Clément MISSET

sources et flux de matières / Soutenue le 18 octobre 2019

The role of riverbed on suspended sediment transport dynamics in alpine catchments

directeurs de thèse : Cédric LEGOÛT et Alain RECKING

Thèse en financée par IRSTEA et EDF-DTG

Résumé

Les grandes quantités de sédiments transportés par suspension dans les rivières alpines sont associées à d’importantes problématiques socio-économiques et environnementales telles que le transport de polluants, la dégradation des milieux aquatiques ou l’envasement des retenues hydroélectriques. Pour faire face à ces enjeux, il est nécessaire de mieux comprendre le rôle joué par le lit des rivières alpines sur la dynamique de ce transport. A partir de larges bases de données issues de la littérature et de nouvelles mesures de terrain, la première partie de cette thèse propose une étude à une échelle régionale de i) l’influence de la configuration des sources sédimentaires sur la variabilité du transport solide par suspension, ii) l’estimation de la quantité et de la disponibilité des particules fines dans le lit des rivières alpines et iii) l’analyse de la relation entre transport solide par suspension et mobilité du lit de ces rivières. Ces analyses montrent que la configuration du bassin versant en amont du point d’observation contrôle significativement la dynamique du transport solide par suspension observée en aval. De grandes quantités de sédiments fins sont en effet stockées dans les rivières alpines alluviales et il est ainsi possible de prédire une partie significative de leurs flux en suspension pour les forts débits à partir d’une modélisation de la mobilité de leurs lits. La seconde partie de la thèse teste ces résultats à une échelle locale. Pour cela, une campagne de mesures a été réalisée durant une saison complète de fonte sur un cours d’eau alpin typique, la Séveraisse. Un large panel de mesures directes et indirectes a été mis en œuvre pour mesurer la suspension, le charriage et les évolutions topographiques sur un tronçon de 3.5 km. Ces mesures confirment que les particules fines transportées par suspension interagissent fortement avec le lit dans ce type de tronçon morphodynamiquement actif. Ce dernier peut être perçu comme une zone tampon intermédiaire contrôlée par le forçage amont sédiments-débit liquide ainsi que par la mobilité et la morphologie de son lit.

Abstract

The large quantities of sediments transported as suspension in Alpine rivers are associated with important socio-economic and environmental issues such as pollutant transfer, aquatic habitat degradation or dam siltation. To address these issues, it is required to better understand the role of Alpine river beds on the dynamics of this transport. In the first part of this thesis, we use large datasets from the literature and new field measurements to investigate at a regional scale i) the influence of sediment sources configuration on suspended load variability, ii) the quantity and availability of fine particles in Alpine river beds and iii) the relation between suspended load and river bed mobility. These analyses show that the catchment configuration upstream the observation point can significantly control the suspended load dynamics observed downstream. This first part also shows that large quantities of fine particles can be stored in alluvial Alpine rivers. For these rivers and for high flow rates, it was possible to predict a significant part of suspended load based on riverbed mobility modeling. The second part of the thesis tests these results at a local scale. To do so, an important field campaign was performed during the entire melting season of a typical Alpine river, the Séveraisse. A large panel of direct and indirect measurements was used to measure suspended load, bedload and topographic changes on a 3.5-km reach. These measurements confirm that suspended particles strongly interact with the river bed of that kind of morphodynamically active streams. The latter can be considered as an intermediate buffer controlled by the upstream hydro-sedimentary forcing and by the river bed mobility and morphology.

Papers

Published  :

• Misset, Clément & Recking, Alain & Navratil, Oldrich & Legout, C. & Poirel, Alain & Cazihlac, M. & Briguet, V. & Esteves, Michel. (2019). Quantifying bed-related suspended load in gravel bed rivers through an analysis of the bedload-suspended load relationship : Bed-related suspended load in gravel bed rivers. Earth Surface Processes and Landforms. 10.1002/esp.4606.
• Misset, Clément & Recking, Alain & Legout, C. & Poirel, Alain & Cazihlac, M. & Esteves, Michel & Bertrand, Mélanie. (2019). An attempt to Link suspended load hysteresis patterns and sediment sources configuration in alpine catchments. Journal of Hydrology. 10.1016/j.jhydrol.2019.06.039.
• Geay, Thomas & Zanker, Sébastien & Hauet, Alexandre & Misset, Clément & Recking, Alain. (2018). An estimate of bedload discharge in rivers with passive acoustic measurements : Towards a generalized calibration curve ?. E3S Web of Conferences. 40. 04009. 10.1051/e3sconf/20184004009.
• Misset, Clément & Recking, Alain & Legout, Cédric & Poirel, Alain & Cazilhac, Marine. (2018). Geomorphological factors influencing hysteresis patterns between suspended load and flow rate in Alpine rivers. E3S Web of Conferences. 40. 04004. 10.1051/e3sconf/20184004004.

In press  :

• Misset, C., et al., Combining multi-physical measurements to quantify bedload transport and morphodynamic interactions in an Alpine braiding river reach, Geomorpgology

Under review  :

• Misset, C., et al., The dynamics of suspended sediment in a typical Alpine river reach : insight from a seasonal survey, Water Resources Research

voir aussi : https://www.researchgate.net/profile/Clement_Misset

Jury

Rapporteurs  :

• Hélène ROUX, Maître de conférences à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse
• Éric LAJEUNESSE, Physicien du CNAP à l’Institut de Physique du Globe de Paris

Examinateurs :

• Éric BARTHELEMY, Professeur des universités au Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble
• Ramon J. BATALLA, Senior researcher at the Catalan Institute for Water Research
• Cédric LEGOUT, Maître de conférences à l’Institut des Géosciences de l’Environnement, Grenoble - Codirecteur de thèse
• Alain RECKING, Chercheur à IRSTEA Grenoble - Directeur de thèse