Sediment transport control by check dams and open check dams in Alpine torrents - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Sediment transport control by check dams and open check dams in Alpine torrents

Contrôle du transport sédimentaire des torrents par les barrages de correction torrentielle et les plages de dépôt

Résumé

Mountain streams are a major sediment source for some rivers; however, they can also be responsible for substantial damage, particularly during sediment-laden floods. Torrents, i.e. very active mountain streams, have been subject to extensive erosion control operations since the 19th century (mainly reforestation, bioengineering, and check dams). More recently, check dams in headwaters have been completed using open check dams that aimed at trapping sediment lower in the valleys. Stream managers must mitigate flood hazards, but now also minimize the environmental impacts of the protection structures, while maintaining and adapting them to a changing context (climate, demography). This requires improved knowledge of the effects of check dams and open check dams on the sediment transport of torrents, and this thesis forms a contribution towards this end. The section on the current state of research reviews i) the diverse effects of check dams on sediment production and transfer; ii) descriptions of the hydraulics and sedimentation processes occurring in open check dams; and iii) woody debris production and trapping processes. This state of the art is completed with proposition of new bedload transport estimation methods, specifically developed for paved streams experiencing external supply or armour breaking. Experimental results are then provided. Firstly, flume experiments highlight the emergence of a more regular bedload transport when check dams are built in alluvial reaches. In a second stage, experiments were performed on a generic Froude scale model of an open check dam basin in order to capture the features of laterally-unconstrained, highly mobile flows. A new flow measurement and inverse-reconstruction procedure has been developed, using photogrammetry and large scale particle image velocimetry (LS-PIV). A preliminary analysis of the results describes flows that tend toward a critical regime and the occurrence of feedback mechanisms between geomorphology and hydraulics during massive bedload deposition. A general conclusion and some perspectives are then presented.
Les cours d’eau de montagne constituent une importante source d’alimentation en sédiments des rivières ; toutefois lors d’épisodes de crues, ils peuvent aussi être responsables de dégâts importants en déposant des masses considérables de sédiments dans les vallées. Dans le but de contrôler l’érosion des sols des torrents - et donc ces transferts de masses de sédiments - des travaux de grande ampleur ont été entrepris depuis le XIXème siècle (principalement par reboisement, génie végétal et construction de barrages et seuils de correction torrentielle). Plus récemment, les barrages de correction torrentielle localisés dans les hauts bassins ont été complétés par la création de plages de dépôt équipés de barrages filtrants, ouvrages visant à piéger les apports sédimentaires plus bas dans les vallées. Les gestionnaires de ces ouvrages ont pour mission de réduire les risques d'inondations et d'érosions, mais doivent désormais aussi minimiser les impacts environnementaux liés aux ouvrages de protection; tout en maintenant et adaptant ces derniers à un contexte changeant (climat, démographie). Ceci nécessite une meilleure compréhension des effets des barrages de corrections torrentielles et des plages de dépôts sur le transport sédimentaire des torrents. Cette thèse s’inscrit dans cet objectif et se décompose en deux parties. Une première partie sur l'état de l'art présente: (i) les différents effets des barrages de correction torrentielle sur la production et le transfert sédimentaire; (ii) la description des processus hydrauliques et sédimentaires ayant lieu dans les plages de dépôts; et (iii) la description des processus liés à la production et au transfert de bois d'embâcle. Une nouvelle méthode de quantification de la production sédimentaire des torrents complète cet état de l’art. La seconde partie de cette thèse présente le travail réalisé en banc d’essai expérimental. Une première série d’expérience a permis de mettre en évidence un transport par charriage plus régulier lorsque des barrages de correction torrentielle sont ajoutés à un bief alluvial. Une seconde série d’essais a été réalisée sur un modèle générique de plage de dépôt dans l’objectif d’en caractériser les écoulements. Pour cela, une nouvelle procédure de mesure et de reconstruction par approche inverse a été développée. Cette procédure fait appel aux techniques de photogrammétrie et d’une variante grande échelle de vélocimétrie par image de particule (LS-PIV). Il en résulte une description des caractéristiques d’un écoulement proche du régime critique, ainsi que des mécanismes de rétrocontrôle entre morphologie et hydraulique pendant la phase de dépôt. Une conclusion générale et quelques perspectives sont finalement données.

Mots clés

Fichier principal
Vignette du fichier
pub00048534.pdf (7.64 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

tel-02603609 , version 2 (20-12-2016)
tel-02603609 , version 3 (17-07-2017)
tel-02603609 , version 1 (16-05-2020)

Identifiants

Citer

Guillaume G. Piton. Sediment transport control by check dams and open check dams in Alpine torrents. Environmental Sciences. Doctorat Science de la Terre et Univers, Environnement, Université Grenoble Alpes, 2016. English. ⟨NNT : 2016GREAU041⟩. ⟨tel-02603609v1⟩
843 Consultations
615 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More