Utilisation de la morphogranulométrie dans le suivi source to sink du transfert particulaire dans les bassins versants

De nos jours, la compréhension des transferts de particules sédimentaires (Source to Sink) est un enjeu clef des géosciences. Un des challenges dans ce domaine est la caractérisation de l’origine et des processus de transfert des particules. L’utilisation de la morphométrie (la mesure de la forme d’une particule) est une méthodologie pouvant apporter des réponses à ces questions.La morphométrie des particules est utilisée en sédimentologie pour identifier les différents stocks sédimentaires, les transferts et les mécanismes de sédimentation. Actuellement, beaucoup d’analyses morphométriques sont généralement réalisées avec un Microscope Électronique à Balayage (MEB) couplé à une analyse d’image. Cette dernière consiste en un programme informatique qui distingue les particules de leur arrière-plan et calcule leur forme suivant différents paramètres tel que l’élongation, la circularité ou la convexité. Cette méthode complexe demande beaucoup de temps. Une nouvelle méthodologie est présentée dans cette thèse utilisant l’approche morphométrique grâce à un appareil de mesure en continue à flux dynamique (caméra couplée à une pompe péristaltique). Ce dernier consiste à prendre des images alors qu’un échantillon d’eau circule à travers une fenêtre d’écoulement, permettant à l’utilisateur d’analyser de grandes quantités de particules en un temps réduit. Des analyses statistiques sont réalisées sur les paramètres de forme, calculés au préalable par analyse d’image, afin de discriminer les différents stocks de particules. La problématique de ces travaux de thèse est de savoir si la morphométrie peut constituer un proxy du transfert particulaire dans les bassins versants. Pour cela, une approche en 4 étapes a été entreprise afin de (1) vérifier si les données de taille et de forme peuvent discriminer des échantillons de sédiments ; (2) utiliser ces résultats pour évaluer la contribution de sources sédimentaires dans des mélanges expérimentaux contrôlés ; (3) établir un protocole de mesure et de traitement automatisé des données sédimentaires ; et (4) appliquer cela à plusieurs hydrosystèmes. La première étude est réalisée sur le bassin versant du fleuve Thio, sur lequel une activité minière est présente. Des mesures de taille et de forme ont été effectuées sur des sédiments de laisses de crue afin d’estimer la part de cette activité minière dans les stocks sédimentaires du fleuve et de ses affluents. Un modèle de contribution des sources (les affluents) dans les mélanges (le fleuve) a été établi et montre des résultats cohérents. Ces résultats apportent des informations sur les transferts sédimentaires entre les affluents et le fleuve Thio qui seront comparées à d’autres études utilisant des méthodes de traçage sédimentaires différentes. La seconde étude se concentre sur le bassin versant karstique de la source du Hannetot. Des carottes sédimentaires ainsi que les matières en suspension ont été étudiés sur différents points du bassin versant. Les différents tests réalisés montrent des variations dans les contributions des sources sédimentaires dans le temps. Différents proxies saisonniers et météorologiques contrôlant ces variations ont été identifiés. La dernière étude est un cas appliqué au forage d’alimentation en eau potable de la ville de Gisors pompant dans un aquifère karstique. Son but est d’identifier l’origine des sédiments provoquant des pics de turbidité lors de fortes précipitations. Le modèle de contribution des sources isole plusieurs sources potentielles et montre une augmentation dans les contributions de certaines lors des pics de turbidité. Toutes ces études montrent l’intérêt de la morphogranulométrie en tant que traceur sédimentaire. Elles démontrent également que cette technique est d’autant plus intéressante lorsqu’elle est en combinaison avec d’autres méthodes de traçage sédimentaire.