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La présente recherche porte sur l'étude de l'écoulement de l'eau dans un canal à surface libre aux abords de structures de restauration tels que les épis. Les épis sont utilisés depuis plusieurs décennies pour contrer les problèmes d'érosion de berges et pour réhabiliter les habitats de poissons. Les problèmes d'érosion de berges sont fréquents et la construction d'épis est une bonne alternative aux techniques de stabilisation de berges structurales tel que l'empierrement : il s'agit d'une solution habituellement moins coûteuse et elle a généralement moins d'impact sur l'environnement. Malheureusement, malgré l'utilisation de ces structures de restauration, la connaissance n'est pas encore assez développée pour permettre à tous les projets de restauration avec épis de connaître le succès escompté. Un mauvais choix de géométrie, d'emplacement dans le cours d'eau ou de profondeur peut mener le projet à l'échec. L'écoulement aux abords de structures de restauration est complexe et plusieurs recherches expérimentales et numériques sont présentement en cours à ce sujet. Ce mémoire présente une recherche qui porte sur trois épis rectangulaires avec une orientation différente (135 degrés, 90 degrés, 45 degrés) confrontés à trois débits différents. Les vitesses mesurées en laboratoire avec un profileur de vitesse acoustique Doppler (ADVP) montrent que l'épi perpendiculaire (90°) est plus influent sur le courant et le potentiel de transport de sédiments que les autres épis. Les contraintes de Reynolds calculées suggèrent aussi que l'épi perpendiculaire serait l'épi qui créerait une zone d'affouillement plus importante que les deux autres épis. Le modèle expérimental a ensuite été modélisé numériquement avec le logiciel d'éléments finis bidimensionnel MIKE21 du Danish Hydraulic Institute (DHI) au Danemark. Les résultats du modèle sont fidèles aux résultats expérimentaux. Une validation a aussi été effectuée avec le logiciel par éléments finis River2D de l'Université d'Alberta. Bien que les vitesses soient légèrement inférieures à celles obtenues par MIKE21 ou en laboratoire, River2D représente bien les distributions générales des vitesses et l'ordre de grandeur de celles-ci. Contrairement à l'opinion de certains chercheurs, qui croient que les logiciels à éléments finis tridimensionnels sont des incontournables pour obtenir une bonne modélisation, les résultats de cette recherche suggèrent que les logiciels d'éléments finis bidimensionnels seraient adéquats pour représenter des projets en rivière.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le 23 octobre 2000, la Directive Cadre sur l'Eau est adoptée par le Parlement Européen et établit un cadre pour une politique globale de la ressource en eau. Elle fixe comme principal objectif l'atteinte du " bon état écologique " des milieux aquatiques à l'horizon 2015 et s'appuie pour son évaluation sur deux critères : les qualités physico-chimique et écologique. L'aspect hydromorphologique est distingué comme soutenant la qualité écologique. Cette qualité hydromorphologique repose elle-même sur trois paramètres : le régime hydrologique, les conditions morphologiques et la continuité (faunistique et sédimentaire) des cours d'eau. À travers ce dernier point, la DCE vient de consacrer l'effacement des ouvrages transversaux. Si les " désordres " physiques et écologiques engendrés par les ouvrages en travers sont appréhendés, trop peu d'études se sont, pour l'heure, penchées sur les impacts de leur suppression. La recherche propose de rappeler de manière exhaustive les impacts des ouvrages transversaux sur les hydrosystèmes et de présenter les quelques études abordant les impacts inhérents à leur suppression. Puis, l'objectif est de caractériser et de quantifier précisément les conséquences hydrogéomorphologiques des effacements au niveau du lit et des berges de l'Yerres, rivière fortement anthropisée. On développe une méthodologie analysant l'évolution des composantes de la dynamique fluviale en contexte décloisonné. Nos résultats ont permis de mettre en évidence : 1) un abaissement systématique du niveau limnimétrique, 2) une contraction variable du chenal, 3) une augmentation des puissances spécifiques et de la capacité de transport de la rivière proportionnelle au degré de décloisonnement. Les valeurs de puissance spécifique dépassent localement le seuil de 35 W/m², laissant entrevoir des possibilités de réajustements morphologiques ; 4) une réactivation des processus érosifs affectant les berges pour des débits de crue inférieurs même au débit de pleins bords. Finalement on montre que ces réajustements hydromorphologiques sont effectifs sur l'Yerres aval et permettent localement un retour vers un état de référence ante-cloisonnement. Cependant les possibilités de restauration restent limitées par diverses contraintes qui s'imposent à cet hydrosystème anthropisé (risque de déconnexion de zones humides et de chenaux secondaires, déstabilisation du bâti riverain éventuellement patrimonial, impacts sur les usages), que les gestionnaires doivent nécessairement prendre en compte.

Les vagues de bateau ajoutent une pression supplémentaire sur les berges de rivières et doivent être considérées dans les modèles de prédiction des taux de recul des berges. L’objectif de cette étude est d’examiner le rôle des vagues de bateau sur l’écoulement et le transport en suspension le long des berges en milieu fluvial. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons un transect perpendiculaire à la berge de quatre courantomètres électromagnétiques (ECMs) mesurant deux dimensions de l’écoulement et deux turbidimètres (OBSs) placés dos à dos, orientés vers la berge et le large pour mesurer les conditions moyennes et turbulentes de l’écoulement longitudinal et vertical ainsi que les flux de sédiments en suspension provoqués par les vagues. Une chaloupe à moteur de 16 pieds, équipée d’un moteur 40 hp, a été utilisée afin de générer des vagues. Nous avons mesuré l’effet de trois distances à partir de la berge (5, 10, 15 m) et trois vitesses de bateau (5, 15 et 25 km/h) et cinq répliques de chaque combinaison de distance et de vitesse ont été réalisées, totalisant 45 passages. Nous avons caractérisé la variabilité des conditions d’écoulement, de vagues et de transport de sédiments et nous avons réalisé des analyses spectrales afin de séparer les portions oscillatoire et turbulente de l’écoulement généré par les vagues de bateau. L’effet de la distance et de la vitesse du bateau sur le transport de sédiments est non-linéaire et la réponse sédimentaire induite par les passages de bateau montre une variabilité importante entre les répliques et les deux sondes OBS, ce qui suggère un changement morphologique induit par les vagues de bateau. Les corrélations entre les variables d’écoulement et de transport montrent l’importance des relations entre le cisaillement et la puissance de la portion turbulente de l’écoulement avec le transport de sédiments. Cette étude a permis de quantifier les relations entre la dynamique des vagues et les flux de concentrations de sédiments en suspension, ce qui représente une contribution importante au développement de mesures de mitigation dans les environnements fluviaux où les berges sont fragilisées par le trafic plaisancier. / Boat induced waves generate additional stress on banks and should be included in bank erosion predictive models. The objective of this study is to investigate the role of boat generated waves on near bank flow in a fluvial environment. We used a longitudinal array of four bi-directional eletromagnetic current meters (ECMs) perpendicular to the bank and two optical backcattering sensors (OBSs) set back to back, one facing the river bank (inner looking) and the other towards the river (outer looking) to measure mean and turbulent properties of the horizontal and vertical flow velocities and suspended sediment fluxes generated by the waves. The waves were generated using a 16 ft long boat equipped with a 40hp motor. The effect of three different distances between the bank and sailing line (5, 10, 15 m) and of three different speeds of the vessel (5, 15 and 25 km/h) was evaluated. Five replicates of each combination of distance and speed were realized for a total of 45 passages. Variability of flows conditions, wave characteristics and turbidity properties were characterized and spectral analyses were performed to separate oscillatory and turbulent flow induced by boat generated waves. An important variability in suspended sediment response to the passages of boat wave is observed between replications and the effect of speed and distance of sailing line is nonlinear. It was often unbalanced between the inner and outer looking OBS suggesting that the bank changed its morphology. Cross-correlation between hydraulic and turbidity variables show the significance of the relation between shear stress and suspended sediment transport variables. This study provides quantitative relations between wave dynamics and plumes of suspended sediment that could help to develop mitigation measures in fluvial environments where vessel traffic represents a major issue for bank erosion and retreat.

Les vagues de bateau ajoutent une pression supplémentaire sur les berges de rivières et doivent être considérées dans les modèles de prédiction des taux de recul des berges. L’objectif de cette étude est d’examiner le rôle des vagues de bateau sur l’écoulement et le transport en suspension le long des berges en milieu fluvial. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons un transect perpendiculaire à la berge de quatre courantomètres électromagnétiques (ECMs) mesurant deux dimensions de l’écoulement et deux turbidimètres (OBSs) placés dos à dos, orientés vers la berge et le large pour mesurer les conditions moyennes et turbulentes de l’écoulement longitudinal et vertical ainsi que les flux de sédiments en suspension provoqués par les vagues. Une chaloupe à moteur de 16 pieds, équipée d’un moteur 40 hp, a été utilisée afin de générer des vagues. Nous avons mesuré l’effet de trois distances à partir de la berge (5, 10, 15 m) et trois vitesses de bateau (5, 15 et 25 km/h) et cinq répliques de chaque combinaison de distance et de vitesse ont été réalisées, totalisant 45 passages. Nous avons caractérisé la variabilité des conditions d’écoulement, de vagues et de transport de sédiments et nous avons réalisé des analyses spectrales afin de séparer les portions oscillatoire et turbulente de l’écoulement généré par les vagues de bateau. L’effet de la distance et de la vitesse du bateau sur le transport de sédiments est non-linéaire et la réponse sédimentaire induite par les passages de bateau montre une variabilité importante entre les répliques et les deux sondes OBS, ce qui suggère un changement morphologique induit par les vagues de bateau. Les corrélations entre les variables d’écoulement et de transport montrent l’importance des relations entre le cisaillement et la puissance de la portion turbulente de l’écoulement avec le transport de sédiments. Cette étude a permis de quantifier les relations entre la dynamique des vagues et les flux de concentrations de sédiments en suspension, ce qui représente une contribution importante au développement de mesures de mitigation dans les environnements fluviaux où les berges sont fragilisées par le trafic plaisancier. / Boat induced waves generate additional stress on banks and should be included in bank erosion predictive models. The objective of this study is to investigate the role of boat generated waves on near bank flow in a fluvial environment. We used a longitudinal array of four bi-directional eletromagnetic current meters (ECMs) perpendicular to the bank and two optical backcattering sensors (OBSs) set back to back, one facing the river bank (inner looking) and the other towards the river (outer looking) to measure mean and turbulent properties of the horizontal and vertical flow velocities and suspended sediment fluxes generated by the waves. The waves were generated using a 16 ft long boat equipped with a 40hp motor. The effect of three different distances between the bank and sailing line (5, 10, 15 m) and of three different speeds of the vessel (5, 15 and 25 km/h) was evaluated. Five replicates of each combination of distance and speed were realized for a total of 45 passages. Variability of flows conditions, wave characteristics and turbidity properties were characterized and spectral analyses were performed to separate oscillatory and turbulent flow induced by boat generated waves. An important variability in suspended sediment response to the passages of boat wave is observed between replications and the effect of speed and distance of sailing line is nonlinear. It was often unbalanced between the inner and outer looking OBS suggesting that the bank changed its morphology. Cross-correlation between hydraulic and turbidity variables show the significance of the relation between shear stress and suspended sediment transport variables. This study provides quantitative relations between wave dynamics and plumes of suspended sediment that could help to develop mitigation measures in fluvial environments where vessel traffic represents a major issue for bank erosion and retreat.