river.

The quantities of solid particles in suspension vary from 96 mg/L during floods (65-95% mineral matter) to 4.6 mg/L for lowest water levels (58% mineral matter).

The general behaviour of the St. Jean River estuary suggests a new type of environment, the subboreal estuaries. They are characterized by a Qm/Qf ratio close to the one observed for highly stratified estuaries, but the regime of the material in suspension does not fit with that of micro- or mesotidal estuaries of New England or with that of microtidal estuaries of western Europe.

[Journal translation] Can. 1. Earth Sci.. 20, 184-194 (1983)

Introduction d'altitude, s'tcoule en direction du sud sur 252 krn, son hs apports liquides et solides de la rivibre st- lean cours infkrieur est de type anastamosC (Reineck et Singh

(c6te nord du golfe du St-Laurent) ont CtC quantifies en 1980) et dCbOuche sur la c6te nard du golfe du vue de dtteminer lews influences sur la dynamique des St-Laurent par un estuaire qui s'etire sur 7 km (fig. 1). &ou]ements et 1'Cvolution s&imentologique de l'es- Elle prksente un profil continu de pente moyenne de

tuaire. L'ttude a effectuCe durmt une ptriode de true 0.07% SUr les 70 derniers kilombtres en aval, ~ u i s

(mai 1980) et d'ttiage en aoiit 1980. 0,37% sur les 40 suivants et enfin 0,08% entre les kilombtres 110 et 146 (Camotin et Frenette 1979).

Physiographie et hydrologie de la rivibe L'embouchure est partiellement obstrute par une Le bassin versant de la rivibre St-Jean (5600 km2) est flbche ~Cdimentaire qui Cvolue en fonction du debit

situt au sud du plateau Laurentien, il a subi un important fluvial. La largeur de l'embouchure de l'estuaire varie relbvement isostasique depuis 10500ans BP (131 m) entre 180 et 240m en fonction des saisons, alors que ~ qui se prolonge par un mouvement rCsiduel de 3 mm/an celle de la rivibre est en moyenne de 160 m dans son depuis 5500-6000ans BP (Dubois 1980). Ce phtno- cours fluvial et de 1050m au plus large de la zone mbne entraine un creusement continue1 du lit fluvial estuarienne. dans les alluvions rtcentes du cours inferieur de la Le lit de l'estuaire de la St-Jean est constitut I rivibre (argiles de la mer de Goldthwait et stdiments essentiellement par des sables grossiers (mtdiane com- 1

deltaiques). La rivibre St-Jean prend sa source h 500 m prise entre 0,5+ et 3+) h l'exception de la zone abritCe

0008-4077183 /020184- 1 1$01 .OO/O 01983 National Research Council of Canada/Conseil national de recherches du Canada

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Golk du S* Lauren!

FIG. 1 . Plan de localisation de la rkgion CtudiCe. A, B, C = lignes de sondage. V = markgrapbe; le markgraphe ERSJ 0162 situk B 20 krn en amont n'est pas reprCsentC sur la figure.

par la flbche littorale ou ils font place aux sables fins (Long et Cataliotti 1980). La moyenne varie de 0,4+ pour les bancs graveleux h 3,3+ pour la zone ddimen- taire abritCe. Les sCdiments pClitiques sont trbs peu reprksentks dans l'estuaire de la St-Jean (<I%); seul le secteur calme en arrikre de la flbche littorale a des concentrations de matkriaux pClitiques significatives (fig. 2) entre 3 et 15%. Les sCdiments graveleux sont peu h pas classes dans le chenal principal. En amont du kilomktre 10, les graviers et galets dominent au niveau des bancs et des rives.

Les berges sont constituCes essentiellement par un melange de sable silteux, de sable, graviers et galets. Dans la partie inferieure du cours elles sont constituCes par des falaises verticales d'argiles de la mer de Goldthwait qui sont surrnontCes par des dCp6ts deltdiques anciens. Ces falaises sont activement CrodCes et affectkes de dtcrochement, d'tboulements ou de glissements.

La zone d'Ctude se situe entre le kilombtre 10 et l'embouchure. Dans ce secteur, la rivibre se subdivise en estuaire fluvial (zone de ralentissement du dCbit fluvial sans renverse de courant) et en estuaire maritime (zone de mClange des eaux marines et fluviales).

Le dtbit moyen annuel de la rivikre St-Jean est de 157 m3/s; les crues ont lieu au printemps (827 m3/s) et en automne (398 m3/s) (Carnotin et Frenette 1979). Le

dCbit liquide en piriode d'Ctiage est d'environ 83 m3/s d'aprks nos estimations (entre 1977 et 1980).

Les crues printannikres sont brutales, elles durent environ 3 1 jours dont 8 jours de pics pendant lesquels la formation d'emblcles successives sont responsables de brusques montkes du niveau fluvial.

La marCe est de type semi-diurne et d'amplitude mCsotidale et elle se propage dans l'estuaire en fonction du debit fluvial.

La houle du large ne pCnktre pas dans l'estuaire, nCanmoins un clapot local peut Ctre gCnCrC par les vents et entraine un sapement de la falaise argileuse h marCe haute.

Methodologie Campagne de terrain

La determination des dCbits liquides et solides de l'estuaire de la rivikre St-Jean est effectute h partir de trois lignes de mesures CchantillonnCes simultanCment (fig. 1): la ligne A h l'embouchure, la ligne B h f,6 km et la ligne C h 9 km. Chaque ligne comprend respective- ment cinq, six et quatre verticales de mesures.

Les stations de mesures sont visitCes simultanement sur chaque ligne h intervalle rkgulier au cours d'un cycle tidal, les 23 mai 1980 (en pCriode de crue et vive-eau) et 27 aoat (en Ctiage et vive-eau). Des Cchantillons d'eau (1-2 L) sont prClevCs h la pompe h partir de la surface h

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RG. 2. Pourcentages d'argile dans l'estuaire de la rivikre St-Jean.

0,8, 0,6 et 0,2 de la hauteur totale le 27 aoQt 1980 et a mi-profondeur le 23 mai 1980. SimultanCment, d'une part les vitesses et directions de courant sont mesurkes a l'aide d'un courantombtre Endeco 110 (sur les lignes A et B) et un moulinet OTT (sur la ligne C) et d'autre part la tempkrature et la saliniti au moyen d'un salinombtre YSI.

En laboratoire nous avons determint (1) la concentra- tion en seston (materiel particulaire total) par filtration des prklbvements sur un filtre nuclkopore (0,45 pm) et (2) la concentration en matibre minerale par destruction de la matibre organique au peroxyde suivant le protocole dCcrit par Long et al. (1980), puis par filtration du reliquat sur filtre nuclCopore (0,45 pm).

Le dCbit fluvial est calculC d'aprbs la mkthode des doubles intkgrations (verticale et horizontale) des vec- teurs de vitesse prkconide par Long et al. (1980). Le vecteur de vitesse est dtcompost en sa composante longitudinale (V) et transversale (U) (fig, 3).

L'intCgration verticale de toutes les composantes longitudinales (V) est Cquivalente par unit6 de largeur (1 m), au dtbit le long de la verticale.

[I] a n = l h = H V d h h=o

a, = debit instantank sur une verticale donnke, H = hauteur de la colonne d'eau sur cette verticale (en mbtres) et dh = unit6 (1 m) sur la verticale.

L'intCgration horizontale de cette premibre valeur [I],

AVAL

Deb~t sur une

e h ~ q h ~ ahn

Debit total du fleuve

FIG. 3. Mtthode de calcul du dkbit liquide. Les valeurs des intkgrations des mesures de chaque verticale sont inttgrkes suivant la section estuarienne. Le dkbit solide est calculk aprks l'indexation de la mesure de la concentration en MPS 2 chaque mesure de la c616ritt du courant. MPS = matikre particulaire en suspension.

dkbit le long de la verticale, permet de calculer le dtbit fluvial instantank en m3/s (fig. 3).

P=L 121 a = 1 a, dP

P=O

a = dCbits instantants du fleuve (m3/s), P = largeur totale du fleuve (en mbtres) et L = largeur du fleuve con- sidCrCe (en mbtres). En dkfinitive la mCthode revient B calculer 1'Cquation suivante:

P=L h=H

13] a' lpEO /h=o VdhdP

Cette inegration a CtC rksolue par mCthode plani- m6trique. Le calcul de la charge solide du fleuve s'obtient en indexant chaque valeur (V) sa concentra- tion en matibre en suspension en g/L:

cV dh d P

oil c est la concentration en matibre en suspension (g/L) et C est la charge solide (g/s). La meme mCthode graphique est utilisCe pour le calcul de cette double intkgrale.

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FIG. 4. (a) Variation relative du niveau d'eau dans la rivikre St-Jean en mai 1980 (crue printannikre). (b) Variation absolue du niveau d'eau dans la rivikre St-Jean en aofit 1980 (Ctiage). Le marCgraphe 0159 est situC a 12 km de I'embouchure, 0161 ti 9 km, 0158 a 3 krn et 0157 a I'embouchure.

Parambtres physiques Re'gime tidal Durant la crue de printemps, le rCgime tidal sinusoidal

21 l'embouchure (50 cm) subit un aplatissement (35 cm au niveau de la ligne B) puis une lamination totale en C (fig. 4). Cette crue est responsable d'une Cltvation du niveau des eaux de 0,80m en moins d ' l h. D'une manibre gCnCrale, la crue se fait sentir sur tout le cours de la rivibre, l'effet s'attCnue d'amont en aval et la

diffkrence d'C1Cvation passe de 1,5 m 2I 20km de l'embouchure, B 1,3 m 2I 10 km, 1 m 51 3,O km et 0,4 m B l'embouchure (fig. 4a). En pCriode d'Ctiage (aofit 1980) l'onde de make s'amortit dans l'estuaire, d'amplitude 2,3 m 2I l'embouchure (ERSJ 0157) elle est de 1,57 m B 3 km(ERSJ0158), de 1,15 ma9km(ERSJ0161) et ne se fait plus sentir 2I 12 km (ERSJ 0159) comme le montre la figure 4b.

Tempe'rature Dans tout l'estuaire les tempkratures, en p6riode de

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FIG. 5. ~volution de la salinit6 h l'ernbouchure de la riviere St-Jean, le 27 aoDt 1980 (ttiage). RD = rive droite; RG = rive gauche; PM = Pleine Mer; les chiffres - 1, -2, 1, 2, correspondent aux heures avant ou aprks la Pleine Mer.

crue printannikre varient de 3 43°C et sont en moyenne de 4°C. Elles ne subissent pas de fluctuations de make car le dCbit fluvial est dominant et rejette le prisme de marCe hors de l'estuaire. Ce type de milieu est caractkristique des rivikres sub-borkales (Buller et al. 1975; Frenette et Caron 1977). En rCgime d'Ctiage d'Ct6, les tempkratures fluviales sont de 20°C. Le prisme marin, d'une temperature de 12°C envahit l'estuaire A partir de la Basse Mer (BM) jusqu'h 3 h aprhs la Basse Mer (BM+3) et remonte au niveau de la ligne B (fig. 1) depuis BM+3 jusqu'a BM+6. La masse ocCanique Nnbtre par la partie est de l'estuaire.

Salinite' Les mesures de salinitk n'ont CtC effectukes qu'h

l'embouchure de l'estuaire (ligne A) durant la campagne d'aoiit 1980 (fig. 5). En fin de jusant les salinitks sont faibles (6-10%0) mais elles Cvoluent durant tout le flot; au niveau du fond elles passent entre 5 h avant la Pleine Mer (PM- 5) et 2 h avant la Pleine Mer (PM- 2) de 20 A 24%0. En surface elles croissent entre PM-5 et PM- 1 de 10 A 23%0 !e long de la rive droite et de 10 A 22%0 en rive gauche. A 1'Ctale de make haute (PM) la salinitC est uniforme dans la section centrale de l'embouchure tandis qu'au jusant elle est stratifiCe, sa concentration

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maximale se situe le long de la rive droite et elle dCcroit depuis la Pleine Mer (22%0) jusqu'h PM+5 (9%0). Ces mesures mettent en Cvidence l'existence d'un coin salC qui remonte la rivibre St-Jean en pCriode de flot depuis la rive gauche jusqu'h la partie centrale de la section: l'estuaire 2 l'embouchure de la rivibre St-Jean est dCfinie alors c o m e un estuaire marCe faiblement stratifit5 (Pritchard 1955). En ptriode de jusant, 1'Ccoulement se fait le long de la rive droite. Robin (1978) souligne Cgalement l'existence de cette intrusion saline jusqu'h 6,5km de I'embouchure pour un dCbit d'Ctiage de 81 m3/s (aoiit 1978) et Paul (1979) jusqu'i 2,8km en aoiit (dCbit de 123 m3/s) et 4.5 km en octobre (dCbit de 1 18 m3/s). La position du coin salC peut se situer plus en amont par des dtbits fluviaux plus faibles associCs h des marCes de plus grandes amplitudes.

Bilan liquide Rkpartition des vitesses instantankes En ptriode de crue (23 mai 1980) les directions de

courant B mi-profondeur sont toutes dans le sens de 1'Ccoulement fluvial a l'exception d'une mesure en rive droite (h l'embouchure). Les vitesses d'Ccoulement toujours au-dessus du seuil de transport des matkriaux pClitiques (Hjulstrom 1935) sont de 0,8 m/s en moyenne en A (mais pour une partie seulement du cycle tidal), de 0,8 B 1,3 m/s en B et de 1,6 a 4,4 m/s en C. Cette dernibre valeur est ClevCe mais les mesures, au niveau de la ligne C ont CtC prises quelques heures seulement aprbs le pic maximum de crue (fig. 4a). Cette ClCvation de 0,40 m en ERSJ 0161 est due B l'action conjuguCe de la montCe naturelle de la crue et de la formation d'une emblcle entre les lignes C et B, cette embble s'est fait sentir jusqu'a 20 krn en amont oh elle provoque une montke de 0,20 m du plan d'eau (mark- graphe ERSJ 0162). La rupture de cette emblcle a entrain6 une accClCration des vitesses de courant sur la ligne C (4,4 m/s le 23 mai 1980), un larninage complet de la make basse au niveau de la ligne B et une attknuation du flot B l'embouchure.

En pCriode d'Ctiage (aoiit 1980), l'embouchure n'est pas stratifiCe verticalement, par contre une stratification horizontale se produit en flot (fig. 6). En surface, la renverse de courant se produit en fin de flot, elle subit un retard d'une demi-heure entre les rives ouest et est. D'autre part, la distribution des courants est uniforme sur toute la colonne d'eau pendant le jusant et la renverse se produit d'abord en rive gauche et dans la section centrale de 1'Ccoulement avant la rive droite. La rive est de l'estuaire se comporte c o m e un chenal de flot tandis que la rive ouest comme un chenal de jusant (figs 5,6).

Les vitesses d'Ccoulement sont toujours plus faibles le Iong de la rive est que sur l'ensemble du chenal(0,2 m/s contre 0,5 et 0,6 m/s) en flot et en jusant (0,4 m/s contre

0,5 et 0,6 m/s). D'autre part, le flot est plus court (4 hen A et 3,5 h en B) que le jusant (8,5 h en A et 9 h en B).

L'entrCe d'eau marine est like au dCbit fluvial; en ptriode de crue l'onde de make ne se fait pas sentir le long de la ligne C et elle provoque uniquement une attinuation des vitesses d'Ccoulement de la rivibre durant le cycle tidal au niveau de la ligne B et sur trois verticales en A. Durant la pCriode dlCtiage, la remontCe du prisme de marCe dans l'estuaire est mis en Cvidence tant par les mesures de tempbature et de salinitC que par l'apparition tardive de l'onde de flot en B (une heure aprbs la ligne A). Ceci est en accord avec les conclusions de Robin (1978) qui mentionnait en Ctiage (aoOt 1978) une renverse de courant 30 min avant la pleine mer a prbs de 7 km de l'embouchure. I1 observait le lendemain le m6me phCnombne B 6,5km de l'embouchure sur les deux tiers de la rivibre tandis qu'un courant descendant subsistait sur la rive droite. La position du point nodal est donc fonction de l'amplitude de la marCe pour un mCme dCbit fluvial, il remonte durant les ptriodes de revif et se dirige en aval lors de la dCcroissance de l'amplitude de la make.

Dkbit liquide En pCriode de crue (23 mai 1980) le dCbit moyen

journalier calculC est de 717 m3/s B l'embouchure et de 1035m3/s au niveau de la ligne B. L'Ccart entre les valeurs en A et B est dii B une pCriode de mesure trop courte le long de la ligne A (pCriode de mesure correspondant uniquement au jusant). Ces rksultats sont en accord avec ceux obtenus B 20 et 167km de l'embouchure h partir de stations de jaugeages (J. Prud- homme, communication personnelle, 1982).

En pCriode d'Ctiage, le dCbit moyen est durant le flot de 181 m3/s h l'embouchure et de 147 m3/s en B et durant le jusant de 197 m3/s en A et de 185 m3/s en B.

Le dCbit fluvial moyen journalier (le 27 aoOt 1980) est de 93 m3/s en A et 77 m3/s en B ce qui est comparable aux valeurs obtenus par jaugeage: 80 et 85 m3/s (J. Prud- homme, comnlunication personnelle, 1982). Cette diffkrence de debit de l'ordre de 10% peut 6tre attribua- ble 21 la marge d'erreur de la mCthode de calcul. Le prisme de marCe ptnCtrant dans l'estuaire durant le flot estCgala2,6 X 1 0 6 m 3 e n ~ e t d e 1,8 x 1 0 6 m 3 e n ~ , l e volume d'eau transitant entre A et B est donc de 0,8 X

lo6 m3.

Bilan solide Matkriel particulaire en suspension Durant la crue printanni&re, les concentrations

moyennes en seston sont en moyenne de 96mg/L et celles de matibre minCrale de 74 mg/L. Le pourcentage de matibre minerale sur la matibre particulaire en suspension (MPS) varie de 65 B 95%. En Ctiage, les concentrations en MPS sont de l'ordre de 4-5 mg/L et

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St at ions . * . . *. 2

FIG. 6. ~volution des vitesses de courant et de la concentration en matikre en suspension B l'embouchure (ligne A) de la St-Jean, en aoiit 1980. L'Cchelle en m/s correspond B celle des variations de vitesses de courant le long de la section de mesure et celle en mg/L B 1'Cvolution simultanCe des concentrations de matikre particulaire. BM = Basse Mer; PM = Pleine Mer; 0,2,0,6 et 0,8 de la hauteur totale correspondent h la profondeur d'tchantillonnage par rapport B la surface.

de 2-3 mg/L pour les matibres minCrales (MPM). La maximum de flot (PM-3) et de jusant (PM+2), pour matibre minkrale reprksente 58% de la MPS. En Ctiage, atteindre respectivement 6 et 11 mg/L (fig. 6). h l'embouchure la concentration en MPS est unifome De mani&re gCn6rale les maxima de concentrations sur toute la colonne d'eau, elle augmente durant les sont liCs aux courants de jusant ce qui indique qu'il y a

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TABLEAU 1 . ~volution du debit et de la charge solide dans l'estuaire au cours d'un cycle tidal (ao8t 1980)

Difference Diffkrence Ligne C entre B et C Ligne B entre A et B Ligne A (kg/s) (kg/s) (kg/s) (kg/s) (kg/s)

Maree basse 0,44 (S) +0,33 0 , l (S) -0,04 0,14 (S) Flot 0,44 (S) +O,11 0,66 (E) +0,06 0,72 (E)

( 4 3 t) (13,O t) (8,3 t) (2,O t) ( 1 0 3 t) Marke haute 0,44 (S) +0,41 0,03 (S) +0,08 0,05 (E) Jusant 0,44 (S) -0,38 0.82 (S) -0,28 1,lO (S)

(15,Ot) (11,5t) (26,5t) (7 , l t ) (33,6t)

NOTES: S = sortie; E = entrke; + = apport; - = depart; (15.0 t) = charge solide.

peu d'entrCe de sCdiment en suspension d'origine c 6 A marine et que le courant de flot ne remet pas en suspension les sediments du lit estuarien au niveau de la $r$ ligne A (fig. 6). La moyenne sur l'ensemble des Cchantillons de seston, calculCe selon la mCthode d'In-

42 man (1952) est de 6,25+ (13,l pm) B l'embouchure, 2%5 33,s

5,9941 (15,7 pm) le long de B et 6,56+ (10,6 pm) le long de C en mai 1980. En aoQt 1980, nous obtenons II,~ 5J

respectivement 4,89+ (33,7 pm, 4,66+ (393 pm) et 50 Charge solide en tonne

4,08+ (59,l pm). + Jusant

Dkbit solide 9 FIot Le flux de la matibre particulaire en suspension

(46 kg/s) enptriodede crue (mai 1980) subit uniquement + irosion

l'influence fluviale et est entrain6 hors de l'estuaire. La 4 &pot charge solide en suspension (2070 t/cycle tidal) con- tribue a alimenter l'avant cdte de la rivibre St-Jean.

En Ctiage (aoQt 1980), un bilan stdimentaire est Ctabli a partir d'un dCbit solide moyen fluvial de 0,44 kg/s et les variations des debits solides moyens de flot et de jusant (tableau 1; figs 7,8). En effet durant la ptriode de mesures, la ligne C ne subit pas de renverse de courant mais seulement un ralentissement de l'tcoulement fluvial.

La figure erosion-skdimentation dlCtiage (fig. 9) montre que l'anivCe du flot s'accompagne d'une Cltva- tion de la charge solide atteignant 4,4 t B l'embouchure et 3,5 t en B au maximum de flot. Au jusant, une tltvation de la charge solide se fait Cgalement sentir, elle atteint un maximum de 9,9 t B l'embouchure et 5,4 t en B.

De manibre plus dttaillCe, durant le flot, la concentra- tion de mattriel en suspension dtcroit de l'embouchure en direction de l'amont (0,72 kg/s en A et 0,66 kg/s en B) representant respectivement une charge de 10,3 et 8,3 t donc un pitgeage de 2,O t entre les lignes A et B. Entre B et C, l'influence conjugute de l'apport fluvial (4,7 t) et de l'apport aval(8,3 t) se traduit par un apport de 13 t, le phtnombne se prolonge durant 1'Ctale de marCe haute (dtbit de 0,08 kg/s entre B-A et de

FIG. 7. Bilan de la charge solide dans la rivi5re St-Jean en p6riode d'etiage.

0.41 kg/s entre B-C) mais dbs le dtbut du jusant, une erosion se produit et le dtbit solide augmente alors en B (0,82kg/s) et A (1,l kg/s) entrainant 11,5 et 7 , l t de mattriaux en suspension entre les zones B-C et B-A. La stdimentation est plus prononck durant le cycle tidal a l'ttale de haute mer qu'h 1'Ctale de basse mer et en arnont de la ligne B qu'en aval (tableau 1). Malgrt une durte plus courte de l'ttale de flot que de jusant, c o r n en ttmoignent les enregistrements markgraphiques (fig. 4), le dtpdt plus important a la haute mer et en amont de B doit &tre d'une part dB i un ralentissement prtcoce des vitesses de courant liC au debit de flot oppost au dCbit fluvial et d'autre part dQ a la charge solide en suspension supkrieure en amont de B qu'en aval (tableau 1).

En conclusion, dans l'estuaire, en pkriode d'ttiage et de vives-eaux (fig. 7) on observe un apport de 2 t entre A-B et de 13 t entre B-C en flot et un dCpart de 11,4 t entre B-C et 5 , l t entre B-A en jusant. Le bilan sur un cycle tidal de vives-eaux s'ttablit donc un dCp& de 1,6tenamontdeBethundCpartde3,1tenavaldeB. Ceci laisse supposer qu'en @node de mortes-eaux, le dkbit fluvial accentuant sa prtilominance sur le d6bit de

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FIG. 8. ~volution du coin salk en fonction du rapport dkbit fluvial sur dkbit de marke. Le coin salin est rejetk hors de l'estuaire d2s que le rapport Qf/Q, est sup6rieur 2,4. Ceci reprksente pour une marBe moyenne un dkbit fluvial de l'ordre de 160m3/s. = distance entre I'embouchure et les markgraphes 0157, 0158 et 0161; Qf = dkbit fluvial; Q, = dkbit dO 9 la marke.

FIG. 9. Entrke et sortie de matkriaux en suspension (MPS) au cours d'un cycle de marke en Ctiage dans I'estuaire de la St-Jean. Les tennes dkpot et Brosion reprksentent respective- ment les matkriaux qui sortent et entrent dans l'estuaire durant la p6riode de mesures. BM = Basse Mer; PM = Pleine Mer; MES = matkriaux en suspension.

make, la zone de dCpGt net rnigre vers l'aval et compensera ainsi les pertes subies dans la partie sud de l'estuaire.

Discussion L'analyse des variations du dCbit de la rivibre St-Jean

(1977 1981) montre que seulement 2% des dCbits d'ttiage sont infkrieurs B celui mesurC en 1980 et que la crue observCe durant cette pkriode n'est dtpasde que pendant 2% de I'annCe, ce qui montre la bonne reprksentativitk de nos pCriodes de mesures; nous

pourrons ainsi extrapoler au rtgime annuel les valeurs obtenues durant les mesures.

En Ctiage quelles que soient les conditions de marte, le rapport du prisme de marCe (Q,) sur le dCbit fluvial (Qf) est toujours suptrieur 0,5; il est compris 0,66 (mortes-eaux) et 2,63 (vives-eaux) malgrC une marte mksotidale. L'estuaire de la rivibre St-Jean est d'aprbs la classification de Pritchard (1955) toujours du type B; cela est analogue a celui de la rivibre La Grande (Frenette et Caron 1977) et au Tonnerre (Neu et Jordan 1977).

Dans les estuaires micro- ou mCsotidaux des climats temptrts, pour des dtbits fluviaux faibles il y a un trans- port net vers l'aval en surface et vers la terre au fond. La zone de concentration maximum se situe B la limite amont de l'estuaire salin et elle tvolue en fonction du dCbit fluvial et des gradients de densit6 (Dyer 1971; Meade 1972; Hayes 1973; Schubel 1969). Par ailleurs vers les estuaires macrotidaux de l'ouest de la France, partiellement mtlangts pour de faibles dCbits fluviaux, la zone de turbiditt apparait c o v e un phtnomene induit essentiellement par la marCe. A cause de l'asymt- trie tidale, il y existe prtftrentiellement une trosion au flot et un dCpGt B l'ttale de flot. La zone a haute concentration est rCgie par le cycle morte-eau-vive-eau bimensuel (Allen et al. 1976,1980). L'appartenance de la rivibre St-Jean B ces types d'estuaire est difficile a mettre en Cvidence. En effet, les vitesses d'Ccoulement sont quasiment identiques en flot et en jusant sur toute la colonne d'eau contrairement aux estuaires de la Nouvelle Angleterre oh les vitesses sont maximum au fond en flot et en surface au jusant (Schubel1971; Hayes 1973; Dyer 1971). Ce phCnombne est dfi a la prtpon- dCrance du debit fluvial sur le prisme de marCe (fig. 8) et ce meme en pCriode d'Ctiage oh le rapport Qf/Qm varie de 1,58 a 0,38 entre les mortes-eaux et les vives-eaux (0,47 le jour des mesures) alors qu'il est de 0,118 en moyenne et varie de 0,387 en crue a 0,028 en ttiage pour l'estuaire de la rivibre Memmack et de 0,227 et 0,107 pour l'estuaire des rivibres Saco et Royal dans le Maine (Hayes 1973). Dans I'estuaire de la St-Jean, la courbe d'Cvolution du rapport Qf/Qm en fonction de la distance de pCnCtration du coin salC (fig. 8) nous permet d'Cvaleur que pour des dCbits suptrieurs a 160 m3/s, condition rtalide durant 29% du temps annuel, le coin salt5 est rejet6 hors de l'estuaire et qu'il n'y a pas de renverse de courant dans l'estuaire.

Donc si du point de vue hydrologique, le rapport dCbit de marCe sur dtbit fluvial le classe dans les estuaires hautement stratifies, 1'Cvolution des matibres en suspension ne correspond pas a celle de ce type. Son comportement ~Cdimentologique en pCriode d'Ctiage est diffkrent des estuaires mtsotidaux partiellement mt- langCs comrne la baie de Chesapeake car d'une part on ne remarque pas d'augmentation significative de la concentration de matibre en suspension de la surface

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vers le fond et d'autre part, si en surface le courant de jusant est plus Clevt qu'au fond, on s'attendrait ?I avoir en flot, un courant de fond supkrieur a celui de surface, ce qui n'est pas le cas. L'estuaire de la rivikre St-Jean ne s'apparente Cgalement pas aux estuaires macrotidaux de l'ouest de la France car pour de faibles dCbits fluviaux, les processus tidaux prkdominent sur ceux de gradients de turbidit6 et entrainent une forte remise en suspension des sediments de fond en flot, ?I l'inverse de ce que l'on note dans l'estuaire de la St-Jean. I1 semble donc que cet estuaire ait un compartement particulier que l'on dC- finiera comme sub-borCal. Toutefois, les spCculations Crnises ici, nkcessitent une poursuite du travail dans la rivibre St-Jean afin de dCfinir prCcisCment 1'Cvolution de la limite de l'intrusion saline; du point nodal de courant et enfin de la zone de forte Crosion et de dtp6t en fonction du cycle de marCes et du dCbit fluvial.

Conclusion Cette Ctude a permis de mettre en evidence l'absence

de remontCe du coin salt et de renverse de courant durant les crues printannikres. La remontte du coin salC se produit entre les lignes A et B durant 1'Ctiage d'CtC, elle a pu se faire sentir jusqu'h 6.5 km en aoQt 1978. Les eaux marines remontent le long de la rive gauche et la partie centrale de la section d'Ccoulement tandis que 1'Ccoule- ment fluvial se fait le long de la rive droite. Le volume d'eau introduit B l'embouchure par la marCe en pCriode d'Ctiage est Cgal a 2.6 X lo6 m3. Le rapport Qf/Q, classe l'estuaire de la rivi2re St-Jean dans le type B (Pritchard 1955).

La rkpartition des vitesses et des directions de courant confirme l'existence de l'entrCe d'eau marine dans l'estuaire. En pCriode de crue, l'onde marine ne se fait sentir que par une diminution des vitesses de courant durant le cycle tidal. En Ctiage, la prCsence de la marCe se manifeste par l'apparition tardive de l'onde de flot en B par rapport a l'embouchure.

En pCriode de crue le dCbit fluvial est de 1035 m3/s et en Ctiage le dCbit moyen de flot est de 181 m3/s i l'embouchure et de 167 m3/s en B; le dtbit moyen de jusant est respectivement de 197 et 185 m3/s. Le dCbit fluvial moyen joumalier est de 85 m3/s.

Les concentrations de matibres en suspension (seston) varient de 96mg/L en pCriode de crue (65-95% de matibre minCrale) 21 4,6 mg/L en pCriode d'Ctiage (58% de matibre minCrale). Cette concentration de MPS est Cquivalente h un transport net sur un cycle tidal de 2070 t en crue; de 18,2 t en B et de 23,3 t ?i l'embouchure en direction de l'avant c6te de la rivibre St-Jean en pCriode d'Ctiage.

Remerciements Les auteurs remercient le service des RelevCs tech-

niques de 1'Hydro-QuCbec pour les mesures de terrain et Alvin Roy pour les mesures de laboratoire. Cette Ctude a

CtC subventionnte par le Ministbre des Mines, ~ n e r ~ i e et Ressources du Canada (MER) (no 110/4/81), le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) (no A7383) et Hydro-QuCbec.

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