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La Potamologie ou la Science des Rivières

Que devons-nous savoir au sujet des rivières Que ne savons-nous pas (encore) …

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Contenu des exposés • Introduction: pourquoi une approche

potamologique • Importance du contexte géomorphologique • Notions de fluviomorphologie • Rappels de notions d’hydraulique fluviale et

d’ingénierie fluviale • Illustrations par des cas

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L’approche potamologique • Du Grec « Potamos » = fleuve ou rivière et

« Logy » = science ou traité • Le terme existe depuis longtemps mais a été

repris aux USA dans les années 50 lorsque les ingénieurs ont commencé a réaliser les erreurs de conception d’ouvrages, après quelques incidents et accidents d’ouvrages

• Fort abandonné depuis trente ans, il est à nouveau utilisé, de plus en plus

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L’approche potamologique • Ne se limite pas à l’hydraulique et aux transports

de sédiments, mais prends aussi en considération tous ce qui affecte le comportement des cours d’eau : – Géologie, géotechnique, mécanique des roches – Climat, hydrologie, hydrogéologie – Ecologie, biologie, chimie – Tous les impacts humains – Histoire ……

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Mais notre société a aussi changé • L’ingénieur était auparavant un décideur, mais

n’est plus seul à décider • L’hydroinformatique s’est développée très

rapidement, l’ingénieur devenant un utilisateur plutôt qu’un développeur

• Les logiciels sont devenus des produits commerciaux

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Mais notre société a aussi changé • L’éducation a évolué, avec moins de praticiens

dans l’enseignement (et souvent moins d’hydraulique dans les curricula et moins d’approche « physique »

• L’écologie, mais aussi les aspects sociaux et politiques interfèrent dans les processus de prises de décision (voir les oppositions contre les barrages dans le monde)

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Morphologie des cours d’eau • Les cours d’eau se sont formés, adaptés depuis les

temps les plus anciens et se transforment constamment sous l’effet de: – Facteurs naturels (géologie, topographie, tectonique,

climat, régime hydrologique …) – Activités humaines dans les bassins versants

(agriculture, défrichements, constructions, routes, …) et dans les cours d’eau (seuils, barrages, épis, revêtement de berges, digues)

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Contexte Géomorphologique Représentation classique montrant les 3 zones d’un cours d’eau : bassin supérieur incisé, bassin médian en pseudo-équilibre et bassin inférieur de dépôt

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Le(s) sous-bassin(s) supérieur(s) • Les apports de sédiments sont déterminés par:

– la géologie et la topographie des bassins – la tectonique, les éboulements et glissements de

terrain, les érosions – le couvert végétal – les activités agricoles, défrichements – constructions, routes

• Mais la composition des sédiments peut fortement différer (ex: Fleuve Jaune, Sénégal, Piraï, …)

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Le(s) sous-bassin(s) médian(s) • Sédiments en transit au lieu d’incision ou dépôt

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Le(s) sous-bassin(s) inférieurs(s) • Sédiments fluviaux et marins dans les :

– estuaires – lagunes – deltas Exemple du Fleuve Ebre en Espagne, évolution

d’estuaire en delta, accélérée avec la déforestation au XIVème siècle

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Le(s) sous-bassin(s) inférieurs(s) Les cours inférieurs ne sont généralement pas en équilibre morphologique suite au changements climatiques (Holocène) – cas de la Loire Figure niveaux des océans:

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Contexte géomorphologique: importance • Il faut réaliser que la plupart des cours d’eau

subissent des influences diverses naturelles (tectoniques, climatiques, hydrologiques, sédimentologiques) à part les influences humaines

• Certains cours d’eau ont pu atteindre une sorte de « maturité » morphologique, d’autres ne sont pas encore en « équilibre »

• Nous devons réaliser qu’il n’est pas possible de gérer ou d’aménager les cours d’eau si leur évolution naturelle n’est pas prise en compte

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Contexte géomorphologique: importance • Tout projet fluvial devrait commencer par une

phase de diagnostic dans laquelle la situation géomorphologique devrait être centrale

• Les études de projet devraient évaluer les effets anthropiques sur la morphodynamique

• L’ingénierie fluviale doit prendre en compte la probable « réponse » du cours d’eau induite par le projet, de façon à ce que les ouvrages gardent leur efficacité lorsque surgiraient des nouveaux changements morphologiques (cas du Var)

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Contexte géomorphologique: importance • Les ingénieurs et projeteurs doivent re(connaître)

tous les processus responsables des changements morphologiques, pas seulement hydrauliques et transport de sédiments

• La morphologie d’un cours d’eau doit être comprise au travers des processus, pas en utilisant des catégories ou classes de rivières

• Développer des outils (modèles ou autres) en fonction de catégories peut être dangereux, car la réalité est bien plus complexe que la théorie

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Typologie sur base des formes en plan • Il est possible d’établir une topologie des rivières

sur base de la forme en plan, sur l’existence de bancs de sables, seuils ou îles

• Cependant, les processus physiques à la base de la morphologie ne sont pas encore bien compris; l’ingénierie fluviale de peut attendre que cette connaissance devienne disponible

• A part (ou au lieu) de classifier, il vaut mieux tenter de comprendre les processus, d’établir un diagnostic avec toutes les informations et données

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Typologie sur base des formes en plan

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Cours tressé ou à méandres • Il n’y a pas de théorie acceptée universellement

pour expliques les causes • Il existe un consensus sur l’importance du débit et

de la pente, mais le rôle du transport de sédiment reste peu clair

• Sur base de ces paramètres, Leopold & Wolman (1957) ont analysé un grand nombre de cours d’eau et le graphique peut être pratique

• Cependant, les rivières « droites » peuvent exister seulement à cause du contexte géomorphologique

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Cours tressé ou à méandres

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Cours tressé ou à méandres Beaucoup d’experts croient au principe du débit « formant », d’habitude pris comme le débit de plein bord, lié d’une certaine façon au débit annuel moyen. Par contre, pour nous la forme de l’hydrogramme de crue et son histoire ont une importance bien plus grande

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Cours tressé ou à méandres rectiligne à méandres tressé

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Rivière Ichilo, Amazonie Bolivienne

Cours d’eau à méandres

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Cours d’eau tressé ou à méandres … ? Rivières de l’Amazonie Bolivienne avec des méandres réguleirs, tortueux, mais aussi des parties à tresses et anabranchées dans le même système fluvial …

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Forme d’équilibre Lane développa une théorie pratique permettant d’estimer la tendance d’évolution morphologique en disant que le produit du débit liquide et de la pente hydraulique reste proportionnel au produit de la charge sédimentaire transportée et de la dimension des particules solides

Cette théorie (qualitative) permet d’estimer la réponse d’un cours d’eau à des modifications des régimes hydrologiques et sédimentaires

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Morphologie fluviale - Conclusions • Il faut changer de paradigme, ne plus se lancer

tête baissée dans des modélisations, mais commencer par un diagnostic potamologique : – Développements historiques, causes des changements – Contexte géo-fluvio-morphologique – Nature et sources des sédiments, ainsi que modes de

transport – Recherche des causes possibles des changements

morphologiques – Comprendre le comportement du lit fluvial pendant

les crues (étiage représentatif pour la crue ?)

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Illustrations • Cours d’eau de type Alpin:

– Fleuve El Novillero (Chiapas, Mexico) – Fleuve Var (France)

• Les différences: – Géologie, climat, régime des pluies, occupation des

sols – Présence ou absence de plaine alluviale

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Glissement de terrain suite à des pluies diluviennes (1200 mm en 3 jours) avec obstruction dans le lit du cours d’eau

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L’incident du 28/09/1998 • Le barrage naturel suite au glissement de terrain a

provoqué une accumulation des eaux • Le barrage a sauté et les gros débris ont été

arrêtés par le pont, formant un nouveau barrage • Celui-ci a explosé et l’onde produite a submergé

le village de Valdivia avec de l’eau et 3 à 4 m de sédiments, ensevelissant toutes les habitations et tuant les habitants

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Vue de la colline et du fleuve “canalisé” juste en aval du pont

En voiture dans Valdivia au niveau des toits … (1999)

= Nouveau pont ferroviaire A = village Valdivia

= Pont routier

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Nouvel incident en 2005

Image Google avant 2005

Image Google après la nouvelle crue

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Mais parfois différences notables • Les cours d’eau se sont formés, adaptés depuis les

temps les plus anciens et se