Modélisation morphodynamique 1D du secteur Péage de Roussillon
Résumé
Le lit actuel du Rhône est le résultat des effets cumulés de multiples phases de modifications anthropiques depuis la fin du 19e siècle : chenalisation, barrages de dérivation pour l'hydroélectricité et extractions des sédiments. Des réinjections de sédiments sont actuellement en cours sur plusieurs tronçons afin de restaurer la biodiversité de ce système fortement modifié. Le but de cette étude était de construire et de valider un modèle morphodynamique 1D d'un tronçon du Rhône. Nos objectifs étaient doubles : 1. mener une étude quantitative de l'évolution morphologique du Rhône en réponse à son histoire de gestion, et 2. obtenir un modèle robuste qui reproduit la morphodynamique actuelle du canal et peut être utilisé pour simuler des scénarios de restauration. Nous avons utilisé le logiciel Basement (https://basement.ethz.ch/) pour construire notre modèle 1D.
Notre étude s'est concentrée sur le tronçon du Péage de Roussillon (PDR) situé à environ 50 km en aval de Lyon. Ce tronçon est compris entre le barrage de Saint-Pierre-de-Boeuf en amont (en service depuis 1977) et le barrage d'Arras en aval (en service depuis 1971). Le tronçon a une longueur de 30 km subdivisée en 12 km de Rhône court-circuité (RCC) et 18 km de Rhône total (RT). Un seuil a été installé dans le RCC (PK 60.5) entre 1978-1979 afin de maintenir un niveau d'eau fixe pour les résidents locaux. Dans le tronçon PDR, il n'y a pas eu d'exploitation significative des sédiments, mais un dragage important a été effectué en aval de la confluence pour augmenter la chute verticale de l'eau afin d'améliorer la production d'énergie hydroélectrique dans le canal ("dragage énergétique").
Nous avons construit et validé le modèle à l'aide d'un vaste ensemble de données disponibles dans l'OSR, qui comprend la bathymétrie historique et actuelle, les distributions granulométriques (GSD), les courbes de durée d'écoulement, les sorties du modèle hydraulique 1D d'un modèle existant (Mage) développé par l'INRAE, ainsi que les emplacements et les volumes de dragage (rapport CNR). Nos simulations étaient basées sur des sections transversales rectangulaires, des largeurs moyennes et une pente constante. Afin de simuler le tronçon depuis le début des travaux de gestion à la fin du 19e siècle, nous avons utilisé une approche combinée de méthodes analytiques et de modélisation pour estimer les données historiques manquantes sur la composition du lit, l'apport de sédiments et le flux de sédiments. Les périodes post-endiguement, post-barrage et actuelle ont été simulées séparément. Chaque période a été validée avec toutes les données disponibles pour cette période et les périodes suivantes ont été simulées sur la base des résultats de la période qui la précède.
Nos résultats pour le tronçon PDR n'ont montré aucune modification de la pente en réponse au rétrécissement associé aux endiguements et aucun changement dans les distributions granulométriques de surface ou de subsurface. Un rapport de pavage estimé à 1,7 à la fin de la période post-endiguement est en bon accord avec les rapports de pavage mobiles des rivières à lit de gravier naturel. Les résultats n'ont pas montré de changements significatifs dans l'élévation du lit ou dans la distribution granulométrique de surface ou de subsurface en réponse à la régulation du débit et au dragage dans la période post-barrage. Les simulations du chenal actuel montrent que le lit est stable avec des taux de transport de la charge de fond extrêmement faibles qui sont conditionnés par les structures hydrauliques et le dragage.
Nous avons réalisé une série de simulations afin d'étudier l'évolution et les impacts des réinjections de sédiments dans le tronçon de PDR 50 ans après la réinjection. Les résultats montrent un déplacement lent des sédiments dans les deux premiers kilomètres en aval du point de réinjection et un léger affinement du GSD de surface. Ils mettent également en évidence la sensibilité de la réponse au volume de réinjection, à l'apport de sédiments et à la GSD des matériaux réinjectés. Les déplacements mesurés par la surveillance RFID étaient du même ordre que les distances sur lesquelles les changements d'élévation du lit se sont produits dans les simulations numériques.
Cette étude décrit un protocole d'estimation des variables nécessaires à la réalisation de simulations numériques de l'évolution historique du Rhône et souligne l'utilité d'un modèle morphodynamique 1D pour comprendre la dynamique hydraulique et sédimentaire actuelle et prédire la réponse du chenal à des scénarios de restauration.
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