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Institut Français de Recherche Scientifique pour le Développement en CoopérationUnité de recherche 21 :

Mécanismes du Cycle de l'Eau en Interaction avec le Climat et l'Environnement.Concepts et Modélisations

EROSION. TRANSPORT SOLIDE ET SEDIMENTATION DANS LE CYCLE

CONTINENTAL DE L'EAU

Pierre Chevallier

Cours pour leCycle Postgrade interuniversitaire en hydrologie et hydrogéologie

Université de Neuchâtel (Suisse)Centre d'Hydrogéologie

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse)Institut d'Aménagement des Terres et des Eaux

Laboratoire d'Hydrologie ORSTOMBP 5045

34032 Montpellier Cedex 1 - FranceTel: (33) 67 61 7435 Fax: (33) 67 41 1806

janvier 1995

Avant -Propos

Ce cours est la version 1995 du cours administré par l'ORSTOM dans le cadre du Cycle PostgradeInteruniverstaire en Hydrologie et Hydrogéologie depuis 1985. Donné par plusieurs enseignants(Jacques Colombani en 1985 et 1987; Pierre Chevallier en 1989, 1991 et 1995; Jean-FrançoisNouvelot en 1993), il a fait l'objet de plusieurs polycopiés.

En 1995, nous avons résolu de ne pas proposer de texte, mais simplement une copie destransparents qui servent de base au cours. Cela donne un résultat, certe plus succint en volume, maisprobablement plus clair d'accès pour les étudiants. Par rapport aux années précédentes, on noteraune réorganisation du cours dans un abordage plus logique des différents processus de mouvementde matières solides dans le cycle de l'eau continental (érosion, transport, dépôt).

Des exemples seront fournis aux étudiants sous la forme de fichiers informatiques au formatMicrosoft Excel v.5 pour Windo'NS.

Nous avions pris l'habitude de donner dans les polycopiés précédents quelques indicationsbibliographiques. Nous nous en abstenons volontairement cette année. La littérature sur le sujet esttrès vaste, très changeante et, finalement, toujours aussi peu scientifiquement satisfaisante. Nousrenvoyons donc aux revues et collections spécialisées: UNESCO/PH', IAHS, Water ResourceResearch, Catena, Soil Techn%gy, Journa/ ofHydra/ogy, Hydr%gica/ Processes, etc.

" nous paraît enfin important de signaler l'existence d'un réseau scientifique international, le «réseauErosion» qui organise annuellement des «Journées» et publie deux fois par an un {( Bulletin ». Il estanimé par Eric Roose, Georges de Noni et Jean-François Nouvelot (Réseau Erosion, BP 5045, 34032Montpellier Cedex 1, France).

COURS EPFL 1995

EROSION, TRANSPORT SOLIDE ET SEDIMENTATION DANS LE CYCLECONTINENTAL DE L'EAU

P. CHEVALLIER - ORSTOMPlan du cours:

1. Généralités, définitions

J.J. Définitions1.1.1. Erosion hydrique1.1.2. Débit solide1.1.3. Charge solide1.1.4. Sédimentation1.1.5. Alluvionnement

J.2. Solides particulaires1.2.1. Courbes granulométriques1.2.2. Mélanges solide-eau-air

1.3. Rappel sommaire d'hydraulique1.3.1. Notion de perte de charge1.3.2. Turbulence de l'écoulement

2. L'érosion

2.1. Les différents manifestations2.1.1. Erosion aréolaire2.1.2. Erosion en rigoles et en griffes2.1.3. Erosion en ravine2.1.4. Erosion linéaire: fond et berges descours d'eau

2.2. Les processus2.2.1. Effet splash2.2.2. L'arrachement, le transport et le dépôt2.2.3. Le rôle du sol

2.3. L'équation universelle de perte en sol2.3.1. L'équation2.3.2. La validité de cette équation2.3.3. Extension de l'équation

2.4. La mesure2.4.1. A l'échelle locale2.4.2. A l'échelle du versant et de la parcelleagricole2.4.3. DaliS le réseau hydrométrique

2.5. Lespratiques conservationistes

3. Le transport solide

3.J. Mode de transport3.1.1. Transport en suspension3.1.2. Charriage

3.2. Méthode d'évaluation3.2.1. Empirique3.2.2. Calcul3.2.3. Modélisation

3.3. Mesures des transports solides dans lescours d'eau

3.3.1. Transports en suspension3.3.2. Mesure des charriages

4. Exemples (travaux dirigés)

4. J. Mesures de transports solides sur la Sanaga(Cameroun)

4.2. Risques d'érosion et de sédimentation auBrésil

4.2.1. Introduction4.2.2. Evaluation4.2.3. Réseau sédimentologique4.2.4. Validité des bilans4.2.5. Résultats

4.3. Mesures de transports solides sur le FleuveJaune (Chine)

4.3.1. Le réseau hydrométrique4.3.2. Principaux résultats

5. La sédimentation

5.J. Introduction

5.2. Aspect théorique

5.3. Mesure: méthode de mesure àl'échosondeur

5.3.1. Matériel utilisé5.3.2. Mise en oeuvre5.3.3. Dépouillement des mesures

5.4. Exemple de la retenue de Nebeur (l'unisie)5.4.1. Barrage de Nebeur5.4.2. Bilan de l'envasement

5.5. Discussion5.5.1. Densités5.5.2. Processus de sédimentation

EROSION MECANIQUE, TRANSPORTSOLIDE, SEDIMENTATION

DANS LE CYCLE DE L'EAU CONTINENTALE

Pierre Chevallier

Institut Français de Recherche Scientifique pour leDéveloppement en Coopération (ORSTOM)

Département des Eaux Continentales

PLAN DU COURS

1. Généralités, définitions

2. L'érosion

3. Le transport solides

4. Exemples

5. La sédimentation

1.1. DEFINITIONS

Erosion hydriqueDéplacement de particules du sol sous l'action

conjuguée des précipitations et de l'écoulement

Transport solideTransport des matières par les cours d'eau sous

forme de particules individualisées

Débit solidePoids total des matériaux passant à travers une

section de cours d'eau dans l'unité de temps

Charge solideEnsemble des matériaux solides transportés

1. GENERALITES, DEFINITIONS

1.1. Définitions

1.2. Solides particulaires

1.3. Rappel sommaire d'hydraulique

1.1. DEFINITIONS

SédimentationProcessus de dépôt des matériaux sur le fond d'un

lac, réservoir ou cours d'eau

AlluvionnementRemplissage du lit d'un cours d'eau par dépôt de

matériaux.

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1.2. SOLIDES PARTICULAIRES

Taille des particules

diamètre au tamisdiamètre équivalentdiamètre nominal

Forme des particules

rapport surface/volumesphéricité


V mélange solide, air, eauda densité apparenteVs volume des solides du mélangedr densité réelle des solidesPs poids sec des solidesHv humidité volumique (10S0C en 48h)r densité de l'eau (-1)Va volume d'air du mélangee densité de l'air (-0)


V da =Vs dr + r Hv + e Vapour un volume unitaire Vs = 1

Vs =(da - Hv) / drpoids sec du solide :

ps = da - Hvvolume d'air:

Va = 1 - Hv - (da-Hv)/dr

Sol sec

volume du solideVs = da/dr

volume d'airVa = (dr-da)/dr

porosité totalePr = 100 (dr / da) / dr

(1 )

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)


Boue(solide + eau, sans air)

humidité volumiqueHv = (dr -da) 1(dr - 1)

volume du solideVs = (da - 1) 1(dr - 1)

poids sec du solidePs =dr (da - 1) 1 (dr-1)

teneur en eauSe = (dr - da) 1 [(da - 1) dr]

(8)

(9)

(10)

(11 )


2

3

4

5

6

7

8

9

10

Il

S.CS.S. : Sociélé canadienne de la Science des SolsUS.D.A. : Uniled Slaies DEpanmenl of Agriculture

2 S.S.P. : Sociélé Suisse de Pédologie3 C.G.N. : Cenlro GeOlcchnico Napoli4 Auerbcrg : Allerberg 19055 B.C.I.R.A.: Bril. Ca.<l. Iron Rescarch As.<oe.• Pub.2. 1934

6 WJ.G.7 C.M.S.8 DIN9 LC.P.C.

10 A.S.T.M.Il B.S.

: Wenlwonh Joum. Gcology, Vo130:3TI, 1922: Comm. Mal. Siradali deI CNR: Kôhler (DiN 4022-4023): Laboratoire Central des PonlS Cl Chassées. Paris: American Associalion of Slate Highway Officiais: Bril. Slandards Inst. and Road Rcscarch Lab.

FIG. 2.4 Echelles texturales diverses

V o..l/'~t::#.. ~"'""' ~ fO~ c.l~ ~ \.M.~.(..; Q.'~ A.o~. tJ..~

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1.3. RApPEL SOMMAIRE D'HYDRAULIQUE

Perte de charge

formule de Strickler1 pente (perte de charge)U vitesse moyenneR rayon hydraulique

formule universelle

même résultat si

1= À U2 129 14R

Â= 8 g 1 (K2 R1/3)

pour une paroi constituée de matériauxhomogènes: K =26 1d1/6


Turbulence de l'écoulement

vitesse moyenne permanente(Um-Uy) U =5,75 (À /8)% log (h / y)

avec U =q / hcomposante turbulente de la vitesse

u* =0, 12 U (d / h)1/6

vitesse "en moyenne" ~4C~i------":'--~7f'

permanentecomposante

"aléatoire"


Frottement dans un cana,1 à surface libre

'to force de frottement par unité de surfacey poids volumique de l'eauq débit par unité de largeur

p== "l'.h.L.i

·'.

2. L'EROSION

2.1. Les différentes manifestations

2.2. Les processus

2.3. L'équation universelle de perte en sol

2.4. La mesure

2.5 Les pratiques conservationistes

5

Figure 1 : Cartes d'érosion en Afrique

And..-gions

Strakhov Fournier

...- ;...:...,;...;.__;..__;..;.~;.;.;;;;;;...--. .:,•• ...;.';;,J.;,;_';;-;';"~-;;';;'-~'.;.•....;;.;;;~....;.;.•.;...;;"•.:.••;.;-;,;,._..::.....J ~ :.:.: -·:~~'.t'.:.;·~:·t .

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2.1. LES DIFFERENTES MANIFESTATIONS

Erosion aréolaireérosion en nappe (wash Joad) causée par le

ruissellement diffus.

Erosion en rigole et en griffesconcentration des eaux de ruissellement qui

creusent de petits canaux

Erosion en ravinesl'incision atteint les couches plus profondes du sol,

parfois jusqu'à la roche mère

Erosion linéaire dans les cours d'eau

arrachement de particules solides au fond descours d'eau et effondrement des berges.

2.2. LES PROCESSUS

phénomènes complexes qui sont, pour le moment,décrits quantitativement et/ou modélisés

empiriquement à partir d'observations à diverseséchelles

L'effet splashC'est le rejaillissement consécutif à l'impact des

gouttes de pluies sur le sol qui détache desparticules solides.

Le détachement et l'ablationCest la désaggrégation des particules solides de lamatrice de sol sous l'effet splash ou sous l'effet du

ruissellement superficiel

2.3. L'EQUATION UNIVERSELLE DESPERTES EN SOL

(USLE, Wischmeier et Smith, 1958)

A = R . K . LS . C . P

A perte annuelle moyenne en solR facteur d'érosivité de la pluieK facteur d'érodibilité du solLS facteur topographique (pente et longueur de

versantC facteur agricoleP facteur de protection

conditionsd'application

versants cultivés et érosion aréolairerésultat annuel non valable à l'échelle de l'averse.

2.3. L'EQUATION UNIVERSELLE DES

PERTES EN SOL

R : érosivité

R =L (Ec . bo)Ec =1,213 + 0,890 log10 1

bo, intensité max en 30 min.

K : érodibilité

dépend du type de solévalué par un abaque à partir de :

o pourcentage d'argile (0,002 - 0,05 mm)o pourcentage de sable 'fin (0,05 - 0,10 mm

o pourcentage de sable grossier (0,10 - 2,0 mm)o teneur en matière organique

o structure et perméabilité du sol


LS : facteur topographique

(X )m 2

LS = 22 13 (0,065+0,0458 +0,00658 ),x, longueur de versant

m, dépend de la pente s

C : facteur agricole

tableaux de référence établis expérimentalement

P : facteur de protection

rapport entre perte de sol réelle et perte de solpour un travail dans le sens de la plus grande

pente, sans protection


L'équation modifiée pour des petits bassinsversants et pour des évènements

(MUSLE, Williams, 1975)

y =11,8 (Q.qp)O,56 K LS C P

y, perte en sol (en t)Q, volume ruisselé (en m3

)

qp, débit de pointe en m3/s

2.4. LA MESURE DE L'EROSION

A l'échelle localemini-parcelles sous pluies naturelles ou simulées

cases d'érosion standard Wischmeierévaluation de l'ablation, des dépôts

A l'échelle du versant ou du bassin versant

fosses à sédimentséchantillonneurs de matières en suspension

(même méthode que pour la mesure destransports solides)

422

421

420

419

418

ravine 91 (interpolée 2 res. 0,5111)

Page 1

54

52

50

48

46

44

8421-422

\1420-421

6419-420

8418-419

Cl417-418

0416-417

11415-416

61414-415

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417

ravine 92 (resolution 0,5 ID)

Page \

55

52,5

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47,5

0421-422

11420-421

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0416-417\8415-4166414-415

422

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ravine 93 (corrigée res 0,5 m)

Page 1

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8420-421

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0416-417

11415-416

8414-415

2.5. LES PRATIQUESCONSERVATIONISTES

travail du sol selon les courbes de niveaux

proteétion du sol (paillage, enherbement, culturesd'intersaison, rotations culturales appropriées)

banquettes de divers types

semis direct

3. LE TRANSPORT SOLIDE

3.1. Modes de transport

3.2. Méthodes d'évaluation

3.3. Mesure des transports solides dans les coursd'eau

3.1. MODES DE TRANSPORT

3.1.1. Suspension

matériaux 'fins que la composante turbulente del'écoulement maintient au dessus du fond et

transporte plus loin

3.1.2. Charriage

matériaux qui restent sur le fond et qui sontentraÎnés par le frottement du fluide

On distinguela saltation du glissement ou roulement

3.1.1. SUSPENSION

Vitesse limite de chute

w= ~/18)(g1-g)a%g1 et g, masses volumiques du solide et du fluide

a, diamètre de la particuleJ.!, viscosité du fluide

exemple pour un sable

a (mm) w (cm/s)1 10

0,3 3,5

condition pour la suspension:

u* >w

3.1.1. SUSPENSION

Si la turbulence est créée par la seule résistancede fond et coefficient de mélange uniforme:

( h ,Zc l y - 1 1 %

- == 1 h 1 avec z == w0 4 uca l j , . *

8-1formule de Schmidt-Rouse

c, concentration à la distance y du fondCa concentration à la distance a du fond

1

h, tirant d'eau

".;"

Eigure 4: Echantillonage de matières en suspension. Concentration en fonction de la profondeur. MissouriR~!v'er à ~as City, Missouri (Corps of 'J;.n,gine.ers, US Army).

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100,000

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1926-1972

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J.I

EXPLICATION

SEDIMENTS EN SUSPENSION CtD«JLES EN

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ROP'rolUl: OK PENm AU POINr

A· O1.&J)qe.ment appa.z:ent d~ 'ro.1on da & la. D:)(11t1e&t,1on de pratiqu.. de p.tOr.... _ra 1943

B Batude.u du ch&ntiu- 4'1 b&rragede Glen Canyon tenain' en 1959

C Ki.. en _'1 du bur.q. cSe Gle~ ~n en 1963

Budn versant· -JIt,1OOK.1.

Bas.iD wra&nt -lll.looK.;& l' &llIOnt de Glen!larraqe du ~yon a1.tu6& l'..,nt

700,000

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3.1.2. CHARRIAGE

condition de charriage:

'ta > 'te

'ta, tension de frottement exercée par le fluide'te, tension critique du matériau

formule de Meyer-Peter simplifiée:

'te = 0,047 (Ys - y) [t/m2]

d'où

(qs/24)2/3 = (y h 1) - [0,047 (Ys - y) d]

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SURFACE DE L'EAU

COURANTPARTIE SUPERlE~E

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Fig- 7 - Transport en charriage

_ Transpons soljd~". -'": .~~..~ ... ;. ... :. . :'. ::~~.. . • • . r • ~

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3.2. METHODES D'EVALUATION

Empiriques

Ces méthodes sont liées aux objectifs poursuivispuisqu'il s'agit de phénomènes éminemmentdiscontinus dans le temps et dans l'espace.

On établit des tableaux de correspondancesqualitatives à partir d'observations systématiques

et d'expérimentations.

Ces tableaux permettent des évaluationscomparatives.

Tableau - ESTIMATION des APPORTS de SEDIMENTS

(10)

(0)

Erosion et dép6ts

(20)

1 a.plu. dA 40\ de la surface1 prbenta des rigoles.1 1b.~ner. ~ dE1jllction rem.arquh au

1 pied de la plupart de a pentes.'1 1

C • Chenaux de drainage encomhr6ea1 de ddimentA. 1

d.ZOnes de vl!gl!tAtion encombdea de ddiments A la bor- 1

dure 8~rieure des pente.. 11

1

1

l'a.Environ 20\ de la aur!ace 1

1 prhente des rigoles. 1

1 b .COnea de dE1jection au peid 1

1 dea pentes de 30\. . 1

1 C .certAiru chenaux de drainage 1

sont encombr'. do sl!diment•• 1

d. Quelque. dE1p6t8 de sl!dimenta 1

sur b bord dea zones de 1

Vt1gE1tAtion. s1

1

1

1

a.Pas d'érosion en rigoles 1

apparentes. 1

1 b .Peu de dépôts apparentA au 1

1 pied des pentes en bordure de 1

1 zones de véqétAtion, des1 ruptures de pente, etc •••1

11

(20)

(10)

ZOnes Al' 4lIldnt du si ta

d.Pa. de ruissellement enprovenance de l'amont.

(0)

1 a.Pentes douces1

s b.Capacité d'infiltration1 E1levl!e.s1

1 C .Couvert vég~tAl dense.11

1

1

(10)

Pédologie

c.Sols qravillonnaires trèapeIlDlSables.

1

1

S

a.Sols non cohl!rents avec 1 a.Fortes pentes.une granulomE1trie uniforme :

b.sols non cohl!rents A 1 b.surfaces impermE1ablea.grains fins. :

1 c. Faible couvert vE1g&tal.1

1 d.Le ruisse'llement venu deS l'amont rencontre peu

1 1 d'obstacles.1 1

1 (5) 1

1 1

1 a.Sols argileux qravillon- 1 a.Pentes modE1rE1es.1 naires. 1

1 b.Sols moyennement colmatE1s. 1 b.Capacitl1 d'infiltration1 1 moyenne.1 c.Sols moyennement cohE1rents.1 c.Couvorture vl1gl1t.Ale de1 1 densitd moyonne.1 d.Sols de granuloml!trie 1 d.Ruisselloment venant do1 moyenne. l'amont Hm.! tl!.1

(0)

a.Sols argileux cohérents.

11 b.SOls gravillonnaires1 argileux denses.s1

S

S

1

1

1

1

non 1

1

1

1

non- 1

de 1

(10)

(5)

Roche de surface

1 a.Roches s4dilllGntaires1 cohérent••1 b.Roches d. tous types' bien1 altérées.1 c.K4tl!riaux volcaniques1 cohérenta, qliasement1 terrain, etc •••1

1

1

1

1 a.Roches de toua typea1 moyennelllGnt consolidttea.1 b.Roches moyennement altl!1 rées.1 c.Sl!diments trlla denses et: très argileux.1 d.Alternance de couches de1 ma tE1riaux ~rod.Lbleset

non érodibles.

(0)

1 a.Roches massive., cohl!rentes et dure••

1 b.sédiments bien consolidl!s et durs.

tort

)t)yen

IApport. deIsédiments

Faibles

1

1

1

1

S

1

1

~1

1. Les nombre. donnent la valeur approximative A donner aux observations.2. Les lettr.. indiquent des caractAri.tiques ind~pendanta. aUliquelles on peut attribuer les valeur. tot.alu.3. Des enquêteurs expérilDe.nUs peuvent procéder A une intarpolation entre les niveaux d'apporta de aêd.imenta.


Calcul (exemples)

o ~uations de transport en suspension:Abalianz, Larras, Engelund, Laursen

o ~uation de transport par charriageLevi, Koudrischov, Schoklitsch, Shinohara et

Tsubaki, Kalinske, Equiazarov, Muhlofer, Duboys,Meyer-Peter, Shields, Meyer-Peter et Muller,

Einstein Brown, Laursen, Colby, Engelund-Hansen,Inglis-Lacey

o équations de transport total:Laursen, Garde et Dattatri, Engelund et Hansen,

Tofaletti


Modélisation

De nombreux modèles existent (souvent dérivésde l'USLE) et presque toujours couplés avec des

modèles hydrologiques pluie débit

Parmi les plus connus :ANSWERSCREAMS

SHE

De plus en plus, on assiste à une prise en comptede la description spatialisée du milieu (utilisation dela télédétection, de modèles numériques de terrain,

de systèmes d'informations géographiques.

3.3. MESURE DE TRANSPORT SOLIDEDANS LES COURS D'EAU

3.3.1. Mesure de transport en suspension

Matériel de prélèvementMatériel de mesure « in situ»

Précision des mesuresMéthodes de d'analyse et de dépouillement

3.3.2. Mesure des charriages

Matériel de mesureMéthodes

Remarque sur le calcul

•):

••»

•»t

»," .: ......

t

•••ttt

•,•a•t••1t~

•t••••••••..

Figul"e 8 : Sonde type CoUee

.. . .. . . '".

Tlëlnspons solides

F.igUAe. 9. Sonde. type. COLLET

," "

'"......... . ..... '".. ':." ' .

Figure Il : Système de praè~~~ :m,l~-0~que m~ ~ p.lp,~ ~p,r.'I~~§ln0M:s.!-!r.;I~:~i.t~'~!é§;~:enGuyane

"

•••~ .

•

Tra~pons solides

-

Il. ___

~...-.------..~ ....... .-......... -.....--c • .--- ......

-

------ --- ---'~.- ...

Figures 12, 13 et 14: Sondes à rayonnem .l1ts.

1.

Joure.

S mm de.plomb d C.OWma.:teoJt

..00 mm .

2 X3

~. 'M' tCâbte. cl '_a.c1..ve. ~ve..c. âme. de. nylon.'---

••

Transports solides

/7

~~r ----+-=-t--~----T'+rr~..:-...-- 1S~,- :r=====:.:==========-.:~:Ji::::a, ;>1 0 241 Am SOUR~"f• , ....mc~chon• 2 "Il"V.woue. de. Plomb ·amov'{ble. de.· p;toucü.on

•••••»,~

."" . _---,.-·-+!.·t-~~--~TT~~~'l __-

~

t,ttt,t·

\20

----__:J_.O-.::JC:..:n:::GnDo~~l:..__

H100

c:CI

c: ttJo

...c

.E 60'uc:~. LOcou 20Cl

oc

-LOO~.-O-2---0".-().4--0r-.06---0ï.~1----O:r.-=2----'~~.r-:.c:-

Taille.du séd~~nt en m~ll1mètres

($_""-'-5 )

Transpons solides

"..~~:"'.

:• ._~. ~.,I ,~~.:lA.~~~

.....

. : ... ..

..~ .v2/0 (max)v-/O index _ ---

V2/O (_an)

1- 10 20 ~ «)

.., . Nomb.re.. de.. vertica.l,es

~t<>"cA cM. lt-(Cl..) cs.J~) .A...J r

M ..c..~~ ,

Pource;mt:age de7

<CO :JO 20 10 0 0

.:Errëur relative. norma1.e;.en %•'. (~ 'acceptable) .

Transports solides

\J{:D \M.OI\lCI.e(...J ("

,o~'h~ ~••.H \u ~~ ...~~t..O

......0.." .."""'.1__-t. ... .s,.;:00-~ .1 ~ \l " u: k.rox. ..... te.. .JÇ"of ~ (J;.o.1..<:.

~V·L..~

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r!ii

",,;fI.~..-iii...-•lit

•.-....•.-lit

••••.ra•.;,.ft

•••••(1••••••••••••••••••

.."

3.3.1. TRANSPORT EN SUSPENSION

Calcul du débit solide

concentration moyenne

1 nC ==-L:ci

n . 11=

débit solide par unité de surface

Qsu. == \tj x Ci1

Oslo = 10su.dP et Os = TOs/.dlJ 1 J

o 0

"

".' o·'

-".

i :" ..~

~1

,

~~~~k' ~ ~

d..A.o ~V'o .f.e-~/~ ~'-4.~

Q..10.~".~:~~

(~!J'

.......,.: ...~.t,...~ ~li. d....

t~tço.u. .

(Slk&t.· s)

3.3.1. TRANSPORT EN SUSPENSION

volume des échantillons à prélever

volume del'échantillon

1

1510

·~. ~ .. .

"'~

4. EXEMPLES (TRAVAUX DIRIGES)

4.1. Transport en suspension sur la rivière Sanagaau Cameroun

4.2. Problème du transport solide sur le FleuveJaune (Chine)

4.3. Risques d'érosion et de sédimentation auBrésil

Sanaga à Nachtigal (Cameroun)

3500 180

1603000

140

2500

120...... MUI

E--(") --g 2000 débit liquide 100 ~

CIl C"U 0"5 ..

IIItT ...-1500 80 c- CIl:c 0

-CIl C0 0

u60

1000concentration

valeur mesurée 40

50020

0 031- 30- 30- 29- 28- 28- 27- 27- 26- 25-mai jun jul aoû sep oct nov déc jan fév

Sanaga à Nachtigal (Cameroun)

3500 300,0

3000250,0

2500

200,0....../JI ......-- /JI(') --.s 2000 débit liquide

Cl~

QI QI"C 150,0 ~os

00- /JI

+' 1500 +'

Li Li-QI -QI

Cl "C

100,0

1000

50050,0

25fév

27- 27- 26-nov déc jan

28oct

30- 29- 28-jul aoû sep

30jun

o ..L----'--------'------'-_"'-----'------'------'------'-_"'-----'-----'--------'------'-_-'--~~......._...J. 0,0

31mai

-.-,

LE FLEUVE JAUNE(CHINE)

région descollines de loess

Beijing

*

1Zhengzhou

Barragede Sanmenxia

Echelle:l ,

o 500 km

Lt.XJKOiJ

o 6JIJD"~fon<e (al

,..,~€ ~. ...........-t-t+---4-r~..L-

~I~-+--W""""'~

\4i

Plan of Lower YeUow River and typaI ooss sections.

JcJ/)' AUttlJst

I()ngt~ SitdiO'1

-...-\

\.

,l' 200---+---~+------L4ll00.... 5 .'

l '~~----+--&---f-&-+---~

~ 100

l~8 June~ 30 ---+--

f; ~~ ---.4-~---y---+---P'r----+-Variation of bed composition during a flood event.

iA~T 1 1~61-'~14 l ' . .__ knv.al RvnOff I~-

~O t· '-- - .- -It.. .... .- 1 _-1-_ - • - -

lzo·o ··I·~:l.. J"++. ---.~ -.:;::::-~ 1 -1 _.. -.... , ~ .-l :;: II+-

/0 +- ~ T' -t._- ._-_. ,'-- '-r'- -.- - -- -+ -f-----t- .-f-- - ..-1 --J...-~I : 1 1 1 l , : 1 ; :

l!li III! !.;, i '.~;::l1.4i ! t··-t t·f ..i--4--f--- ... ·-T--t-·--f----+·--~-··- .. , '-j" '--'--i,/ q 6:, -/9 74 . . • 1 ;":11 AfnL al 3apiJyJt, f--- --: -r-7-~' -ï-·~--·--··· --- I--·-r·l ~ 1

~..... 1 1 1 1 1 l 1 1 ': 1; i ' V <. saf"". 1~ f J-'----l- --r- - "1 -. -.- --+-...l...J.'. - l -~ !-"1 1 lbb 0~.- ~ -- ~ . .: .. -:- ---1' -T~ -- .. -.. ._-':-J 1 __"v l' ! _.--. - - - T"'~ _.: l . .; . 1 l/ 1 ; 1 \

VT ---r-----;- : .;,~. "t"~ -.~- - .. -:.~ j.// -;;sOI"'" ; ~k7.H-+--"

1-+-- -r-,! -.I·"i: .-+'--- ~-+-j- . '1' V ;,' /\

1.. 1 l , 1 • ~ , I!'

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6 .. - . ' , .-+-- 1 1 --v-' ---+-.~-+-~_--l--~1.1 ~ : J)ro.lrIC!~~ Area! :! 1 j :-~ 1 !~ ~: 1 - "1-' "1", -t~-I-'~ 1 1-- ----+- 1 -- 1 • r----t-i--~--;-.... l, l :. I! . 1 1 • :2 '"' 1 l - -- ..- --f-- ~ --' 1 r- 1 .' 1 i -- ....--1. . "

1", ' . J 1 j .Di~tance l-fT;1t Oh!;'! (Xnt) i ~~

~~

Variation of annual runoff and sediment along the YeJlow River.

Tableau n04 : Dépôt dans la retenue de Sanmenxia (SMX) et dans le bas Fleuve Jaune avant et après lesaménagements

Tableau n"3 : Modifi...a.tion des paramètI"es hydrauliques apcès une crue avec une charge en sédiment trèsimportante (staion de Huayuankou, 1977)

Tab"4 Deposition in the Sanmenxia (SMXI Reservoir and the Lower Yellow River before andafter. impoundment

Tv~ 01 operalion Period Deposilion Sedimenl entering Deposition DepositioninSMX Lowe,V.l1ow inLo-.. in·deltaAesen.-oir Ai ....' V.llo... ,egion(10' m', (10' tl Ai ....' (10' Il

(10' tI,

S,do,e impoundment July 1950-June 1960 17.95 3.68 9.48

A ft,., diNfl constructionDuring impoundmenr S.PI.l960-

Maret.1962 1.75 0.14 -0.98 0.90. Flood detenrion period

Belore reconstruction April 1962-June 1966 1.97 3.50 -0.65 3.87

Firn stage July 1966-reconstruction June 1970 1.59 7.45 _ 1.43 4.35

Second liage July 1970-reconstruction Oct. 1973 0.10 5.88 1.83 1.82

Sto'a~ in nonffoodseMon,low head operationin flood season Nov. 1973-fo, sluicing Oct. 1978 0.05 6.80 1.27 3.89

Subtotal Sep(. 1960-Oc:. iSiS 5.~ 23.77 2.91 14B3

Average velocityCm s-II

1.561.67223

Average depth(ml

1.001.931.92

Topwidth atwater surface(ml

1470623541

Discharge(ml s-II

229020002320

Stage(ml

922490.8291.00

59

Table 3 Change in hydraulic parameters after 1 flood with very high sedimentconcentrations (Huayuanl<ou station 19771

Date

7 July16 July28 July

Transpons solides-

..-,

4.3. RESEAU SEDIMENTOMETRIQUEBRESILIENNord Est Sud Total

nbre stat. total 70 102 269 4411986 54 62 148 264

bv < 1000 km2 0 3 38 41nb/100 000 km2 1,1 5,3 15,8 5,2

freq. obs. Jour 0 21 49 70sporadique 70 91 210 371

durée 1 an 7 2 17 261-4 ans 16 27 59 1025-8 ans 25 33 89 147

9-12 ans 19 25 77 121>12 ans 0 16 11 27

superFicie du Brésil: '" 8 500 000 km 2

. '.'

'<', .

--------

o 500 .........._--

~ 1kt.-t.. QM{lZ1l sn <:: l"s Li-~.. "Ps.s > 300- r.s.s """7 ÂSO d- e:::. 30C -t 1/c.......'2.. a.<.t QZ4 Zç- c: Ps..> ro.. '"?.ss ">- A-oO e..t- < Am +-l/~ ~ . 0N'l JZlJ s- C- Pss L 2 \

- G.~ ";> ~ E..t- .~ A.-D(' i-! k...-.. ~ . c<.-t........

~ r!.' ..··.: ... !- ....:......

Limi'~ d~ zon""idnx~i_n'oloQi<l".

0000 Limlt. d". princ;pouxboss;ns "ydrogrophi~

Frontièr. int~rMtiooo~

Limit~ ,l'élot

Fig. 1 Régionalisation de la prédisposin'on aux risques sédimentologiques au Brésil.

.----- L ÉGENOE--~

TransportS solides

·\

o.

"

4.3. RESEAU SEDIMENTOMETRIQUEBRESILIEN

cinq critères de validité:o cohérence de la distribution dans l'espace

o cohérence des valeurs spécifiquescaractéristiques des régions

o explication des valeurs anormalement élevéeso explication des valeurs négatives (dépôts)

o cohérence des résultats de bassins emboitésdans une mênle région

5. SEDIMENTATION

5.1. Introduction

5.2. Aspect théorique

5.3. Exemple en Tunisie: mesure à l'échosondeur

5.4. Exemple en Tunisie: retenue de Nebeur

5.4. Exemple en Tunisie: discussion

5.1. SEDIMENTATION DANS LESRESERVOIRS

trois formations

o le rehaussement du lit de la rivière à l'amont dela retenue

o la formation d'un delta mobile à l'entrée dans laretenue

o la décantation jusqu'au pied du barrage deséléments fins (argiles)

l EH. )

A vtW.. \\"1\1-~----........ r---=,..---:-==-""",,:::i-.-'" -----l- Tr....,...- ---- ---: -=-=~

.-~~~~;., -----=-_::::_-~-..... ===-- -_ 1 uto&.

------- ~-.. "MW è"!._------ ••----- ---•.,-1. ... -............-,-----t~:~

_i morl.

~~~~ ~~

G<"o..i...~~._r

( EI\ - t.t\...l

Comblement d'un réservoir en fonction du temps (schéma de princip.ej

H

v

____ Courbe initiale

- - - - - Courbe après

sédimentation

VMAXVl

/,."//

////

ï7J 1EH 1

111,1

-- - -~,..te:;;...._-""....-=:.-

EHO VMIN V'l

HO

Hl

H'O

HMIN

HMAX

Evolution de la courbe de remplissage (schéma simplifié)

V'l = (V l·EHO) ~ ·(EH·EHO) 1 (VMAX-EHO~

Fig- 46 - Sédimentation dans un réservoir

5.2. EXEMPLE DE FORMULATIONEMPIRIQUE

relation de Lane et Koelzer

pv = L[(BnI1 OO)(pV1+ K.log10 n]pv, poids volumique du dépôt (kg/m3

)

an, proportion de sable, limon et argileT, nbre d'années

K, coefficient

sable limon argilePV1 K PV1 K PV1 K

sédiments submergés 1500 0 1050 90 500 250variation niveau modérée 1500 0 1185 45 750 170variation niveau impotante 1500 0 1275 15 950 100

normalement vide 1500 0 1320 0 1250 0

~'Ia--A.

ST~

•Ra=~Sr.Si. =STi•• R.

-p~ha c SA.

la

la surface hachurée sous lacourbe Sa _Sb rep<è'enle leoolume d"anvasemenl enlre lespnlfils a al b

Sab

- "Méthode de 1. hauteur moyenne

- Méthode dérivée ck la méthode p;é~rak

B"Pi. al Pib =Profils ïntermëdiairu

m2 Sections ......sées

64

Pa z: Pf'llnl •

V.b=S. sin oc. L. ,Sb sin ..b Lb

d

- Méthode r;éaérale

Figures n~ à 32 : Calcul du volume de sédiments

. - Méthode de Kolmof:orov

il

•••t•t,••..8t

•8t'~•••••ft•."•••e~

~

~

re••~

~

~

~

~

•~

~

"~

~

Figure n"33 : Barrage de Nebeur sur l'Oued Mellègue. Implantation des profils transversaux pour lés relevés.

de fond

.......-8........!lift........~

-84.......18JiJ.P!84

•4~

~

~.....-•-e~

4ï454iif)

~

67

__ E.teniôon de b ,etenue Ïl la coteHom NGT

__ 16 Pn>fi1 numé...té

_ Ancien lit de roued M.llegue

..

IlDOete 27.5.15

50

travers et profil en long.

- Barrar;e du MeUèr;ue l Nebeor. Profil .0

O.le 21.5.15

Seclion totale • 100. cul. 1Z55On1

.S~tton ."..,.sêe ;:U.2c,J~"27S,J

Section rncKftllèe =66.ZaJ~IlZ75n?·

'. - Barra~e du Mellè~ue l Nebeur. Profil 9

25m.E~... '.'251n

210

250

230

RC210

Mellègue. Profils en

- ~ Mil an long du Ioncl -m\point. .. pl.. bas des H<:tiona tr_~Ios)

- 0 Pnlfil an long de roued M-llegue avant ~ ~truc:tiondu barraQe

- EDvuemellt du barrar;e MeUèr;ue

250

270

260

IlD

LJele 21.5.15

s.elion lotale =1lS.lcm2• ZI.5Om2

Section envOlée=2O.5cm2• 5125m2

Section onouil," .1l~Jcm2.16325m2

Barrage de J'Oued

Section tor.1e =S2:Cc",,2~,SSOlol'

Section "'Y.SH =50.gem'1=.53.S25m2

Saciion onouillea.tScrntlll1.5m'RD

Col.. NeT

JOOO

7000

- Bana~e du Mellè~ue l Nebeur. Pro&1 S

230

~... - Barrar;e du MeUègue l Nebeur. Pro61 3:.

250

270 Re

Transpons solides

-t~·250

2.0

~(-' "-.J:z~",

Figure n"34 à 38

~

JI,•1t~

•...•8~

•t'~

~

••-8..........,.444-8~

-8-8-8~

~

ii8-e-8..iii8..~

~

~

~....

CRANULOMtTRlE DES StDlMENTS - BARRAGE DE L'OUED MELLÈGUE

Li~u J~ prllft.~""114 Dûs.nee Pr"eue..r Arlil~ Li........ Limo... 5abl.. 5dlei D~ruill

• u ~.rr••e priln:l. 0-2 11 %-%0 11 pouierl fi ru Irollierl. r'elle(km) (cm) %0.50 11 .50-200 11 %00·2 000 11 lÙ

% % '% % %.)

P 33 .mont lur berge RD 12 0-20 10,5 12.0 14.5 52,5 70 2.514O-55 1,0 0.5 1.5 10.0 ([D 2.6160-75 1;0 0 1,0 11,0 85,5 2.79

P 33 Iur délaillél f2 0-20 15.0 16.0 20.0 2.5 2.5020-35 3.0 3.5 4,0 10.0 2.59

P 29 RD, lur berge 10.5 0·20 8.5 6.0 3.5 2.3640·55 9.0 "7.0 1.0 2,5060-75 8.5 5,5 1,0 2,47

P 17 13,2 m IOUI J'cau 4.9 0-30 %4;0 ",0 9,5 1,5 %,32

P 13 17,9 in·IOUI J'eau 3.0 0-30

~41.5 7.0 1,5 1,0 2,28

P 9 19 m IOUI J'cau 1,8 0-30 48,5 43,5 5.0 1.5 0,5 2,30--P 2 RD, ·Oued Bel Hannocb 1,5 0·20 8,5 8,0 5.0 61,5 14.5 2.51

han d'cau %0-40 12,0 10,5 6,5 43.0 25,5 2,4840-60 12.0 11,0 O· 59.5 14,5 2,51

.-.

••......\1...•••..•....•~1(8......-••-ta..~..•~..~

•~

III~....•.."~

~......

74

Tableau: granulomélrie des sédimenlS : barrage de l'Oued Mellègue

Transpons solides

-

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