Morphometric response of alpine rivers to hydro-sedimentary forcing

Réponse morphométrique des cours d’eau alpins aux forçages hydro-sédimentaires Les rivières alpines se caractérisent par un ou plusieurs chenaux migrants au sein d’une large bande de sédiments. En raison de la proximité des versants montagneux, leur morphologie présente une forte variabilité dans le temps comme dans l’espace, notamment lors des épisodes de crues. L’hydrologie influencée à la fois par la fonte des neiges et par la pluie provoque une variation saisonnière dans les apports sédimentaires qui rend difficile la compréhension de la dynamique morphologique. Cette dynamique particulièrement active influence la qualité des milieux écologique, mais également des enjeux anthropiques comme la gestion des inondations, ou la stabilité d’ouvrages.Cette thèse analyse la dynamique morphologique des rivières alpines sous différents régimes d’apports hydro-sédimentaires, en mobilisant plusieurs approches complémentaires. Une première étape a permis d’adapter les concepts de géomorphologie fluviale au cas spécifique des rivières en tresse, à partir de l’étude de sections en travers de différents cours d’eau alpins. Les conditions hydrauliques de plein bord traduisent une forte incision, qui n’est pas nécessairement représentative des débits associés à la formation des chenaux. En revanche, pour des débits relativement fréquents, la géométrie des chenaux est cohérente avec la théorie limite de Parker, selon laquelle les rivières s’ajustent en atteignant un nombre de Shields légèrement supérieur à sa valeur critique. La forme des chenaux suggère que leur géométrie finale résulte d’une succession de crues d’intensités variables.Une seconde approche, appliquée à un tronçon de rivière alpine, a permis d’apporter de nouvelles observations grâce à l’utilisation de capteurs sismiques comme proxy du transport sédimentaire. Les mesures sismiques ont permis d’enregistrer plusieurs crues pluviales de grande intensité sur un tronçon d’une rivière des Ecrins, associées à des changements morphologiques majeurs. Les résultats révèlent un signal sismique marqué, dont la dynamique s’explique par une modification du régime de transport sédimentaire. Cette évolution semble directement liée à une déstructuration d'une couche de sédiment grossier, appelée dépavage.Enfin, des expériences en modèle réduit ont permis d’analyser l’évolution de la formation des chenaux sous différents régimes d’apports hydro-sédimentaires. Lors des crues de fonte, riches en apport de sédiments, l’amont du tronçon se retrouve saturé, formant une morphologie en tresse constituant un stock qui alimente ensuite le transport sédimentaire vers l’aval lors de crues de moindre intensité. Le tressage est présent seulement sur des périodes très limitées. Le reste du temps, les chenaux développent une géométrie complexe en s'incisant dans le stock de sédiment et présentent une morphologie divagante qui reste cohérente avec la théorie de Parker.Globalement, les résultats montrent que la variabilité saisonnière des apports liquides et solides est à l’origine de la complexité de la géométrie des rivières observées sur le terrain. Au début de la saison de fonte, les crues journalières alimentent le tronçon en sédiments et génèrent des dépôts à pentes locales fortes qui favorisent ensuite leur remobilisation et redistribution par des crues de moindre intensité. Ce processus se poursuit tout au long de la fonte, jusqu’à un déstockage menant à l’incision des chenaux et à la mise en place d’un pavage de surface. Ce cycle général peut cependant varier d’une année à l’autre, en fonction de la quantité de sédiments apportée par les tronçons amonts. Les crues pluviales jouent un rôle crucial dans cette variabilité, car elles peuvent réorganiser la morphologie du chenal par dépavage et par des apports latéraux de sédiments. Cette forte dépendance au régime hydrologique implique que, bien que les rivières alpines constituent d’importants réservoirs sédimentaires, le transport solide y est limité à des périodes relativement courtes et épisodiques au cours de l’année.