Etude de la formation d'un lit torrentiel par confrontation d'essais sur modèle réduit et d'observations de terrain

Etude de la formation d'un lit torrentiel par confrontation d'essais sur modèle réduit et d'observations de terrain

(Cemagref - Série Etude N°15 - 1994 - ISBN 2-853662-398-X)

Résumé

Les lits torrentiels formés par des phénomènes de charriage présentent un aspect chaotique difficilement interprétable alors qu'ils témoignent du fonctionnement du torrent. Des expériences ont été conduites pour comprendre la formation du lit et le tri granulométrique qui peut entraîner un pavage de la surface.

1. Dans un premier temps, un modèle réduit de très petite taille a permis une quantification ponctuelle du charriage torrentiel et du tri granulométrique. Il est nécessaire de distinguer deux phénomènes : · Le charriage hyperconcentré, relativement bien connu pour lequel le transport solide est essentiellement dominé par les conditions hydrauliques. Il correspond à l'approche la plus répandue du charriage torrentiel. Dans ce cas, le lit est relativement fin et régulier, l'écoulement est très rapide, la concentration en matériaux considérable. Le tri granulométrique - peu marqué - favorise le déplacement des gros éléments. Les interactions lit - écoulement sont si considérables qu'une connaissance fine de leurs caractéristiques est illusoire.

· Le charriage ordinaire - à proximité du seuil de début de transport - est beaucoup moins bien connu. Dans ce cas, les éléments fins sont plus facilement déplacés, ce qui entraîne la formation d'un lit pavé. Il y a alors une grande variabilité du transport solide et le nombre de Froude de l'écoulement oscille autour de l'unité.

Le passage d'un type de charriage à un autre est nettement irréversible.

2. Une seconde étape, utilisant un canal assez large pour que la largeur du lit puisse s'adapter à l'écoulement, a montré que d'autres phénomènes s'ajoutent à ceux observés localement. Le caractère irréversible du basculement entre charriage hyperconcentré et charriage ordinaire entraîne une forte hétérogénéité spatiale des phénomènes, les deux types de transport solide étant présent simultanément mais en des sites distincts.

Le débit solide et la granulométrie des matériaux transportés - sur l'ensemble du modèle - sont notablement modifiés par rapport au modèle monodimensionnel : les différentes structures morphologiques favorisent l'accueil des grains fins et grossiers, au détriment des éléments de taille intermédiaire qui sont transportés vers l'aval. Cependant, ce phénomène de tri est très dépendant du débit liquide et il favorise le mouvement des éléments fins lorsque l'on se rapproche du seuil de début de transport conduisant à un lit pavé dans des conditions proches de celles observées avec un canal étroit.

3. Une troisième étape, reproduisant l'ensemble d'une zone de dépôt soumise à une forte crue, a mis en évidence des structures morphologiques de taille très variables. Des "dunes à forte pente" liées à un charriage hyperconcentré localisé et à l'étendue granulométrique peuvent expliquer des élévations ponctuelles du lit de plusieurs mètres ainsi que la plupart des caractéristiques morphologiques observées.

4. Une quatrième étape, basée sur des mesures de terrain, a conduit à mettre au point une méthodologie de mesure des granulométries adaptée à la réalité torrentielle et à définir une méthode d'approche de la morphologie torrentielle.

De plus, elle a permis, par confrontation avec les observations sur modèles, de mettre en lumière des tendances générales de fonctionnement des torrents, de définir une typologie des principales structures morphologiques et d'esquisser des hypothèses sur leur formation et leur rôle dans l'évolution du torrent.

Enfin, elle facilite l'application au terrain de formules établies sur modèles réduits par une meilleure compréhension de la dynamique torrentielle.

Sommaire

L'hydraulique torrentielle