Littérature scientifique sur le sujet « Sédiments fluviaux – Rhône, Delta du (France) »

Pour tenter d'expliquer la dégradation actuelle des littoraux deltaïques, nous avons mené une étude sur les modalités de la distribution des apports fluviaux sur le littoral. Deux approches ont été couplées : (1) l'étude de l'évolution séculaire du trait de cote et des forçages, basée sur l'exploitation de documents historiques, et (2) l'étude détaillée des mécanismes morphosédimentaires à l'occasion des crues, dans la zone clef de l'embouchure. Les principaux résultats montrent que le littoral deltaïque est actuellement déconnecté du fleuve car les sédiments fluviaux restent stockés à proximité de l'embouchure. Les crues ne contribuent pas non plus à alimenter le littoral, car c'est essentiellement des particules fines qui sont apportées en mer et transportées au large. Pour autant, les endiguements fluviaux ont une responsabilité bien supérieure à celle des grands barrages dans l'érosion des plages, en raison du rôle déterminant des avulsions dans l'édification de la plaine deltaïque.

Ce travail, aborde l'étude du Fonctionnement et des dynamiques morpho-sédimentaires du littoral du delta du Rhône en trois parties. La première partie (Le contexte du fonctionnement actuel du littoral du delta du Rhône) présente un rappel de l'historique de la construction du delta depuis 6000 BP dont les héritages sédimentaires influencent les dynamiques actuelles, suivi d'une synthèse des forçages météo-marins responsables de l'évolution du littoral. La seconde partie (Morphodynamique côtière à une macro échelle patio-temporelle) retrace l'évolution de la position du rivage et des fonds entre 1895-2000 par des levés topographiques, au DGPS l'exploitation de photographie aériennes et le traitement de profils bathymétriques. Les cellules littorales dévoilent des transits longitudinaux mais aussi des pertes vers le large en face des secteurs en érosion alors équipements côtiers), est consacrée à l'études des processus à court terme. . .
This work, divided, into three parts, deals with Morpho-sedimentary working and Dynamics of the Rhone delta. The first part, Present Rhone Delta coastline working context, reminds the historical formation of the delta for the last 6,000 yr-BP which inherited sedimentary features have important impacts on the modem dynamics. Follows a summary of marine meteorological forcings which are responsible for the littoral evolution. The second part, Macro spatio temporal scale coastline morphodynamics, traces the reconstruction, from 1895 to 2000, of the coastline position through topographic evaluations by DGPS, aerial photographs analysis and bathymetric profiles processing. The littoral cells not only display longitudinal sediment transport but also off shore transport in front of sections under erosion while the emerged domain only provides a small contribution to the global budget. The third part, Morpho-dynamics in a short time period, sedimentary transports simulations and coastal protection, is devoted to the overall processes in a short term events. Topographic and bathymetric profiles were taken twice a month during on year. They displayed seasonal changes of the berm under storm and off shore wind influence. .

Après quelques considérations sur les processus géochimiques de solubilité de la silice et un état des connaissances acquises en exoscopie, nous avons mis en oeuvre une approche nouvelle d'échantillonage et de traitement analytique définie par : le prélèvement de 10 échantillons d'1 kg par unité sédimentaire ; un montage des plots sur 300 grains par échantillon. En milieu fluvial, la caractérisation exoscopique de la charge de fond et en suspension du Rhône deltai͏̈que fait apparaître des apports sédimentaires hérités (éoliens, pédogénétiques, marins, deltai͏̈ques) et des grains de quartz marqués par des impacts fluvatiles rattachés à des épisodes de grandes crues d'une durée prolongée. En milieu littoral, nous avons identifié les caractéres génomorphiques de roches "source" (granites, gneiss, rhyolites, arkoses) alimentant nos deux plages varoises. Sur ces plages, les analyses montrent une interaction entre le domaine émergé et immergé, et une influence fluviatile notable. L'ensemble de ces caractères exoscopiques regroupés dans un tableau de synthèse a servi à la conception de programmes statistiques de traitement semi-automatique de nos données.

L'objectif de ce travail est d'obtenir une image tridimensionnelle de la structure des milieux alluviaux. L'approche genetique utilisee consiste a reproduire la formation du milieu avec une echelle representative pour les ecoulements souterrains. Le modele reproduit la mise en place des sediments a partir de regles empiriques simples. Le modele, inspire de la philosophie des systemes multi-agent, applique l'idee de distribution et d'interaction entre des entites elementaires. Les processus principaux de construction de la plaine, a l'echelle soit des cours d'eau soit de l'ensemble de la plaine, sont modelises par des regles empiriques simples distribuees dans les entites sediments ou les entites conceptuelles erosion. Des elements stochastiques dans les processus de decision des differents comportements de ces entites, permettent d'obtenir plusieurs realisations. Afin de tester la validite d'une telle approche, on modelise l'evolution sur quelques decennies, des meandres de la riviere white (indiana, usa) dont trois traces sont connus. Le fleuve virtuel montre les memes tendances d'evolution, malgre le faible nombre et la simplicite des regles utilisees. Le modele est ensuite applique, a une echelle pluri-kilometrique, a la plaine alluviale du rhone pres de lyon. Le modele reproduit les differentes periodes climatiques de mise en place des sediments de 15 000 bp a l'actuel. Les processus modelises sont adaptes a l'echelle des simulations et a l'echelle les spatiale consideree. Le modele de sedimentation reproduit de facon satisfaisante la geometrie des depots. Les simulations effectuees montrent l'utilite du modele pour valider des hypotheses sedimentaires. Ce travail de reconstruction tridimensionnelle du souterrain alluvial est une etape prealable aux etudes d'ecoulements. Le modele, par l'alternance de modelisation et de simulations, constitue un outil exploratoire sur les processus de mise en place des sediments et sur la representation de la structure alluviale.

Cette recherche, basée sur l'utilisation d'outils nouveaux dans le Rhône inférieur, a permis de mieux cerner les flux sédimentaires actuels, leur évolution et impact depuis plus de 150 ans. Dans la première partie, nous avons montré la dépendance du système deltai͏̈que aux apports liquides et solides du bassin versant. Nous avons ainsi pu déterminer les influences allochtones qui modifient l'hydrologie, la sédimentologie et la morphologie du Rhône aval. L'étude du système deltai͏̈que a permis d'établir les contraintes locales qui modifient, atténuent ou amplifient les effets des forçages externes. Nous avons notamment retenu les contraintes lithologiques, morphologiques (chenal et berges) et les équipements locaux qui ont des conséquences sur les modifications morphologiques et sur les transits sédimentaires. Dans la deuxième partie, nous avons exposé les résultats des mesures expérimentales effectuées sur les flux liquides et solides. Ces résultats, pour la plupart inédits dans le delta du Rhône, mettent en évidence l'organisation des flux liquides et sédimentaires dans les trois dimensions de l'espace. L'ensemble des données acquises permet la réévaluation des flux sédimentaires du Rhône : nous proposons un tonnage annuel moyen de MES compris entre 9 et 10 millions de tonnes. Enfin, dans la dernière partie, cette étude a permis de reconstituer l’évolution morphodynamique du Rhône inférieur depuis près de 150 ans. Après avoir montré que l'évolution morphologique du Rhône aval était précoce, nous avons mis en évidence l'impact des contraintes locales et externes sur les réponses morphodynamiques du bas Rhône. Nous avons pu montrer que les contraintes locales intervenaient à différentes échelles spatio-temporelles dans l'évolution du chenal. Il a également été démontré que le système deltai͏̈que à charge de fond sableuse développait des temps de réaction-relaxation plus courts que ceux des tronçons et organismes amont à charge de fond caillouteuse.

Des etudes de la matiere organique associee aux particules transportees par les fleuves ont ete entreprises. Dans un premier temps, cette recherche a ete appliquee aux particules en suspension et a des sediments du rhone et en mer. Un certain nombre de marqueurs moleculaires ont ete identifies dans les acides gras (y compris les cerides et les triglycerides) et les sterols. Les structures identifiees ont mis en evidence des empreintes caracteristiques d'apports continentaux, derives d'un materiel terrestre vegetal, a une grande distance de l'embouchure du fleuve. Dans un deuxieme temps, la composition de la matiere organique associee aux particules en suspension dans le fleuve congo et ses principaux affluents (oubangui, kasai, sangha, likouala, alima) a ete etudiee. Les distributions des sterols ont montre des variations spatiales significatives suggerant que les sterols pourront etre utilises comme des marqueurs prometteurs de l'origine vegetale de la matiere organique. Une etude preliminaire de plusieurs sols de cette zone tropicale a egalement ete realisee

Les tempetes sont devenues un risque sur la marge orientale du delta du rhone, risque devant lequel les acteurs du littoral ont repondu par des equipements legers ou lourds. Les impacts morphosedimentaires des tempetes ont ete etudies, de part et d'autre du rhone, sur des plages aux caracteres morphologiques et morphometriques specifiques, dans des contextes sedimentaires differents (proximite du rhone, des prodeltas actuel ou fossiles). L'etude des tempetes repose sur une reflexion menee a l'echelle evenementielle, du moyen et du long terme. Ce travail permet d'aboutir a quelques resultats qui vont parfois a l'encontre d'idees recues sur les tempetes d'est et leurs impacts ; ainsi, elles sont constructives et pas uniquement destructrices ; les apports sedimentaires ont pour origine des stocks immerges plus ou moins profonds (barres littorales, prodeltas actuel et fossiles) ; leur participation a l'alimentation des plages mise en evidence notamment par raffinement granulometrique des depots de tempetes preleves sur la plage aerienne, se fait en relais a partir des stocks sedimentaires profonds, vers les barres littorales qui ensuite redistribuent. L'orientation des plages par rapport aux dynamiques de tempetes conditionne l'importance des transits sedimentaires et la redistribution des stocks mobilises. A l'est du rhone, le littoral pourtant bien alimente en contexte modal, apparait fragile car face aux dynamiques de tempetes orthogonales et mal alimente par les stocks sous-marins. A l'ouest du rhone, le littoral, oriente w-e, tendanciellement en recul ou stable est surtout confronte a des dynamiques longitudinales d'est qui redistribuent les apports fluviaux rhodaniens. Ce travail permet de distinguer le fonctionnement modal de celui par tempete et de faire le point la question de la cicatrisation des plages a moyen et long terme dans un contexte de participation variable des sources sedimentaires vive ou fossiles.

La crue de décembe 2003, sur le Rhône en aval de Beaucaire (11 500 m3 s1) a eu une ligne d'eau plus élevée de 30 à 60 cm que la crue de référence du mois de Mai 1856 (11 640 m3 s1). Cette élévation a provoqué des inondations par surverse sur la berge gauche du Rhône entre Beaucaire et Arles et l'apparition de brèches en rive droite du Petit Rhône, entraînant des dégâts matériels considérables. Elle peut être interprétée en termes de perte de débitance, due à l'évolution géomorphologique du chenal depuis la fin du XIXe siècle. Pour valider cette hypothèse, cete thèse est construite en trois parties. Dans la première, sont analysés les facteurs de la morphogenèse, à l'échelle du bassin-versant et locales (évolution des apports solides, aménagements. . . ), sur la base d'une synthèse des données d'archive et des travaux déjà publiés. Dans la deuxième partie une analyse 2D de l'évolution de l'occupation du sol, puis 3D de la topographie de la plaine et du chenal depuis 150 ans localise et permet de quantifier les zones d'érosion et de stockage sédimentaire. Ces résultats sont discutés et mis en relation avec les forçages généraux et les contraintes locales. L'analyse des brèches du Petit Rhône pose les bases d'une méthode de détermination des zones les plus sensibles à la rupture. Enfin la troisième partie est axée sur l'évolution des flux solides en transit depuis 150 ans : modélisation et calcul de la charge de fond potentielle mise en mouvement en 1876 et en 2006, estimation des flux de MES en transit et de l'impact des aménagements sur leur piégeage ou leur remobilisation à partir de la calibration des données aDcp (dont la validation est présentée).

Le phosphore (P) est un nutriment essentiel à la vie, suite à son rôle clé dans la régulation de la production primaire à l'interface fleuve-mer, et au lien étroit de son cycle avec les cycles du carbone et de l'azote. L'enfouissement du phosphore dans les sédiments de l'interface fleuve-mer se fait en association avec la matière organique et des minéraux. Cet enfouissement est la voie d'élimination du P à long terme. Cependant, le rôle des sédiments dans le recyclage du phosphore inorganique dissous (DIP) est mal quantifié dans les estuaires eutrophes. Cette thèse a pour objectif d'affiner la compréhension sur la réponse des sédiments au recyclage du DIP dans les sédiments des estuaires de l'Elorn et de l'Aulne (France). De plus, nous visons à la mettre en contraste avec les sédiments deltaïques (delta du Rhône) dans la mer Méditerranéenne oligotrophe. Deuxièmement, ces écosystèmes sont dynamiques, caractérisés par des charges intenses de matière organique et de nutriments (N, P), entraînant leur enfouissement sous l'interface eau-sédiment (IES) et leur minéralisation. Par conséquent, les processus biogéochimiques peuvent modifier en grande partie la chimie de la couche supérieure de ces sédiments. Nous visons à quantifier les processus diagénétiques, contrôlant le devenir de la matière organique, la transformation du phosphore et les flux de DIP vers l'eau de fond. Pour cela, nous avons utilisé des données de terrain couplées avec un modèle existant (OMEXDIA), étendu au cycle benthique du phosphore, pour évaluer aussi la capacité des sédiments à servir de puits ou de sources de P. Le modèle OMEXDIA-P a été adapté aux données d'eau interstitielle (oxygène, nitrate, ammonium, unités de demande en oxygène (Mn2+, Fe2+ et H2S; ODU) et de DIP) et de solides (P organique, P lié au fer et P lié au calcium) de quatre saisons en 2009 dans les stations amont, milieu et aval des deux estuaires. Ensuite, le modèle a été ajusté aux mêmes variables d'état, en plus des sulfates et carbone inorganique dissous (DIC) pour neuf stations dans l'exutoire du Rhône, son prodelta et son plateau continental adjacent, et échantillonnées en Mai 2018. Les deux applications du modèle ont montré une bonne concordance avec la distribution verticale des phases dissoutes et solides dans toutes les stations et les saisons. L'utilisation combinée de ces bases de données avec ce modèle a révélé que les flux de C organique à l’IES des estuaires de l'Elorn et de l'Aulne (23 à 98 mmol m-2 j-1) et dans le prodelta du Rhône (10 à 160 mmol m-2 j-1) étaient intenses, en particulier à l'exutoire du fleuve. Ainsi, la minéralisation en P organique a représenté la principale source de DIP produit dans les deux estuaires (77%) et dans le prodelta du Rhône (>90%). La contribution des voies de minéralisation a mis en évidence une augmentation de la contribution de la minéralisation anoxique due au gradient salin de l'amont vers l'aval des estuaires. Alors que ces voies ont montré une diminution de l'écoulement du Rhône vers le plateau continental, en fonction de la diminution des apports de matière organique avec la distance. Le calcul du bilan du P par le modèle a indiqué que le P lié au fer joue un rôle clé dans le cycle du P, en retenant le DIP dans les sédiments et en favorisant la précipitation de P lié au Ca. De plus, le P lié au fer représente une source supplémentaire de DIP dans les sédiments des deux estuaires. La plus grande proportion du DIP produit a été recyclée dans l'eau de fond de ces sédiments estuariens (85%) et deltaïques (72%), tandis que l'enfouissement sous forme de P lié au Ca était une fraction mineure. Dans l'ensemble, les résultats du modèle présentés ont démontré que ces sédiments estuariens et deltaïques jouaient un rôle essentiel dans le cycle benthique du P et constituaient des sources de DIP dans la colonne d'eau. De plus, les apports de DIP produits dans les sédiments de l'Elorn et de l'Aulne étaient plus élevés que les apports externes
Phosphorus (P) is an essential nutrient for life, playing a key role in the primary production regulation at the river-sea interface, and closely to carbon and nitrogen global cycles. The burial of phosphorus in sediments of the river-sea interface occurs in association with organic matter and mineral particles. This burial represents the long-term removal pathway for the phosphorus. However, sediments role in dissolved inorganic phosphorus (DIP) recycling, is poorly quantified in eutrophic estuaries. Therefore, the main purpose of this thesis is to refine our understanding about sediments response to DIP recycling in Elorn and Aulne estuarine sediments (Brittany, France). In addition, we aim to contrast it with deltaic sediments (Rhône River delta) in the oligotrophic Mediterranean Sea. Secondly, all these ecosystems are highly dynamic, characterized by intense loads of organic matter and nutrients (N, P), leading to their intense fall on the sea floor, burial below the sediment-water interface (SWI) and mineralization. Therefore, involved biogeochemical processes can change largely the chemistry of upper layer of these sediments. We aim to clarify and to quantify the depth sequences of diagenetic processes, controlling the fate of sedimentary organic matter, transformation of phosphorus and induced DIP fluxes to the overlying water. To this end, we used a coupled field data with an existing model (OMEXDIA), extended with phosphorus (P) benthic cycle, to study P dynamics and to evaluate the sediments capacity as sinks or sources of P in the eutrophic Elorn and Aulne estuaries and the Rhône River prodelta. First of all, the OMEXDIA-P model was fitted to the porewater (oxygen, nitrate, ammonium, Oxygen Demand Units (Mn2+, Fe2+ and H2S, reduced during the anoxic mineralization; ODU) and DIP) and solid (organic P, Fe-bound P and Ca-bound P) data from four seasons (February, May, July and October 2009) in upstream, midstream and downstream stations of Elorn and Aulne estuaries. Secondly, the model was fitted to the same state variables, in addition to sulfate and dissolved inorganic carbon (DIC) for nine stations located in Rhône River outlet, prodelta and its adjacent continental shelf and sampled in May 2018. Both model’s applications showed a good agreement with the vertical distribution of porewater and solid phases in all stations and seasons. The combined use of these two datasets with the present model revealed that organic C fluxes deposited in the SWI of Elorn and Aulne estuaries (23 to 98 mmol m-2 d-1) and Rhône River prodelta (10 to 160 mmol m-2 d-1) were intense, especially in the River outlet. Therefore, the organic P mineralization represented the main source of internally produced DIP in both estuaries (77% of total DIP production) and in Rhône River prodelta (>90%). The contribution of mineralization pathways highlighted an increase of anoxic mineralization contribution due to saline gradient from upstream to downstream estuaries. While this mineralization pathways showed a decrease from Rhône River outlet to the continental shelf, as a function of the decrease of organic matter inputs with distance. The model’s calculation of sedimentary P budget indicated also that Fe-bound P played a key role in the P cycle, by retaining DIP in sediments from diffusion to overlying water and promoting the Ca-bound P precipitation. Moreover, Fe-bound P represented an additional source of DIP in sediments, especially in Elorn and Aulne estuaries. The largest proportion of released DIP was recycled to overlying water in these estuarine (85%) and deltaic (72%) sediments, while the burial as an authigenic Ca-bound P was a minor fraction. Overall, the model’s results presented here also demonstrated that these estuarine and deltaic sediments played a key role in the benthic P cycle and acted as sources of DIP to the water column. Moreover, the internally produced DIP inputs in Elorn and Aulne sediments was higher the external inputs