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Etude des possibilités derechargement des plages de

« l'île de CayenneRapport final

BRGM/RP-56368 -FRavril 2008

MINISTEREDE

L'OUTRE MER

Géostïenees pour une Terre durable

brgm

Etude des possibilités derechargement des plages de l'île de

CayenneRapport final

BRGM/RP-56368-FRAvril 2008

Étude réalisée dans le cadre des projetsde Service public du B R G M 2006 - 06LITA02

C . Oliveros, D . Idier, T. Dewez , M . Gontier

Avec la participation de B. Joseph

Vérificateur :

Nom : Rodrigo P E D R E R O S

Date :

Signature ;

Nom

Date

Approbateur :

: Philippe W E N G

: 29 avril 2008

Signature :

En l'absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique,l'original signé est disponible aux Archives du B R G M .

Le système de management de la qualité du B R G M est certifié A F A Q ISO 9001:2000.

Géosciences pour une Terre durable

MINISTEREor.

L ' O l¡ T K E M U K

brgm3 5000 00080750 2

Mots clés : Guyane, plage, sable, érosion, rechargement, mobilité sédimentaire, Mahury, Ile deCayenne

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Oliveros C, Idier D., Dewez T., Gontier M., (2008). Étude des possibilités de rechargement desplages de l'île de Cayenne. Rapport BRGM RP-56368-FR, 76 p., 44 fig., 21 tab.

© BRGM, 2008, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Rechargement des plages de l'île de Cayenne

Synthèse

Cette étude s'inscrivait en 2006 dans un contexte local de forte préoccupation face àl'érosion du sud de la plage de Montjoly, phénomène déjà observé au milieu desannées 90 et qui semblait revenir, 10 ans plus tard, avec plus de force et sans qu'il soitpossible de l'enrayer.

De ce constat le BRGM proposait en 2006 au Ministère de l'Outre-mer, dans le cadrede ses activités de Service Public (projet DSP06LITA02) d'étudier les possibilités derechargement en sable sur le secteur en érosion avec deux pistes possibles :

- transférer du sable depuis le secteur nord de la plage Montjoly, quiconnaissait fin 2005 un fort engraissement de la plage ;

- extraire du sable dans le Mahury, dans un secteur réputé pour sa« ressource » (secteur Stoupan).

Par ailleurs il était proposé d'étudier la faisabilité d'implantation d'un système de suivide révolution topographique de la plage (bathymétrie intertidale de la plage) par prisesde vue obliques à l'aide de caméras numériques.

Depuis 2006, l'érosion s'est poursuivie dans le secteur sud de la plage de Montjoly,mettant en péril résidences et chemins d'accès à la plage.

Cette étude a permis de mettre en évidence l'existence en juillet 2006 (date du levé)d'un volume de sable mobilisable dans le secteur nord de la plage de Montjoly comprisentre 90 000 et 220 000 m^ approximativement. Ces volumes correspondent bien àl'ordre de grandeur des besoins en rechargement de la plage sud en juillet 2006.

Cependant, les levés topographiques et les observations de terrain réalisés en juillet2006 ont confirmé que le secteur nord commençait à présenter les premiers signesd'une inversion de tendance (fin de l'accrétion - amorce d'une phase de recul). Aussi,l'opportunité de réaliser un transfert de sables du nord vers le sud de la plage estaujourd'hui (mais déjà fin 2006) à éviter car les volumes mobilisables sont moindres etle prélèvement serait très mal accepté par les riverains (secteur Constant Chlorenotamment) qui ont subi à la fin des années 90 et jusqu'au début des années 2000 desdommages très importants.

Néanmoins la solution d'un rechargement de plage à plage (nord vers le sud ou sudvers le nord) peut être envisagée à un stade précoce mais établi d'un nouveau cycleérosif. La connaissance actuelle des phénomènes d'érosion/accrétion de la plage deMontjoly, en lien avec les phases d'envasement et dévasement du littoral, amène àconsidérer que l'engraissement de la plage nord est le résultat des pertes en sables(érosion) de la partie sud lorsque celle-ci est plus exposée aux houles par suite dudévasement de la côte qui lui fait face. Avec le retour de l'envasement des fonds face à

BRGM/RP-56368-FR - Rapport final


la partie sud de la plage, alors que dévasement de la partie nord est achevé etl'érosion s'y est installée, on assiste à une nouvelle phase d'accrétion de la plage sud(avancée du trait de côte) avec des sables qui parviennent de l'anse de Rémire enprovenance du Mahury.

Aussi, la solution d'un transfert de sable de plage à plage, du nord vers le sud quand lesecteur sud est en érosion (cas étudié dans cette étude) ou du sud vers le nord quandle secteur nord est en érosion -ce qui pourra s'observer à brève échéance- constitueune alternative à mettre en oeuvre à un instant précis du cycle. Pour le cas étudié, cebasculement artificiel de près de 100 000 m^ de sable du nord vers le sud aurait puintervenir dès mi-2005. Néanmoins, il conviendrait de s'assurer que, sous l'effet duforçage hydrodynamique, les sables de rechargement vont progressivement etnaturellement migrer vers la zone nord de la plage et qu'ils seront dans une moindremesure repris dans un processus d'exportation vers le large, ce qui ne serait pasfavorable à la stabilité de la plage nord. Ce processus de perte de sables vers le largen'a pas été mis en évidence jusqu'ici sur ce littoral.

Les mesures in situ réalisées (levés bathymétriques, les prélèvements de sédiments,les mesures de vitesses dans le Mahury) et les résultats de la modélisation TELEMAC2D sur l'ensemble de l'estuaire entre Stoupan et Dégrad des Cannes ont permis demontrer que le Mahury est en capacité de transporter de l'amont vers l'aval et de l'avalvers l'amont des sédiments dans un domaine granulométrique étendu. Les mesures etle modèle donnent des tailles de grains mobilisables (d50) compris entre 0,34 mm et1 ,20 mm pour des débits de flot ou jusant compris entre 350 et 1880 m^.sV

Des ordres de grandeur de flux moyen de sédiments ont été obtenus. Pour lesconfigurations modélisées (au maximum du flot et au maximum du jusant) ces fluxmoyens se traduisent par des débits de sédiments compris entre 0.002 et 0.006 m^.s âu maximum du flot ou du jusant.

La création d'une zone d'extraction (souille de 500 m de long, 200 m de large et 2 m decreusement) dans le secteur amont du Mahury (secteur Stoupan) représentant unvolume de 200 000 m^ apporte peu de modifications aux vitesses à l'extérieur dudomaine de la souille. La mobilité sédimentaire est impactée dans un rayon de 2 kmautour de la souille. L'impact sur la mobilité s'inverse avec l'inversion du sens desécoulements dans l'estuaire (flot / jusant). L'impact sur les flux sédimentaires s'inverseégalement selon les phases de la marée sans que l'on n'ait pu déterminer si après uncycle de marée les effets respectifs se neutralisent.

Si d'un point de vue hydrodynamique, une extraction de 200 000 m^ dans le secteur deStoupan, selon l'emprise étudiée (500 m x 200 m x 2 m), est envisageable pour unrechargement de la plage de Montjoly dans la mesure où les effets sur les vitesses etles flux sédimentaires sont limités et localisés, elle ne peut être envisagée qu'à titreponctuel pour répondre au besoin d'un rechargement qui interviendrait tous les 10 ans,ce qui correspond au rythme d'apparition des crises érosives sur les plages.

Enfin, considérant que la mobilité sédimentaire dans le Mahury existe bien dans unegamme granulométrique étendue (0,2 à 1,2 mm), il convient de s'interroger sur le rôle



actuel de l'estuaire du Mahury dans l'alimentation naturelle des plages de l'Ile deCayenne. Si les causes de l'érosion actuelle des plages de l'Ile de Cayenne relèventd'une combinaison des effets des prélèvements passés de sable sur les plages et desdragages menés dans le Mahury entre les années 70 et début des années 2000(50 000 à 70 000 m^/an en moyenne), on constate néanmoins depuis plus de 20 ansque les phases périodiques d'érosion (en moyenne tous les 10 ans), et encoreaujourd'hui, sont de plus en plus fortes. Or, cela ne peut pas être rattaché à uneévolution naturelle récente des forçages (houle, niveau de la mer) ni aux causesévoquées ci-dessus (prélèvements et dragages) qui ont disparues. Une piste àexplorer consisterait à étudier l'environnement externe de l'estuaire et à déterminer les

capacités actuelles de l'estuaire à évacuer en mer les sables apportés par le Mahuryafin de s'assurer que l'alimentation naturelle des plages de l'Ile de Cayenne existeaujourd'hui comme depuis des temps reculés.



Sommaire

1. Contexte et objectif de l'étude13

1.1. CONTEXTE13

1.2. OBJECTIF ET METHODE15

2. Synthèse des travaux antérieurs17

2.1. CADRE GEOGRAPHIQUE DE LA ZONE D'ETUDE17

2.2. CONTEXTE GEOMORPHOLOGIQUE17

2.3. LE FLEUVE MAHURY17

2. 3.1. Les débits liquides moyens18

2.3.2. Les transports solides18

2.4. MAREES18

2.5. REGIME DE HOULES AU LARGE19

2.6. COURANTS19

2.7. DONNEES SEDIMENTOLOGIQUES20

2. 7.1. Sables des plages20

2. 7. 2. Sables du Mahury21

2.8. EVOLUTION DES FONDS21

2.9. HISTORIQUE DES CYCLES D'ENVASEMENT22

3. Estimation des volumes de sable23

3.1. INTRODUCTION23

3.2. TRAITEMENT DU MNT24

3.3. ZONE ET VOLUMES D'EMPRUNT25

3.3.1.Altitude minimale + 1.70 m NGG26

3.3.2. Stock de sable mobilisable sur la plage26

3.3.3. Largeurs critiques26

3.3.4. Zone d'emprunt potentielle28



4. Faisabilité d'un monitoring topographique par imagerie optique terrestreoblique29

4.1. DEROULEMENT DU LEVE DE TERRAIN29

4.2. PARAMETRES DE PRISE DE VUE30

4.2.1. Calage des photos30

4.2.2. Projection des photos par homographie30

4.3. TOPOGRAPHIE DE LA PLAGE33

5. Mobilité sédimentaire dans le Mahury35

5.1. METHODE35

5.1.1. Rappel du contexte35

5. 1.2. Objectif35

5.2. CAMPAGNE DE MESURES35

5.2.1. Les profils bathymétriques37

5.2.2. Les prélèvements sédimentaires37

5.2.3. Les données marégraphiques38

5.2.4. Les mesures hydrodynamiques40

5.3. TRAITEMENTS DE DONNEES43

5.3.1. Granulométrie43

5.3.2.Analyse de la mobilité sédimentaire46

5.4. MISE EN eUVRE DE LA MODELISATION48

5.4.1. Maillage48

5.4.2.MNT48

5.4.3. Conditions aux limites du modèle49

5.4.4. Modélisation en régime permanent50

5.4.5. Influence de la force de Coriolis50

5.5. VALIDATION DE LA MODELISATION50

5.5.1. Configurations retenues pour la modélisation50

5.5.2. Coefficients de Strickler50

5.5.3. Configuration au maximum du flot51

5.5.4. Configuration au maximum du jusant53

5.5.5. Comparaison des vitesses moyennées sur la verticale obtenues avecTELEMAC aux vitesses mesurées par ADCP55

5.6. MOBILITE SEDIMENTAIRE ACTUELLE55

5.6.1. Calcul du diamètre médian maximum des sédiments mobilisables 56



5.6.2.Calcul du flux des sédiments transportés par charriage58

5.6.3. Comparaison des résultats de mobilité obtenus avec les mesures ADCPet les résultats du modèle hydro-sédimentaire60

6. Mobilité sédimentaire avec une zone d'extraction61

6.1. CREATION DE LA ZONE D'EXTRACTION (OU SOUILLE)61

6.2. MODIFICATION DU CHAMP DES VITESSES61

6.3. INFLUENCE DE LA SOUILLE SUR LA MOBILITE SEDIMENTAIRE63

6.4. INFLUENCE DE LA SOUILLE SUR LES FLUX DE SEDIMENT69

7. Conclusion71

8. Bibliographie75

Liste des tableaux

Tableau 1 : Débit moyen annuel du Mahury (d'après ORSTOM, Dubreuil et al. 1974) 18

Tableau 2 : Débit moyen mensuel du Mahury à l'embouchure (d'après ORSTOM,Dubreuil et al. 1974)18

Tableau 3 : Hauteur des marées caractéristiques en Guyane (Iles du Salut)18

Tableau 4 : Amplitudes des houles du large (d'après LCHF, 1964)19

Tableau 5 : Périodicité des phénomènes d'envasement sur l'île de Cayenne22

Tableau 6 : Tableau des erreurs planimétriques attendues sur la projection parhomographie32

Tableau 7 : Résultats des analyses granulométriques - diamètres caractéristiques43

Tableau 8 : Diamètre médian maximum des grains mobilisables en PII à différentsinstants du cycle de marée et pour différents terme de rugosité47

Tableau 9 : Diamètre médian maximum des grains mobilisables en P2bis à différentsinstants du cycle de marée et pour différents terme de rugosité48

Tableau 10 : Valeurs de Strickler (K) selon la granulométrie du fond et configurations51

Tableau 1 1 : Paramètres utilisés pour les modélisations au maximum du flot afin dedéterminer la sensibilité de l'hydrodynamique 2DH du modèle51

Tableau 12 : Caractéristiques de la vitesse au maximum du flot pour K=49.9 m^'^.s"\K=65.7 m"ls"^ et K=75.95 m"^s"^51

Tableau 13 : Paramètres utilisés pour les modélisations au maximum du jusant afin dedéterminer la sensibilité de l'hydrodynamique 2DH du modèle53



Tableau 14 : Caractéristiques de la vitesse sur l'ensemble du domaine au maximum dujusant pour K=50.2 m^'^s"^54

Tableau 15 : Caractéristiques de la vitesse sur l'ensemble du domaine au maximum dujusant pour K=38 m^'^.s"^54

Tableau 16 : Comparaison des Vmax et Vmoy pour les deux configurations flot etjusant55

Tableau 17 : Moyenne des diamètres médians maximums des grains mobilisables dansle fleuve au maximum du flot (Q=1640 m'.s"^)57

Tableau 18 : Moyenne des diamètres médians maximums des grains mobilisables dansle fleuve au maximum du jusant (0=1425 m^.s'^)57

Tableau 19 : Flux moyen des sédiments pour d50=0.2 mm au maximum du flot59

Tableau 20 : Flux moyen des sédiments pour d50=0.2 mm au maximum du jusant59

Tableau 21 : Résultats de mobilité des sédiments obtenus à partir des mesures ADCPet des résultats du modèle60

Liste des illustrations

Figure 1 : Littoral de Rémire-Montjoly et Mahury (Fond Scan25- IGN)13

Figure 2 : Enrochements en guise de protection dans le secteur sud de la plage deMontjoly (décembre 2007)14

Figure 3 : Carte de la plage de Montjoly et MNT (altitudes en m NGG)23

Figure 4 : Variogramme empirique (points) et modélisé (ligne) par une fonction de typesphérique (seuil = 2.28 ; portée = 228 m)25

Figure 5 : Modèle numérique de terrain à un pas de 5m. La ligne blanche délimite lazone du levé de la plage réalisé par GPS 13 juillet 200625

Figures : Carte des isopaques de sable au dessus de la cote +1,70 m (NGG)27

Figure 7 : Principe de calcul de la zone d'emprunt (échelles horizontale et verticaledistordues)27

Figure 8 ; Carte de la largeur de la plage de Rémire-Montjoly (situation de juillet 2006).Les distances sont comptées depuis le contour blanc28

Figure 9 : Carte des isopaques de sable au dessus de la cote 1.70 m (NGG) dans lazone d'emprunt potentielle (en couleur). Le volume de sable disponible dans cette zonede 9.7 ha est de 89 000 m^ En violet, la ligne de référence de 3,00 m d'altitude NGG28

Figure 10 : Niveau de la mer le 13 juillet 2006 au marégraphe de l'Ilet la Mère. Leshauteurs sont exprimées en m NGG29

Figure 11 : Photo de synthèse contenant la position des cibles repérées au DGPS30

Figure 12 : Principe de l'erreur planimétrique liée à la relation projective31

1 0 BRGM/RP-56368-FR - Rapport final


Figure 13 : Orthophoto aérienne (à gauche) et image issue du traitement de laphotographie terrestre oblique (à droite) du même secteur (cadre jaune)33

Figure 14 : Courbes de niveau extraites des photos successives : en rouge : -0.64 m(NGG) ; en vert : -0.56 m (NGG) ; en bleu : -0.22 m (NGG). En fond : orthophotoaérienne (SIAGE)34

Figure 15 : Carte du tronçon étudié du Mahury : Stoupan - Dégrad des Cannes (fondde carte IGN - Scan25)36

Figure 16 : Exemples de prélèvements : (a) mélange sable grossier et vase ; (b) vase 38

Figure 17 : Signal de marée (niveau en m, ramenés au zéro hydrographique)39

Figure 18 : Représentation des mesures de niveau réalisées aux repères des profils etsignal de la marée au marégraphe de Dégrad des Cannes39

Figure 19 : Mesures ADCP sur le Mahury. (a) : Montage de l'ADCP avec ADCP relevé,(b) : ordinateur portable terrain + glacière de protection, (c) : batteries et branchements 41

Figure 20 : Carte des profils ADCP (en rouge) et profils bathymétriques SIAGE (ennoir)42

Figure 21 : Localisation des prélèvements - en jaune : échantillons analysés(sédiments non cohésifs) ; en rouge : échantillons non analysés (sédiments cohésifs -D<63pm)44

Figure 22 : Localisation des prélèvements dans la partie amont du fleuve - en jaune :échantillons analysés (sédiments non cohésifs) ; en rouge : échantillons non analysés(sédiments cohésifs - D < 63pm)45

Figure 23 : Maillage 2D (27833 nuuds) et MNT49

Figure 24 : Conditions aux limites imposées aux frontières liquides49

Figure 25 : Champ des vitesses au maximum du flot pour K=49.9 / 65.7 / 75.95 m^'^s'^ 52

Figure 26 : Cote de la surface au maximum du flot pour K=49.9 / 65.7 / 75.95 m^'^.s"^52

Figure 27 : Champ des vitesses (à gauche) et cote de la surface libre (à droite) aumaximum du jusant pour K=50.2 m s"^54

Figure 28 : d50 des grains mobilisables (maximum flot) pour K = 49.9 / 65.7 / 75.95m^^s"^56

Figure 29 : d50 des grains mobilisables (maximum jusant) K = 50.2 / 66.4 / 76.9 m^'^.s'^57

Figure 30 : Flux des sédiments d5o=0.2 mm pour K=49.9 / K=65.7 / 75.95 m^'^s"\maximum flot)58

Figure 31 : Flux des sédiments d5o=0.2 mm pour K=50.2 / 66.4 / 76.9 m^'^.s"^ (maximumjusant)59

Figure 32 : Bathymétrie en amont du fleuve avec la souille (à gauche) et sans (àdroite)61

Figure 33 : Vitesses avec la souille (à gauche) et sans (à droite) au maximum du flot62

Figure 34 : Vitesses avec la souille (à gauche) et sans (à droite) au maximum dujusant62

Figure 35 : D50 max mobilisable au maximum du flot - état actuel (absence desouille) ; (a) K=49.9 m1/3.s-1, (b) K=65.7 m1/3.s-1 et (c) K=75.95 m1/3.s-164

BRGM/RP-56368-FR - Rapport final 1 1


Figure 36 : D50 max mobilisable au maximum du flot - état avec souille ; (a) K=49.9m^'^s (b) K=65.7 m^^s^^ et (c) K=75.95 m^'^s^64

Figure 37 : Influence de la souille sur la mobilité au maximum du flot pour (a) K=49.9m (b) K=65.7 m^'^.s"\ (c) K=75.95 m^'^s"^65

Figure 38 : D50 max mobilisable au maximum du jusant - état actuel (absence desouille) (a) K=50.2 m^'ls"\ (b) K=66.4 m^'^s" et (c) K=76.9 m^'^s'^66

Figure 39 : D50 max mobilisable au maximum du jusant - état avec souille ; (a) K=50.2m (b) K=66.4 m"^s"'' et (c) K=76.9 m^'ls"^66

Figure 40 : Influence de la souille sur la mobilité au maximum du jusant pour (a)K=50.2 m^'ls\ (b) K=66.4 m^'^s"\ (c) K=76.9 m"^s"^67

Figure 41 : Flux des sédiments au maximum du flot en présence de la souille ; (a)K=49.9 m^'^s"\ (b) K=65.7 m^'ls"^ et (c) K=75.95 m^'ls''69

Figure 42 : Flux des sédiments au maximum du flot en l'absence de la souille ; (a)K=49.9 m^'^s'\ (b) K=65.7 m^'ls"^ et (c) K=75.95 m"ls"''69

Figure 43 : Flux des sédiments au maximum du jusant en présence de la souille ; (a)K=50.2 m^'^.s-\ (b) K=66.4 m^'^s"\ (c) K=76.9 m^^s^^70

Figure 44 : Flux des sédiments au maximum du jusant en l'absence de la souille ; (a)K=50.2 m^'^s"\ (b) K=66.4 m^'ls-\ (c) K=76.9 m^'^s^^70



1. Contexte et objectif de l'étude

1.1. CONTEXTE

La plage de Montjoly (Figure 1) s'étend sur plus de trois kilomètres d'ouest en est entredeux promontoires rocheux que sont la colline de Montravel et le Mont Bourda. Au-delàdu Mont Bourda, on trouve l'anse de Montabo avec au sud la plage Zéphyr. C e splages sont des lieux privilégiés pour les activités de loisir sur l'Ile de Cayenne. Il s'agitaussi des rares lieux de pontes des tortues Luth dans le secteur.

Bourda

e de Montjoly

Montravel

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••/kilomètres Errait du fond IGN A U 1/25 ÖÖO

Figure 1 : Littoral de Rémire-Montjoly et Mahury (Fond Scan25 - ¡GN).

BRGM/RP-56368-FR - Rapport final 13


En 2004, l'érosion des plages de l'Ile de Cayenne a commencé de se manifester surleur extrémité orientale. Depuis, le phénomène s'est poursuivi pour atteindre desniveaux de recul (jusqu'à une centaine de mètres) jamais vus à ce jour conduisantjusqu'à la disparition des plages et l'attaque des limites des propriétés riverainescontraintes de se protéger par des enrochements (Figure 2). Parmi celles-ci, la plagede Montjoly présente les signes les plus forts d'érosion.

Figure 2 : Enrochements en guise de protection dans le secteur sud de la plage de Montjoly(décembre 2007).

C e phénomène est lié à la dynamique côtière globale du littoral : plus de 250 millionsde tonnes de particules fines (vases), en provenance du fleuve A m a z o n e transitent lelong des 320 km de la côte guyanaise. Ces vases peuvent se déposer massivementsur le littoral et former ainsi des bancs de vase qui vont protéger la côte des attaquesdes vagues et de la houle (Anthony et Dolique, 2004). A l'inverse, le dévasement localde la côte expose les plages de sable à une hydrodynamique plus intense responsabledu déplacement massif du sable et de l'érosion des plages.

Il a été avancé que, globalement, on assistait sur la plage de Montjoly à unbasculement du transit sédimentaire sur les plages ( B R G M , 2000) conduisant :

- tantôt à une avancée du trait de côte sur la partie est des plages (recul sur lapartie ouest),

- tantôt à une évolution inverse (érosion à l'est et engraissement à l'ouest).

Néanmoins, on ne peut pas conclure pour autant que ce sont perpétuellement lesm ê m e s volumes de sable qui participent exclusivement à ce basculement.

14 BRGM/RP-56368-FR - Rapport final


Afin de répondre aux préoccupations engendrées par l'érosion de la plage de Montjoly,ce projet a été retenu au titre des actions soutenues par Ministère de l'Outre-Mer(MOM) en 2006 afin d'étudier une solution à court terme de régénération des secteursdes plages sur lesquels les limites d'un recul supportable sont déjà dépassées et surlesquels des moyens lourds sont mis en (enrochements). La solution proposéerepose sur un rechargement de la plage à partir d'extractions de sable dans le Mahury.

1 .2. OBJECTIF ET METHODE

Ce projet, proposé en 2005 a finalement été retenu par le MOM en 2006.

Des études antérieures ont montré (notamment Pujos ei al. 2001), par comparaisondes minéraux lourds présents dans les sables des plages et des fleuves, que l'originedes sables des plages est locale, c'est-à-dire qu'ils sont issus des fleuves guyanais.Les plages de la presqu'île de Cayenne sont ainsi marquées par la présence deminéraux lourds issus du Fleuve Mahury.

La faisabilité d'un rechargement de la plage de Montjoly, longue de 3,5 km etprésentant un déficit en sable de l'ordre de 200 000 m^ dans sa partie sud, à partird'extractions de sables dans le Mahury (Figure 1) constitue une étape préalable. Laprésente étude se propose d'apporter les preuves que le Mahury est bien le siège detransports de sable dont la granulométrie est équivalente ou supérieure à celle dessables des plages environnantes.

L'objectif de cette étude est de déterminer le potentiel de l'estuaire du Mahury en tantque vecteur de transports de sables fluviátiles vers le littoral. Dès lors, il seraitpossible de rétablir une alimentation directe fleuve-plage (dragage-transport-déversement) en court-circuitant l'estuaire qui n'assurerait plus son rôle. Ce projetétudie les possibilités d'extraction de sable dans le Mahury par une évaluation de lacapacité de transport solide du fleuve et une modélisation de l'impact des extractionssur la mobilité des sédiments dans le Mahury.

Afin de faire face au plus vite à l'érosion de l'extrémité sud de la plage de Montjoly, unealternative d'urgence consisterait en un déplacement d'un volume de sable significatif,à l'intérieur même de la plage du nord vers le sud, en prenant les précautionsnécessaires ; les zones qui présentent un fort excédent de sable viendraient contribuerartificiellement à l'alimentation des zones déficitaires au sud.

Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé de :(1) estimer les quantités de sable nécessaires au rechargement de la plage deMontjoly (situation 2006),(2) évaluer le stock potentiel de sable susceptible d'être prélevé aucentre/nord de chacune des plages pour recharger les parties sud (solutionalternative d'intervention à court-terme),(3) évaluer les possibilités d'extraction de sable dans le Mahury (fondestuaire), sur la base d'une évaluation de la capacité de transport solide dufleuve et des besoins en rechargement des plages.



Par ailleurs, ce projet fournit une pré-étude de faisabilité de mise en place d'unsystème de suivi par vidéo numérique permettant de suivre l'évolution de latopographie intertidale de la plage. Un tel système, permettrait de suivre en continurévolution de la plage et d'étudier l'impact des mesures de protection ou derestauration apportées.



2. Synthèse des travaux antérieurs

2.1 . CADRE GEOGRAPHIQUE DE LA ZONE D'ETUDE

Le littoral de Rémire Montjoly, représenté sur la carte donnée en Figure 1 forme lapartie Est de la Presqu'Ile-de-Cayenne bordée au sud par le fleuve Mahury. II s'agitd'un littoral à la fois rocheux et sableux qui s'étale sur une quinzaine de kilomètres delong entre le Port de Dégrad des Cannes et le Mont Bourda. Ce littoral est exposé àune dynamique marine entre la Pointe de Bourda et la plage de Gosselin et à unedynamique d'estuaire pour les côtes du Mahury, au sud.

Les éléments exposés ci-après sont notamment repris de l'étude (Renault et al. 2001).

2.2. CONTEXTE GEOMORPHOLOGIQUE

Le trait de côte de la commune de Rémire-Montjoly est de nature essentiellementrocheuse et sableuse. Cette morphologie est rare en Guyane dont le littoral estconstitué à 90 % de mangrove. Cela lui confère un hydrodynamisme fort qui se traduità long terme, compte tenu de la périodicité des phénomènes d'envasement, par desvariations de conditions de mer et d'environnement littoral très spectaculaires.

Les plages sont présentes entre les éperons rocheux qui arment l'Ile-de-Cayenne. Lacommune de Rémire possède deux plages de grande dimension (>1 km) :

La plage de Montjoly (3.5 km) ;La plage de l'anse de Rémire (environ 3 km).

Ces plages constituent la limite maritime d'une succession de cordons sableux et dedépressions qui s'allongent parallèlement au littoral, de plus en plus anciens à mesureque l'on s'éloigne du rivage actuel, qui correspondent à des lignes de paléo-rivages.

2.3. LE FLEUVE MAHURY

Les informations relatives au Mahury présentées ici sont principalement issues de troisrapports d'étude :- Les missions d'études du LCHF de 1953 et 1965 sur le Mahury réalisée en vue de

la construction du Port de Dégrad des Cannes ;- L'étude hydrologique de l'ORSTOM de 1974 (Dubreuil et al. 1974) ;- L'étude courantologique et bathymétrique du BRGM de 1996 (Lallier et al. 1996)

réalisée dans le but de définir une méthodologie de suivi des impacts des dragagesde matériaux dans le fleuve Mahury.



2.3.1. Les débits liquides moyens

Les débits moyens (ou modules) suivants ont été calculés à Saut Bief et Roura parjaugeage puis extrapolés à l'embouchure à partir des superficies des bassins versant(Tableau 1). A l'embouchure, les débits moyens mensuels calculés sont donnés enTableau 2.

StationSuperficie du bassinversant en km^

Module interannuel en m^/s

Saut Bief 1750 110

Roura 3400 215

Embouchure (extrapolation) 3650 230

Tableau 1 : Débit moyen annuel du Mahury (d'après ORSTOM. Dubreuil et al. 1974).

Mois J F M A M J J A S 0 N D

Débit (m3/s) 217 321 261 384 398 371 238 138 98 92 86 134

Tableau 2 : Débit moyen mensuel du Mahury à l'embouchure(d'après ORSTOM, Dubreuil et at 1974).

2.3.2. Les transports solides

Les données du LCHF en 1965 font état d'une estimation de 3500 tonnes de sédiment

transporté vers la mer par cycle de marée de coefficient 100. Cette masse tombe à 60tonnes par cycle de marée de coefficient 35. On notera que ces estimations neprennent en compte que la masse des matières en suspension (vases) déplacées parle volume d'eau oscillant.

2.4. MAREES

La marée en Guyane est de type semi-diurne, mèsotidale avec un marnage de l'ordrede 3 m en vives eaux et de 0,80 m en mortes eaux.

Les niveaux moyens des marées observées aux Iles du Salut sont donnés dans leTableau 3. Ils sont ramenés au zéro hydrographique.

Coefficient PM BM

Marée de vive-eau exceptionnelle 110-115 3,50 0,60

Marée moyenne 70 2,95 1,10

Marée de morte-eau exceptionnelle 30-35 2,40 1,60

Tableau 3 : Hauteur des marées caractéristiques en Guyane (Iles du Salut).



2.5. REGIME DE HOULES AU LARGE

Les données présentées ici sont tirées de rapport du LCHF sur le Mahury (LCHF,1964).

La direction des houles est imposée par le régime des alizés. Les houles dominantesproviennent d'un secteur compris entre le SE et le NE. Les houles d'E sont à peu prèséquiprobables toute l'année et représentent en moyenne 30 à 50 % des agitations.

Les houles de NE sont plus fréquentes de novembre à mai où elles représentent 35 à60 % des agitations avec un maximum en janvier. Le reste du temps, leur fréquencen'est jamais inférieure à 20%.

Les houles de SE ne sont observées qu'entre juin et décembre et ne dépassent jamais20% des agitations.

Les houles de faible amplitude (0-2 m) prédominent en saison sèche (Tableau 4). Ellesse renforcent au cours de la saison des pluies en conséquence du changement sur lerégime de vent (alizé de NE) qui développe une houle orientée perpendiculairement àla côte. La période moyenne des houles en Guyane est d'environ 10s.

Saison sèche

Guin à novembre)Saison des pluies(décembre à mai)

Houle faible < 2 m 40 à 80 % 20 à 40 %

Houle moyenne 2 à 4 m 20 à 40 % 40 à 60 %

Houle forte > 4m <15% 10 à 40%

Tableau 4 : Amplitudes des houles du large (d'après LCHF, 1964).

2.6. COURANTS

Le littoral de Rémire-Montjoly est soumis à trois types de courants :

> Le courant des Guyanes : il est alimenté par le courant nord-Brésilien, et possèdeune direction vers l'ouest nord-ouest avec une intensité comprise entre 1 et 5ngénéralement 2nsoit de l'ordre de 0.5 m/s. Ce courant est actif toutau long de l'année, avec un maximum d'intensité en saison des pluies. II présenteune retroflexion partielle au cours de la saison sèche vers l'est.

> Les courants de marée : ils génèrent un flux transversal au courant des Guyaneset en modifient la vitesse et la direction sur le cycle de marée. La vitesse descourants de marée est accrue dans les estuaires où ils jouent un rôle de pompe àsédiments qui permet aux vases d'origine amazonienne de "remonter" le lit dufleuve sur plusieurs kilomètres. D'après les mesures effectuées par le LCHF en1965 il ressort que :

- au jusant, dans le secteur externe et dans le secteur des îlets, les courants



de marée combinés avec l'action du courant des Guyanes tendent à dirigerles flotteurs dérivants vers le NW à une vitesse comprise entre 0.4 et0.6 m/s ;

- au flot, ces mêmes courants portent vers l'W ou l'WSW à une vitessemoyenne de 0.35 m/s.

> Les courants à l'embouchure du Mahury : ils sont à la fois fonction des courantsde marées renforcés par l'étranglement que constitue l'entrée dans le cours dufleuve, et variable en fonction du débit du fleuve.

- Au ¡usant, les courants entre Dégrad des Cannes et la Pointe Diamantsuivent la direction du chenal naturel du Mahury à une vitesse compriseentre 0.4 et 1.2 m/s.

- Au flot, les courants entre Dégrad des Cannes et la pointe Diamant suiventla direction du chenal naturel du Mahury à une vitesse comprise entre 0.6 et1.1 m/s

2.7. DONNEES SEDIMENTOLOGIQUES

Le littoral de Rémire-Montjoly est constitué de deux types de sédiments remaniés parles houles et les courants : les sables issus du démantèlement progressif du bouclier

guyanais et les vases d'origine amazonienne.

2.7.1. Sables des plages

Deux origines géologiques sont généralement données pour ces sables :

Lors de la dernière montée du niveau marin, des quantités importantes de sablesmis en place à une période du quaternaire où l'érosion continentale était plus fortequ'aujourd'hui, ont été progressivement refoulées par la mer vers la côte actuelle.

- Les sables que l'on trouve sur les plages de l'Ile-de-Cayenne ont une originefluviatile contemporaine. Ce qui suppose un transfert dynamique du matérielsableux depuis le lit du fleuve jusqu'à la plage au gré des crues de celui-ci, descourants régionaux, des courants de marées et des houles.

La première hypothèse revient à considérer que les sables que l'on trouveactuellement sur les plages proviennent dans leur majorité de la dernièretransgression. Cela suppose une conservation volumétrique dans le temps du matérielsédimentaire sableux sur les plages de l'île de Cayenne et donc l'absence de transit etd'échange de matériel sableux entre les différentes plages et aucun apport actuel parles cours d'eau. Cette hypothèse est notamment retenue, au moins en partie, par(Anthony et Dolique 2004).



2.7.2. Sables du Mahury

Les principaux résultats relatifs à la connaissance des sables du Mahury proviennentde la mission d'études du LCHF de 1965 sur le Mahury.

D'une manière générale, les sables du Mahury proviennent de l'altération du bouclierGuyanais et présentent une granulométrie variable, décroissante de l'amont vers l'avaldu fleuve, comprise entre 2 mm et 40 pm. Cela démontre, selon le LCHF : "uneprédominance sinon une exclusivité des apports fluviátiles de cette catégoriegranulométrique vers l'embouchure du Mahury".

Le LCHF rapporte que les sables ont un diamètre moyen voisin de 0,80 mm dans laComté, de 0,20 à 0,50 mm en aval de la confluence Orapu-Comté, de 0,11 à 0,21 mmdans la zone estuarienne. L'étude granulométrique des sables prélevés dans lesecteur de l'embouchure présentent deux pôles granulométriques, qui seraient le signed'un mélange de sables caractéristiques d'une dynamique fluviatile et d'une dynamiquemarine.

Des sondages carottés effectués dans la zone de l'embouchure au cours de la missiondu LCHF de 1965 ont révélé des alternances de passages sableux et vaseux.

D'un point de vue minéralogique, l'ensemble du cortège sableux du Mahury est forméen majorité d'un quartz généralement peu usé, fréquemment coloré par des oxydes defer. On trouve également des gravillons latéritiques qui proviennent essentiellement del'Orapu, affluent du Mahury. La mission du LCHF de 1953 a montré que le stock deminéraux lourds était partout à peu près identique, avec prédominance de zircon,tourmaline, muscovite, biotite, magnetite, et en minéraux accessoires anatase, sphène,rutile, storotide, épidote, hornblende et augite.

2.8. EVOLUTION DES FONDS

La principale caractéristique de la bathymétrie en Guyane réside dans son caractèrerapidement évolutive que l'on peut expliquer par :

- La migration des bancs de vases au gré du courant des Guyanes.

Les caractéristiques rhéologiques de la vase (plasticité, fluidité, liquéfaction) dont lamorphologie peut changer très rapidement en fonction des conditions de mer(agitation du milieu, force des courants, salinité).

Le régime hydrologique des fleuves qui crée localement des phénomènes de"chasse" dans les estuaires (enfoncement du chenal) ou de "barre pro-deltaïque"(dune hydraulique).

Ces changements peuvent être très rapides mais on ignore la cause dudéclenchement brutal (origine météorologique, océanographique ou hydrologique).



Deux anciennes bathymétries concernant l'estuaire du Mahury ont pu être analysées.Elles donnent des renseignements sur le fonctionnement de l'estuaire. II s'agit de labathymétrie réalisée en 1965 par le LCHF dans l'étude de faisabilité du chenal d'accèsau port et d'une bathymétrie de surveillance du chenal réalisée par la DDE maritime enDécembre 2000. En 1965, l'emplacement du chenal du Mahury était orienté dans unedirection plein Nord vers l'îlet le Père. Depuis le maintien par dragage du chenal denavigation (telle la situation en décembre 2000), l'embouchure du Mahury possèdedeux chenaux : un chenal principal qui correspond au chenal naturel et qui aglobalement conservé les mêmes caractéristiques, et un chenal secondaire ouvertpour les besoins de la navigation selon une direction Nord-Est (entre les îlets La Mèreet Le Père) qui entaille le hauts fonds du littoral Est du Mahury. Le chenal naturel restenaturellement la voie empruntée par les courants de marée les plus forts et parconséquent par les sédiments les plus grossiers issus du Mahury (sables fins de 0.07 à0.2 mm de diamètre d'après le LCHF). II est émis l'hypothèse que ces sédiments sontrepris par des houles dominantes d'ENE et par les courants de flot orientés Ouest Sud-Ouest dès lors que les conditions suivantes sont réunies :

- Absence ou marginalité de bouchon vaseux et de barre vaseuse ;

Houles de forte amplitude peu amorties ;

Important régime hydraulique du fleuve.

Ces conditions sont potentiellement réunies en période d'espace inter-bancs (situationde non envasement) et en saison des pluies normale.

2.9. HISTORIQUE DES CYCLES D'ENVASEMENT

Les alternances de phases d'envasement et de dévasement sont connues sur l'île deCayenne depuis l'an 1700. Entre 1751 et 1960, la périodicité des cycles d'envasementdévasement a été établie en moyenne à 22 ans soit 1 1 ans d'envasement et 1 1 ansd'érosion (Choubert et Boye 1959).

Depuis les années 50, il s'est produit sur l'Ile-de-Cayenne deux cycles completsd'envasement-dévasement (Tableau 5).

Périodes 1955-63 1963-1975 1975-86 1986-1997 1997-.. .

Phénomène Envasement Dévasement Envasement Dévasement Envasement

Durée Sans 12 ans 11 ans 11 ans > 1 1 ans

Tableau 5 : Périodicité des phénomènes d'envasement sur l'île de Cayenne.

A noter qu'un dévasement est observé depuis 2004-2005 sur la partie est de l'Ile deCayenne (secteur Montravel).



3. Estimation des volumes de sable

3.1. INTRODUCTION

L'analyse proposée ici s'appuie sur les données d'un Modèle Numérique de Terrain(MNT) levé au G P S différentiel R T K bi-fréquence fourni par la Société S IAGE. Le M N Test fourni dans le système U T M 2 2 - C S G 6 7 et l'altimétrie est rattachée au NivellementGénéral de Guyane (zéro N G G ) . C e M N T au pas de 20 m a fait l'objet de traitementsd'analyse spatiale pour calculer les volumes de sable de la plage. La précisionaltimétrique est réputée être meilleure que 20 cm. Elle représente la situationtopographique de juillet 2006.

Cette note présente une estimation des volumes de sables disponibles sur la plage deRémire Montjoly. Il s'agit d'estimer combien de sable pourrait être enlevé de l'arrièreplage pour être déplacé vers les zones menacées par les tempêtes.

La plage a une longueur d'environ 3,5 km. Sa largeur, à marée haute, varie entre 0 ausud et environ 220 m au nord. Elle est soumise pour l'instant à une forte érosion danssa partie sud. Par contre, l'extrémité ouest est actuellement stable ou en léger recul.

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Figure 3 : Carte de la plage de Montjoly et MNT (altitudes en m NGG).



3.2. TRAITEMENT DU MNT

Les données acquises par la société SIAGE fournissent les coordonnées X, Y et Zexprimées en CSG67 (projection UTM zone 22 Nord sur l'ellipsoïde WGS 1984). Cesfichiers ont été importés dans ArcGIS.

La zone levée couvre la plage et une partie à l'intérieur des terres. Les points sontéquidistants et placés tous les 20 m le long d'une grille, sauf le long de la côte, où ilsont une répartition plus dense (levé 13 juillet 2006). La densité du semis de pointsaltimétriques, 1 point pour 400 m^, étant insuffisante pour réaliser des évaluations finesde volumes, il a été nécessaire de fabriquer une nouvelle grille à 5 m par interpolationde la grille initiale à 20 m et des points plus denses levés sur la plage en juillet 2006.

L'interpolation des points altimétriques a été réalisée par la méthode du krigeage avecun ajustement de variogramme réalisé sous le logiciel R (bibliothèque sgreosfaí) qui litnativement les shapefiles d'ArcGIS, afin d'interpoler avec le meilleur choix deparamètres du krigeage. Au vu du variogramme empirique (Figure 4) calculé sur uneestimation robuste de la semi-variance, le modèle théorique le mieux adapté est unefonction de type sphérique. L'ajustement itératif du seuil et de la portée donnés par Raboutit à un jeu de paramètres optimisés.

Le nouveau MNT obtenu par krigeage à la maille de 5 m est présenté en Figure 5.

La méthode d'interpolation utilisée, permet d'accéder à une estimation de l'erreurprobable d'interpolation. Ici, la variance de krigeage (sur la variable Z) n'excède pas0,25 m^, soit ± 0.5 m. En moyenne cependant, la variance de krigeage est de 0.12 m^(soit ± 0.35 m à 1 écart-type).

Les points dont la variance est la plus élevée sont ceux qui sont situés en limite desdeux zones couvertes (1) par le maillage régulier à 20 m, (2) par le semis irrégulier depoints levés au GPS différentiel. Comme les levés ont été réalisés à des datesdifférentes, les écarts qui peuvent être observés proviennent davantage d'unchangement réel de la topographie de la plage entre les deux dates, que d'erreurs delevés ou d'erreurs attachées à la méthode d'interpolation. Ces points sont connus avecune variance de 0.16 m*, soit un écart-type de 0.40 m ; mais comme ils se situent(situation juillet 2006) sur la zone active de la plage, cet écart localisé sur la frange duhaut de plage ne pénalise pas l'analyse qui va être fait sur la totalité de la plage.



distance (m)

Figure 4 : Variogramme empirique (points) et modélisé (ligne) par une fonction de typesphérique (seuil = 2.28 ; portée = 228 m).

358500 359000 359500 360000 M0S00

357500 356000 358500 359000

Figure 5 : Modèle numérique de terrain à un pas de 5 m. La ligne blanche délimite la zone dulevé de la plage réalisé par GPS le 13 juillet 2006.

3.3. ZONE ET VOLUMES D'EMPRUNT

Les éléments calculés ci-après correspondent à la situation relevée en juillet 2006. Acette date la partie nord de la plage de Montjoly était dans un état de stabilitésédimentaire et la recherche d'une zone sur laquelle un stock de sable pouvait êtreprélevé pour recharger la zone sud se justifiait c o m m e intervention palliative à l'érosionpersistante de cette zone sud de la plage.



L'objectif recherché ici est de déterminer le volume de sable disponible pour rechargerla plage en érosion en définissant la zone où le sable peut être prélevé sans risqued'engendrer de nouveaux désordres dans cette partie nord de la plage (dommages auxpropriétés riveraines situées en arrière de plage).

La définition de cette zone requiert de fixer certaines limites :- Cote d'arasé (laisser en place une épaisseur de sable garantissant une altitude

minimale de l'arrière plage) ;- Conserver la plage active côté mer en l'état sur une distance donnée (garantie

contre les risques d'érosion à court terme) ;Proscrire tout prélèvement dès lors que la largeur de la plage est faible.

3.3.1 . Altitude minimale + 1 .70 m NGG

L'altitude minimale en dessous de laquelle il n'y aura aucun prélèvement est fixée à1,70 m. II s'agit de l'altitude du niveau de pleine mer de vives eaux exceptionnellesexprimé dans le référentiel altimétrique NGG. II n'est en effet pas souhaitable dedescendre sous cette altitude pour éviter la formation de zone d'accumulation d'eaupénétrant à travers la plage (Figure 7).

Le volume de sable « prélevable » est calculé au dessus de cette altitude.

3.3.2. Stock de sable mobilisable sur la plage

Connaissant l'étendue de la plage et son altimétrie, il est possible de calculer le volumede sable présent au-dessus de +1.70 m d'altitude.

La surface totale de la plage est de 31,5 ha. La surface de la plage située à unealtitude supérieure à 1.70 m (NGG) est de 20,9 ha. Ainsi, le volume de sablemobilisable (plage au-dessus de +1,70 m NGG) dans ces 20,9 ha est estimé à221 000 m^ (Figure 6).

Cependant il est nécessaire de conserver en place un volume de sable suffisant pourprotéger le haut de la plage et prévenir les risques aux propriétés riveraines(habitations) dès lors que la plage présente une faible largeur.

3.3.3. Largeurs critiques

Deux largeurs critiques ont été retenues (Figure 7) :

La largeur de la plage doit conserver au moins 40 mètres de large en façade àla mer (estran + berme, approximativement en dessous de +1.7 m NGG) ;

Toute zone de la plage est exclue de prélèvement si la plage fait moins de 70 mde large.

La ligne à partir de laquelle ces distances critiques sont calculées correspond à la ligned'altitude 3,00 m NGG, correspondant au niveau de pleine mer de vive eauexceptionnelle (+3,50 m cote marine, ou +1,70 m cote NGG) majorée du set-up des



vagues remontant la plage (+1,30 m ) estimé sur des bases morphologiques. Cetteligne représente la limite de la plage, dans sa situation de juillet 2006, atteinte par lamer lors de conjonction d'une pleine mer de vive eau exceptionnelle et d'une très fortetempête.

358500 359000 359500 360000 360500

Metres

0 200 400 600 / • '

357500 358000 358500 359000

Figure 6 : Carte des isopaques de sable au dessus de la cote +1,70 m (NGG).

Arrière de la plage

50 tOO

Distance depuis la mer [m]200

Figure 7 : Principe de calcul de la zone d'emprunt (échelles horizontale et verticale distordues).



3.3.4. Zone d'emprunt potentielle

La zone d'emprunt correspondant aux trois critères spatiaux retenus, et notamment lalargeur de la plage (Figure 8) représente une superficie de 9.7 ha (Figure 9) pour unvolume de 89 000 m 3 de sable. Ce volume est l'équivalent d'un volume de 1 m de haut,sur 89 m de large, sur 1 k m de long.

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8 : Carte de la largeur de la plage de Rémire-Montjoly (situation de juillet 2006). Lesdistances sont comptées depuis le contour blanc.

353000 358500 359000

357500 358000

Figure 9 : Carte des isopaques de sable au dessus de la cote 1.70 m (NGG) dans la zoned'emprunt potentielle (en couleur). Le volume de sable disponible dans cette zone de 9.7 ha est

de 89 000 m 3 . En violet, la ligne de référence de 3,00 m d'altitude N G G .



4. Faisabilité d'un monitoring topographique parimagerie optique terrestre oblique

4.1. DEROULEMENT DU LEVE DE TERRAIN

Le dispositif a été mis en place à l'extrême sud de la plage de Montjoly, sur la propriétéde M. Christian Chauvier que nous remercions ici pour l'autorisation qui nous a étédonnée de faire les acquisitions photographiques et levés DGPS depuis la terrasse desa résidence. Ce lieu, légèrement en hauteur, offre un point de vue sur la plage surplus de 500 m.

Les photographies ont été acquises le 13 juillet 2006 entre 13h20 et 14h24 (heurelocale), à intervalle régulier (en moyenne toutes les trois minutes), puis trois dernièresphotographies à 14h57, 15h23 et 15h30. Les photographies ont été acquises en phasede marée montante. La Figure 10 donne l'évolution du niveau de la mer durant leslevés photographiques.

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Niveau de la merle 13 juillet 2006 entre 6h et 18h

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heure locale

Figure 10 : Niveau de la merle 13 juillet 2006 au marégraphe de l'Ilet la Mère.(source DDE-Guyane - Phare et Balises) - Les hauteurs sont exprimées en m NGG.



4.2. PARAMETRES DE PRISE DE VUE

4.2.1. Calage des photos

Lors de la campagne de terrain du 13 juillet 2006, 11 points de calage ont été mesurésau G P S différentiel R T K bi-fréquence. Ces points ont été matérialisés par une cible(panneau recouvert d'un motif circulaire à quadrants alternativement noir et blancs,Figure 11). La cible noire et blanche reste visible et facile à pointer jusqu'à unedistance de 500 m . 11 photos successives de la cible ont été prises.

Pour faciliter la saisie des observations, une image synthétique (Figure 11 ) a été crééeen superposant les photos et en « décalquant » uniquement la position de la cible dansl'image. Ainsi, il est possible de relever en une seule opération la position de chacunedes cibles.

Figure 11 : Photo de synthèse contenant la position des cibles repérées au DGPS.

4.2.2. Projection des photos par homographie

U n e fois que la position des cibles dans l'image a été relevée, on dispose d'un jeu decoordonnées 2 D que l'on peut associer au jeu de coordonnées 3 D des cibles relevéesau D G P S . La relation existant entre les deux jeux de coordonnées est une relation



projective appelée homographie que l'on peut calculer facilement sous Matlab(cp2tform, fonction de la boîte à outil Image Processing). Cette relation permet decalculer la position attendue d'un point sur un plan.

Précision de l'ajustement

U n e homographie décrit la relation entre deux jeux de coordonnées coplanaires. Cecisignifie que la composante Z des points G P S est négligée lors de l'ajustement. Lescoordonnées des points image projetés dans l'espace objet sont donc précises àl'angle d'incidence (a sur la Figure 12) et à l'écart entre le point réel et sa projectiondans le plan de projection.

Si le point réel est situé à une altitude Zi inférieure à celle du plan de projection, l'erreurplanimétrique (z1) sera dirigée en direction de la caméra. Si, à l'inverse le point réel estau-dessus du plan de projection, l'erreur planimétrique (z2) sera dirigée plus loin que lepoint projeté. L'altitude du pian de projection est calculée de sorte que l'erreurmoyenne quadratique des altitudes des points au plan est minimale.

Caméra

E=ôz.(AZ/R)

Figure 12 : Principe de l'erreur planimétrique liée à la relation projective.

Deux équations permettent de prévoir l'erreur planimétrique des points projetés.L'altitude du plan de projection, Zp, est l'altitude qui minimise l'erreur moyennequadratique. Il s'agit du plan passant par l'altitude moyenne du nuage de

points : Zr =1=1 , avec Zi altitude du point i, n étant le nombre de points. C e s altitudes

sont rapportées à un m ê m e référentiel altimétrique, ici le N G G .



En chaque point, l'erreur planimétrique est définie par:e = R avec Zc

l'altitude de la caméra (référentiel NGG) et R la distance en plan de la caméra au pointi connue grâce aux levés DGPS. De cette relation, on constate que l'erreurplanimétrique est d'autant plus grande que (i) les points sont loin du plan de projection,(ii) les points sont éloignés de la caméra et que (iii) la caméra est installée bas.

Projection des ptiotos

Lors des prises de vue de la campagne du 13 juillet 2006, la caméra était placée à unealtitude d'environ 7,6 m NGG. Sur l'ensemble des points relevés, l'homographieajustée conduit à un plan de projection qui se situe à 0,96 m NGG. La variable (Zc -Zp) valait donc 6,64 m. Le Tableau 6 récapitule les erreurs positionnelles des points decalage dans cette configuration. L'erreur planimétrique est positive (resp. négative)pour les points dont la position est surestimée (resp. sous-estimée).

Numéro

du point

Distance R des

points à la caméra (m) Zp - Zi (m)s erreur

planimétrique (m)

Pourcentage dela ligne de base

12 19.938 0.921 2.761 14%

13 30.888 -0.602 -2.798 -9%

15 65.685 -0.024 -0.240 0%

17 69.133 -1.379 -14.342 -21%

18 139.675 0.108 2.263 2%

19 139.489 -1.359 -28.517 -20%

20 216.367 1.819 59.186 27%

21 214.467 -0.874 -28.201 -13%

22 269.419 -0.853 -34.576 -13%

23 395.059 0.207 12.283 3%

24 503.889 2.039 154.510 31%

Moyenne 187.637 0.000 - -

Tableau 6 : Tableau des erreurs planimétriques attendues sur la projection par homographie.

L'erreur planimétrique étant décrite analytiquement, il est possible de corriger laposition planimétrique d'un point projeté pour approcher sa position vraie en fonctionde son altitude et de la distance à la caméra. Ainsi, avec l'homographie ajustée sur lespoints de calage, les photos obliques ont été projetées dans le référentielcartographique (Figure 13). On appelle cette image projetée une pseudo-orthophotodans la mesure où elle ne contient pas de correction due à l'altitude. Cette image estgéoréférencée (CSG67-UTM22 Nord). Les écarts entre la position calculée des pointset leur position vraie (traits jaunes) ont été représentés sur cette figure. Ces erreurssont celles causées par l'obliquité de la prise de vue et l'écart entre les points et le plande projection.



Afin de minimiser les erreurs planimétriques, il convient de surélever le point de prisede vue (caméra). Si, lors des relevés, la caméra avait été placée 40 m au dessus duplan moyen de la plage {sur Montravel par exemple), au lieu de 6,64 m , les erreursplanimétriques les plus grandes seraient tombées en dessous de 5% de la ligne debase correspondante, alors qu'elles atteignent 3 1 % sur les levés réalisés.

Pour l'exercice réalisé en juillet 2006 (caméra placée à +7,6 m N G G ) , la validité durésultat est assurée à une distance maximale plage-caméra de l'ordre 50 m . A moinsde 50 m de la caméra, la précision géométrique est satisfaisante {Figure 13) et leserreurs planimétriques sont comprises entre -3 et +3 m .

Figure 13 : Orthophoto aérienne (à gauche) et image issue du traitement de la photographieterrestre oblique (à droite) du même secteur (cadre jaune).

4.3. TOPOGRAPHIE DE LA PLAGE

Les techniques de suivi morphologiques des plages par vidéographie monoscopiqueexploitent l'horizontalité du plan d'eau (Aarninkhof et al. 2003). En imageant le pland'eau à intervalles réguliers durant la marée montante ou descendante, on utilise lamer c o m m e un marqueur de courbes de niveau. O n relie ensuite les données demarée mesurée in-situ (Figure 10, instants t1, t2, t3...) aux séries de courbes deniveau extraites de chacune des images prises aux m ê m e s instants (t1, t2, t3...). Achaque image du plan d'eau correspond à une hauteur d'eau connue.

En pratique, c'est la ligne de rivage instantanée qui est détectée, limite entre la zonede sable sec et de sable mouillé (action des vagues sur la plage). Cette limite estquelque peu ambiguë puisqu'elle est affectée par la remontée des vagues sur l'estran(jet de rive). Pour s'affranchir de cette incertitude, on moyenne habituellementplusieurs images acquises pendant plusieurs dizaines de secondes. Ceci produit unezone floue de battement de la mer au niveau de l'estran, et l'altitude moyenne de cetteligne est supposée correspondre au niveau moyen de la mer dans l'intervalle desprises de vue.



Sur les levés réalisés le 13 juillet 2006, les acquisitions des images étaient limitées à laprise de photos instantanées à des intervalles de temps variant de une à plusieursminutes. Sur l'ensemble des prises de vue réalisées en phase de marée montante,nous avons sélectionné 3 instants particuliers pour lesquels les niveaux de la merétaient de -0.64 m , -0.56 m et -0.22 m N G G . Le test a été réalisé sur la zone restreintede 50 m m a x i m u m de distance de la caméra. Nous avons pu ainsi reconstituer les 3courbes de niveau correspondantes sur la zone distante de moins de 50 m de lacaméra: Z = -0.64 m N G G ; Z = -0.56 m N G G et Z = -0.22 m N G G (Figure 14).

N'ayant pu travailler que sur une différence d'altitude du plan d'eau de 42 c m le résultatpeut paraître décevant. Néanmoins, l'objet du test réalisé étant de s'assurer de lafaisabilité technique, nous estimons qu'il est concluant moyennant le choix d'un pointde vue de la caméra à plus haute altitude (ce qui n'était guère possible dans cettephase de test) et des prises de photographies sur un temps de remontée de la merplus important qui assure un g a m m e d'altitudes du plan d'eau plus large (entre 1 et 2mètres) à condition d'avoir une plage toujours visible à marée haute, ce qui n'était pasle cas sur le secteur où nous avons installé notre caméra le 13 juillet 2006.

Figure 14 : Courbes de niveau extraites des photos successives : en rouge : -0.64 m (NGG) ; envert : -0-56 m (NGG) ; en bleu : -0.22 m (NGG). En fond : orthophoto aérienne (SIAGE).



5. Mobilité sédimentaire dans le Mahury

5.1. METHODE

5.1.1. Rappel du contexte

Le Mahury, avec une longueur de 160 km et un bassin de versant de 6565 km^, est lesixième fleuve de Guyane. Au cours d'études antérieures (Pujos et al. 2001), lacomparaison des sables présents dans le fleuves à ceux des plages, a permis demontrer que l'origine du sable des plages est locale, c'est-à-dire qu'il provient desfleuves guyanais. Les sables du Mahury proviennent de l'altération du bouclierGuyanais et présentent une granulométrie variable, décroissante de l'amont vers l'avaldu fleuve, comprise entre 5 mm et 40 pm.

// est supposé dès lors qu'une partie des sables présents sur les plages de l'Ile deCayenne proviennent du fleuve Mahury. Lors des périodes de crue, sous la pousséedes eaux du Mahury, les sables progressent vers la mer.

L'estuaire externe, siège d'une hydrodynamique et d'une sédimentologie complexes, aété exclu de ce travail ; les outils de modélisation et les acquisitions de données in situnécessaires à l'étude des mouvements sédimentaires entre l'estuaire et la mer

dépassant largement le périmètre de ce projet.

5.1.2. Objectif

Le but de cette partie de l'étude est d'analyser la mobilité sédimentaire dans l'estuairedu Mahury. Ce travail a été réalisé en s'appuyant à la fois sur des observations in-situ(mesures bathymétriques, sédimentologiques et hydrodynamiques) acquises en juillet2006 et sur de la modélisation hydrodynamique avec le logiciel TELEMAC 2Ddéveloppé par le LNHE et Sogréah. Seul le tronçon du fleuve compris entre Stoupan etle port de Dégrad des Cannes a été étudié.

Le modèle hydrodynamique est tout d'abord utilisé pour estimer le diamètre des grainsmobilisables et les flux sédimentaires charriés. Dans un deuxième temps (chapitre 6)l'impact d'une zone d'extraction situé dans la partie amont du fleuve sera étudié dupoint de vue des modifications apportées au transport sédimentaire (mobilité et flux).

5.2. CAMPAGNE DE MESURES

Des campagnes de mesures dans le Mahury ont eu lieu à la fin de la saison despluies, du 13/07/2006 au 21/07/2006. Elles avaient pour objectifs de réaliser :

- des levés de profils bathymétriques ;- des prélèvements sédimentaires ;- des mesures de niveau d'eau (influence de la marée) ;



des mesures hydrodynamiques (levés A D C P ) .

SSMM »1tM SHM* < » M M )S*M M5«* >»#*•

15fM« 1Í1M* JSMM ISIW 3M«M IS 5«» JS*»M

Figure 15 : Carte du tronçon étudié du Mahury : Stoupan - Dégrad des Cannes(fond de carte IGN - Scan25).



5.2.1. Les profils bathymétriques

Les levés bathymétriques ont été réalisés par la Société SIAGE le 12 juillet 2006. Lesmesures de hauteurs d'eau ont été réalisées à l'aide d'un échosondeur mono

faisceau. Un DGPS RTK bi-fréquence a été utilisé pour localiser les profils de mesureà effectuer. Les mesures ont été réalisées selon différents transects du fleuve, dont laposition avait été déterminée préalablement par le BRGM. Des repères, connus en X,Y et Z, ont été placés en chacune des extrémités des profils afin de pouvoir yrattacher les observations qui allaient suivre (phase de mesures hydrodynamiquesréalisée par le BRGM entre le 18 et 21 juillet 2006).

Douze profils bathymétriques ont été levés :1 1 profils transversaux numérotés de Pi à Pu (de l'aval vers l'amont) ;1 dans l'axe du fleuve (long d'environ 15 km).

Pour chaque profil les données sont disponibles au format fichier texte qui contientpour chaque point de mesure : le numéro du point, les coordonnées X et Y du point,et la cote altimétrique du fond.

Le système de cordonnées utilisé ici, et tout au long de notre étude est le CSG67-UTM22 Nord. Les cotes altimétriques sont ramenées au zéro NGG (NivellementGénérale de la Guyane), qui sera notre référentiel dans toute la suite de l'étude.

Pour les profils transversaux, le nombre de points de mesure est compris entre 90 et

130, en fonction de la largeur du fleuve (environ au maximum 600m). Pour le profildans l'axe du fleuve il y a eu près de 1640 points de mesure.

5.2.2. Les prélèvements sédimentaires

Afin de caractériser la nature des fonds, et de déterminer la granulométrie dessédiments du Mahury, des prélèvements de sédiments (Figure 16) ont été réalisés àl'aide d'une benne Van Veen.

Nous avons opéré la benne à 42 reprises, en des points répartis sur la totalité dudomaine étudié, localisés pour certains le long des transects bathymétriques. Cespoints sont numérotés de Bl à B42. A 22 reprises la benne n'a prélevé que de lavase et le prélèvement n'a pas été conservé. Pour les 20 autres, qui contenaient dusable ou un mélange de sable et de vase, des échantillons ont été conservés afin deprocéder à une analyse granulométrique en laboratoire.

Pour chaque échantillon prélevé une analyse granulométrique par tamisage a étéréalisée par le Service MMA du BRGM. Pour cela, les échantillons fournis bruts ontété dispersés dans de l'eau additionnée d'un défloculant. Puis après mélange etagitation, chaque échantillon a été tamisé sur un tamis d'ouverture 50 pm. La fractionsupérieure à 50 pm a été séchée en étuve à 105°C, puis tamisée en voie sèche.



(a) (W

Figure 16 : Exemples de prélèvements : (a) mélange sable grossier et vase ; (b) vase.

5.2.3. Les données marégraphiques

Plusieurs types de données marégraphiques ont été acquises.

Les données issues des marégraphes

Deux marégraphes sont installés dans le secteur d'étude :

- Appontement au port de Dégrad Des Cannes (en aval du Mahury) ;Net la Mère (île située à environ 5 km en mer de l'embouchure du Mahury).

Les données pour la période de mesures ont été fournies par la Subdivision desPhares et Balises, Cellule hydrographique - Cayenne.

Les données de marée (Figure 17) sont données par rapport au zéro hydrographiquesitué 1,84 m sous le zéro N G G .

Les données mesurées ponctuellement le long du fleuve

Des repères, de position connue par rapport au 0 N G G ont été placés à l'extrémité dechaque profil SIAGE. Lors de chaque levé de profil A D C P , le niveau de l'eau a étérelevé au point extrémité de départ du profil. Cette donnée est nécessaire pourramener les hauteurs d'eau mesurées par l'ADCP au 0 N G G (Figure 18).



au de la mer aux marégraphes de D E G R A D D E S C A N N E S (Quai dea pétroliers] at ILET LA M E R E

18 au 22 juillet 2006

Ceflule hydrographique - Subdivision des Phares at Ballsc

Figure 17 : Signal de marée (niveau en m , ramenés au zéro hydrographique).

Figure 18 : Représentation des mesures de niveau réalisées aux repères des profils et signai dela marée au marégraphe de Dégrad des Cannes.



5.2.4. Les mesures hydrodynamiques

Appareil utilisé

L'appareil utilisé pour les mesures hydrodynamiques est un ADCP (Acoustic DopplerCurrent Profiler) de type RDI - 600kHz (Figure 19). II s'agit d'un courantomètrepermettant de mesurer et enregistrer les trois composantes de la vitesse du courant(u : vers l'Est, v : vers le Nord, w : vers le haut), à différentes profondeurs d'unecolonne d'eau. Nous remercions ici le Laboratoire EPOC (UMR CNRS-Université deBordeaux 1) pour le prêt de cet appareil et pour les conseils apportés.

II émet de manière régulière des ondes acoustiques (selon 4 directions différentes),qui sont réfléchies par les particules en suspension. Lorsque le signal réfléchi revient,l'ADCP abandonne son rôle d'émetteur pour se transformer en récepteur. Suivant letemps de trajet entre l'émission et la réception d'une part, et la variation de lafréquence du signal par rapport au signal émis d'autre part, une information sur ladirection du courant et sa vitesse peut être recueillie à différents niveaux de lacolonne d'eau. Les courants peuvent ainsi être mesurés jusqu'à une profondeur quidépend de la fréquence de l'onde acoustique émise.

En eau peu profonde (moins de 200 m de fond), le mode « bottom-track » de l'ADCPpermet d'estimer la profondeur, ainsi que le mouvement relatif du bateau sur lequel ilest embarqué par rapport au fond.

De plus, un GPS (précision horizontale de l'ordre de 5 m) a été utilisé en continu pourmesurer la position (X, Y) au cours de la réalisation de chacun des profils ADCP.

Ceci permet de retracer le parcours réalisé par le bateau lors du levé.

Données acquises

Les mesures ADCP ont eu lieu du 18/07/06 au 21/07/06. Elles ont principalement étéréalisées le long des profils SIAGE. Quelques autres profils ont été effectués dansl'axe du fleuve et entre les profils SIAGE. En tout, 76 profils ont été réalisés. Lesprofils ADCP sont levés avec un point de mesure toutes les 2.40s, et en chaque pointles mesures selon la verticale sont réalisées tous les 50 cm de profondeur.

Un nombre important de profils ADCP a été effectué autour des profils 11 et du profil2bis (profil correspondant au profil allant de l'extrémité rive gauche du profil 2 àl'extrémité droite du profil 3). Ces profils correspondent à la limite aval du tronçon duMahury à modéliser dans la suite (Figure 20).

En chaque point de mesure de chaque profil, nous avons les profils verticaux desvitesses, ainsi que la hauteur d'eau à l'instant de la mesure, qui a été mesurée grâceau mode « bottom tracking » de l'ADCP.

Aucun profil ADCP n'a été réalisé au niveau du profil 1 et selon les profils 2 et 3, carles repères permettant d'indiquer les extrémités de chaque profil n'ont pas été



retrouvés ou parce que les extrémités rive droite étaient difficilement accessibles(envasement).

(a)

(b)

(c)

Figure 19 : Mesures ADCP sur le Mahury. (a) : Montage de l'ADCP avec ADCP relevé, (b)ordinateur portable terrain + glacière de protection, (c) : batteries et branchements.



Figure 20 : Carte des profils ADCP (en rouge) et profils bathymétriques SIAGE (en noir).



5.3. TRAITEMENTS DE DONNEES

5.3.1. Granulométrie

La localisation des différents prélèvements réalisés est donnée sur les Figure 21(ensemble du fleuve) et Figure 22 (zoom sur le secteur de Stoupan).

Pour chaque échantillon, prélevé et soumis à une détermination granulométrique lesdiamètres caractéristiques dso (médian), des et dgo ont été déterminés. Ils représententrespectivement les diamètres des particules tels que 50%, 65% et 90 % (en poids) desgrains ont un diamètre inférieur. Les résultats sont donnés, de l'amont vers l'aval, enTableau 7. Le dgo des échantillons analysés est compris entre 0.6 mm et 4.8 mm.

En amont du fleuve de Pu à Ps (Figure 22) la granulométrie est variable (graviers -sables - vases), alors qu'en aval au-delà du profil Ps et P4 jusqu'à P2bis) les sédimentsprélevés sont essentiellement composé de vases.

Nom de

l'échantillonLieu du prélèvement d90 (mm) d65 (mm) dSO (mm)

Bl p11-rive droite 3.70 1.70 1.30

B2 pi 1 -centre 2.30 1.20 0.70

B7 amont p11 4.00 1.80 1.25

B8 amont pli 3.60 1.70 1.25

B10 amont pi 1 1.90 1.25 1.00

B27 amont pli -droite 3.30 1.70 2.20

B28 amont pli -gauche 4.00 2.10 1.40

B11 entre pli etplO 1.70 0.90 0.60

B12 plO-centre 4.80 2.75 2.00

B13 plO-centre 1.20 0.70 0.60

B16 entre pli et plO 1.50 0.75 0.60

B17 entre pli et plO 1.80 0.90 0.70

B30 p9-droite 1.75 0.85 0.75

B32 p9-gauche 1.60 0.80 0.65

B34 p8-rive gauche 2.50 1.30 0.95

B35 p8-centre 2.80 1.30 0.90

B36 p8-rive droite 0.85 0.55 0.45

B37 entre p7 et p6-droite 0.90 0.55 0.45

B21 p5-centre 0.75 0.90 0.70

B22 p5-centre 0.60 0.90 0.75

moyenne 2.28 1.23 0.96

Tableau 7 : Résultats des analyses granulométriques - diamètres caractéristiques.



J51W« JSÎ*M HIM« IS4M* » K M JSMM 1S7M« SHtM 15MW M M M

IS1»M ISItM JSJM» J54M« JSSêM 35MM JS7M« K«Hf 1SMM JÍM« " '

Figure 21 : Localisation des prélèvements - en jaune : échantillons analysés (sédiments noncohésifs) ; en rouge : échantillons non analysés (sédiments cohésifs - D < 63ym).



Poinîe/Lqâ

1 Dégrad&toupan^ BIT

BIS

Montagnes Anglaises14*

F/gure 22 : Localisation des prélèvements dans la partie amont du fleuve ~ en jaune :échantillons analysés (sédiments non cohésifs) ; en rouge : échantillons non analysés

(sédiments cohésifs-D < 63¡jm).



5.3.2. Analyse de la mobilité sédimentaire

Dans cette partie, nous allons calculer le diamètre médian (dso) des sédimentsmobilisables par le courant. Pour cela nous utilisons les vitesses moyennées sur laprofondeur issues des données ADCP.

Méthode utilisée

Van Rijn (1989) a établi que la vitesse critique de mise en mouvement sur fond plat estdonnée par :

t/ = 0.19(^30) log'm^

v^"9o yO.lmm < d^Q < 0.5mm

C/ = 8.5(^30)" "log'm^

V ^^90 y0.5mm < i/jo < 2mm

Avec : 0 (m/s) est la norme de la vitesse horizontale moyennée sur la verticale telleque toute vitesse supérieure permette la mise en mouvement des grains caractériséspar un diamètre médian dso ; dgo (m) est le diamètre tel que 90% des grains aient undiamètre inférieur ; et h (m) est la hauteur d'eau.

L'expression de la vitesse critique de mise en mouvement dépend donc de la gammedes grains.

Ainsi, en faisant l'hypothèse que l'on est présence d'un fond de rivière plat, le diamètremédian maximum des grains mobilisables par le courant peut être calculé à partir desdeux expressions précédentes, avec leur limite de validité :

d¡o =U

0.1 9 log'm^

[u90 y

m

O.lmm < ¿/jo < 0.5mm

^50 =U

8.5 log^m^

V^"9oyy

fc)

0.5mm < Jjo < 2mm

Pour chaque profil ADCP choisi, nous avons calculé, en chaque point de mesure, lediamètre médian selon ces deux formules. Nous avons vérifié que l'on se trouvait biendans la gamme d'application de la formule, puis effectué la moyenne des dsomobilisables sur la section étudiée.



Les calculs ont été réalisés en amont (Profil Pu) et en aval (Profil P2bis) du fleuve, pourdes conditions hydrodynamiques correspondantes :

au maximum du flot ;

à la renverse : débit proche de zéro ;au maximum du jusant.

A partir des données ADCP que nous avions, nous avons sélectionné les mesures lesplus proches du maximum du flot, du renversement, puis du maximum du jusant.

Le terme dgo est en fait utilisé pour évaluer le terme de rugosité. Pour chacun des cas,nous avons calculés le dso mobilisable moyen pour différentes valeurs de dgo issues duTableau 7 :

d90vase=0.063 mm qui correspond à la valeur maximale du dgo pour lessédiments cohésifs (vases) ;d90min=0.6 mm qui correspond à la valeur minimale du dgo des analysesgranulométriques ;d9omoy=2.28 mm qui correspond à la valeur moyenne des dgo des analysesgranulométriques ;d90max=4.8 mm qui correspond à la valeur maximale du dgo des analysesgranulométriques.

Résultats

Les résultats obtenus en amont du fleuve (profil Pu) et en aval du fleuve (profil P2bis )sont présentés dans les Tableau 8 et Tableau 9. Ils mettent en évidence que lescourants dans le Mahury peuvent mettre en mouvement des sédiments dont lediamètre médian est compris entre 0.45 mm et 1.2 mm.

Condition hydrodynamiqueFlot

0 = 1150m'.s-''Renverse

Q = 350 m^s"""Jusant

Q = 1425 m^s-''

dso (mm) max des grains mobilisables sur la section

Terme de

rugosité

dgovase 0.45 0.85 0.74

dgomin 0.63 0.63 0.94

dgomoy 0.71 0.71 1.00

dgomax 0.80 0.67 1.20

Tableau 8 : Diamètre médian maximum des grains mobilisables en P11 à différents instants ducycle de marée et pour différents terme de rugosité.



Condition hydrodynamiqueFlot

Q=1640m'.s-^Renverse

Q = 550 m^sJusant

Q = 1880m^s

dso (mm) max des grains mobilisables sur la section

Terme de

rugosité

dgovase 0.54 0.61 0.99

dgomin 0.68 0.64 1.2

dgomoy 0.87 0.56 1.3

dgomax 0.95 0.64 1.13

Tableau 9 : Diamètre médian maximum des grains mobilisables en P2bis à différents instantsdu cycle de marée et pour différents terme de rugosité.

II est difficile de comparer (i) les résultats obtenus pour chaque profil au flot et aujusant et (ii) les valeurs respectivement obtenues sur les profils P1 1 et P2bis, car lamobilité n'a pas été calculée pour des débits équivalents.

La méthode que nous venons d'utiliser permet de calculer la mobilité sédimentaire surune section donnée, à un instant donné en utilisant les mesures in situ. Dans la suite,

l'utilisation d'un modèle hydrodynamique va nous permettre d'avoir une meilleurevision spatiale de la mobilité.

5.4. MISE EN 1UVRE DE LA MODELISATION

5.4.1. Maillage

Un maillage constant a été réalisé sur tout le domaine Figure 23. Le critère de maillagechoisi pour représenter au mieux le domaine est de 20 mètres, ce qui permet d'avoirenviron 30 points pour une section moyenne du fleuve (largeur moyenne du fleuve600 m).

5.4.2. MNT

Le MNT du lit du fleuve a été obtenu à partir des données bathymétriques suivantes :Les profils SIAGE (profils transversaux) ;Les profils ADCP compris entre les profils Pio et Pu.

II est exprimé en altitudes rapportées au référentiel NGG. Une visualisation du MNTobtenu est donnée en Figure 23.



Y{m]

535000

532500

530000

527500

353000 354000 355000 356000 35T0OQ S58000 x¡m]

5.4.3 .

Figure 23 : Maillage 2D (27833 nœuds) et MNT.

Conditions aux limites du modèle

La modélisation nécessite d'imposer des conditions aux limites en amont et aval dudomaine. O n impose un débit sur la frontière liquide par où le flux entre, appeléefrontière amont, et une altitude du plan d'eau sur la frontière liquide par où le flux sort,appelée frontière aval (Figure 24).

FL1

S e n s de l'écoulement

FL2

Imposition du débit Imposition de la cotede la surface libre

Figure 24 : Conditions aux limites imposées aux frontières liquides.

L'estuaire est soumis sur l'ensemble du domaine étudié aux cycles de marée et leMahury coule tantôt vers la mer (jusant), tantôt vers l'intérieur des terres (flot). Lors desmodélisations, la frontière amont sera Stoupan en période de marée basse (Dégraddes Cannes, en période de marée haute) et la frontière aval sera Dégrad des Cannes(Stoupan, en période de marée haute).



Les valeurs imposées ont été choisies parmi le jeu de données ADCP (débits) et desrelevés correspondants du niveau de la surface libre (cf. 5.2.3).

5.4.4. Modélisation en régime permanent

Toutes les modélisations sont réalisées en régime permanent (débit et niveauxconstants aux frontières du domaine).

5.4.5. Influence de la force de Coriolis

La force de Coriolis est négligée (option de modélisation non activée). Un test a étéréalisé et les résultats ne laissent apparaître aucune différence significative (écartstoujours inférieurs à 0,05 m/s). Ce constat était prévisible compte tenu de la position dudomaine d'étude, proche de l'èquateur.

5.5. VALIDATION DE LA MODELISATION

5.5.1. Configurations retenues pour la modélisation

Les modélisations sont réalisées pour des conditions hydrodynamiquescorrespondantes à deux situations : le maximum du flot (débit maximum entrant dansl'estuaire) et le maximum du jusant (débit maximum sortant de l'estuaire en mer). Cessituations associées à des instants particuliers des cycles de la marée ont étésélectionnés car ils correspondent aux valeurs maximales des courants dans leMahury avec lesquels la capacité maximale du Mahury à transporter des sédimentsvers l'amont ou vers l'aval sera déterminée.

Nous avons par conséquent retenu pour la modélisation les situations se rapprochantle plus possible de ces deux régimes et utilisé les valeurs de débit et hauteurs d'eaucorrespondantes sur les frontières définies par les profils Pu (Stoupan) et P2bis (Dégraddes Cannes). Deux configurations de référence ont été retenues :

- Configuration de référence au maximum du flot

Au flot, le flux entre par la frontière liquide correspondante au profil P2bis, on imposedonc un débit en P2bis et une hauteur d'eau en P1 1 , fournis par les levés ADCP.

Configuration de référence au maximum jusant

Inversement au jusant, le flux entre par la frontière liquide correspondante au profilP1 1 , on impose donc un débit en P1 1 et une hauteur d'eau en P2bis, fournis par leslevés ADCP.

5.5.2. Coefficients de Strickler

Des valeurs de coefficient de Strickler ont été imposées dans les modélisations. Cesvaleurs ont été calculées pour diverses rugosités du fond déterminées par le diamètrecaractéristique des sédiments qui composent le lit, le diamètre D90. Elles sont



associées à chacune des deux configurations pour les débits retenus et données enTableau 10.

ConfigurationMaximum flot

0 = 1640 m^s^

ConfigurationMaximum jusantQ = 1425 m^s-^

Sables grossier (d90 = 4.8 mm) K = 49.9 m^'^s-' K = 50.2 m"''.s"'

Mélange sable/vase (d90 = 0.35 mm) K = 65.7 m^'^s"^ K = 66.4 m^'^s-^

Vase (d90 = 0.063 mm) K = 75.95 m"'.s"' K = 76.9 m^'^s^

Tableau 10 : Valeurs de Stricl<ler (K) selon la granulométrie du fond et configurations.

5.5.3. Configuration au maximum du flot

La configuration utilisée pour effectuer ces simulations est donnée par le Tableau 1 1 .Les résultats (Figure 25 et Tableau 12) montrent que l'hydrodynamique 2DH dumodèle est peu sensible aux valeurs du coefficient de Strickler qui lui ont été

imposées.

CONDITIONS AUX LIMITES

Débit imposé au niveau de P2bis Qp2bis= 1640 m^s"'Cote de la surface libre imposée au niveau de Pu Zpii = 0.41m NGG

Cote de la surface libre attendue en P2bis Zp2bis=0.58mNGG

COEFFICIENTS DE STRICKLER

K = 49.9 m^'^s-'

K = 65.7 m^'^s-^K = 75.95 m^'ls"^

PAS DE TEMPS ET CRITERE DU MAILLAGE

Pas de temps At 5s

Critère du maillage 20 m

Tableau 1 1 : Paramètres utilisés pour les modélisations au maximum du flot afin de déterminerla sensibilité de l'hydrodynamique 2DH du modèle.

Coefficient de Strickler K = 49.9 m'".s"' K = 65.7 m"^s K = 75.95 m'".s'

Vitesse maximale (m.s'^) 0.72 0.71 0.72

Vitesse moyenne (m.s"^) 0.45 0.45 0.44

Vitesse minimale (m.s"^) 0.00 0.00 0.00

Tableau 12 : Caractéristiques de la vitesse au maximum du flotpour K=49.9 m^".s\ K=65. 7 m^^.s'^ et K=75.95 m'"^.s\

La cote de la surface libre est maximale au niveau du profil P2bis (Figure 26), ce qui esten accord avec le sens de l'écoulement. La pente de la surface libre augmente quandle coefficient de Strickler diminue.



Vitesse scalaire (nVs) au flotS M 9 9

Y(m)

532500-

530000

527500

VI IBSSS scdaiie (nVs) au notStnck)e

08

Vitesse scalaire (m/s) au dot

535000-

530000 •

Vecteur vitesse (m/s|—-1

)qm)

V(m)

535000

532500

530000

527500

525000

smew» - osonn "¿y^

•o75 ¿m•o7 £M•065 M m

•ofl ^^m0 55 ^^m

m05 ^mS045 mm

X m5 ' 0•015 0¡01 MÊ•S 0 5 jPffut

MMET

^ m Vecteur \itesse (mfe)Ml —-1

1/3 „-ÍFigure 25 : Champ des vitesses au maximum du flot pour K=49.9/65.7/ 75.95 m .s

532500

525000

X(m)

Surface ibre (m) eu flotS M 75 95-(1/3V

530000

535000-

532500

530000

525Ü00

X(m) X(m}

1/3 -1F/gure 26 ; Cofe de /a surface au maximum du flot pour K=49.9/65.7/ 75.95 m . s'.

La cote de la surface libre en P2bis obtenue en régime permanent pour les 3 valeurs deStrickler est :



- Zp2bis = 0.57 m pour K = 49,9 m"ls"^- Zp2bis = 0.52 m pour K = 65,7 m^ls""- Zp2bis = 0.48 m pour K = 75,95 m^'ls

D'après les relevés de niveau d'eau (marégraphe de Dégrad des Cannes), la coteattendue en P2bis au maximum du flot est 0.58 m NGG. A 1cm près, c'est ce qui estobtenu pour le coefficient de Strickler K = 49,9 m^'^.s'^ C'est cette valeur qui permetd'obtenir une pente de la surface libre correspondant le mieux aux niveaux d'eaurelevés. II y a donc adéquation entre le coefficient de Strickler physique {i.e. obtenue àpartir des analyses granulométriques) et le Strickler de calibration (i.e. qui correspondau coefficient permettant d'obtenir une pente de la surface libre cohérente avec lesmesures de niveau).

L'hydrodynamique 2DH du domaine étudié étant très peu sensible aux différentesvaleurs de K imposées, on conservera dans la suite K = 49.9 m^'^.s"^ (rugositécorrespondant à des sables grossiers) pour les calculs hydrodynamiques réalisés aumaximum du flot.

5.5.4. Configuration au maximum du jusant

La configuration utilisée pour effectuer ces simulations est donnée dans le Tableau 13.

CONDITIONS AUX LIMITES

Débit imposé au niveau de Pu Qpii = 1425 m^sCote de la surface libre imposée au niveau de P2bis Zp2bis = -0.29 m NGG

Cote de la surface libre attendue en Pu Zpii = 0 m NGG

COEFFICIENTS DE STRICKLER

K = 50.2 m^'^s-^

K = 66.4 m^'^.s-'K = 76.9 m^'^s"^

PAS DE TEMPS ET CRITERE DU MAILLAGE

Pas de temps At 5s

Critère du maillage 20 m

Tableau 13 : Paramètres utilisés pour les modélisations au maximum du jusant afin dedéterminer la sensibilité de l'hydrodynamique 2DH du modèle.

On peut noter que pour K = 66.4 m"^.s"^ et K = 76.9 m^'^.s'^ le modèle n'a pas convergé(instabilités). Pour le maximum du jusant, la convergence du modèle est plus difficile àatteindre que pour le cas du maximum du flot. Les seuls résultats présentés portentdonc sur la configuration K = 50.2 m^'^.s'^ (Figure 27 et Tableau 14).

D'après les relevés des niveaux du plan d'eau, la cote attendue en Pu au maximum duflot est 0 m NGG. Le modèle fournit, pour K=50.2 m^'^.s'\ une cote de la surface libreen Pii égale à -0.08 m NGG (Figure 27). La pente de la surface libre « modèle » estdonc inférieure à la valeur « observation » (marégraphe Dégrad des Cannes / relevéterrain en Pu).



Vitesse scalaire (m/s) au jusantStrieder = 5 0 2m^1/3J/s

Y(m) _ 0.8•075

535000

532500

530000

527500

525000

Surface Ubre (m) au jusantSOickler = 5 0 2m*(1/3)/3

Y(m) _ 0•-0O25• - 0 05• -0 075

-01-0125

•-015•-0175• - 0 2

• -0 225¡0 25• -0 275• - 0 3

535000

532500

530000

527500'

525000

8 X(m) X(m)

Figure 27 : Champ des vitesses (à gauche) et cote de la surface libre (à droite) au maximum dujusant pour K=50.2 m1/3,s'1.

Coefficient de StricklerVitesse maximale (m.s"1)

Vitesse moyenne {m.s"1)Vitesse minimale {m.s1)

K = 50.2 m i r a . s 1

0.79

0.440.00

Tableau 14 ; Caractéristiques de la vitesse sur l'ensemble du domaine au maximum du jusantpourK=50.2m1/3s1.

C o m m e les valeurs du coefficient de Strickler imposées ont très peu d'incidence sur lec h a m p des vitesses, il a été décidé de rechercher un coefficient de Strickler decalibration donnant une cote de la surface libre en Pu de 0 m N G G observée pour laconfiguration « max imum du jusant ». Le meilleur calage de la cote de la surface libreau profil Pu a été obtenu pour une valeur du coefficient de Strickler K=38 m 1 / 3 . s " 1 . Lescaractéristiques de vitesse obtenues sont données en Tableau 15.

Coefficient de StricklerVitesse maximale {m.s"1)

Vitesse moyenne (m.s"1)Vitesse minimale (m.s1)

K = 38 m 1 / 3 . s - 1

0.73

0.430.00

Tableau 15 : Caractéristiques de la vitesse sur l'ensemble du domaine au maximum du jusantpourK=38m1/3.s1.



remarque (Tableau 16) que pour des coefficients de Strickler équivalents1/3 _-1

On

(K=49.9 m .s au maximum du flot et K=38.0 m s au maximum du jusant), lesvitesses moyennes et maximales obtenues au flot et jusant sont pratiquement égales,alors que le débit imposé en configuration « maximum flot » est 15% plus fort qu'enconfiguration « maximum jusant ».

ConfigurationQ

(m'.s-^)K

(m .s )

Vmax

(m.s-^)Vmoy(m.s-"^)

Débit imposé au P2bis (max. flot) Qp2b¡s 1640 49.9 0.72 0.45

Débit imposé au Pu (max. jusant) Qpn 1425 38.0 0.73 0.43

Tableau 16 : Comparaison des Vmax et Vmoy pour les deux configurations flot et jusant

5.5.5. Comparaison des vitesses moyennées sur la verticale obtenuesavec TELEMAC aux vitesses mesurées par ADCP

Les deux mêmes configurations sont utilisées au niveau du profil P2b¡s pour lemaximum du flot (1640 m^.s'^) et au niveau de Pu pour le maximum du jusant (1425mls-^).

Nous avons comparé les vitesses moyennes données par la mesure ADCP et par lemodèle TELEMAC pour ces deux configurations aux profils P2bis et P11. Les vitessesmoyennes G sur les profils issues des mesures ADCP et du modèle ont été calculées :

En P2bis et configuration au maximum du flot :o Û2DH-ADCP = 0,54 m.s'' eto Ü 2DH-TELEMAC = 0,53 m.S'En Pii et configuration au maximum du jusant :o Ü2DH-ADCP = 0,46 m. s"'' eto U 2DH-TELEMAC = 0,53 m.S'

Les vitesses moyennes mesurées in situ (ADCP) et fournies par la modélisationTELEMAC sont relativement proches. Le plus grand écart porte sur la configuration« maximum du jusant » pour laquelle la valeur de Strickler à été forcée à 38 m^'^.s"âfin de bien restituer le niveau en P^. En contrepartie les vitesses données par lemodèle en Pu sont en moyenne 15% plus élevées que celles mesurées par l'ADCP.On considérera néanmoins que le mocJèle permet de représenter convenablement laréalité.

5.6. MOBILITE SEDIMENTAIRE ACTUELLE

Nous avons calculé le diamètre médian maximum des grains mobilisables en chaquepoint du fleuve au maximum du flot et au maximum du jusant pour différentes valeursdu coefficient de Strickler.



5.6.1. Calcul du diamètre médian maximum des sédimentsmobilisables

La m ê m e méthode que celle présentée et utilisée en §5.3.2 est mise en œuvre surl'ensemble du domaine en chaque point de la grille de calcul avec les résultats fournispar la modélisation hydrodynamique.

Les calculs sont basés sur une hydrodynamique modélisée avec les coefficients deStrickler qui ont été retenus :

Pour la configuration max imum de flot : K = 49.9 m 1 / 3 . s " 1

Pour la configuration max imum de jusant : K = 38.0 m 1 / 3 . s " 1

Ainsi, en chaque point du domaine (lit du fleuve), il est calculé le diamètre médian d50m a x i m u m des grains mobilisables. Pour tenir compte de l'hétérogénéité desgranulométries du lit (et donc de la rugosité de la surface du lit), les calculs ont étéréalisés avec 3 valeurs significatives des coefficients de Strickler correspondant auxtextures sable grossier / mélange sable + vase / vase. Il s'agit des m ê m e s valeursutilisées jusqu'ici. Les résultats sont fournis en Figure 28 et Figure 29. Les Tableau 17et Tableau 18 présentent les valeurs moyennes des d50 des grains mobilisables surl'ensemble du domaine et sur les profils P2bis et P u .

Diamètre mâdiân rnobtlisaGI« (mm) au Ilot

Y<m)

535000

532500

530000

527500

525000

S 3 1 'É^k17 ^BT'15 fôtf

S13 Mi• 11 smf

•S? fíf5 0 5 i /5o3 |,,j

o" J fJSÉ?

//Jj

Y{m)

535000

532500

530000

jamètre médian mobilisable (mm) au liaStnd*r=65 7mA(1/3Vs

2.5¡2.3

"19 JJF17 fjf

t Í•01 M

o /Af/

Di«n«re m é d an mobil saDle(mm| au flotStncMBr^TöasnVWira)«

Y[rn) m i 5

•23

535000-

532500

•21 fâH " mß17 mW/«1 5 /ÊÊIS13 M•0.9 m!07 m: I•01 m

0 / • /

530000

527500

S260OOX(m)

1/3 „-JFigure 28 : d50 des grains mobilisables (maximum flot) pour K = 49.9/65.7/75.95 m s ' .



Y(m)

530000

527500

Diamètre médian mobilisable ( m m ! su (usant D a m è u e méaian mobilisable (mm) au jusantS M 66 3

Y(m)

535000

532500

530000

527500

525000

' 2 3

"il /$su M¡li / Y•? 1

Y(m)

535000-

530000-

527500-

X(m> X(m)

Figure 29 : d50 des grains mobilisables (maximum jusant) K = 50.2 / 66.4 / 76.9 m1/3.s'1.

Nous pouvons dire que pour les configurations choisies, correspondants au max imumdu jusant et au maximum du flot, les courants permettent de mobiliser des grains dediamètre médian compris entre 0.35 m m et 0.87 m m , valeurs obtenues en moyennedes d50 sur l'ensemble du domaine.

Coefficient de Strickler K (m1'3.s'1)Moyenne sur le domaine des d50 m a x . mobilisablesMoyenne des d 5 0 m a x mobilisables en P uMoyenne des d 5 0 m a x . mobilisables en P2biS

49.90.87 m m1.30 m m0.70 m m

65.70.50 m m0.80 m m0.30 m m

75.950.35 m m0.60 m m0.25 m m

Tableau 17 : Moyenne des diamètres médians maximums des grains mobilisables dans lefleuve au maximum du flot (Q-1640 m3.s'1).

Coefficient de Strickler K (m1/3.s-1)

Moyenne sur le domaine des d50 max . mobilisablesMoyenne des d5 Omax mobilisables en PuMoyenne des d 5 0 max. mobilisables en P2biS

50.2

0.86 m m1.20 m m0.60 m m

66.4

0.49 m m0.70 m m0.30 m m

76.9

0.34 m m0.60 m m0.20 m m

Tableau 18 : Moyenne des diamètres médians maximums des grains mobilisables dans lefleuve au maximum du jusant (Q=1425 m .s1).



5.6.2. Calcul du flux des sédiments transportés par charriage

O n cherche à présent à calculer sur l'ensemble du domaine les flux de sédimentstransportés par charriage (sédiments = sables -non cohésifs-). Ces flux correspondentà un débit solide (déplacement de X m 3 de sable par seconde) par unité de largeur dulit du fleuve. Les résultats sont ainsi exprimés en m2 .s"1 .

Ici encore, les calculs sont basés sur une hydrodynamique modélisée avec lescoefficients de Strickler suivants :

Pour la configuration max imum de flot : K = 49.9 m 1 / 3 . s ' 1

- Pour la configuration max imum de jusant : K = 38.0 m 1 / 3 .s" 1

Et pour tenir compte de l'hétérogénéité des granulométries du lit les calculs ont étéréalisés avec 3 m ê m e s valeurs significatives des coefficients de Strickler utiliséesjusqu'ici.

Pour le calcul du flux de sédiments transportés par charriage, on a considéré que lessédiments transportés avaient un diamètre médian d50=0.2 m m , qui correspond à lataille moyenne des sables présents sur les plages de l'Ile de Cayenne. Les résultatssont donnés en Figure 30 et Figure 31. U n flux moyen, calculé par moyenne del'ensemble des valeurs de flux obtenues sur la grille de modélisation, est donné enTableau 19 et Tableau 20.

Y(m)

535000-

532500-

530000

527500-i

525000

Intensité du flux des sédiments (m2/s) au flot

4*0053 758-0053 56-0053 256-0053e-0052 756-0052 59-0052 2 5 W M 520-OOS1756-005

Intensité du flux des sédiments (m2/s) au flotYfm) StricM9r = 65 7m*(1/3ys

5e-0054 756-005

535000-

532500

530000-

527500

Vecteur flux des sédiments (m2/s)- 19-005 525000

X(m)

4 259-00546-0053 75e-0053 5e-0053 25e-0053e-0052 75e-0052 5e-0052 25e-00528-0051 759-0051 58-005

1 256-005le-005

7 5e-00659-0062 56-OO

o

Vecteur flux des sédiments (m2/s)- 16-005

Y(m!

535000-

532500

530000-

527500

525000

Intensité du flux des sédiments (m2/s) eu flotStickler =

56-005• 4 756-005•4 .5e -005•4.259-005• 49-005'-• 3.756-005• 3.5e-005

3.256-0053e-005

• 2.75e-005•2.59-005• 2.259-005• 26-005• 1.756-005• 1.59-005• 1.256-005• le-005• 7.5e-006•se-C• 2.5e-0C•0

X(m)

Vecteur flux des sédiments (m2/s)- le-005

X(m)

Figure 30 : Flux des sédiments d50=0.2 mm pour K=49.9 / K=65.7 / 75.95 m1/3.s'1 (maximumflot).



Intensité du flux des sédiments (m2/s) au jusant Intensité du Hux des sédiments (m2/s) au jusant

1 V • •!

535000-

532500'

530000

527500

525000

••••

••••••••••

Sí

56-0054 756-0054.56-0054.259-0054e-005

3 756-0053 58-0053 256-00536-0052 756-0052.5e-0O52.25e-00529-0051759-0051.5*005 ,1.259-005 i19-005 m

7 56-006 ff/5e-006 / " / " /

0 M

J(MM

MM

/ /

vininItiluiÊÊmmmwy7

w/Vecteur flux des sédiments (tn2/s]

-18-005

Y(m)

535000-

532500

530000

527500

525000

X(m)

Wl Wî

4 256-0054^-0053 756-0053 5e-0Û53 25e-0053e-005

• 2 756-0052 5e-0052.256-005

1 756-0051 5e-0051 256-0051e-0057 56-00656-0062 56-00

Y(m)

535000

532500

530000

527500

535000

Intensité du flux des sédiments (m2/s) au jusantStnctdef=76.9nVX1/3)/s

56-005

2 4 756-0052^56-0052 ̂ 25e-005"46-005

' 3 756-005

I 3 56-005

3 256-005

36-005

2 756-005

Xim)

2 256-00528-0051 75e-0051 5e-0051-256-0051e-0057 5e-0065e-0062 5e-00

X(m)

Figure 31 : Flux des sédiments dS0=0.2 mm pour K=50 2 / 66.4 / 76.9 mU3.s'1 (maximum jusant)

Coefficient deStrickler K(m 1 / 3 . s 1 )Flux moyen dessédiments (m2.s"1)

49.9

10.8 x10"6

65.7

5.95 x10" 6

75.95

3.26 x 1 0 6

Tableau 19 : Flux moyen des sédiments pourd50=0.2 m m au maximum du flot

Coefficient deStrickler K(m1 / 3 .s-1 )Flux moyen dessédiments (m2.s'1)

50.2

10.8 x IQ"6

66.4

5.92 x 1 0 6

76.9

3.26 x10 ' 6

Tableau 20 : Flux moyen des sédiments pour d50=0.2 m m au maximum du jusant.

Aussi bien pour la configuration « au m a x i m u m du flot » que pour la configuration « aumax imum du jusant » le flux moyen des sédiments par unité de largeur est comprisentre 3.26 x 10"6 m 2 / s et 10.8 x 10"6 m 2 / s , selon la valeur de Strickler utilisée. Si l'onconsidère que la largeur moyenne du Mahury est d'environ 600m, on peut déduire ledébit moyen en sédiments transportés par charriage, d'un diamètre médian d50=0.2m m est compris entre 1.95 x 10" 3m 3 /s et 6.48 x 10"3 m 3 / s .



Les calculs ayant été réalisés en régime permanent, on retiendra que ces valeurs deflux et débits correspondent à des valeurs instantanées en deux instants du cycle demarée et ne permettent pas de réaliser un bilan sédimentaire entre le flux desédiments entrant et le flux des sédiments sortant de l'estuaire. Elles fournissent

néanmoins un ordre de grandeur de la mobilité des sédiments dans l'estuaire.

Pour fixer les ordres de grandeurs, avec l'hypothèse que les conditions de vitesse (aumaximum de flot ou de jusant) restent proches de ces maximum pendant 30min et quecela se produit 2 fois par jour (cycles de marée), sur cette durée totale de 60min, le fluxest de l'ordre de 7 à 23 m^ de sables d50=0.2 mm.

5.6.3. Comparaison des résultats de mobilité obtenus avec lesmesures ADCP et les résultats du modèle hydro-sédimentaire

Le calcul de la mobilité réalisé à partir des mesures ADCP a été mené en P2b¡s dans laconfiguration « au maximum du flot » et en Pu dans la configuration <c au maximum dujusant ». Aux mêmes profils et pour les mêmes configurations, la mobilité a été calculéà partir du modèle hydro-sédimentaire. Les résultats sont donnés en Tableau 21. Lesgrains mobilisables sur la section amont du fleuve (Stoupan, PII) sont, comme onpouvait l'attendre, plus grossiers que ceux situés à l'aval (Dégrad des Cannes, P2bis).

Le calcul de la mobilité à partir des résultats fournis par modèle hydro-sédimentaire, apermis de déterminer une valeur moyenne, sur chacun des profils P2bis et Pu, dudiamètre médian maximum des grains mobilisables pour les deux configurations. Lesrésultats donnés par le modèle sont en bonne concordance avec ceux issus desmesures ADCP sur le profil Pu. Sur le profil P2bis, le modèle sous-estime sensiblementla mobilité.

Les deux méthodes utilisées pour calculer la mobilité des sédiments non cohésifsmontrent que les courants dans le Mahury permettent de mettre en mouvement dessables dont le diamètre médian est de l'ordre du mm.

Condition hydrodynamiqueConfiguration

Maximum jusant0=1425 mis-'

ConfigurationMaximum flot

Q = 1640 m\s-'

dso maximum des grainsmobilisables sur la section

Mobilité en Pu Mobilité en P2b¡s

D'après mesures ADCPpour dgovase 0.74 mm 0.54 mm

pour dgomax 1.20 mm 0.95 mm

D'après modèlepour dgovase 0.60 mm 0.25 mm

pour dgomax 1.20 mm 0.70 mm

Tableau 21 : Résultats de mobilité des sédiments obtenus à partir des mesures ADCP et desrésultats du modèle



6. Mobilité sédimentaire avec une zoned'extraction

6.1. CREATION DE LA ZONE D'EXTRACTION (OU SOUILLE)

Partant d'une hypothèse de besoin d'environ 200 000 m 3 pour recharger la plage deMontjoly, le volume à prélever dans le Mahury serait de 200 000 m 3 de sable. La suitedes modélisations a donc porté sur une simulation de souille d'un volume équivalent.

La souille a été positionnée dans le tronçon amont du Mahury, là où la granulométriedes sables est favorable. Le choix s'est donc portée sur le secteur compris entre lesprofils Pu et P 1 0 . La bathymétrie du fleuve y a donc été modifiée pour créer une zoned'extraction de 200 000 m 3 . Des caractéristiques géométriques simples de la souilleont été retenues : forme rectangulaire, longueur de 500m, largeur de 200 m ,creusement sur une épaisseur constante de 2 m . Cette souille est disposée dans l'axedu fleuve. La bathymétrie sur la zone d'extraction a donc été diminuée uniformémentde 2 m . La nouvelle bathymétrie en amont du fleuve est représentée sur la Figure 32.

525000

Batnymetne (m) avec la souille i gaucheet sans le souille à droite

Ï(T1Ï

525500

X(m)

Figure 32 : Bathymétrie en amont du fleuve avec la souille (à gauche) et sans (à droite).

6.2. MODIFICATION DU CHAMP DES VITESSES

Afin de connaître l'influence de la souille sur l'hydrodynamique 2 D H du modèle, nousavons calculé le champ des vitesses correspondant aux configurations max imum duflot (Figure 33) puis max imum du jusant (Figure 34) dans la zone adjacente à la souille.



Y{m)526500-1

526250-

526000-

525750-

525500-

525250•

525000-

Souille

oooCO

omOOm

omOoo

m o X(rn)ci m '

Vitesse scalaire (m/s) avec la souille â gaucheet sans la souille â droite

5 0.75•o .7

' 0 650 6

0.550.50.450.40.35

10 30 2502

¡0,150.10.05

'o

Y(m)

526500-1

526250-

526000-

525750•

525500

525250-

525000-

ooo(Oin(O

oCNroIOrO

OfO

•n

r-m(O

oooo Aim)

F/gure 33 : Vitesses avec la souille (à gauche) et sans (à droite) au maximum du flot.

A u m a x i m u m du flot - écoulements vers l'amont - on remarque (Figure 33) que lesmodifications des vitesses sont observées en amont de la souille avec des vitessessupérieures à celle obtenues à l'état initial (sans souille). Elles sont inférieures auniveau de la souille et en aval.

ï{m)526500-.

526250-

526000

525750-

525500-

525250

525000

Vitesse scalaire ¡m/s) avec la souile è gaucheet sans la souille adroite

526500

526250

52S000

525750

525500

525250

525000

X(m) X ( m |

Figure 34 : Vitesses avec la souille (à gauche) et sans (à droite) au maximum du jusant.

A u m a x i m u m du jusant (Figure 34), les vitesses diminuent au niveau de la souille. Il y apeu de différences à l'amont et à l'aval de la souille avec les résultats obtenus pour laconfiguration initiale (sans souille).



6.3. INFLUENCE DE LA SOUILLE SUR LA MOBILITE SEDIMENTAIRE

Cette influence est étudiée pour deux configurations hydrodynamiques : maximum auflot et maximum au jusant.

Configuration maximum au flot

Le diamètre médian maximal des grains mobilisables a été calculé pour la conditionhydrodynamique « maximum au flot » et les rugosités utilisées dans le 5.5.2 (3 valeursdifférentes du coefficient de Strickler K), et pour les deux situations : état naturel actuel(Figure 35) et création d'une souille (Figure 36). La comparaison des deux simulationsmontre que la création de la souille, aux caractéristiques 200 x 500 x 2 m, a peu d'effetsur la mobilité sédimentaire au voisinage de la souille.

Cette comparaison a été réalisée sur l'ensemble du domaine. En chaque point dumaillage. L'influence de la souille sur la mobilité sédimentaire est appréciée par ladifférence, en chaque point du maillage, des diamètres d50 des grains mobilisables :Adso = dso souille - dso initiai- Une différence positive correspond à une modification dutransport sédimentaire, apportée par la création de la souille, qui se traduit par la miseen mouvement de grains plus grossiers. Une différence négative indique qu'au pointdonné du maillage, le fleuve ne met plus en mouvement que des sables plus fins.

Les différences de taille de grain de l'ordre de +/-10 pm sont négligées. Elles sontreprésentées en gris sur la Figure 37.

Pour les 3 valeurs de rugosité K, la mobilité sédimentaire est diminuée au niveau de la

souille et sur toute la largeur du fleuve au droit de la souille (-500 pm < Adso). De plus,on peut noter que la présence de la souille modifie la mobilité sédimentaire autour

d'elle sur un rayon de l'ordre de 2 km, avec -500 pm < Adso < 500 pm, mais elle n'apas d'influence sur le reste du domaine.

Configuration maximum au jusant

Selon la même procédure, le diamètre médian maximal des grains mobilisables a étécalculé pour la condition hydrodynamique « maximum au jusant » et les rugositésutilisées en 5.5.2 (3 valeurs différentes du coefficient de Strickler K). Les résultatsobtenus pour les situations « état naturel actuel » et « création d'une souille » sontdonnés en Figure 38 et Figure 39 respectivement. Ici encore, la souille a peu d'effet surla mobilité sédimentaire au voisinage de la souille.

Sur l'ensemble du domaine l'influence de la souille sur la mobilité sédimentaire est

appréciée par la différence Adso = dso souiiie - dso initiai des diamètres d50 des grainsmobilisables. Les différences de taille de grain de l'ordre de +/-10 pm sont négligées.Elles sont représentées en gris sur la Figure 40



P) &ï PI ^ V

K Sä S S S

Diamètre médianmot) ili sable [mmj

»IT•i«•tJ¡LI•0.9• 0 7• 0 5• 0 3•01

0

(a) (b)

Figure 35 : D50 max mobilisable au maximum du flot - état actuel (absence de souille) ;(a) K=49.9m1/3.s-1, (b) K=65.7 m1/3.s-1 et (c) K=75.95 m1/3.s-1

526500!

526250

526000

5 2 6 7 ^

525500

525250

525000

ÍO *n co

Y[m)

526500,

526250-

526000

525750

525500-1

525250

525000

Y(m;526500-,

526250

526000

525750

525500

525250

525000

X<m) X{m)

Diamttr* inMinmobi*sab« [mm)

•21

!

«

•ar•os

SSÎ0

(a) (b) (c)

Figure 36 : D50 max mobilisable au maximum du flot-état avec souille ;(a) K=49.9mm.s1, (b) K=65.7 m1/3.s1 et (c) K=75.95 m1/3.s1

La mobilité sédimentaire est diminuée au niveau de la souille et sur toute la largeur dufleuve au droit de la souille (-500 u m < Adso). A u m a x i m u m du jusant, la souille modifiela mobilité sédimentaire autour d'elle sur un rayon de l'ordre de 2 k m , avec -500 u m <Adso < 500 u m , mais elle n'a pas d'influence sur le reste du domaine.

Les résultats obtenus en configuration « au m a x i m u m du jusant » (écoulement vers lamer) sont globalement inverses à ceux obtenus en configuration « au m a x i m u m duflot ». Les effets de la souille sur la granulométrie des grains mobilisables sont inversésquand on passe du régime d'écoulement en jusant, en régime flot.



j-l Légende

Différence de taille de grains (pm]\ -1150 •-1000

-999 - -500499 .9 - -10

-9.99 - 0

0.0001 -10

10.01 -500

- 500.1 -1000

Legende

Différence de taille de grains

• -1085--1000-999 - -500

-499.9--10

-9.99 - 00.0001 -1010.01 -500

• 500.1-1000

Legende

Différence de taille de grains (pm)

-865.8 - -500

-499.9--10

-9.99 - 0

0.0001 -10

10.01 -500

• 500.1 -1000

(a) (b) (c)

Figure 37 : Influence de la souille sur la mobilité au maximum du flot pour (a) K=49.9 m1/3.s'1, (b) K=65.7 m1/3.s'1, (c) K=75.95m1/3.s'



526500

526250

526000-

525750-

525500

525250

525000-1

X(m)

D a m être médianmobiHsaWe (mm)

S»S;;

17

S11•o.B• 0 T¡05

S 0 3

•oi0

(a) (b) (c)

Figure 38 : D50 max mobilisable au maximum du jusant - état actuel (absence de souille)1 * 1 ^s1 et (c) K=76.9 m1/3.s1(a) K=50.2 m1*.s1, (b) K=66.4

528500-

52S250

526QOC'

525750

525600

525250

525000

X(m)Ifï U"ï « 5

X(m)

526500

526250-

526000-

525750-

525500-

525250

525000

S S S Sin r̂ C <N

<1 Kl J ï

Oamötre mécfianmoûi II sable | m m ]

:1917

!î1.10«07os0.3010

(a) (b) (c)

Figure 39 : D50 max mobilisable au maximum du jusant- état avec souille ;(a) K=50.2 mm.$\ (b) K=66.4m1/3.s1 et (c) K=76.9m1*.s1



LégendeDifférence de taille de grains (|im;

-947.3 - -500499.9 - -10

-9.99-00.0001 -1010.01 - 500

- 500.1 -1000

Legende

Différence de taille de grains (pm)

• -1011--1000-999 - -500-499.9 - -10

-9.99 - 00.0001 -1010.01 -500

• 500.1 -1000

H—H-

1

Legende

Différence de taille de grains (pm)-792.9 - -500-499.9 - -10

-9.99 - 00.0001 -1010.01 - 500

500.1 -1000

(b)

Figure 40 : Influence de la souille sur la mobilité au maximum du jusant pour (a) K=50.2 m1/3.s1, (b) K=66.4 m1/3.s'1, (c) K=76.9 mM . s f

BRGM/RP-56368-FR - Rapport final ©7


6.4. INFLUENCE DE LA SOUILLE SUR LES FLUX DE SEDIMENT

D e m ê m e que pour le diamètre médian des grains mobilisables, le flux des sédimentsest diminué de manière notable au niveau de la souille, puis il est très légèrement plusfaible au nord de la souille (Figure 41 à Figure 44).

536500i

Intensité du lluxOes sedimente (m2/s)

5e-005•4 .759JD05• 4 5 * - 0 0 5•if2Ge-005

Y(m)

526500

525250

52S0QO

525750

525500

525250-

525000

(a)

S 8x<m) X(m|

Vecteur flux des sMimancs (m2/s)

(b) (c)Figure 41 ; Flux des sédiments au maximum du flot en présence de la souille ;

(a) K=49.9 m1/3.s\ (b) K=65.7 m1/3.s1 et (c) K=75.95 m1/3.s1

(fn2/s)

Vecteur flux Oes sédiments Im2/s)-1s-005

(a) (b) (c)Figure 42 : Flux des sédiments au maximum du flot en l'absence de la souille ;

(a) K=49.9 m1/3.s1, (b) K=65.7 m1/3.s' et (c) K=75.95 mi/3.s1



526250

526000

525750

525500

525250

525000

Y{m)526500

526250

526ÛOO

525750

525500

525250

525000

mm)

526500-,

526250'

526000-

525750

525500-

525250

525000

Intensité öu Run

des sédiments (m2/5]

56-005

-1.5^0054.25^0054^0053.75*«»

3 256-00539-005a.75»-0053.5^005

3*005

mm)i5e-005

i25e-00516-005

7 59-00659-006

2 56-0060

Vecteur tux des séd monts (m2/s¡

-19-005

(a) (b) (c)

Figure 43 : Flux des sédiments au maximum du jusant en présence de la souille ;.1/3 -1 1/3 -1 .1/3 -1

(a) K=50.2 m1'.s", (b) K=66.4 mu.s", (c) K=76.9m".s

(a)

g g B g*™S í S ï

(b)

Y(m)

526500i

526250-

526000-

525750

525500-1

525250

525000

S S S S Ä Sff) ffï ^ > d i*i cl

Intensité du nux

des sédirnerrts (m2/S)

5e-005• 4 756-005

4 2 5 ^ 0 0 5

3 756-0053 5e-Û053 256-0053e-0D52 756-Q052.59-005

2#-005

1.75*-005

i5e-G05

1 25e-00519-0057 56-0065e-0062 5e-006

Vecteur (lux des sédtrnems (m2/s)

(c)

Figure 44 : Flux des sédiments au maximum du jusant en l'absence de la souille ;(a) K=50.2m1/3.s'1, (b) K=66.4mm.s\ (c) K=76.9m1/311/3.s1



7. Conclusion

Cette étude s'inscrivait en 2006 dans un contexte local de forte préoccupation face àl'érosion du sud de la plage de Montjoly, phénomène déjà observé au milieu desannées 90 et qui semblait revenir, 10 ans plus tard, avec plus de force et sans qu'il soitpossible de l'enrayer.

De ce constat le BRGM proposait alors d'étudier les possibilités d'apportermassivement du sable sur le secteur en érosion (rechargement) avec deux pistespossibles :

- transfert de sable depuis le secteur nord de la plage Montjoly, quiconnaissait fin 2005 un fort engraissement de la plage,

- extractions de sable dans le Mahury, dans un secteur réputé pour sa« ressource » (secteur Stoupan).

Transfert de sable de plage à plage

Cette étude a permis de mettre en évidence l'existence en juillet 2006 d'un volume desable mobilisable dans le secteur nord de la plage de Montjoly compris entre 90 000 et220 000 m^ approximativement ; la valeur la plus faible correspondant à unprélèvement prudent qui ne mettait pas à risque l'arrière plage. La valeur la plus fortecorrespond au volume maximal disponible à l'époque sans modification de la partieactive de la plage (face à la mer). Ces volumes correspondent bien à l'ordre degrandeur des besoins en rechargement de la plage sud.

Néanmoins, les levés topographiques et les observations de terrain réalisés en juillet2006 ont confirmé que le secteur nord commençait à présenter les premiers signesd'une inversion de tendance : arrêt de l'accrétion voire début d'un recul du trait de côte.

Fin 2007, alors que l'érosion était à son paroxysme dans le secteur sud, la plageMontjoly nord présentait les premiers signes d'un recul qui confirmait la règled'évolution exposée en 2001 (Renault O. ei al, 2001) sur les phasesd'érosion/accrétion de la plage.

Ainsi, l'opportunité de réaliser un transfert de sables du nord vers le sud de la plagedevenait techniquement moins avantageuse (volumes mobilisables plus faibles) etlocalement mal acceptée par les riverains (secteur Constant Chlore) qui gardent enmémoire le cauchemar des érosions et des dommages subis à la fin des années 90 etjusqu'au début des années 2000.

La connaissance des phénomènes d'érosion/accrétion de la plage de Montjoly, en lienavec les phases d'envasement et dévasement du littoral, amène à considérer quel'engraissement de la plage nord est le résultat des pertes en sables (érosion) de lapartie sud lorsque celle-ci est plus exposée aux houles par suite du dévasement de lacôte qui lui fait face. Avec le retour de l'envasement des fonds face à la partie sud de la



plage, alors que dévasement de la partie nord est achevé et l'érosion s'y est installée,on assiste à une nouvelle phase d'accrétion de la plage sud (avancée du trait de côte)avec des sables qui parviennent de l'anse de Rémire en provenance du Mahury.

Aussi, la solution d'un transfert de sable de plage à plage, du nord vers le sud quand lesecteur sud est en érosion (cas étudié dans cette étude) ou du sud vers le nord quandle secteur nord est en érosion -ce qui pourra s'observer à brève échéance- constitueune alternative à mettre en euvre à un instant précis du cycle. Pour le cas étudié, cebasculement artificiel de près de 1 00 000 m^ de sable du nord vers le sud aurait puintervenir dès mi-2005, à une époque où l'érosion était déjà enclenchée mais encoremodérée avec l'existence d'une plage aérienne, ce qui n'était pratiquement plus le casen juillet 2006 et, dans une situation aggravée, encore en avril 2008.

Au-delà de l'intérêt à court terme évident d'un rechargement de plage à plage, ilconviendrait de s'assurer que, sous l'effet du forçage hydrodynamique, les sables derechargement vont progressivement (et naturellement) migrer vers la zone nord de laplage plutôt que d'être repris dans un processus d'exportation vers le large, ce qui neserait pas favorable à la stabilité de la plage nord. Ce processus de perte de sablesvers le large n'a pas été mis en évidence jusqu'ici.

Transfert de sable du Mahury à la plage

Les levés bathymétriques, les prélèvements de sédiments et les mesures de vitessesdans le Mahury ont permis d'implanter et de valider une modélisation TELEMAC 2Dsur l'ensemble de l'estuaire entre Stoupan et Dégrad des Cannes.

Les mesures in situ et résultats du modèle montrent que le Mahury est en capacité detransporter de l'amont vers l'aval et de l'aval vers l'amont des sédiments dans undomaine granulométrique étendu. Les mesures donnent des grains mobilisables à d50compris entre 0,45 mm et 1,20 mm pour de débits de flot ou jusant de 350 à 1880m^.s'V Le modèle fournit des valeurs comparables avec des grains mobilisables à d50compris entre 0,34 mm et 0,87 mm pour un débit de flot à 1880 m^.s'^ et de jusant à1425m^s

Des ordres de grandeur de flux moyen de sédiments d'une granulométrie équivalente àcelle des sables des plages de l'Ile de Cayenne (0,2 mm) sont fournis. Les flux moyensobtenus pour les configurations modélisées au maximum du flot (Q = 1640 m^.s"^) et aumaximum du jusant (1425 m^.s"^) conduisent à des débits de sédiments compris entre0.002 et 0.006 m^.s\ Sur deux cycles de marées, pour les caractéristiques desconfigurations de flot et de jusant, les débits solides en grains d50 = 0.2 mm seraientde l'ordre de 7 à 23 m^

La création d'une zone d'extraction (souille de 500 m de long, 200 m de large et 2 m decreusement) dans le secteur amont du Mahury (secteur Stoupan) représentant unvolume de 200 000 m' apporte peu de modifications aux vitesses à l'extérieur dudomaine de la souille. La mobilité sédimentaire au niveau de la souille et sur toute la

largeur du fleuve est diminuée dans un rayon de 2 km. En flot et en jusant, l'effet surcette mobilité est inversé, en relation directe avec l'inversion du sens des écoulements.



Cette étude met en évidence l'existence d'une mobilité importante des sables degranulométrie supérieure à 0.2 mm aussi bien à partir des mesures in situ que desrésultats de la modélisation.

D'un point de vue hydrodynamique, une extraction de 200 000 m' dans le secteur deStoupan, selon l'emprise étudiée (500 x 200 x 2 m), ayant pour objectif de recharger laplage de Montjoly est envisageable dans la mesure où les effets sur les vitesses et lesflux sédimentaires sont limités et localisés. L'effet modélisé sur les flux sédimentaires

s'inverse selon les phases de la marée (flot / jusant) sans que l'on n'ait pu déterminersi après un cycle de marée les effets respectifs se neutralisent.

Une telle extraction ne peut être envisagée qu'à titre ponctuel ce qui peut répondre aubesoin d'un rechargement qui interviendrait tous les 10 ans, correspondant au rythmed'apparition des crises érosives sur les plages.

Rôle de l'estuaire du Mahurv dans l'alimentation des plages de l'Ile de Cayenne

L'origine de sables des plages de l'Ile de Cayenne est locale. Ce sont les fleuves quiont apporté et continuent d'alimenter les plages en sable. Le Mahury contribue àl'alimentation des plages et la présente étude montre que la mobilité sédimentaireestimée par les mesures in situ et les modèles existe bien pour les gammesgranulométriques présentes sur les plages.

Les causes de l'érosion des plages de l'Ile de Cayenne relèvent d'une combinaisondes effets des prélèvements de sable sur les plages (pratique courante dans le passé),des dragages menés dans le Mahury (Stoupan) des années 70 jusqu'au début desannées 2000 (fourchette 50 000 à 70 000 m^/an en moyenne) voire du changementmorphologique imposé par le chenal de navigation d'accès à Dégrad des Cannes.

Cette étude n'a pas abordé la question du devenir des sables au-delà de Dégrad desCannes, en mer. Or, depuis plus de 20 ans les phases périodiques d'érosion (enmoyenne tous les 10 ans) sont de plus en plus fortes. Cela ne peut pas être rattaché àune évolution naturelle des forçages (houle, niveau de la mer). Considérant que lesdeux premières causes évoquées ci-dessus (prélèvements sur les plages et dragagessur Stoupan) ont disparues, il convient d'étudier l'environnement externe de l'estuaireet de s'interroger sur les capacités actuelles de l'estuaire à évacuer les sablesapportés par le Mahury en mer et en direction des plages de l'Ile de Cayenne.



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