L'ouvrage traite de la déformation 3D des bassins sédimentaires. L'objectif est l'étude de la déformation tectonique, puis son intégration dans la modélisation de bassin pour des calculs de migration d'hydrocarbures. Pour répondre à la complexité des phénomènes, le modèle s'appuie sur des principes cinématiques et l'utilisation d'une méthode discrète, ainsi que sur le développement d'un outil informatique qui autorise une grande diversité dans les mécanismes de déformation pris en compte. La déformation volumique 3D est obtenue à partir de l'étude du comportement de la surface neutre de chaque couche déformée du bassin. L'idée est de déformer la surface neutre de chaque couche, puis de s'appuyer sur ce résultat pour reconstituer la déformation volumique du bassin. L'algorithme intègre trois caractéristiques. La première porte sur l'opérateur mathématique utilisé pour modéliser le plissement par flexion qui est une combinaison de translation des points de la surface neutre et de rotation des segments verticaux rattachés à ces points. Ceci assure la réversibilité de la modélisation. La seconde porte sur l'utilisation d'une approche discrète autorisant une meilleure description de la déformation et permettant de contrôler localement son évolution. La connaissance des variations locales de volume peut devenir un puissant outil d'analyse en géologie structurale et le parfait complément d'une étude de terrain. La troisième concerne la modularité du code développé: le modèle intègre trois mécanismes de déformation, mais l'architecture du code autorise l'insertion future d'autres mécanismes ou une plus forte interaction entre ceux-ci. Le modèle a été validé tout d'abord sur des cas 2D, puis 3D naturels. Ils offrent des résultats satisfaisants d'un point de vue qualitatif. Ils mettent en lumière l'aptitude du modèle à proposer un chemin de déformation géologiquement acceptable, ainsi que sa capacité à contrôler les variations volumiques du bassin au cours de la déformation.

La modélisation à une échelle fine des évolutions morphologiques à court terme (quelques années au maximum) en rivière est rendue possible par des outils numériques qui résolvent les équations de Saint-Venant bidimensionnelles et calculent le transport solide et l'évolution du lit résultante sur un maillage représentant la topographie du site. Ces outils sont encore peu utilisés en ingénierie car il existe de fortes incertitudes sur les processus physiques à prendre en compte et les formulations à utiliser pour les représenter (charriage/suspension, formes de fond, granulométrie étendue, effet de la pente ...).<br />Le but de la thèse est de tester les possibilités de ce type d'outils et de définir une méthodologie pour leur application. L'outil utilisé est un code industriel (système TELEMAC) qui dispose de la plupart des fonctionnalités nécessaires dont le couplage entre calculs hydrauliques et sédimentaires, la prise en compte des fonds non-érodables et la granulométrie étendue. La démarche suivie consiste à appliquer ce code à deux cas pour lesquels des campagnes de mesures détaillées sont disponibles. L'un des sites choisis se trouve sur la Loire près du Fresne-sur-Loire et d'Ingrandes, l'autre sur l'Arc en Savoie près de La Chambre. Dans les deux cas le processus de transport dominant est le charriage. Les périodes simulées sont des crues pour lesquelles l'évolution bathymétrique du lit a été mesurée ; dans le cas de la Loire des simulations à plus long terme (quelques années) sont aussi présentées. Les évolutions mesurées sont reproduites de manière satisfaisante. Les formulations utilisées sont cohérentes entre les deux cas, mais les processus pris en compte sont différents : dans le cas de la Loire qui est une rivière de sable il est nécessaire de tenir compte des dunes, alors que dans le cas de l'Arc qui est une rivière de gravier les processus prépondérants sont le tri granulométrique et les effets de pente.<br />L'intérêt de l'outil a donc été démontré, et des enseignements précieux pour son utilisation ont été dégagés. Ils concernent en particulier le choix des formulations pour représenter les processus physiques, la définition de la complexité minimale nécessaire de ces formulations selon les sites et les objectifs de la modélisation, et la méthodologie de calage de ces formulations à partir des données disponibles.

Cette thèse, à dominante expérimentale, tente de décrire, de comprendre et de quantifier le transport sédimentaire pour un système torrentiel caractérisé par une forte pente et des conditions hydrauliques faibles. Une plateforme expérimentale a été mise en place et instrumentée. Elle permet de contrôler quatre paramètres du système : la pente du canal, le débit hydraulique, le débit solide et la granulométrie. La durée des expériences est suffisamment longue pour couvrir l'ensemble des fluctuations gouvernant le transport. L'étude de l'évolution d'un même mélange granulaire soumis à un forçage hydraulique fort, (Shield = 1.37 Shield critique) ou à un forçage hydraulique faible (Shield = 0.94 Shield critique) a permis de mettre en évidence, au sein des structures sédimentaires observées, deux classes de comportement différentes. Pour l'expérience à Faible Transport, le lit est globalement pavé au cours de la durée de l'expérience qui est de 110 heures. Des structures de type step-pools sont présentes et très stables, et contrôlent la dynamique de transport du système à court terme et à long terme. A court terme, le transport solide n'est pas uniforme mais s'effectue à travers des processus transitoires d'érosion et de dépôt " de proche en proche ", associés respectivement à la destruction et à la formation de step-pools dans le système. A long terme, les step-pools conduisent à un pavage uniforme sur l'ensemble du canal. Des destructions périodiques de ce pavage de surface sont également observées et sont associées à une capacité de transport pour le système pouvant atteindre jusqu'à 15 fois le débit solide moyen. Pour l'expérience à Fort Transport, d'une durée de 92 heures, la morphologie du lit fluctue entre deux états extrêmes. Un lit plat dont la surface est formée de particules fines, à forte capacité de transport et un lit pavé à forte pente et à faible capacité de transport. Les step-pools ne sont, ici, que des états éphémères associés à la phase de transition du système qui sont rapidement détruits par les nappes de charriage. Ces dernières sont le mode principal de transport pour le système et expliquent les évolutions cycliques mesurées à court et à long terme. Enfin, nous avons étudié les conséquences des phénomènes décrits ci-dessus en conditions hors équilibre à forte pente. Nous avons pour cela réalisé deux expériences : une première expérience où nous étudions le cas d'un système en phase d'aggradation et une seconde où nous prenons le cas d'un système contrôlé par deux seuils de correction torrentielle. La première a nécessité une longue période afin que le système atteigne une condition d'équilibre dynamique : plus que 210 heures. L'équilibre local du système est atteint progressivement de l'amont vers l'aval, les parties les plus proches de l'alimentation atteignant en premiers l'état d'équilibre. De plus, pendant l'aggradation les fluctuations du système autour de la moyenne sont inférieures à celles mesurées pour un système à l'équilibre. La seconde expérience a montré que l'aménagement d'un système torrentiel avec des seuils peut avoir un impact non négligeable sur la quantité maximum de matériau transporté au cours d'un seul événement. Néanmoins, l'intensité maximale instantanée du transport et le comportement global du système à long terme ne sont en rien affectés par la présence de seuils.

Malgré les nombreux travaux menés sur le transport par charriage depuis le siècle dernier, comprendre l'effet de l'interaction des différentes tailles de grains composant le lit des rivières reste une gageure. Au cours de ces travaux nous étudions par l'approche expérimentale l'influence de la distribution des tailles de grains sur le transport par charriage dans la configuration simple d'une lit de sédiment composé de deux tailles de grains uniquement. Ces grains sont en quartz et respectivement de tailles D1 = 0.7 ± 0.1mm and D2 = 2.2 ± 0.4mm. Les expériences ont été réalisées dans un canal inclinable, dans lequel un lit de sédiment est soumis à la force de cisaillement d'un écoulement turbulent, stationnaire et uniforme. Au cours de chacune des expériences on a réalisé un film de la surface du lit à l'aide d'une caméra rapide. Le traitement de ces images nous a permis de mesurer les deux grandeurs qui composent le transport : la vitesse moyenne des particules et le nombre de particules en mouvement par unité de surface. Ces deux quantités ont été estimées séparément pour chacune des deux populations de grains et pour différentes valeurs de contrainte cisaillante et de fraction de la surface du lit occupée par des petits grains. Les résultats de cette étude montrent que dans le cas bimodal la vitesse moyenne des grains et le nombre de grains en mouvement par unité de surface, une fois correctement adimensionnés, obéissent aux mêmes lois que celles observées dans le cas d'un lit de composition homogène (d'une seule taille de grains). Cela suggère que le modèle d'érosion-déposition proposé par [Charru, 2006] et établi expérimentalement dans le cas homogène [Lajeunesse et al., 2010], peut être généralisé au cas bimodal. La seule différence observée dans nos expériences de transport bimodal concerne les valeurs des contraintes seuils de mise en mouvement des grains. Celles-ci changent avec la composition du lit, et semblent présenter une décroissance linaire avec la fraction surfacique de petits grains. Ces résultats nous permettent de proposer un modèle simple de transport de plusieurs tailles de grains.

Dans les bassins versants abrupts de montagne, de larges quantités de sédiments provenant des pentes escarpées viennent se déposer dans la partie supérieure des torrents et sont remobilisées par les laves torrentielles ou par charriage. Le but de ce travail était d'étudier le transport des sédiments grossiers dans les petits bassins versants torrentiels et d'analyser l'influence du stockage de ces sédiments dans le chenal sur les laves torrentielles. Cela a requis sur le terrain une intense surveillance géomorphologique des événements d'écoulement dans les bassins versants des torrents du Manival et du Réal, susceptibles de produire des laves torrentielles et du transport solide par charriage chaque année.Le bilan sédimentaire du Manival a été réalisé grâce à des mesures topographiques répétées entre les événements importants d'écoulements (sections transversales et relevés au scan laser terrestre). Deux évènements de laves torrentielles et plusieurs évènements de charriage ont été observés. La reconstitution de leur budget sédimentaire a révélé que la majeure partie de leurs volumes a été apportée par l'érosion du chenal. Les évènements de charriage de l'automne ont contribué à la recharge sédimentaire du chenal principal par le dépôt de grands bancs de gravier. Ce processus est fondamental au déclenchement de laves torrentielles lors des printemps et été suivants. Un décalage dans le temps des séquences érosion /dépôt a été observé entre les parties supérieure et inférieure du chenal, révélant un transfert discontinu de sédiments dans le bassin versant. Un modèle conceptuel de transfert des sédiments est proposé pour les différentes magnitudes d'écoulement.Dans le Réal, le volume de sédiment transporté est similaire à celui du Manival avec une augmentation importante du volume dans le chenal. La plus importante lave torrentielle observée a révélé une diminution en aval des hauteurs d'écoulement maximales, des contraintes de cisaillement, de la vitesse et de la résistance à l'écoulement. Cela suggère que le front de la lave torrentielle érode et déstabilise le chenal, mais qu'il ne peut pas transporter les matériaux en raison de sa concentration élevée en sédiments. La vague hyperconcentrée qui suit se charge des matériaux restants, croît en volume et fusionne avec la lave torrentielle en décélération. Le front et les vagues suivantes jouent un rôle essentiel pour l'érosion lors d'un événement de lave torrentielle.Les laves torrentielles ont créé une érosion significative à la variabilité spatiale importante alors que les déformations du lit induites par le charriage sont en équilibre. L'érosion du chenal par les laves torrentielles est contrôlée étroitement par la pente en amont et les conditions de stockage des sédiments et peut être prédite par une relation logarithmique. Les matériaux les plus sensibles à l'érosion dans le Manival sont les bancs de gravier non consolidés formés par le charriage. Ils constituent une surface lisse au sein du chenal rugueux qui peut être automatiquement cartographiée à partir de données de laser scan terrestre ou aérien. Ceci fournit une évaluation des zones sensibles à l'érosion dans un chenal au moment du relevé au scan laser.Cette étude a permis d'alimenter le domaine des laves torrentielles en observations quantitatives sur le terrain. Des bases de données détaillées ont été obtenues par l'intégration de multiples relevés des différentes sections transversales, des nombreux balayages laser et des données des stations de mesure à haute fréquence. Les mesures de transfert de sédiments, des interactions/contrôles dans le chenal, de la dynamique des laves torrentielles. La caractérisation des stockages dans ces bassins différents fournit une base solide pour le développement de modèles conceptuels et statistiques. Ces observations ont également mis en évidence les paramètres importants à mesurer sur le terrain qui ont une influence sur les laves torrentielles.

Le transport par charriage reste un phénomène mal compris en raison notamment de la polydispersité des particules et de la ségrégation résultante. Nous avons mené une étude expérimentale à l'échelle de la particule dans le but de comparer le mouvement de billes de verre sphériques de 4~mm et 6~mm et d'analyser la ségrégation de mélanges de deux tailles. Les particules sont entraînées dans un mouvement quasi-bidimensionnel par un écoulement turbulent et supercritique dans un canal à forte pente sur un lit mobile sous des conditions d'équilibre de charriage. Les écoulements ont été filmés sur le côté et analysés par traitement d'image afin de déterminer les trajectoires des particules, leur état de mouvement (arrêt, roulement, saltation) et la hauteur d'eau. Alors que les billes de 6~mm des cas unimodaux sont principalement en roulement, la saltation est prédominante pour les billes de 4~mm et les billes du mélange. Nos données monodisperses supportent le modèle d'érosion-dépôt de cite{Char06}. Les profils de vitesse présentent trois zones (exponentielle, linéaire, logarithmique). De même que les profils de concentration, ils ont des similitudes avec les profils en charriage côtier et en écoulement granulaire sec. Nos expériences bidisperses ont révélé un phénomène de ségrégation assimilable au processus de "kinetic sieving".

Dans les bassins versants abrupts de montagne, de larges quantités de sédiments provenant des pentes escarpées viennent se déposer dans la partie supérieure des torrents et sont remobilisées par les laves torrentielles ou par charriage. Le but de ce travail était d'étudier le transport des sédiments grossiers dans les petits bassins versants torrentiels et d’analyser l’influence du stockage de ces sédiments dans le chenal sur les laves torrentielles. Cela a requis sur le terrain une intense surveillance géomorphologique des événements d'écoulement dans les bassins versants des torrents du Manival et du Réal, susceptibles de produire des laves torrentielles et du transport solide par charriage chaque année.Le bilan sédimentaire du Manival a été réalisé grâce à des mesures topographiques répétées entre les événements importants d’écoulements (sections transversales et relevés au scan laser terrestre). Deux évènements de laves torrentielles et plusieurs évènements de charriage ont été observés. La reconstitution de leur budget sédimentaire a révélé que la majeure partie de leurs volumes a été apportée par l'érosion du chenal. Les évènements de charriage de l’automne ont contribué à la recharge sédimentaire du chenal principal par le dépôt de grands bancs de gravier. Ce processus est fondamental au déclenchement de laves torrentielles lors des printemps et été suivants. Un décalage dans le temps des séquences érosion /dépôt a été observé entre les parties supérieure et inférieure du chenal, révélant un transfert discontinu de sédiments dans le bassin versant. Un modèle conceptuel de transfert des sédiments est proposé pour les différentes magnitudes d’écoulement.Dans le Réal, le volume de sédiment transporté est similaire à celui du Manival avec une augmentation importante du volume dans le chenal. La plus importante lave torrentielle observée a révélé une diminution en aval des hauteurs d'écoulement maximales, des contraintes de cisaillement, de la vitesse et de la résistance à l'écoulement. Cela suggère que le front de la lave torrentielle érode et déstabilise le chenal, mais qu’il ne peut pas transporter les matériaux en raison de sa concentration élevée en sédiments. La vague hyperconcentrée qui suit se charge des matériaux restants, croît en volume et fusionne avec la lave torrentielle en décélération. Le front et les vagues suivantes jouent un rôle essentiel pour l'érosion lors d'un événement de lave torrentielle.Les laves torrentielles ont créé une érosion significative à la variabilité spatiale importante alors que les déformations du lit induites par le charriage sont en équilibre. L’érosion du chenal par les laves torrentielles est contrôlée étroitement par la pente en amont et les conditions de stockage des sédiments et peut être prédite par une relation logarithmique. Les matériaux les plus sensibles à l'érosion dans le Manival sont les bancs de gravier non consolidés formés par le charriage. Ils constituent une surface lisse au sein du chenal rugueux qui peut être automatiquement cartographiée à partir de données de laser scan terrestre ou aérien. Ceci fournit une évaluation des zones sensibles à l'érosion dans un chenal au moment du relevé au scan laser.Cette étude a permis d’alimenter le domaine des laves torrentielles en observations quantitatives sur le terrain. Des bases de données détaillées ont été obtenues par l'intégration de multiples relevés des différentes sections transversales, des nombreux balayages laser et des données des stations de mesure à haute fréquence. Les mesures de transfert de sédiments, des interactions/contrôles dans le chenal, de la dynamique des laves torrentielles. La caractérisation des stockages dans ces bassins différents fournit une base solide pour le développement de modèles conceptuels et statistiques. Ces observations ont également mis en évidence les paramètres importants à mesurer sur le terrain qui ont une influence sur les laves torrentielles. / Steep mountain catchments typically experience large sediment pulses from hillslopes which are stored in headwater channels and remobilized by debris-flows or bedload transport. The purpose of this research was to investigate the coarse sediment transport through steep catchments and how channel storage can influence debris-flows. This required intensive field-based geomorphic monitoring of flow events in the Manival and Réal torrent catchments which can experience debris-flows and bedload transport every year.In the Manival Torrent, the sediment transfers were characterized at a seasonal time scale by a complete sediment budget of the catchment derived from multi-date topographic measurements between important flow events (cross-section surveying and terrestrial laser scanning). Sediment budget reconstitution of two debris-flows revealed that most of their volumes were supplied by channel scouring (more than 92%). Bedload transport during autumn contributed to the sediment recharge of high-order channels by the deposition of large gravel wedges. This process is recognized as being fundamental for debris-flow occurrence during the subsequent spring and summer. A time shift of scour-and-fill sequences was observed between low- and high-order channels, revealing the discontinuous sediment transfer in the catchment during common flow events. A conceptual model of sediment routing for different event magnitudes is proposed.In the Réal Torrent, post-event surveying and high-frequency monitoring stations were used to compare and compile measurements of flow events. Three debris-flow events and three periods of bedload transport with small headwater debris-flows were observed. Sediment transport volumes for debris-flows were very similar to the Manival with important volume growth in the channel. The largest observed debris-flow revealed a downstream decrease of maximum flow heights, shear stress, velocity, and flow resistance. We hypothesize that the debris-flow front scours and destabilizes the channel, but it cannot transport the material because of its high sediment concentration. Therefore, the trailing hyperconcentrated surge picks up the remaining material, grows in volume, and coalesces with the decelerating debris-flow. Both the front and following surges play an integral role for net erosion during a debris-flow event.Multi-date cross-sections in the Manival and Réal have shown that debris-flows have significant scouring with large spatial variability. Bedload transport was observed to be at equilibrium with little variability. Field observations of channel deformations show that debris-flow scouring is strongly controlled by upstream slope and storage conditions. A logarithmic relationship is proposed as an empirical fit for the prediction of channel erosion. The most susceptible materials for erosion in the Manival are the unconsolidated gravel wedges developed from bedload transport. This material has a smooth surface within the rugged channel which can be automatically mapped with a 20 cm digital elevation model from either terrestrial or airborne laser scans by calculating roughness with a one meter window. This provides an automatic assessment of erodible areas in a channel at the time of the laser scan survey.This study has contributed to the need of quantitative field observations in the realm of debris-flow research. Complete and thorough databases were obtained by integrating multi-date cross-section surveys, multi-date laser scans, and high-frequency monitoring stations. Quantified evidence revealing sediment transfers, channel interactions/controls, debris-flow dynamics, and storage characterizations in two different catchments provides a strong basis in the development of conceptual and statistical models. These observations also highlighted the significant field parameters that have an influence on debris-flows and steep catchment systems.

Un écoulement fluide (air ou liquide) au-dessus d’un matériau granulaire induit, au-delà d’un seuil, un transport de grains qui peut conduire à la formation de dunes. Dans une première partie, nous étudions la morphodynamique des dunes éoliennes. Grâce à une modélisation simplifiée des transports de sédiment, la description de la dynamique d’une dune formée sur un fond plat non-érodable sous un écoulement unidirectionnel peut se réduire à un système d’équations différentielles couplées du premier ordre. Le modèle développé permet d’identifier les mécanismes qui influencent la stabilité linéaire d’une dune transverse rectiligne. Lorsque la diffusion latérale de sédiment sur la face amont est dominante devant celle sur la face aval, notre modèle prédit la stabilité de la dune transverse. Lorsque la dune transverse est instable, elle se fragmente en dunes en forme de croissant, appelées barkhanes. Grâce aux caractéristiques morphologiques des dunes éoliennes issues des données de terrain, les paramètres macroscopiques qui influencent la stabilité sont déterminés. Dans une seconde partie, nous analysons l’influence de la présence de formes sédimentaires aquatiques sur les modes de transport de sédiment (charriage ou suspension). Des expériences en chenal hydraulique permettent de suivre la déstabilisation d’un lit plat de sédiment par un écoulement unidirectionnel. Le suivi de la morphologie du fond ainsi que le piégeage différencié des modes de transport de sédiment permettent de mettre en avant que l’apparition et la croissance de dunes s’accompagnent d’une augmentation du transport de sédiment. / Above a threshold, a flow (of liquid or air) over a granular bed leads to grain transport that can induce dune formation. In the first part of this thesis, we study the morphodynamics of eolian dunes. With a simplified sediment transport model, the description of the dynamics of a dune formed on an non-erodible bed under unidirectional flow is reduced to a system of first order coupled differential equations. With this model, we identify the mechanisms that influence the linear stability of a rectilinear transverse dune. When lateral sediment diffusion on the upwind side of the dune prevails over the downwind side diffusion, our model predicts transverse dune stability. When the transverse dune is unstable, it breaks into crescent-shaped dunes called barchan dunes. With morphological characteristics of aeolian dunes taken from field data, macroscopic parameters influencing the dune stability are calculated. In the second part, we analyze the effect of aquatic bedforms on the mode of sediment transport (bedload or suspension). With flume experiments we follow the destabilization of a flat sediment bed under a unidirectionnal flow. Recorded bed morphology and differentiated trapping of sediment allow us to distinguish between bedload and suspension and to show that the dune formation and growth come along with an increase of sediment transport.

Le transport par charriage reste un phénomène mal compris en raison notamment de la polydispersité des particules et de la ségrégation résultante. Nous avons mené une étude expérimentale à l'échelle de la particule dans le but de comparer le mouvement de billes de verre sphériques de 4~mm et 6~mm et d'analyser la ségrégation de mélanges de deux tailles. Les particules sont entraînées dans un mouvement quasi-bidimensionnel par un écoulement turbulent et supercritique dans un canal à forte pente sur un lit mobile sous des conditions d'équilibre de charriage. Les écoulements ont été filmés sur le côté et analysés par traitement d'image afin de déterminer les trajectoires des particules, leur état de mouvement (arrêt, roulement, saltation) et la hauteur d'eau. Alors que les billes de 6~mm des cas unimodaux sont principalement en roulement, la saltation est prédominante pour les billes de 4~mm et les billes du mélange. Nos données monodisperses supportent le modèle d'érosion-dépôt de cite{Char06}. Les profils de vitesse présentent trois zones (exponentielle, linéaire, logarithmique). De même que les profils de concentration, ils ont des similitudes avec les profils en charriage côtier et en écoulement granulaire sec. Nos expériences bidisperses ont révélé un phénomène de ségrégation assimilable au processus de "kinetic sieving". / Bedload transport remains poorly understood partly due to the polydispersity of particles and resulting segregation. Experiments were carried out at the particle scale to compare the motion of spherical 4~mm and 6~mm glass beads and to analyze the segregation of two-size mixtures. Particles were entrained by a turbulent supercritical flow down a steep two-dimensional channel with a mobile bed under bedload equilibrium conditions. Flows were filmed from the side and analyzed by image processing to determine the particle trajectories, their state of motion (rest, rolling, saltation), and flow depth. Contrasting with the 6~mm uniform case where rolling was frequent, saltation was dominant for 4~mm beads and the two-size mixtures. Our one-size data support the erosion-deposition model of cite{Char06}. The velocity profiles exhibit three segments (exponential, linear, logarithmic). As well as concentration profiles, they are similar to profiles in sheet flows and dry granular flows. Our two-size experiments also revealed a phenomenon of segregation comparable to the kinetic sieving process.

Le transport de sédiments en rivières et torrents reste un phénomène mal compris en raison de la polydispersité des particules et de la ségrégation résultante. Il a été mené une étude expérimentale sur un canal permettant d’étudier la ségrégation en charriage d’un mélange de deux classes de billes. Le déplacement collectif des billes est enregistré sous la forme de séquences vidéos. Cette thèse traite des méthodes de traitement d’images développées pour analyser les données obtenues. Premièrement, nous avons développé une méthode de segmentation d’images pour étudier l’influence de l’infiltration de particules fines sur l’évolution d’un lit mobile. Avec cette méthode d’analyse, une étude expérimentale a permis de montrer que l’évolution de la pente du lit présente une décroissance exponentielle. Deuxièmement, nous avons optimisé les algorithmes déterministes de suivi de particules pour permettre l’étude des trajectoires sur l’intégralité du phénomène de ségrégation, ce qui n’était pas possible dans les travaux précédemment effectués à Irstea. Nous avons de plus mis en place des mesures d’évaluation et conçu des vérités terrains afin d’apprécier la qualité des résultats. Des gains de temps, cohérence, précision et mémoire ont été quantifiés. Troisièmement, nous avons développé un nouvel algorithme basé sur le filtrage particulaire à modèles multiples pour mieux gérer les dynamiques complexes des particules et gagner en robustesse. Cette approche permet de prendre en compte les erreurs du détecteur, les corriger et ainsi éviter des difficultés lors du suivi de trajectoires que nous rencontrons notamment avec l’algorithme déterministe / Sediment transport in rivers and mountain streams remains poorly understood partly due to the polydispersity of particles and resulting segregation. Experiments in a channel were carried out to study bedload transport of bimodal bead mixtures. The behavior of the beads is recorded through video sequences. This work is about the development of image processing methods to analyse the obtained data. Firstly, we developed a method of image segmentation to study the infiltration of fine particles and its influence on the evolution of bed mobility. Thanks to this method, an experimental study shows that the bed slope evolution follows an exponential decay. Secondly, we optimised deterministic tracking algorithms to enable the study of trajectories on long-duration phenomena of segregation, which was not possible with previous work done at Irstea. Moreover we set up relevant evaluation measures and elaborated ground truth sequences to quantify the results. We observed benefits in execution time, consistency, precision and memory. Thirdly, we developed a new algorithm based on multiple model particle filtering to better deal with complex dynamics of particles and to gain robustness. This approach allows taking unreliable detections into account, correcting them and thus avoiding difficulties in the target tracking as encountered with the deterministic algorithm