Academic literature on the topic 'Sédiment (Géologie)'

Cet article vise à démontrer l’intérêt scientifique et opérationnel de coupler de façon systématique carottages et méthodes géophysiques pour l’étude et la gestion de sédiments fluviaux. Deux techniques géophysiques sont présentées, car particulièrement adaptées au contexte fluvial : le radar géologique ou GPR (ground penetrating radar) est fondé sur l’émission d’ondes électromagnétiques et permet d’obtenir une image des structures sédimentaires superficielles à terre ou en eau peu profonde, tandis que le sondeur de sédiment (ou sub bottom profiler) est une méthode acoustique qui s’utilise en contexte aquatique uniquement, généralement dans des profondeurs d’eau plus importantes que le GPR. La mise en œuvre des méthodes géophysiques demande peu d’efforts logistiques et donne des informations sur la géométrie du sous-sol avec une très bonne résolution, mais ne permet pas une caractérisation des sédiments. Les carottes sédimentaires – prélevées à terre ou en eau – peuvent être échantillonnées et analysées, ce qui permet une caractérisation des sédiments (granulométrie, chimie, teneur en matière organique, datation, etc.) ponctuelle dans l’espace. Les deux approches sont donc complémentaires et leur couplage permet d’étendre la caractérisation des carottes à l’ensemble des structures identifiées par les sondages géophysiques. Pour illustrer ce propos, la démarche est appliquée à un ouvrage hydraulique, où une combinaison de cinq profils GPR et trois carottes sédimentaires suffit pour identifier et représenter en trois dimensions l’ensemble des structures sédimentaires, déterminer la chronologie de remplissage de l’aménagement et calculer et localiser les volumes de sédiments plus ou moins pollués en polychlorobiphényles indicateurs (PCBi).

La Côte Nord du Saint-Laurent, dans la région de Blanc-Sablon, se présente comme un plateau peu élevé de formations sédimentaires sub-horizon-tales cambriennes, reposant en discordance sur le bouclier précambrien métamorphique. Le socle précambrien affleure sur la côte selon des alignements NNO-SSE et, au N en collines arrondies culminant vers 350 m. Le Cambrien apparaît au S de la faille de Brador orientée SO-NE, sous forme de plateaux et de buttes témoins étages. Il constitue les séries du Labrador. Les tills et les dépôts fluvio-glaciaires sont plus abondants sur les hauteurs précambriennes du NO, moins touchées par la transgression marine post-glaciaire, et plus rares sur le Cambrien, au SE de la faille de Brador. L’altitude marine maximale atteint 150 m, mais les constructions marines vraiment notables n’apparaissent qu’en deçà de 80 m. Les lignes de rivage successives se marquent alors par des cordons de blocs décimétriques à hémi-métriques arrondis. Les blocs sont surtout gneissiques dans l’arrière-pays précambrien et en majorité gréseux dans l’avancée cambrienne. A partir de 30 m d’altitude, jusqu’au niveau actuel de la mer, les sédiments sont plus fins et forment souvent une terrasse en pente douce vers la côte. Le rebord inférieur de cette terrasse se situe vers 15 m d’altitude. Une datation au 14C de coquilles marines, prélevées dans des sédiments immédiatement transgressifs sur un diamicton, a livré un âge de 7200 ± 125 ans AA. Il est néanmoins probable que la déglaciation a eu lieu avant 10 000 ans AA, comme paraissent l’attester des altitudes marines maximales comparables entre Blanc-Sablon et Terre-Neuve.

Les échanges de phosphore à l'interface eau-sédiment ont été étudiés dans la retenue Al Massira. La campagne de prélèvements a été menée pendant la faible oxygénation des eaux profondes au mois d'octobre 1991. Les mesures des échanges de phosphore ont été réalisées in situ en chambre benthique. Les valeurs de pH sont élevées et reflètent clairement l'influence de la nature géologique du bassin versant sur la composition chimique des eaux. Ce bassin versant, formé essentiellement de roches sédimentaires calcaires, est vraisemblablement à l'origine des concentrations élevées en calcium mesurées dans les chambres benthiques. En période de faible oxygénation, on note une augmentation des teneurs en phosphore particulaire dans les eaux surnageantes en raison de la présence de complexes calcium-phosphore, fer-phosphore et manganèse-phosphore. En période d'anoxie, la réduction de ces complexes est accompagnée d'une aug- mentation des teneurs en phosphore. La densité bactérienne et la concentration en phosphore total et notamment en orthophosphates suivent une évolution temporelle comparable. Une fraction non négligeable du phosphore particulaire serait liée aux bactéries. Des mesures drastiques de déphosphatation du tributaire Oum Errbia doivent être prises pour éviter la dissociation des complexes Ca, Fe, Mn-Phosphore et le relargage de phosphore biodisponible.

Les modalités de la morphogenèse liée au soulèvement du Bourrelet Scandinave sont étudiées, tout d’abord grâce à une analyse de la disposition d’ensemble des types de reliefs (plateaux, générations de vallées) : ceci amène à réexaminer la notion de « surface paléïque »; appuyée sur une définition plus précise des reliefs structuraux et d’érosion différentielle, cette démarche permet de mieux envisager la part des formes préglaciaires dans le relief. Après cet essai d’identification des générations de formes, les marques des grands systèmes morphogénétiques sont analysées, l’accent étant mis sur l'influence des glaciations et sur les modelés d’altération, dont certains sont antérieurs à la dernière glaciation. C'est grâce à ces héritages, aux enseignements apportés par les travaux récents des géologues sur les sédiments tertiaires de la marge continentale, et à l’analyse des échelles de résistance des roches, qu’une interprétation des générations de formes peut être tentée à la fin de l’article. Elle confirme le caractère récent (Néogène) de l’essentiel du soulèvement de la Norvège et précise certaines étapes de la morphogenèse préglaciaire.

En établissant les normes de qualité environnementale (NQE) pour évaluer la qualité des eaux de surface, la Commission européenne a permis aux États membres de soustraire, à la concentration mesurée, le fond géochimique pour les métaux dissous. La notion de fond géochimique est ainsi introduite afin de distinguer la part d’origine naturelle de la part de l’activité humaine pour l’évaluation de l’état des eaux. La nature géologique et les processus d’altération sont les principaux moteurs de la variabilité spatiale naturelle. L’objectif de l’étude est de déterminer les valeurs de fond géochimique pour les quatre métaux considérés comme polluants spécifiques de l’état écologique (As, Cr, Cu, Zn) et les quatre métaux inclus dans l’état chimique (Cd, Hg, Ni, Pb) sur le bassin Seine-Normandie. Un fond géochimique a été calculé à la masse d’eau par l’interpolation des mesures de stations peu ou pas touchées par les activités humaines. Parmi les huit métaux, l’arsenic (As) présente les meilleurs résultats d’interpolation grâce à la haute densité et à la répartition homogène des stations de mesure sur le bassin. Cette densité et cette distribution sont possibles par une identification plus précise des sources de pollution, plus difficile chez les autres métaux. La carte de l’arsenic est proche des résultats de fond géochimique sur sédiments. Pour les autres métaux, le chrome (Cr), le cuivre (Cu) et le nickel (Ni) donnent des résultats satisfaisants grâce à des modèles de variogrammes bien corrélés avec les données observées. Cela n’est pas le cas pour le cadmium (Cd), le mercure (Hg), le plomb (Pb) et le zinc (Zn) pour lesquels plusieurs facteurs peuvent expliquer des modèles de variogrammes peu fiables comme des pollutions diffuses, des concentrations très faibles donc difficilement mesurables et la faible disponibilité de données.

The two priorities for government marine geoscience over the next decades are: (1) seabed mapping for ocean management, including safe and sustainable use of natural resources; and (2) societal responses in the coastal zone to natural hazards, global climate change and anthropogenic pressures including environmental degradation. Meeting these priorities will require scientific study of the history of past glaciations; erosion, transport and flocculation processes of sea-floor sediments, particularly of muds; and sediment transport and deposition and their interaction with environmental quality in estuarine systems, including the role of ice and storms. Numerical models are required to predict the consequences of natural rise in sea level and human interference in coastal systems and for predictive decision making in ocean management. Threerecent revolutionary developments in technology will influence how science is done: these are the development of Global Positioning Systems (GPS), of multibeam sonar, and of digital data collection, storage and dissemination. However, other capital acquisitions and technological developments are necessary. These include new ships, expanded multibeam capability, and underwater autonomous vehicles. New photographic/video systems will provide resolution higher than that of multibeam bathymetry. In the coastal zone, remote sensing tools such as Light Detection And Ranging (Lidar) and kinematicGPS will accelerate monitoring of coastal change. Cabled seabed observatories will provide time series and real-time information on extreme events. Research boreholes are essential to understand geological framework.Les deux priorités du programme gouvernemental de géologie marine au cours des 20 prochaines années sont les suivantes : (1) cartographie des fonds marins pour la gestion des océans, et notamment l’utilisation sécuritaire et durable des ressources naturelles; et (2) les réponses sociétales, dans la zone côtière, aux risques naturels, aux changements climatiques planétaires et aux pressions anthropogéniques, notamment la dégradation de l’environnement. Pour réaliser ces priorités, il faudra procéder à des études scientifiques sur l’histoire des glaciations passées; l’érosion, le transport et la floculation des sédiments des fonds marins, en particulier des boues; le transport et le dépôt des sédiments ainsi que leurs relations avec la qualité environnementale dans les systèmes estuariens, notamment le rôle de la glace et des tempêtes. Des modèlesnumériques sont nécessaires pour prévoir les conséquences de l’élévation naturelle des niveaux marins et des interférences humaines dans les systèmes côtiers, de même que pour prendre des décisions prévisionnelles en gestion marine. Trois progrès révolutionnaires récents de la technologie vont avoir une influence sur les modes d’exécution des activités scientifiques : le développement du GPS, le développement du sonar multifaisceau ainsi que la collecte, le stockage et la diffusion des données numériques. Cependant, il faudra d’autres équipements et innovations technologiques, comme de nouveaux navires, d’autres dispositifs de sondage multifaisceau ainsi que des véhicules sous-marins autonomes. De nouveaux systèmes photographiques et vidéo offriront une résolution supérieure à celle de la bathymétrie multifaisceau. Dansla zone côtière, certains outils de télédétection (comme le Lidar) et le GPS en mode cinématique vont accélérer l’observation des variations côtières. Des observatoires de fonds marins câblés fourniront des séries chronologiques et des données en temps réel sur les événements extrêmes. Des sondages de prospection seront essentiels à la compréhension du cadre géologique.

Résumé Des levés régionaux de géologie marine effectués sur trois ans dans l’estuaire du Saint-Laurent permettent pour la première fois de caractériser en détail le relief sous-marin entre l’Ile aux Coudres et Pointe-des-Monts, Québec Canada. Les levés de bathymétrie multifaisceaux, couplés à des levés géophysiques à haute résolution (sismique et sonar à balayage latéral) et à l’échantillonnage du fond marin, ont permis d’imager et de documenter des champs de dunes décamétriques pouvant atteindre une dizaine de kilomètres de longueur et quelques kilomètres de largeur. La présence de ces mégadunes suggère un environnement très dynamique ainsi qu’une grande mobilité des sédiments. Deux de ces champs, localisés à l’intérieur des limites du Parc marin Saguenay‑Saint‑Laurent, font l’objet d’une description plus détaillée afin de comprendre l’environnement physique dans lequel ils ont été mis en place. Des ondes internes modernes dans l’estuaire moyen du Saint‑Laurent, phénomènes connus et documentés, sont peut-être un mécanisme important de la mise en place et de la mobilité des mégadunes. Toutefois, les profils sismiques dans ces champs de mégadunes montrent que certaines pourraient être un vestige d’une période où le régime hydraulique de l’estuaire était différent, avec un débit beaucoup plus fort vers l’aval et des courants de marée plus importants. Des mégadunes imagées sur le fond marin, d’une amplitude de 10 m et d’une longueur d’onde moyenne de 200 m, sont en effet observées sur un des profils sismiques en‑dessous de boues modernes. Les ondulations du fond marin sont identifiables à plusieurs échelles, les plus grosses étant surmontées de plus petites, qui elles pourraient représenter le régime hydrodynamique actuel. Il reste à évaluer l’activité moderne des mégadunes par le biais de levés multi‑annuels afin de quantifier le taux de déplacement, les changements morphologiques et d’établir une relation directe avec les conditions hydrodynamiques modernes.

Six unites sismiques majeures (a-f) ont ete identifiees sur la plate-forme et la pente continentale au large du rhone. La serie sedimentaire (b-f), d'age quaternaire superieur, decrit des cycles sedimentaires sur la pente associes aux cycles de changement du niveau marin. Un cycle sedimentaire elementaire complet est constitue (1) d'une sub-unite inferieure transparente qui se correle sur la plate-forme avec un prisme de bas niveau perche et (2) d'une sub-unite superieure litee qui se correle sur la plate-forme avec une surface d'erosion. La serie b-f correspond au complexe superieur de l'eventail du rhone. Le remplissage sedimentaire de la vallee sous-marine de ce complexe est divise en trois sub-unites (1) une sub-unite inferieure chaotique, une sub-unite intermediaire transparente et (3) une sub-unite superieure lenticulaire a facies lite correle vers l'aval avec le neofan, un lobe sableux discordant sur la levee ouest de l'eventail du rhone. Le neofan et la sub-unite superieure forment un systeme turbiditique confine. Les datations disponibles ont ete projetees sur une courbe eustatique haute resolution. L'unite a a ete deposee durant la derniere transgression et le haut niveau actuel. La sub-unite litee de b, dont l'epaisseur atteint 110 m, a ete deposee entre 6 ka a 9 ka durant la chute du niveau marin de grande ampleur (-80 a -125 m) du stade isotopique 2. Le remplissage de la vallee sous-marine s'est effectue entre 21 ka bp et 11 ka bp. Les deux systemes etudies (plate-forme-pente et eventail sous-marin) ont fonctionne en phase pendant la majeure partie des periodes de chute. La divergence entre les deux systemes a commence avant la fin de la periode de chute, a proximite du minimum eustatique. Sur l'eventail du rhone, les datations sur les levees indiquent que le systeme chenalise a modifie son fonctionnement vers -21 ka bp, tandis que la sedimentation active sur la pente s'est poursuivie jusqu'a 16-18 ka bp. La date de 21 ka bp correspondrait a la date de connexion effective de la vallee incisee avec le canyon du petit-rhone, a l'origine d'un changement de la dynamique des courants de turbidite transitant dans le canyon et la vallee sous-marine. La divergence entre les deux systemes a continue pendant la periode de transgression et peut etre de haut niveau. Entre 11-16 ka bp, 2 m de sediments au maximum ont ete deposes sur la pente contre 75 m dans le systeme chenalise. Depuis 11 ka bp, seuls 20-30 cm de sediments se sont deposes sur la pente et dans la vallee. La mise en place des principaux depots gravitaires est synchrone de la derniere phase de depot de la sub-unite litee de l'unite b sur la pente. Les variations brutales du taux de sedimentation sur le rebord de la plate-forme et la pente sont considerees comme le principal facteur de declenchement des instabilites gravitaires

Ce travail est consacré à l'étude de l'interaction fluide-particule à l'interface eau-sédiment par une approche de modélisation diphasique. La Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD) est utilisée pour l'analyse des résultats numériques. L'approche diphasique diffère de l'approche dite classique en résolvant les équations de conservation de la masse, de quantité de mouvement et de transport pour l'énergie cinétique turbulente séparément pour chaque phase. Les interactions entre le fluide et les particules sont alors représentées par des termes de transfert entre les deux phases. Deux cas avec développement d’une interface entre l’eau claire et une suspension très dense de sédiments sont étudiés : le problème des rejets des produits de dragage en mer (clapage) et le problème de l’instabilité à l'interface eau claire - crème vase sous écoulement (instabilité de Kelvin-Helmholtz). Le modèle diphasique reproduit quantitativement les principaux processus mis en jeu dans le transport sédimentaire de particules non cohésives pour des suspensions denses. Les simulations numériques confirment l'existence d'une différence de vitesse horizontale entre les particules et l'eau. Certains modes POD peu significatifs du point de vue énergétique ou de l'information statistique peuvent s'avérer essentiels du point de vue de l'évolution de l'écoulement
This work is devoted to the study of fluid-particle interactions at the sediment-water interface by a two-phase flow modelling approach. The proper orthogonal decomposition (POD) is used to analyze numerical data. The developed approach differs from the classical one by resolving the mass and momentum equations and the transport equation for turbulent kinetic energy, separately for each phase. Transfer terms of momentum and turbulent kinetic energy between phases take into account fluid-particle interactions. Two problems in which an interface between the clear water and the very dense mixture (water and sediment) are considered: the dredged-sediment releases in the seawater and the instability at the interface between the clear water and the heavy suspension (mixture of water and sediment like mud) (Kelvin-Helmholtz instability). The two-phase flow modelling reproduces quantitatively the main processes involved in sediment transport of non-cohesive particles in very dense suspensions. Especially, the numerical results confirm the existence of a horizontal velocity lag between the fluid and particles. The flow within this structure is successfully captured by a few POD eigenfunctions

Un systeme d'epuration des eaux residuaires par lagunage naturel a microphytes separant les compartiments a algues et a sediments a ete reproduit en laboratoire. Le controle de la temperature et des flux entre compartiments a permis de preciser: les conditions de developpement d'ecosystemes typiques des conditions reelles, l'influence des divers parametres sur les rendements. Sur la base de ces observations et resultats, un exemple de modele incorporant le role des sediments est propose

L'importance du role de la matiere organique d'un sediment varie en fonction de son abondance, de sa nature ainsi que de sa dynamique d'evolution. L'anthropisation croissante des ecosystemes joue un role non negligeable sur les modifications de ces parametres. Le travail presente se veut etre une contribution a la caracterisation du compartiment organique de sediments soumis a des rejets urbains. Il repose sur la comparaison de profils sedimentaires de deux hydrosystemes appartenant au meme bassin versant mais evoluant dans des conditions environnementales differentes. Le premier profil, pris comme reference, se situe dans le canal de la deule. Le second appartient a un bras mort de ce meme canal, soumis a de forts rejets urbains polluants. Deux approches complementaires ont guide cette etude : _ une approche environnementale, visant a comparer et a mettre en evidence les differences physico-chimiques eventuelles des deux systemes etudies. Les caracteristiques physico-chimiques ont confirme la forte pression anthropique regnant dans le bras mort de la deule et la nette distinction de cet hydrosysteme pour tous les criteres qualitatifs etudies : hydrodynamique, capacite autoepuratrice, charges minerale et organique. Nos resultats ont mis en evidence une relation entre les facteurs environnementaux et la nature des apports mineraux et organiques d'une part et l'etat structural et fonctionnel des molecules organiques des sediments d'autre part. L'etat physico-chimique du bras mort fait de ce milieu un receptacle propice a l'accumulation de la matiere organique. Cette derniere bien que quantitativement importante, represente une phase adsorbante restreinte, compte tenu de sa reactivite relativement faible. Dans la deule, l'etude a montre le caractere plus reactif de la matiere organique en liaison avec des conditions physico-chimiques favorables. _ une approche analytique, visant a evaluer la validite des methodes de caracterisation physique et chimique utilisees dans l'etude du compartiment organique. Les differentes methodologies de caracterisation fonctionnelle et structurale du compartiment organique utilisees dans cette etude ont mis en evidence leur complementarite, la limite de l'utilisation des rapports af/ah ainsi que l'utilite de la mise au point de techniques d'extractions sequentielles avant toute tentative de caracterisation de substances humiques des sediments pollues. Bien que l'extrapolation vers d'autres types de sediments urbains soit a considerer avec prudence, les differents resultats obtenus sur le bras mort montrent que ces rejets jouent un role perturbateur significatif au niveau des cycles biogeochimiques des constituants sedimentaires et tout particulierement sur les processus de l'evolution physico-chimiques de la matiere organique.

Cette étude tente de modéliser les taux de transport de sédiments et l'évolution du lit dans un milieu estuarien complexe : l'estuaire de la Gironde, caractérisé par une grande hétérogénéité dans la composition des sédiments de lit, avec la présence de sédiments cohésifs et non-cohésifs ainsi que des mélanges sablo-vaseux. Notre objectif principal est d'étendre un modèle morphodynamique 2D développé par Huybrechts et al. (2012b) pour les sédiments non-cohésifs, afin de tenir compte de la présence de la vase et d'établir une étape préliminaire pour un modèle morphodynamique de sédiment mixte. Notre cadre est le système Telemac (version 6.1) où l'approche bi-dimensionnelle a été sélectionnée pour des simulations à grandes échelles spatiales (150 km) et moyen terme (5 ans).La première partie de ce travail est consacrée à la compréhension des processus de sédimentation-consolidation de la vase pure, en combinant expériences et modèles 1D verticaux. Les processus du sédiment cohésif sont ensuite intégrés dans le modèle morphodynamique de l'estuaire de la Gironde. Des expériences d'érosion et de dépôt ont été réalisées au laboratoire RWTH (Université d'Aachen, Allemagne) pour calibrer les paramètres des lois d'érosion et de dépôt. En outre, l'effet de la consolidation est pris en compte à travers la mise en œuvre d'un modèle 1DV de sédimentation et consolidation basé sur la théorie de Gibson (Thiébot et al., 2011) en utilisant des équations de fermeture analytique pour la perméabilité et la contrainte effective. Une attention particulière est accordée à l'initialisation de la structure verticale du lit sédimentaire. Les mesures et les résultats du modèle sont comparés pour les concentrations des sédiments en suspension et pour l'évolution de fond en moyen terme (5 ans).Dans la deuxième partie, un nouveau modèle 1DV pour la sédimentation entravée des mélanges sablo-vaseux a été développé sur la base des modèles de bi-disperse non-cohésifs. La solution numérique a été réalisée en prenant en considération un schéma de haute précision dans l'espace par la technique de reconstruction WENO et en temps par un Discontinue de Galerkin local (DG). Le modèle est ensuite validé par rapport à une large gamme de données expérimentales (mono-disperse sable, vase, non-cohésif bi-disperse et le mélange non-cohésif/cohesif)
This study attempts to model sediment transport rates and the resulting bed evolution in a complex estuarine environment: the Gironde estuary, characterized by a high hetereogeneity in the sediment bed composition, with the presence of both cohesive and non-cohesive sediments and sand/mud mixtures. Our main objective is to extend an existing 2D morphodynamic model developped by Huybrechts et al (2012b) for non-cohesive sediments, to account for the presence of mud and to draw some preliminary step for a fully mixte sediment morphodynamic model. Our framework is the finite element Telemac system (release 6.1), where the two-dimensional (depth averaged) approach has been selected for large scale and medium term simulations.The first part of this work is devoted to the understanding of sedimentation-consolidation processes for pure mud, combining laboratory experiments and 1D vertical models. Cohesive processes are then integrated in the 2D (depth-averaged) large scale morphodynamic model of the Gironde estuary developed by Huybrechts et al. (2012b). Erosion/deposition experiments were performed at the RWTH laboratory (University of Aachen, Germany) to calibrate the erosion and deposition law parameters. Moreover, the effect of consolidation is taken into account through the implementation of a 1DV Gibson-based sedimentation-consolidation model (Thiebot et al., 2011) using analytical closure equations for permeability and effective stress. Special attention is paid to the initialisation of the bed structure. Comparisons between measurements and model results are achieved on both suspended sediment concentration records and on medium term (5-year) bed evolutions.In the second part, a new 1DV model for the hindered settling of sand-mud mixtures has been developed based on the background of non-cohesive bi-disperse models. The numerical solution has been constructed by considering a high-order of accuracy in space via a Weighted Essentially Non Oscillatory (WENO) reconstruction technique and in time via a local space-time Discontinuous Galerkin (DG).The model is then validated against a large range of experimental data (mono-disperse sand, mud, non-cohesive bi-disperse and non-cohesive/cohesive mixture)

Malgré les nombreux travaux menés sur le transport par charriage depuis le siècle dernier, comprendre l'effet de l'interaction des différentes tailles de grains composant le lit des rivières reste une gageure. Au cours de ces travaux nous étudions par l'approche expérimentale l'influence de la distribution des tailles de grains sur le transport par charriage dans la configuration simple d'une lit de sédiment composé de deux tailles de grains uniquement. Ces grains sont en quartz et respectivement de tailles Di = 0. 7 ± 0. 1mm and D2 = 2. 2 ± 0. 4mm. Les expériences ont été réalisées dans un canal inclinable, dans lequel un lit de sédiment est soumis à la force de cisaillement d'un écoulement turbulent, stationnaire et uniforme. Au cours de chacune des expériences on a réalisé un film de la surface du lit à l'aide d'une caméra rapide. Le traitement de ces images nous a permis de mesurer les deux grandeurs qui composent le transport : la vitesse moyenne des particules et le nombre de particules en mouvement par unité de surface. Ces deux quantités ont été estimées séparément pour chacune des deux populations de grains et pour différentes valeurs de contrainte cisaillante et de fraction de la surface du lit occupée par des petits grains. Les résultats de cette étude montrent que dans le cas bimodal la vitesse moyenne des grains et le nombre de grains en mouvement par unité de surface, une fois correctement adimensionnés, obéissent aux mêmes lois que celles observées dans le cas d'un lit de composition homogène (d'une seule taille de grains). Cela suggère que le modèle d'érosion-déposition proposé par [Charru, 2006] et établi expérimentalement dans le cas homogène [Lajeunesse et al. , 2010], peut être généralisé au cas bimodal. La seule différence observée dans nos expériences de transport bimodal concerne les valeurs des contraintes seuils de mise en mouvement des grains. Celles-ci changent avec la composition du lit, et semblent présenter une décroissance linaire avec la fraction surfacique de petits grains. Ces résultats nous permettent de proposer un modèle simple de transport de plusieurs tailles de grains
Despite several decades of investigations, accounting for the effect of the wide range of grain sizes composing the bed of rivers on bedload transport remains a challenging problem. We investigate this problem by studying experimentally the influence of grain size distribution on bedload transport in the simple configuration of a bimodal sediment bed composed of a mixture of 2 populations of quartz grains of sizes Di = 0. 7 ± 0. 1 mm and D2 = 2. 2 ± 0. 4mm, respectively. The experiments are carried out in a tilted rectangular flume inside which the sediment bed is sheared by a steady and spatially uniform turbulent flow. Using a high-speed video imaging System, we focus on the measurement of the two bedload flux components : the average particle velocity and the number of moving particles per unit surface of the bed. These two quantifies are measured separately for each population of grains as a function of the dimensionless shear stress (or Shields number) and the fraction of the bed surface covered with small grains. We show that the average velocity and the surface density of moving particles obey the same equations as those reported by Charru [2006] for a bed of homogeneous grain size. Once in motion, the grains follow therefore similar laws whether the bed is made of uniform sediment or of a bimodal mixture. This suggests that the erosion deposition model established by Lajeunesse et al. [2010] for a bed of uniform sediment can be generalized to the case of a bimodal one. The only difference evidenced by our experiments concerns the critical Shields number for incipient sediment motion. Above a uniform sediment bed, the latter depends on the particle Reynolds number through the Shields curve [Shields, 1936]. In the case of a bimodal bed, our experiments show that the critical Shields numbers of both populations of grains decrease linearly with the fraction of the bed surface covered with small grains. We propose a simple model to account for this observation

Les mangroves sont de hauts lieux de productivité primaire qui jouent un rôle de tampon entre les milieux marin et terrestre. Elles abrite un écosystème unique caractérisé par une exceptionnelle biodiversité. Actuellement, les mangroves de Guadeloupe sont menacées en raison des nombreuses activités anthropiques qui se concentrent au niveau du littoral, contribuant ainsi à la pollution de l'ensemble des écosystèmes côtiers. Ce travail de recherche a permis de dresser un bilan des contaminations organiques et inorganiques du Grand Cul de-Sac Marin, de la Rivière Salée et du Petit Cul-de-Sac Marin, trois sites dont le littoral bordé de mangrove subit de fortes pressions anthropiques. Dans le but d'évaluer l'accumulation à long terme des contaminants d'une part, et leur biodisponibilité, d'autre part, les dosages des différents métaux lourds (cadmium, cuivre, mercure, plomb et zinc) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques ont respectivement été réalisés dans le sédiment de surface et dans les tissus d'une espèce sentinelle: l'huître de palétuvier (Crassostrea rhizophorae). Les effets induits par la bioaccumulation de ces contaminants ont été évalués sur les populations naturelles d'huîtres à l'aide de biomarqueurs de stress oxydatif (catalase et TBARS) et de génotoxicité (test Cornet), dont les dosages ont été réalisés dans le branchies et les glandes digestives de ces organismes. Une étude de biosurveillance utilisant la transplantation d'huîtres en cages a également été réalisée dans une même démarche
Mangroves are hotspots of primary production which act as buffers between terrestrial and marine ecosystems. They shelter a unique ecosystem, characterised by high biodiversity Ievets. In Guadeloupe island (Lesser Antilles), human activities are concentrated in coastal areas and impact all near shore ecosystems, including mangroves. The thesis seeks to assess the level of organic and inorganic contaminations in three coastal mangroves (Grand Cul-de-Sac Marin, Rivière Salée and Petit Cul-de-Sac Marin) strongly influenced by human activities. To assess metallic long-terrn accumulation and hydrocarbon bioavailability in the mangroves, concentrations of several heavy metals (Cd, Cu, Hg, Pb and Zn) and of polycyclic aromatic hydrocarbons were measured in mangove oysters (Crassostrea rhizophorae, Guilding 1828) soft tissues and in the fine surface sediment fraction «63um). Effects of hydrocarbon bioaccumulation in oysters gills and digestive glands were assessed using: i) biomarkers of oxidative stress (catalase assay and TBARS deterrnination), and ii) biomarkers of genotoxicity in a cornet assay. The results validate the use of these biornarkers to monitor genotoxic environmental exposures and investigate pollution-mediated health effects in C. Rhizophorae. A biomonitoring study based on the transplantation of caged oysters was also realised

Cette thèse s'intéresse au rôle de la bioturbation dans la diagenèse précoce des sédiments d'eau douce, et en particulier à l'influence de la diversité des transports biologiques particulaires et dissous. Pour élucider les interactions complexes entre les transports biologiques et la transformation de la matière, des modèles de transport-réactions ont été développés, tenant compte de la diversité des bio-transports. Un premier travail sur un sédiment expérimental a été réalisé pour comprendre l'influence du transport par les oligochètes tubificidés sur le devenir du cadmium. Ensuite, le cas plus complexe de la minéralisation de la matière organique dans la retenue de Malause (confluence du Tarn et de la Garonne, Sud Ouest, France) a été traité. Les mesures de bioturbation par la communauté benthique montrent une diversité de bio-transports peu souvent prise en compte. Issu de ces résultats, un modèle de diagenèse précoce de la matière organique a été développé, incluant pour la première fois des bio-transports particulaires nonlocaux. Enfin, dans une dernière partie, une extension des modèles de bioturbation est présentée afin de représenter l'effet d'une distribution en patch des organismes
This study deals with the role of bioturbation in the early diagenesis of freshwater sediments, particularly the effects of the diversity of the biological transports. To understand the complex interactions between the bio-transports and the reactions of matter transformation, some models of reactive transport were developed including the bio-transport diversity. In a first chapter, cadmium transport by oligochætes tubificids was modelled using an existing dataset. Then, the more complex case of the organic matter mineralization in the Malause reservoir (West South of France) has been addressed. Bioturbation by the natural benthic community was measured. A model of early diagenesis of organic matter was developed including this bioturbation, and particularly the non-local transports. Finally, an extension of bioturbation models is proposed in the last chapter, to account for the effects of the patchiness in the distribution of bioturbators

Le travail réalisé dans cette thèse a consisté en le développement et l'utilisation des modèles numériques pour étudier les interactions multi-échelles entre une éolienne offshore et la dynamique locale océanique et sédimentaire. Dans une première partie, les interactions entre le système couplé océan-sédiment et le sillage atmosphérique généré par une turbine éolienne offshore sont étudiées à l'aide d'un modèle numérique 2D développé au cours de la thèse et écrit en fortran. Ce modèle résout les équations de Barré-De-Saint-Venant pour l'océan et l'équation d'Exner pour le sédiment. Dans un seconde partie, le phénomène d'affouillement 3D autour d'un cylindre vertical est étudié à l'aide d'un modèle diphasique eulérien-eulérien, sedFoam, implémenté dans la boîte à outils numériques OpenFOAM. L'approche diphasique permet de tenir compte des processus de petite échelle en s'affranchissant des hypothèses classiquement faites pour la modélisation du transport sédimentaire, notamment la corrélation locale entre le flux de sédiments et la contrainte de cisaillement fluide sur le fond.Concernant l'impact du sillage atmosphérique généré par une turbine, nous avons montré que celui-ci peut générer des allées tourbillonnaires dans l'océan. La dynamique turbulente océanique est alors contrôlée par le paramètre de sillage S=Cd D/H, où D est le diamètre du sillage au point d'impact sur la surface de l'océan, Cd est le coefficient de la loi de friction quadratique entre l'océan et le fond et H la profondeur de l'océan. Une paramétrisation des flux turbulents basée sur S est proposée pour modéliser la dynamique océanique dans des modèles à plus grande échelle de type RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes). Les résultats montrent que la dynamique océanique a une rétro-action sur la puissance du vent disponible. Les résultats montrent également que la dynamique sédimentaire instantanée est couplée à la dynamique océanique. Cependant, les variations de l'élévation du fond marin sont faibles (mm/mois) et l'impact morphodynamique du sillage est négligeable.Concernant la simulation diphasique de l'affouillement, après une validation du modèle sur des configurations 1D et 2D, des simulations tridimensionnelles autour d'une pile cylindrique sont présentées. Dans un premier temps, une configuration sans sédiments est réalisée afin de valider la capacité du modèle de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) développé dans ce travail de thèse à reproduire les structures tourbillonnaires responsables de l'affouillement comme le tourbillon en fer à cheval et le lâché tourbillonnaire à l'aval du cylindre. Ensuite, les premières simulations diphasiques 3D de l'affouillement autour du cylindre ont été réalisées en régime de transport de type lit-mobile. Ces simulations constitue un véritable challenge en terme calcul numérique à haute performance. La comparaison favorable des résultats de simulations avec les résultats expérimentaux de la littérature apporte la preuve de concept que l'approche diphasique est pertinente pour étudier des configurations d'écoulements complexes instationnaire et tridimensionnelle. Les résultats de simulation sont ensuite analysés pour étudier la relation entre le flux local de transport de sédiments, la valeur de la contrainte fluide sur le fond et la pente locale du lit sédimentaire. La déviation par rapport aux résultats obtenus en écoulement uniforme permet d'identifier les mécanismes prépondérant de transport associées au tourbillon en fer à cheval, à la pente de fond et aux tourbillons lâchés dans le sillage du cylindre. Les résultats obtenus montrent une sensibilité à la résolution numérique en particulier à l'aval du cylindre illustrant le besoin de réaliser des simulations des grandes échelles turbulentes diphasiques
The work undertaken in this PhD thesis was to develop and use numerical models to investigate the multi-scale interactions between an offshore wind turbine and the local ocean and sediment dynamics. First, the interactions between the coupled ocean-sediment system and the atmospheric wake generated by an offshore wind turbine are investigated using an idealized two-dimensional model developed during this Phd thesis and written in fortran. The model integrates the shallow water equations for the ocean together with the Exner equation for the sediment bed. In a second part, the 3D scour phenomenon around a vertical cylinder in a steady current is studied using a two-phase flow eulerian-eulerian solver, sedFoam, written within the framework of the numerical toolbox OpenFOAM. The two-phase flow approach accounts for small-scale processes by avoiding the traditional assumptions made for sediment transport modeling, such as a local corre- lation between the sediment flux and the fluid bed shear stress.Regarding the atmospheric wake generated by a turbine, the results shows that its impact on the ocean’s surface can generate vortices. The resulting turbulent ocean dynamics is controlled by the wake parameter S = CdD/H, where D is the wake diameter at the impact location on the ocean surface, Cd is the quadratic friction coefficient between the ocean and the sediment and H is the oceanic layer depth. A turbulence parameterization based on S is proposed, allowing for upscaling simulations in larger scales Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) models. It is shown that the ocean dynamics has an effect on the available wind power. The results also show that the instantaneous sediment dynamics is strongly coupled with the ocean one but that the overall seabed elevation variations remain small (a few millimeters/month). The morphodynamic impact of the wake is thus negligible.Concerning the two-phase flow simulation of scour, sedFoam is first validated on 1D and 2D configurations. Then, 3D simulations around a vertical cylindrical pile are presented. At first, a validation of the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) turbulence model developed in this work is performed on a configuration without sediment. The results show that the vortices structures responsible for scouring, the Horse Shoe Vortex (HSV) and the vortex-shedding in the lee of the cylinder are correctly reproduced. Then, 3D two-phase flow simulations of the scour around a cylindrical pile have been carried out in a live-bed configuration. This work is the first attempt to model 3D scour phenomenon using the two-phase flow approach. Such simulations represent a real challenge in terms of high performance computing. The good agreement between the numerical predictions and the literature experimental results provide the proof of concept that the two-phase flow approach can be used to study complex 3D and unsteady flow configurations. The relationship between the local bed shear stress, the sediment flux and the local sediment bed slope is further investigated. The deviation of the results from a uniform flow configuration is further analyzed to identify the relevant sediment transport mechanisms associated with the HSV, the slope in the scour mark and the vortex-shedding downstream of the cylinder. Finally, the numerical results show a grid sensitivity of the morphological predictions in the lee of the cylinder that are most probably related to small-scale resolved vortical structures. This highlights the need for two-phase flow Large Eddy Simulations on this configuration in the future

L'accumulation de composés persistants dans le biote constitue des préoccupations écologiques, sanitaires et réglementaires. Parmi ces substances, les composés per- et polyfluorés (PFASs) représentent un cas d'intérêt, en raison de leurs propriétés physico-chimiques particulières. Ces dernières rendent le comportement des PFASs dans l'environnement difficilement prévisibles, les outils actuels n'étant pas adaptés. Bien qu'il soit reconnu que ces composés sont persistants et s'accumulent dans le biote, de nombreuses inconnues subsistent, notamment sur les mécanismes de transferts sédiment–biote et des facteurs qui les contrôlent. Ce travail de thèse aborde le rôle du sédiment dans les processus d'accumulation, et plus particulièrement (a) les voies d'exposition du biote, (b) le rôle de la diversité biologique dans l'accumulation, par l'exposition de deux invertébrés benthiques (Chironomus riparius et gammarus sp.) à du sédiment naturel. La description des cinétiques d'accumulation et d'élimination des PFASs ont mis en évidence la biodisponibilité des composés pour les organismes. Ainsi, un modèle de bioaccumulation en accord avec la croissance des organismes et des particularités des composés a permis d'estimer des constantes d'accumulation et de dépuration (ku et ke). Une représentation conceptuelle du transfert des composés, a permis de comprendre les principales voies de contamination des organismes. D'autre part, la variabilité interspécifique a été évaluée par la comparaison de la bioaccumulation et des voies de transfert des PFASs chez ces deux invertébrés. Ce travail de thèse aura alors permis d'ouvrir de nombreuses questions, notamment celles du rôle du biofilm et de la bioturbation des organismes dans la bioaccumulation et ouvre les perspectives quant à l'étude de la bioamplification
The accumulation of persistent compounds in biota creates environmental, health and regulatory concerns. Among these substances, the poly-fluorinated compounds (PFASs) represents a case of interest due to their specific physicochemical properties. So the PFAs behavior in the environment is difficult to predict as the existing tools are not suitable. Athough it is recognized that these compounds are persistent and accumulate in biota, many knowledge gaps remain, including the mechanisms of sediment-biota transfer and the factors that control them. This thesis examines the role of sediment in the accumulation process, especially (a) exposure routes of biota, (b) role of biodiversity in the accumulation, by exposing two benthic invertebrates (Chironomus riparius and Gammarus sp.) to natural sediment. The description of PFASs kinetics of accumulation and elimination have showed the biodisponibility of the compounds to organisms. Thus, a bioaccumulation model including the organisms growth and the specificity of the compounds was used to estimate the accumulation and depuration rate constants (ku and ke). A conceptual representation of compounds transfer allowed us to understand the major routes for organisms contamination. Moreover, the interspecific variability has been assessed by comparing the PFASs bioaccumulation and transfer pathways for both invertebrates. This thesis have helped to open up many issues, and especially the influence of both biofilm and organism bioturbation onPFASs bioaccumulation. Moreover some new perspectives on the study of biomagnification were opened