Morphology of alluvial fans
Morphologie des cônes alluviaux
Résumé
Alluvial fans are sedimentary deposits growing at the outlet of drainage areas. This position makes them valuable sedimentary records. Three key parameters determine their geometry: the water discharge, the sediment size and the sediment discharge. In this manuscript, based on three series of experiments, we quantify independently the influence of each parameter on the structure of the deposit. We find that the morphology of the fan is controlled by the river that builds it.
For a low sediment discharge, the river that feeds the fan is at the threshold of sediment motion. As a result, its slope, and therefore that of the fan, depend only on the size of the sediment and on the water discharge. The slope increases with sediment size and decreases with water discharge.
Experimental alluvial fans composed of bimodal sediment, like to their natural counterparts, are segregated. The less mobile sediments are deposited first, near the fan apex, where the slope is steeper. This segregation allows us to estimate the composition of the sediment mixture from the fan geometry.
When the sediment discharge injected at the apex increases, the slope of the fan departs from its threshold value. Sediments are deposited along the fan, thus causing the sediment discharge to decrease downstream, generating a concave profile. As a consequence, the proximal slope of the fan records the sediment discharge.
Finally, we present preliminary results showing how the stratigraphy of the fan records variations of the forcing (sediment and water discharges). We then discuss the applicability of these observations to the natural fans.
Les cônes alluviaux sont des dépôts sédimentaires qui se mettent en place à la sortie des reliefs en érosion. Cette position leur confère un rôle d'archive sédimentaire. Leur géométrie est déterminée par les trois paramètres clés que sont le débit d'eau, la taille des sédiments et le débit de sédiment.
Dans ce manuscrit, nous présentons trois séries d'expériences qui permettent de quantifier indépendamment l'influence de chacun des paramètres d'entrée sur la morphologie du cône. Nous montrons que le profil longitudinal du cône est contrôlé par la rivière qui le construit.
Lorsque le flux de sédiment est faible, la rivière alimentant le cône est au seuil de mise en mouvement des sédiments. En conséquence, sa pente, et donc celle du cône, dépendent uniquement de la taille des sédiments charriés et du débit d'eau. Cette pente augmente avec la taille des sédiments et diminue avec le débit d'eau.
Les cônes composés de sédiment de mobilité différentes permettent d'illustrer l'influence de la taille des sédiments sur leur pente. Dans nos expériences, à l'instar des cônes naturels, le dépôt est ségrégé: les sédiments les moins mobiles se déposent en amont du cône, où la pente est plus forte. Cette ségrégation nous permet d'estimer la composition du mélange initial à partir de la géométrie du dépôt.
Enfin, nous avons montré que lorsque le débit sédimentaire augmente, la pente du cône s'élève au dessus de sa valeur seuil. Dans ce cas, puisque la rivière dépose les sédiments, le débit sédimentaire diminue vers l'aval, ce qui induit un profil concave. Nous montrons ainsi que la pente proximale du cône enregistre la valeur de ce débit sédimentaire.
Finalement, nous présentons des résultats préliminaires permettant de prendre en compte l'enregistrement de la variation des forçages dans la stratigraphie du cône, et envisageons des pistes pour appliquer ces observations aux cônes naturels.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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