Forme déquilibre dune rivièreReportar como inadecuado




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1 DFG - IPGP - Dynamique des Fluides Géologiques

Abstract : The shape of alluvial rivers is controlled by the feedback between the water flow and sediment transport. The flow, depends on the shape of the banks. It then entrains sediments and modifies the shape of the bed. Sediments are eroded when the flow-induced stress exceeds a threshold stress. In the first part of this manuscript, we discuss rivers without any sediment transport. In this case, the tangential stress exerted on the banks equals the threshold stress. This condition selects the river morphology and predicts the width and slope of the river as a function of the water discharge. These so-called regime equations correctly predict the shape of laminar laboratory rivers. The application to field data is less satisfactory: the exponent of the scaling laws are well predicted but the aspect ratio of natural rivers is wider than predicted from the regime equations. In the second part of this thesis, we show that the shape of a river cross-section also depends on the sediment discharge. In addition to their downstream motion, sediments entrained by the flow show significant fluctuations of their cross-stream velocity, likely due to the roughness of the underlying sediment bed. This causes particles to disperse laterally. We show that this lateral spreading is the manifestation of a random walk, which causes transverse Fickian diffusion. The shape of a river cross-section is selected by the balance between the transverse flux of sediments induced by gravity and this diffusive process. This balance leads to new regime equations relating the river width and slope to the sediment and water discharges. In particular, increasing the sediment discharge increases the aspect ratio and the slope of the river. Above a threshold aspect ratio, the river destabilizes and forms a braided river. This behavior is observed qualitatively in both laminar flow experiments and in Nature.

Résumé : La forme des rivières alluviales est contrôlée par l-interaction des sédiments composant le lit avec l-écoulement : l-écoulement, déterminé par la forme du lit, entraîne les sédiments et modifie la forme du lit. Les sédiments sont transportés lorsqu-ils sont soumis à une contrainte supérieure au seuil de mise en mouvement. Dans la première partie de ce manuscrit, nous discutons le cas des rivières qui ne transportent pas de sédiments. Pour ces rivières, la contrainte sur les berges est égale au seuil de mise en mouvement. Cette condition détermine entièrement la géométrie de la rivière, c-est-à-dire la forme de sa section mais aussi sa pente. L-intégration de l-écoulement sur ce profil permet d-obtenir des équations de régime déterminant la variation de la largeur et de la pente avec le débit d-eau. Ces équations de régime en régime laminaire prédisent correctement la forme de micro-rivières de laboratoires. L-application aux données de terrain est moins satisfaisante : l-exposant des lois d-échelle est bien prédit mais le rapport d-aspect des rivières naturelles est souvent supérieur à sa valeur théorique. Dans la seconde partie du manuscrit, nous montrons que cet effet s-explique par le fait que la forme des rivières dépend également de la quantité de sédiments charriés. Au cours de son transport par l-écoulement, chaque grain voit sa trajectoire subir de petites déviations dans le sens transverse à l-écoulement, ce qui crée une dispersion transverse équivalente à un phénomène de diffusion. Cette diffusion des grains permet d-expliquer la stabilité d-une rivière pour laquelle la contrainte sur les berges est supérieure au seuil de mise en mouvement. Nous déterminons ainsi de nouvelles équations de régime valables pour le cas des rivières avec transport de sédiments. Nous montrons en particulier qu-augmenter le transport de sédiments augmente le rapport d-aspect et la pente de la rivière. Ce comportement est vérifié qualitativement à la fois expérimentalement et dans la nature. Au-delà d-un rapport d-aspect critique, on observe expérimentalement que le chenal se déstabilise en plusieurs chenaux, conduisant à la formation d-une rivière en tresse.

Mots-clés : géomorphologie rivières alluviale transport de sédiments diffusion





Autor: Grégoire Seizilles -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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