Les Réseaux FluviauxLes Réseaux Fluviaux

José Darrozes, Fred Christophoul et J-C Soula

05 61 55 88 94darrozes@lmtg.ups-tlse.fr

José Darrozes, Fred Christophoul et J-C Soula

05 61 55 88 94darrozes@lmtg.ups-tlse.fr

MaîtriseMaîtrise

Les Réseaux HydrographiquesLes Réseaux Hydrographiques

1 – Architectures fluviatiles

1.1 – Généralités

1.2 – Classifications des réseaux hydrographiques

1.3 – Profil latéral

1.4 – Profil longitudinal

1.5 – Caractérisation des cours et des bassins versants

1.6 – Les « knickpoints »

1.6 – L’intégrale Hypsométrique

1.7 – La relation Pente-Aire drainnée

1.8 – La relation Pente-distance à l’éxutoire

1 – Architectures fluviatiles

1.1 – Généralités

1.2 – Classifications des réseaux hydrographiques

1.3 – Profil latéral

1.4 – Profil longitudinal

1.5 – Caractérisation des cours et des bassins versants

1.6 – Les « knickpoints »

1.6 – L’intégrale Hypsométrique

1.7 – La relation Pente-Aire drainnée

1.8 – La relation Pente-distance à l’éxutoire

1.1 Généralités

Campy et Macaire, 1989

Section supérieure(érosion)

Section moyenne(transport / dépôt)

Section inférieure(dépôt)

Pen

te d

écroissan

te

En Tresses

Méandriforme

Anastomosé

Morphologie 2D des cours d’eau

1 – Architectures fluviatiles1.2 – En tresse (Braided)

Caractéristiques : Les cours d’eau en tresse présentent des chenaux multiples dans le lit mineur. Ces chenaux symétriques s’entrecroisent à intervalles plus ou moins réguliers. Les barres sableuses qui séparent les chenaux sont de forme losangiques ou parallélépipédiques. Ces barres migrent dans le sens du courant, elles sont instables et par conséquent peu ou pas végétalisées.

‘Braiding parameter’ : Ce paramètre permet de donner, par une simple donnée numérique, un aperçu de la complexité d’un réseau en tresse.Il se calcule de la manière suivante :

Lc1

LvLc2

Lc3

B = (Σ Lcn) / LvB = (Σ Lcn) / Lv11

nnLcn

Rivière en tresse : Slims River (Yukon, Canada)

Parc national Denali, Alaska, USA

15 km

Bhramapoutre, Inde, photo Landsat 5

Chenal Principal : chenal plus rectiligne, moins de barres = courants plus forts

Chenal secondaire : sinuosité plus forte,braiding parameter plus fort, plus de barresSableuses = courant plus faible

Brierley and Hickin, 1991

Braided / Wandering / Meandering : Successions et Transitions

1 – Architectures fluviatiles1.3 – Méandriforme

Caractéristiques :

Les cours d’eau méandriformes se caractérisent par le présence d’un seul chenal actif dans le lit mineur. Leur sinuosité est importante (>1.5).Le chenal est dissymétrique, limité par des levées.Les barres sableuses qui se forment dans le chenal sont caractérisées par une croissance latérale (barres de méandre ou ‘point bar’, perpendiculaire au courant principal). Lors des crues, le fort débit peut faire éclater les levées, ménageant un chenal de crevasse. Les sédiments se déversant dans ces chenaux vers la plaine d’inondation constituent les « crevasse splay ».

Calcul de la sinuosité

P = Lc / Lv

Lc

Lv

1 – Types fluviatiles1.3 – Méandriforme (meandering)

Origine de la méandrisation :

La méandrisation est due à la nature des courants dans le chenal actif. Ces courants ont une trajectoire hélicoïdale (Einstein, 1953 ; Schumm, 1967). Cette trajectoire hélicoïdale est à l’origine de la dissymétrie du chenal.

Leeder, 1996

1 seul chenal actif

Barres de méandres ‘Point Bar’

Lacs de méandres abandonnés ‘oxbow lakes’

Chenal de chute Capture par oscultation

Amazonie Péruvienne, photo Landsat 5

Rivière Williams (Alaska)

Crevasse Splay

Rivière Anastomosée

Le rivière Columbia au Canada

1 – Architectures fluviatiles1.5 – Anastomosé (Anastomosed)

1 – Architectures fluviatiles1.5 – Anastomosé (Anastomosed)

Caractéristiques :

Les cours d’eaux anastomosés présentent les pentes les plus faibles. On les trouve,classiquement dans les grandes plaines alluviales et les plaines cotières.La granulométrie de leurs sédiments est fine à très fine. Ils comportent un ou plusieurschenaux très faiblement divagants. Ces chenaux sont séparés par des barres sableusesou de boues qui, du fait de la faible divagation, sont végétalisées, stabilisant ainsi la position des chenaux. Dans les chenaux eux-mêmes aucune barre n’est visible.Leur sinuosité est faible. Elle diminue avec la pente. Dans les plaines alluviales où la pente est infinitésimale (0,01%), les cours d’eau anastomosés forment une réseau de chenaux important et complexe délimitant une zone marécageuse.

Du fait de leur stabilité dans le temps, les chenaux ont tendances à s’empiler les unssur les autres au fur et à mesure de la subsidence. On les dit aggradants.

Amazonie Brésilienne, Photo Landsat 5

Chenaux multiples

Faible sinuosité

Absence de barre sableuses migrantes

Îles végétaliséesstables

Makaske (1998)

Et les différences d’apport ?

Modèle de système fluvial

C’est un modèle simple et idéalisé qui aide a comprendre l’organisation, la structure et les processus qui régissent les rivières.

L’unité de base est le bassin de drainage, il varie en taille et en complexité.

Un petit bassin versant est une partie d’un bassin plus grand.Ici une représentation à petite, moyenne et grande échelle

Dr. Zbigniew Zwolinski http://main.amu.edu.pl/~sgp/gw/sf/sf.html

Zone 1: Drainage Basin or Watershed •Aire principale de collecte des eaux de ruissellement •Aire principale d’où proviennent les particules dissoutes et érodées que l’on trouve dans le cours d’eau

Zone 2: Area of Transfer •Le flux entrant ≈ flux sortant

Zone 3: Area of Deposition •Zone de dépôt •alluvial-fan and alluvial-plain environments •estuarine and deltaic environments •costal environments

•Bassin versant : Surface délimitée par des lignes de crêtes dont les eaux de ruissellement ont un seul exutoire.

Classification des réseaux hydrographiques en fonction des contrôles structuraux

Il existe 2 types de contrôles structuraux :- actif : Il y a une activité tectonique actuelle ou récente qui modifie le relief et commande la forme du réseau

hydrographique- passif : La structure du relief qui témoigne d’une déformation passée influe sur la forme du réseau.Les deux peuvent être conjoints et donc se chevaucher.

                                                      le réseau sans contrôle structural type.

Réseau dendritique :Il présente un arrangement arborescent sans orientation préférentielle des drains. On le rencontre sur des sédiments horizontaux ou des roches cristallines homogènes de résistance uniforme et qui ne contrôle donc pas la structure du réseau.

         

Réseau parallèle :Les drains principaux sont régulièrement espacés et plus ou moins parallèles entre eux avec des angles de confluences très aigus. On rencontre ce type de réseaux dans des faisceaux de failles, de monoclinaux et des plis isoclinaux serrés.

  

 

Réseau orthogonal ou rectangulaire :Le réseau est orthogonal, avec un égal développement des deux directions et se forme dans des failles ou des diaclases.

Réseau radial :Les drains divergent depuis un centre généralement sur un cône ou un dôme volcanique. A l’inverse, les réseaux centripètes présentent des drains orientés vers un centre à l’intérieur de caldeira, cratère et bassin tectonique.

Réseau en baïonnette ou en treillis :Les drains présentent une direction dominante et une direction perpendiculaire secondaire. Les confluences se font à angle droit et les affluents sont perpendiculaires aux drains principaux.On les rencontre dans des unités sédimentaires de résistance alternée, basculée ou plissée.

1.2 Classifications

Classification du réseau hydrographique selon le système de Strahler (1957).

Tout cours d'eau dépourvu de tributaires est d'ordre un.

Le cours d'eau formé par la confluence de deux cours d'eau d'ordre différent prend l'ordre du plus élevé des deux.

Le cours d'eau formé par la confluence de deux cours d'eau du même ordre est augmenté de un.

Bassins versants hypothétiques de différents rapports de confluence RB et schématisation des hydrogrammes correspondant. D'après Chow, Handbook of applied hydrology, Mc Graw-Hill, 1964.

Classification selon les rapports de confluences Rb ou rapport de forme Rf

Influence de la forme du bassin versant sur l'hydrogramme de crue

Rf= L/l

Rf=3 Rf=2 Rf=1,5

1.3 Profil latéral

Incision verticale Incision Latérale Incision Verticale

T1

Chenal

Terrasse ancienne

Terrasse récente

Méandre

Substratum incisé

Terrasse

Profil latéral et terrasses d’une rivière

Coque, 2002

•Terrasse fluviale : Une terrasse est une partie d’un lit fluvial ancien, rocheux ou alluvial, à surface plane ou peu inclinée, abandonné et perché au dessus du lit majeur actuel. Elle s’explique par de alternances de creusements et d’alluvionnement liées à des variations du niveau de base (terrasses eustatiques) ou du climat (terrasses climatiques) ou à des déformations (terrasses tectoniques).

Terrasses emboîtées 

Lors de la formation de terrasses emboîtées, l'érosion ne se fait pas jusqu'au substratum.Au départ, le cours d'eau dépose une grande quantité d'alluvions dans sa plaine d'inondation. 

Dépôt d'alluvions

Suite à un changement de dynamique, ce même cours d'eau se met à creuser ses alluvions

                             Creusement des alluvions

La dynamique du cours d'eau change, l'érosion faiblit, et la sédimentation prend le dessus

Dépôt dans l'incision

La dynamique change à nouveau, l'érosion reprend, mais avec une intensité plus faible : le cours d'eau

creuse ses alluvions, mais n'est pas assez érosif pour creuser sur toute leur épaisseur. L'érosion

ne se fait pas jusqu'au substratum.Érosion

Ces alternances de phases d'érosion et de sédimentation se poursuivent, pour donner des terrasses emboîtées les unes dans les autres, sans jamais atteindre le substratum.

Site de Géomorphologie  http://geosciences.geol.u-psud.fr/ObjectifTerre/Geomorphologie/

Terrasses étagées

  Ce type de terrasses implique des alternances de phases érosives très importantes et des phases de sédimentation moins importantes. Elles suggèrent une nette dominance de l'érosion.

Les terrasses étagées se forment avec l'encaissement du cours d'eau.

Au départ, le cours d'eau dépose ses alluvions sur sa plaine d'inondation.

Dépôt dans la plaine d'inondation.

La dynamique du cours d'eau change, le cours d'eau incise le dépôt n°1 sur toute son épaisseur, ainsi que le substratum.

Incision du dépôt et du substratum

Un nouveau changement de dynamique amène le cours d'eau  à déposer de nouvelles alluvions, dansl'incision du substratum.

Dépôt dans l'incision

Suite à un autre changement de dynamique, le cours d'eau se met à inciser le dépôt n°2 sur toute son épaisseur, et atteint le substratum, qu'il incise également. Par la suite, il dépose de nouvelles alluvions dans cette incision puis etc…

Érosion du dépôt et du substratum

Site de Géomorphologie  http://geosciences.geol.u-psud.fr/ObjectifTerre/Geomorphologie/

Profil Longitudinal

Profil en long théorique des rivières

H

D

Profil d’équilibre : Un cours d’eau aménage constamment son profil en long, par érosion ou par dépôt, en fonction de son énergie W et du travail J à effectuer. Si W > J, il apparaît une énergie résiduelle ou « capacité d’érosion », utilisable pour le creusement et l’élargissement du lit. Si W < J, la rivière, incapable d’entraîner la charge, dépose des alluvions. Si W=J, il n’y a ni érosion, ni dépôt, la rivière s’écoule sur une pente d’équilibre assurant le travail minimal pour évacuer les eaux et tout ou partie de charge. Le « profil d’équilibre » est constitué par l’enchaînement des pentes d’équilibre réalisées à chaque instant et à tous lieux. C’est donc un profil mobile, très différent du « profil d’équilibre limite » idéal et théorique, branche concave de parabole dont la pente diminue régulièrement de l’amont à l’aval.

Profil théorique hors équilibre

Alt

itu

de

(m)

Distance à la source (km)

Vallées Principales

Tributaires