Hydrogéomorphologie et analyse des dynamiques fluviales

Hydrogéomorphologieetanalysedesdynamiquesfluviales

Thomas Buffin-Bélanger Laboratoire de recherche en

géomorphologie et dynamique fluviale

18-19 octobre 2018

Génie

Hydrogéologie

Géochimie

Biologie

Économie

Aménagementduterritoire

Foresterie

Éclairagesdisciplinairessurlescoursd’eau

Hydrogéomorphologie

…

ÉlevéeFaible

Mobilitédescoursd’eau…

❶Processus à3composantes❷MorphologieàStylesfluviaux❸Trajectoire àGes5on

❶Processusà3composantes

Processus

Structuredel’écoulement

Transportdessédiments

Morphologie

Trajectoiregéomorphologique

Amas

Accumula=on/surcreusement

Stylefluvial

Trajectoirehydrologique

RégimehydrologiqueHydrogrammedecrue

Structuredel’écoulement

Transportdessédiments

Morphologie

Turbulence

Évolu=ondessourcessédimentaires

MobilitéSédigramme

decrue

Tauxdetransport

Processus

Turbulence

Évolu=ondessourcessédimentaires

Trajectoiregéomorphologique

MobilitéSédigramme

decrue

Tauxdetransport

Amas

Accumula=on/surcreusement

Stylefluvial

Trajectoirehydrologique

RégimehydrologiqueHydrogrammedecrue

Processus

Capacitédetransport

Accumula=on/Aggrada=on

Puissance

Processus

Érosion/Incision

Q*S

Qs*D50

10

Processus dominants : Érosion / Incision

q  Force d’entraînement (Fe) > Force d’entraînement critique (Fc)

Fe=Fd+FsFc

Fe>Fc

q  Capacité de transport > Apports en sédiments

Capacité==Incisionde1volume

InputamontApportsbergesetversants

Outputaval

11

q  Force d’entraînement (Fe) < Force d’entraînement critique (Fc)

Processus dominants : Accumulation / Aggradation

Fe=Fd+FsFc

Fe<Fc

q  Capacité de transport < Apports en sédiments

Capacité==Accumula=onde1volume

InputamontApportsbergesetversants

Outputaval0

12

Morphologie : une question d’équilibre

q  Capacité de transport < Apports en sédiments .

Capacité==Accumula=onde1volume

InputamontApportsbergesetversants

Outputaval0

12

12

q  Capacité de transport > Apports en sédiments

Capacité==Incisionde1volume

InputamontApportsbergesetversants

Outputaval

Deuxmorphologiesfluviales

Les cônes alluviaux (cônes de déjection) sont des formes d’accumulation liées à une rupture de pente lorsqu’un cours d’eau émerge d’une région montagneuse et se déverse dans une plaine alluviale. Les sédiments charriés dans la portion à forte pente se déposent et s’accumulent du fait de la perte d’énergie liée à la diminution de la pente.

Les plaines sont aussi des formes d’accumulation construites par la combinaison des processus de migration latérale et de débordement des cours d’eau. Ces deux processus laissent en place les alluvions qui construisent la plaine. La morphologie et la stratigraphie de la plaine alluviale reflètent les processus qui la construisent: levées alluviales, vastes complexes de milieux humides, méandres abandonnées, chenaux secondaires et chenaux de débordements occupés lors des inondations.

q avulsion:changementsubitdansletracéducoursd’eau

L’évoluOondescônesalluviauxq aggradaOon:accumulaOongénéraliséedanslecoursd’eau

Field(2001)

Demersetal.,2014,projetMTQ

ExempledecônealluvialdanslavalléedelarivièreYork

400m

ExempledecônealluvialdanslavalléedelarivièreMont-Louis

80 m

A

B

ExempledecônealluvialdanslavalléedelarivièreSud-Ouest

Pont du 5è rang

AB

L’évoluOondesplainesalluviales:

q Mobilitélatérale(migraOonduchenal,avulsion)q  IncisionetaggradaOondulitq  InondaOons(dépôtsdedébordement)

rivièreDartmouth(Gaspé)

Migration latérale

2013 Migration latérale

rivièreSaint-Anne(Sainte-Anne-des-Monts)

2016

2017

2018

2013

Juillet2014(aprèsArthur)

Juin2009

Tracéfluvialdel’Anse-Pleureuse(>50%dudébit)

Juin2014

Incision

rivièreCentrale(Trois-Pistoles)

rivièreCentrale(Trois-Pistoles)

rivièreCentrale(Trois-Pistoles)

Érosion régressive

27

Figure 3 : La plaine alluviale de la rivière Matane : a) Modèle numérique de terrain (LiDAR aéroporté) d’un tronçon situé dans la

partie aval du bassin versant; et b) Interprétation géomorphologique de ce tronçon : (1) : rides et sillons; (2) : milieux humides alluviaux; (3) : paléochenaux (méandres abandonnés); (4) : chenaux de débordements; (5) : encoche d’érosion provoquée par le

passage des glaces.Demers et al. (2014

Uneimagelidarpourmontrerlestraceslaissésenplacedanslaplaine,maispeuventêtrehéritéd’uneautreépoque

•  Liermorphologieetprocessuspourmieuxcerneretprédirel’évolu5ond’uncoursd’eau:prédirel’évolu5ond’uncoursd’eauselonsonapparence

• D’oùl’intérêtdesepenchersurlestylefluvialquirévèlelesprocessus

• No5onsd’équilibreici

❷Morphologie–Stylesfluviaux.

Maisaussilesberges.

Kon

dolf

et a

l. (2

003)

Plusieursclassifica=ons

Robe

rt(2

003)

Typedechenal

1-linéaire2-sinueux3a–méandresstables3b–méandresdynamiques4-divagant5-àtresses

1

2

3a

3b

5

4

Schu

mm(1

981)

•  Lestylefluvialestunephotographie.

•  Ilestpossiblequecoursd’eausoitenajustementetquelestylesoitlerefletd’unepériodedetransi5on

•  Pourmieuxcerneroùsesituelecoursd’eau,latrajectoirepermet

-  observerl’évolu5onpasséedescaractéris5quesducoursd’eau-  déterminerlesvariablesclefsquijouentsursonévolu5on-  évaluersasensibilitéetsarésilience-an5cipersonévolu5on

❸Trajectoire–GesOon.

Figure 1. Concept de trajectoire morphologique (modifié de Dufour et Piégay, 2009)

(AdaptédeDufouretPiégay,2009)

Segmenta4on

35

TracésfluviauxdelarivièreMont-LouisMaltais(2018)

Méandresdynamiques Méandresstables

Anabranchesestuarienes

CBD

Linéaire A

Distancekilométrique(km)

Mob

ilité

(m/ann

ée)

Mob

ilité(m

2 /anné

e)

Largeu

r(m)

RivièreMont-Louis

Mob

ilité

(m/ann

ée)

Mob

ilité(m

2 /anné

e)

Distancekilométrique(km)

Méandresdynamiques MéandresstablesAnabranchesestuarienes

CBDLinéaire A

Maltais(2018)

Méandresdynamiques

Méandresstables

Anabranchesestuarienes

CB

D

Linéaire

A

Figure 1. a- Vue de la traverse P-10065 et de l’érosion des matériaux de la berge droite du cours d’eau en 2008 (photo de Serge Rhéaume, MTQ Rimouski); b- vue en amont et c- vue en aval à partir de la traverse du cours d’eau.

Rivière Marsoui

Vue vers l’amont Vue vers l’aval

TrajectoiregéomorphologiquedelarivièreMarsouientre1927et2004.QAM:débitsannuelsmaximumsstandardisésdelastaOondejaugeagedelarivièreSainte-Anne.Mobilité:traitplein=mobilitémoyenne;traitpoinOllé=marged’erreur.

Trajectoiremorphologique

Dem

ers

et a

l. (2

015)

et B

uffin

-Bél

ange

r et a

l. (2

015)

❶Processus à3composantes❷MorphologieàStylesfluviaux❸Trajectoire àGes5on

q connaissancedesprocessus:expliquerlesformes

q reconnaissancedesstylesfluviaux:inférerlesprocessus,lasensibilitéetlarésilienceducoursd’eau

q quanOficaOondelatrajectoiremorphologique:évaluerlasensibilitédestronçonsetiden5fierlesfacteursdecontrôle

q anOciperl’évoluOondescoursd’eau:orienterleschoixetlesobjec5fsdeges5on/aménagementdescoursd’eau

à  An=cipa=ondesajustementsmorphologiquesà Modula=ondeslargeursdebandesriverainesà  Choixdesaménagements(traverses,routes):posi=on,concep=on

Méandresdynamiques Méandresstables

Anabranchesestuarienes

CBD

Linéaire A

RivièreMont-Louis

Distancekilométrique(km)

Mob

ilité

(m/ann

ée)

Mob

ilité(m

2 /anné

e)

60m/25ans

20m/25ans

Coursd'eau Trajectoire Profilenlong Segmentation DiagnostiqueRivière Plaine AEC Plaine Cône

Cap-ChatSainte-AnnePetiteSainte-AnneLaMartreMarsouiÀClaudeMont-St-PierreMont-LouisAnse-PleureuseMadeleineGrande-ValléeRivière-au-RenardAnse-au-GriffonDarmouthYorkSaint-Jean

CartographieHGMCoursd'eau Trajectoire Profilenlong Segmentation DiagnostiqueRivière Plaine AEC Plaine Cône

Cap-ChatSainte-AnnePetiteSainte-AnneLaMartreMarsouiÀClaudeMont-St-PierreMont-LouisAnse-PleureuseMadeleineGrande-ValléeRivière-au-RenardAnse-au-GriffonDarmouthYorkSaint-Jean

CartographieHGM

IQMUEA

Laboratoire de recherche en géomorphologie et dynamique fluviale

Remerciements

Financements :

SylvioDemers,MaximeBoivin,MaximeMaltais,SimonMassé,TaylorOlsenetPascaleBiron

❶Processus à3composantes❷MorphologieàStylesfluviaux❸Trajectoire àGes5on

q connaissancedesprocessus:expliquerlesformes

q reconnaissancedesstylesfluviaux:inférerlesprocessus,lasensibilitéetlarésilienceducoursd’eau

q quanOficaOondelatrajectoiremorphologique:évaluerlasensibilitédestronçonsetiden5fierlesfacteursdecontrôle

q anOciperl’évoluOondescoursd’eau:orienterleschoixetlesobjec5fsdeges5on/aménagementdescoursd’eau

Modifié de Demers et al. (2015) et Buffin-Bélanger et al. (2015)

�Reconnaissancegéomorphologique

�Trajectoiregéomorphologique

�AnOcipaOongéomorphologique

IdenOficaOondustylefluvialCartographieHGM

AppréciaOondesvariabilitésmorphométriqueetsédimentaireÉvaluaOondesfacteursdecontrôle

Scénariosd’ajustementsprobablesenlienavecl’évoluOon/changementsdesfacteursdecontrôle

ApprocheHGMpourl’analysedesdynamiquesfluviales

GesOondesrisques,deshabitatsetdesservicesécosystémiquesdescoursd’eau

ClassificaOondesstylesfluviauxAnalysedelapuissancespécifique

QuanOficaOondesvariabilitésmorphométriqueethydrosédimentaire(tauxd’érosion,bilanssédimentaires,…)

ModélisaOonhydrodynamiqueintégrantl’évoluOon/changementdesfacteursdecontrôle

Hydrogéomorphologie