Transport sédimentaire sur fonds complexes

Le transport de sédiments dans le contexte des écoulements de rivière est au cœur des nouvelles problématiques du pôle écohydraulique à l’IMFT. En effet, la directive-cadre sur l’eau 2000/60/CE impose une meilleure gestion des sédiments en visant à assurer la continuité de leur transport le long des cours d’eau. Or, la prévision des flux sédimentaires fins se heurte à deux spécificités des rivières : des fonds historiquement appauvris en sédiments fins (constitués de gravier grossier, de galets, ou du lit rocheux lui-même) et/ou recouverts de végétation. Dans le premier cas, le sédiment fin est transporté sur un fond naturel complexe non érodable, avec une structure de l’écoulement très compliquée (voir la section « couche limite turbulente sur fonds naturels »). Dans le second cas, le sédiment peut être stocké par la végétation qui joue un rôle de piégeage grâce à sa canopée où l’intensité turbulente et la vitesse chutent.

Dans le cadre de la thèse de David Raus (2015-2018, Financement OFB), des expériences de transport de sédiment synthétique au-dessus d’un lit d’hémisphères ont été réalisées. Une étude fine de l’hydrodynamique a en particulier permis de montrer que, lors du découvrement des hémisphères, le transport est initialement amplifié. En effet, le niveau de turbulence au voisinage du sédiment est augmenté par le sillage derrière les hémisphères. Des taux de découvrement de 50% au minimum sont en fait nécessaires pour que les conditions locales redeviennent compatibles avec un arrêt du transport. Ceci démontre que dans ce contexte, les lois de transport classiques ne sont pas applicables, même en tenant compte d’un partitionnement du frottement total sur l’écoulement en une partie liée aux hémisphères émergents, et une autre partie attribuée au fond sédimentaire.

Dans le contexte du transport sédimentaire dans une canopée végétale, la thèse de H. Romdhane (2015-03/2019, Financement SECADENORD) a cependant montré que cette approche par partitionnement pouvait donner des résultats prédictifs raisonnables, à condition de connaître naturellement la structure verticale de l’écoulement dans la canopée et au-dessus. Dans ce travail de thèse, la structure de l’écoulement dans la canopée est donnée par le modèle semi-analytique de Cassan et al. (Water, 2017) avec calage sur des mesures au-dessus de la canopée.