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STCPMVN ER.QG 94.01 Mars 1994 MOYENS D'ETUDES DES PHENOMENES SEDIMENTAIRES MAR

STCPMVN ER.QG 94.01 Mars 1994 MOYENS D'ETUDES DES PHENOMENES SEDIMENTAIRES MARINS, ESTUARIENS ET FLUVIAUX AUTEUR: C. MIGNIOT (LCHF -SOGREAH) VU, LE CHEF DE SERVICE P. MONADIER ~ Diffusion N - l S 0 H HAl R E INTRODUCTION ................................................. 1. DIVERSITE DES PROBLEMES SEDIHENTOLOGIQUES LES PARAMETRES SUSCEPTIBLES D'INTERVENIR . 3 1.1. DIVERSITE DES PROBLEMES SEDIMENTOLOGIQUES . j 1.1.1. Généralités . j 1.1.2. Problèmes susceptibles de se poser . 4 1. 2 . PARAMETRES INTERVENANT DANS LES ETUDES SEO lMENTOLOG l QUES .... 9 1.2.1. Généralités . 1.2.2. Schémas de principe de la dynamique sédimentaire fluviale, marine et estuarienne . 10 II. DEFINITION DES OBJECTIFS A ATTEINDRE - LES CONSEQUENCES SUR L'ENVIRONNEMENT - LA FACON D'AB~RDER UNE ETUDE SEDIHENTOLO- LOGIqUE " . 13 2.1. LES OBJECTIFS D'UN AMENAGEMENT ET LES CONSEQUENCES SUR L'ENVIRONNEMENT . l3 2.1.1. Généralités 13 2.1.2. Schémas de quelques objectifs intégrés.............. 14 2.2. FACON D'ABORDER UNE ETUDE SEDIMENTOLOGIQUE AVANT DE REALISER UN AMENAGEMENT FLUVIAL, MARITIME OU ESTUARIEN . 14 III. SYNTHESE DES DOCUMENTS EXISTANTS - ETUDES EN NATURE . 17 3.1. EXAMEN PRELIMINAIRE DU SITE ET SYNTHESE DES DOCUMENTS EXISTANTS . 17 3.1.1. Examen préliminaire du site . 17 3.1.2. Recueil et synthèse des documents existants . 17 3.1. 3. Avant-projet des schémas dl aménagement . 19 3.1. 4. Programme détaillé des études à réaliser . 19 3.2. ETUDES EN NAT~RE . 19 3.2.1. Géologie - Géographie . 20 3.2.2. Hydrographie - Topographie . 20 3.2.3. Océanographie - Hydrologie - Météorologie . 20 3.2.4. Sédimentologie . 21 3.2.5. Traceurs fl uorescents et rad ioact ifs . 23 3.2.6. Mécanique des sols: sismique et forage . 24 3.2.7. Pollution - Ecologie - Milieu vivant - Environnement 3.2.8. Interprétation du rapport sur les études en nature "11 .. [. IV. COMPORTEMENT DES SEDIMENTS SOUS LES ACTIONS HYDRODYNAMIQUES ETUDES SUR PLANS ET THEORIQUES - SCHEMAS DES AVANT-PROJETS D'AMENAGEMENT . 25 4.1. COMPORTEMENT DES SEDIMENTS SOUS LES ACTIONS HYDRODYNAMIQUES . 25 4.1.1. Vi tes ses de chute des part icul es . 26 4.1. 2. Tassement au cours du temps et gradient de tassement 4.1. 3. Rhéologi2 des dépôts et propriétés mécaniques des 4.1. 4. Pentes d'équilibre sous l'eau ou à l'air et courants 4.1.5. Comportement des sédiments sous l'action des courants 28 4.1. 6. Action de la houle sur les sédiments . 28 4.1. 7. Actions cumulées des houles et des courants . 29 4.1.8. Action des vents - transports éoliens . 29 4.2.1. Domaine fluvial . 30 4.2.2. Domaine maritime . 32 4.2.3. Domaine estuarien . 34 4.3. SCHEMAS DES AVANT-PROJETS D'AMENAGEMENT . 37 V. ETUDES SUR MODELES REDUITS PHYSIQUES SEDIHENTOLOGIQUES dans l es dépôts . 26 sol s . 27 de turbidité . 27 - 11 S 0 H MAI R E (suite) 4.2. ETUDES SUR PLANS ET THEORI QUES . 30 5.1. LA SIMILITUDE APPLICABLE AUX MODELES REDUITS SEDIMENTOLOGIQUES 5.1.1. Similitude géométrique . 39 5.1. 2. Similitude dynamique . 40 5.1. 3. Similitude sédimentologique . 43 A. Conservation du même régime d'écoulement dt! grain autour 44 B. Conditions d'entraînement des sédiments actions hydraul iques sous les 44 C. Conservation de la trajectoire des particules en suspension.................................... 47 D. Conservation des mêmes lois de débits solides et du rapp~rt entre les quantités transportées en charriage et en suspension Triages granulométriques 47 E. Conservation du rapport entre le poids du matériau et les forces exercées par l'eau sur le fond...... 48 F. Transport correct dans le courant général de masse perpendiculaire à la plage........................ 48 G. Conservation de la forme générale de la plage..... 48 H. Représentation des vases 48 38 39 - III SOM MAI R E (suite) 5.1.4. Echelle des temps sédimentologiques 50 A. Echelle des temps sédimentologiques de transport de sable par la houle............................. 50 B. Eche 11 e des temps séd imento log iques app l icab le à des sédiments mis en suspension par la houle et transportés par un courant général ou un courant de marée.......................................... 51 C. Echelle des temps sédimentologiques applicable au transport de sabl e par l es courants de marée... 51 D. Echelle des temp: sédimentologiques appl icable au mouvement des vases 52 5.1.5. Conclusions 53 5.2. L'ETALONNAGE DES MODELES REDUITS PHYSIQUES LE TARAGE ET LES ORDRES DE GRANDEUR DES ECHELLES ADOPTEES 56 5.2. 1. Etalonnage des modèles réduits physiques - le tarage. 56 5.2.2. Ordres de grandeur des échell es adoptées . 58 5.2.3. Méthodologie des études sur modèles réduits . 59 5.2.3.1 Modèles d'agitation et de seiches . 59 5.2.3.2 Modèles sédimentologiques . 60 a) Modèles sédimentologiques où la houle est dominante 61 b) Modèles sédimentologiques où l'action de la marée et notao.ment des courants de marée est dominante .. 63 c) Modèles sédimentologiques d'estuaires . 65 d) Modèles fluviaux . 68 e) Modèles d'ouvrages (influence sur les fonds) . 69 5.2.3.3 Modè 1es de captage et de rejet d'eaux chaudes . 69 5.2.3.4 Modèles de stabilité des ouvrages . 70 5.2.3.5 Modèles divers . 71 VI. ETUDES A L'AIDE DE MODELES MATHEMATIQUES SEDIHENTOLOGIQUES PERSPECTIVES D'AVENIR . 72 6.1. ORGANISATION D'UN MODELE MATHEMATIQUE SEDIMENTOLOGIQUE . 73 6.2. MODELES MATHEMATIQUES HyDRAULIQUES . 76 6.2. 1. Etudes fluviales . 76 6.2.2. Etud81s maritimes des houles . 77 6.2.3. Etudes maritimes des courants côtiers et des estuaires 79 6.2.4. Etudes de diffusion des polluants . 80 6.2.5. Modélisation tri-dimensionnelle et modèles hydrauliques en él éme nt s fin is . 81 - 1V - S 0 H MAI R E (suite) 6.3. MODELES MATHEMATIQUES SEDIMENTOLOGIQUES . 82 6.3.1. Evaluation qualitative des mouvements sédimentaires à partir des résultats des modèles mathématiques hydrauliques - Associations entre modèles mathématiques et études sur pl ans . 82 6.3.2. Association entre modèles mathématiques et modèles physiques: la modélisation hybride . 83 6.3.3. Etudes fluviales . 84 6.3.4. Etudes marit imes . 86 6.3.5. Modèles estuariens - Représentation des transports de vase . 87 6.4. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES MODELES REDUITS SEDIMENTOLOGIQUES PHYSIQUES ET MATHEMATIQUES - PERSPECTIVES D/AVENIR 89 6.4.1. Avantages et inconvénients des modèles physiques sédimentologiques 90 6.4.2. Avantages et inconvénients des modèles mathématiques. 93 6.5. CONCLUSIONS ................................................................................................... 95 CONCLUSIONS .................................................................................................... 97 B18LlOG RAPHI E 10l ANNEXES Caractéristiques de différents matériaux susceptibles d/être utilisés en modèle réduit pour représenter les sédiments naturel s non cohésifs (galets - sables) et cohésifs (1 imons - vases) . • 1 NTRODUCT ION - 1 - INTRODUCTION Un littoral, un estuaire ou une rlVlere sont, dans la plupart des cas dans un équilibre sédimentologique précaire et il suffit que l'un des paramètres qui conditionne cet équilibre soit modifié pour que des perturbations importantes apparaissent entraînant des difficultés soit pour les aménagements réalisés, soit pour les zones limitrophes. Au contraire, certaines modifications pourront apporter des améliorations appréciables à l'environnement sédimentaire d'un site. Suivant la géométrie et la morphologie des fonds, l'importance des courants, l'amplitude de la marée, les caractéristiques des houles et des vents, 1a nature des matéri aux transportés, l' ori entat ion des ouvrages par rapport aux berges d'une rivière ou d'un littoral ... les atterrissements sédimentaires pourront, en effet, se former et se développer de façon très différente. Il est donc nécessaire, avant de réaliser un aménagement, de procéder à des recherches préalables permettant d'établir des présomptions sur les risques encourus et de définir des tracés d'ouvrages susceptibles de mieux s'adapter aux conditions locales et de répondre aux objectifs que l'on s'est fixés. COMPRENDRE, PREVOIR, REMEDIER seront les trois domaines que l'on doit avoir présents à l'esprit après s'être fixé les OBJECTIFS techniques et financiers que l'on désire obtenir et les avoir situés dans un cadre très général où interviennent les interactions entre les phéno- mènes hydrauliques, sédimentaires, biologiques et humains. Les études sédimentologiques permettent d'aborder ces problèmes en tenant compte à la fois des phénomènes géologiques "anciens" qui ont marqué le littoral, et notamment des importantes fluctuations des niveaux marins au cours des dix derniers millénaires et des phénomènes "récents" ou "actuels" qui peuvent agir directement sur les évolutions des fonds et qui sont liés aux caractéristiques des matériaux : galets, graviers, sables, silts, vases, algues ou herbes recouvrant les fonds ... et aux conditions hydrauliques et océanographiques qui seront susceptibles d'agir sur ces sédiments. Il s'agit là d'une association entre certains aspects de la géologie, de l'hydraulique et de la dynamique sédimentaire [lJ. Dans cette synthèse sur les "MOYENS D'ETUDE DES PHENOMENES SEDIMEN- TAIRES MARINS, ESTUARIENS ET FLUVIAUX" nous examinerons successive- ment : la diversité des problèmes sédimentologiques qui peuvent se poser et les paramètres qui peuvent intervenir, [lJ Les facteurs essentie7s de la dynamique sédimentaire dans 7e cadre de 7a construction des ouvrages en mer. Nécessité de 7eur étude à diffé- rentes échelles dans 7'espace et dans le temps - C. MIGNIOT - A. S.T.E.O. lOème Col7oque - Janvier 1982. - 2 - - les objectifs que l'on doit se fixer et les conséquences que cela peut avoir sur l'environnement. La façon d'aborder une étude sédi- mentologique, - l a synthèse des documents exi stants, les études en Nature et du comportement des sédiments sur les actions hydrodynamiques, - les uploads/Philosophie/ er-qg-94-01-cle61e412-1.pdf