Les prés-salés sont des interfaces complexes entre le milieu continental et maritime d'une grande importance environnementale. En contexte de changement climatique, ces zones vulnérables font maintenant l'objet d'une attention particulière puisqu'elles sont très sensibles aux fluctuations du niveau marin et à l'impact des tempêtes. Cette étude porte sur la mesure et la compréhension de la dynamique des prés-salés soumis à un régime méga-tidal (marnage supérieur à 10 m) encore peu étudié, à travers l'étude de deux estuaires des côtes du Nord-Ouest de la France : l'estuaire du Couesnon en baie du Mont-Saint-Michel et l'estuaire de la Somme. L'originalité de l'approche est de considérer une très large gamme d'échelles temporelles, depuis l'échelle séculaire jusqu'à l'événement de marée. A l'échelle séculaire, la mesure de l'évolution de la surface des prés salés en Baie de Somme, à partir de documents historiques et de photos aériennes, montre une évolution étonnamment similaire à celle de l'estuaire du Couesnon depuis la canalisation de la partie terminale de ces rivières au milieu du XIXème siècle. Après une phase de développement rapide des prés salés, une réduction concomitante des taux de croissance est observée dans les deux estuaires au début du XXème siècle. Nous proposons que l'augmentation du niveau marin à cette période soit responsable de cette réduction de croissance des prés-salés. L'analyse pluriannuelle des surfaces en baie de Somme met en évidence des périodes d'érosion des prés-salés résultant de la migration des chenaux tidaux à la frontière des prés-salés. Cependant, l'échelle de temps pluriannuelle ne permet pas d'appréhender les processus régissant la dynamique de migration des chenaux. Une étude sur 3 ans en baie du Mont-Saint-Michel a permis de caractériser le fonctionnement d'un chenal tidal sinueux en frontière des prés salés, grâce à des mesures topographiques inédites réalisées avec un Lidar terrestre haute résolution, combinées à des mesures hydro-sédimentaires (vitesses fluides et concentration). Encore jamais utilisé à cette échelle en contexte de prés-salés, des relevés journaliers durant les marées d'équinoxe de Septembre et de Mars ont mis en évidence une relation très non-linéaire entre érosion des berges et hauteur de marée. Cette relation est régie principalement par une forte augmentation des vitesses du courant lors du jusant, pouvant atteindre 2,2 m/s lorsque les marées inondent totalement les prés-salés. L'étude des taux d'accrétion dans la partie interne du méandre tidal a révélé l'importance de la présence de la végétation pionnière. En effet celle-ci introduit une très forte hétérogénéité spatiale de l'accrétion et augmente les taux moyens de sédimentation à l'échelle du méandre par un facteur 2. Des lois empiriques de sédimentation et d'érosion en fonction de la hauteur de marée sont proposées. Il est montré que 6 % des marées les plus hautes de l'année sont responsables de 90 % de 10 l'érosion des prés-salés par migration du chenal, alors que la sédimentation est dominée par les marées les plus fréquentes, dès lors que les zones végétalisées sont submergées. Ces travaux mettent en évidence le rôle fondamental de la divagation des chenaux en marge des prés salés méga-tidaux. Leur dynamique est contrôlée principalement par les marées les plus importantes, dont la fréquence est régit par des cycles nodaux de 4,4 à 18,6 ans. Toute modélisation de l'évolution des prés salés doit donc incorporer la migration des chenaux et l'érosion des berges, ainsi que l'effet de la végétation sur la sédimentation qui ne sont pour l'instant pas pris en compte dans ce type de modèle morpho-dynamique. Les données topographiques et hydro-sédimentaires inédites acquises durant ce travail de thèse fournissent des contraintes fortes pour le développement d'un tel modèle.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les prés-salés sont des interfaces complexes entre le milieu continental et maritime d'une grande importance environnementale. En contexte de changement climatique, ces zones vulnérables font maintenant l'objet d'une attention particulière. Cette étude porte sur la mesure et la compréhension de la dynamique des prés-salés soumis à un régime méga-tidal (marnage supérieur à 10 m), à travers l'étude de deux estuaires des côtes du Nord-Ouest de la France : l'estuaire du Couesnon en baie du Mont-Saint-Michel (MSM) et l'estuaire de la Somme. L'originalité de l'approche est de considérer une très large gamme d'échelles temporelles, depuis l'échelle séculaire jusqu'à l'événement de marée. A l'échelle séculaire, la mesure de l'évolution de la surface des prés salés en Baie de Somme, à partir de documents historiques et de photos aériennes, montre une évolution étonnamment similaire à celle de l'estuaire du Couesnon depuis la canalisation de la partie terminale de ces rivières au milieu du XIXème siècle. Après une phase de développement rapide des prés salés, une réduction concomitante des taux de croissance est observée dans les deux estuaires au début du XXème siècle. Nous proposons que l'augmentation du niveau marin à cette période soit responsable de cette réduction de croissance des prés-salés. L'analyse pluriannuelle des surfaces en baie de Somme met en évidence des périodes d'érosion des prés-salés résultant de la migration des chenaux tidaux à la frontière des prés-salés. Une étude sur 3 ans en baie du MSM a permis de caractériser le fonctionnement d'un chenal tidal sinueux en frontière des prés salés, grâce à des mesures topographiques inédites réalisées avec un Lidar terrestre haute résolution, combinées à des mesures hydro-sédimentaires. Des relevés journaliers durant les marées d'équinoxe de Septembre et de Mars ont mis en évidence une relation très non-linéaire entre érosion des berges et hauteur de marée. Cette relation est régie principalement par une forte augmentation des vitesses du courant lors du jusant. L'étude des taux d'accrétion dans la partie interne du méandre tidal a révélé l'importance de la présence de la végétation pionnière. Des lois empiriques de sédimentation et d'érosion en fonction de la hauteur de marée sont proposées. Il est montré que 6 % des marées les plus hautes de l'année sont responsables de 90 % de l'érosion des prés-salés par migration du chenal, alors que la sédimentation est dominée par les marées les plus fréquentes. Ces travaux mettent en évidence le rôle fondamental de la divagation des chenaux en marge des prés salés méga-tidaux. Leur dynamique est contrôlée principalement par les marées les plus importantes, dont la fréquence est régit par des cycles nodaux de 4,4 à 18,6 ans. Les données topographiques et hydro-sédimentaires inédites acquises durant ce travail de thèse fournissent des contraintes fortes pour le développement de modèle d'évolution des prés salés. / Salt marshes are complex interfaces between land and sea of high environmental values. Theses vulnerable landforms are now subjected to particular attention since they are very sensitive to sea level changes and storm events. This study focuses on salt marsh dynamic subjected to a mega-tidal range (higher than 10 m) that received less attention, through the study of two estuaries of the north-western coast of France: The Couesnon estuary in the Bay of Mont -Saint-Michel and the Somme estuary. The originality of this study is to consider a wide range of time scales, from the secular one to tide events. At secular time scale, we measure the evolution of salt marsh surfaces in the Somme bay, from historical documents and aerial photographs. The comparison with the Couesnon estuary reveals a surprisingly similar evolution of salt marsh extension, since the derivation and embankment of their main river in early mid XIXth century. After a period of rapid salt marsh extension, a concomitant reduction of growth rates is observed in both estuaries in the early XXth century. We propose that the increase in sea level rise during this period is responsible for the reduced growth of salt marshes. The pluriannual analysis highlights periods of erosion of salt marshes resulting from the tidal channels migration on salt marsh fringe. However, the pluriannual time scale does not capture the processes governing the dynamics of channel migration. This has motivated a 3 years study of a sinuous tidal channel located on the fringe of the marsh with the aim to understand its dynamics at daily to annual scales. We have acquired 36 high resolution topographic surveys with Terrestrial Laser Scanner. We used daily surveys during spring tides of various High Water Level (HWL) to analyze channel dynamics at tidal event timescales. Daily TLS measurements revealed a non-linear relationship between bank erosion and tidal height. This relationship is related to a sharp increase in flow velocities during the ebb (up to 2.2 m/s) for overmarsh tides. Spatially averaged accretion on the inner bend tends to increase linearly with HWL and is increased by a factor 2 during summer/autumn spring tides at the peak of pioneer vegetation development. We propose empirical laws of sedimentation and erosion depending on the tide height, which model that 6% of the highest tides of the year are responsible for 90 % of salt marsh erosion by channel migration, while sedimentation is dominated by frequent tides. These results highlight the need to incorporate the influence of vegetation on sedimentation rates as well as tidal migration processes in models of salt marsh dynamic in mega-tidal environment. Long term modeling should account for the highest tides of the year, that make tidal channel very sensitive to the nodal cycle (18.6 years) which controls the occurrence of the highest tides in mega-tidal environment.

Ce mémoire présente deux éléments de vulnérabilité de la prise d’eau des îlets de la rivière Montmorency, (Arrondissement Beauport, ville de Québec, 46° 55' 20" N 71° 11' 13" O). Cette nouvelle prise d’eau, installée en 2010-2011, est constituée d’un premier dispositif qui capte l’eau de surface et d’un second qui capte l’eau par des drains installés dans le lit de la rivière. Le dispositif sous fluvial est installé afin d’assurer un accès à l’eau de la rivière en cas de défaillance du dispositif superficiel, éventuellement provoqué par les glaces. Le premier aléa examiné qui soulève la question de la vulnérabilité est la présence de glace de fond qui, le cas échéant, pourrait nuire au rendement du dispositif sous fluvial en formant une barrière plus ou moins étanche entre l’eau de la rivière et les drains. Les observations menées à l’hiver 2009-2010 ont permis de noter la présence de glace de fond à une occasion sur une aire de 5 m² au seuil en amont du site d’implantation de la prise d’eau sous-fluviale. Les visites durant l’hiver 2010-2011 ont permis d’identifier trois (3) périodes de présence de glace de fond au seuil directement en aval du site d’installation de la prise d’eau sous-fluviale. La glace de fond couvrait entièrement le seuil et partiellement la zone d’implantation prévue. Les observations de glace de fond faites aux hivers 2009-2010 et 2010-2011 ainsi que la mesure d’épisodes de surfusion dans l’eau en mars 2010 suggèrent qu’il est fort probable qu’après la mise en place du dispositif de captage sous-fluvial, d’autres épisodes de glace de fond pourraient se produire. Toutefois, les observations faites de la glace de fond en place à l’hiver 2010-2011 démontrent qu’elle est très poreuse et non-consolidée, ce qui porte à croire que son influence sur le rendement du dispositif sous fluvial serait marginale d’autant plus que de tels événements se produisent seulement avant et après la mise en place du couvert de glace et quand la température est suffisamment basse, ce qui ne se produit pas très souvent. Le deuxième aléa qui soulève la question de la vulnérabilité de la prise d’eau est que ce bief anastomosé de la rivière pourrait subir des changements morphologiques suffisamment importants pour assécher à long terme le lit de la prise d’eau lors d’épisodes d’étiage sévère. Cette possibilité découle du fait que la rivière partage son débit avec des chenaux secondaires transitant dans la plaine d’inondation à travers la forêt, et qui court-circuitent le cours principal vis-à-vis de l’ouvrage des îlets ces bras pourraient s’élargir significativement dans les années à venir, possiblement en lien avec la présence du pont multifonctionnel. Celui-ci semble provoquer une augmentation de la fréquence des embâcles de glace immédiatement à l’amont, et la déposition consécutive d’alluvions grossières transportées par la débâcle, notamment quand l’embâcle qui l’accompagne font en place. Lors des embâcles, voire même lors des crues à l’eau libre, le niveau de l’eau monterait de plus en plus haut à débit donné, ouvrant ainsi la voie à une débitance croissante par les chenaux secondaires. Les relevés réalisés durant ce projet de maîtrise démontrent que la topographie du tronçon de 1,3 km directement en amont du pont multifonctionnel (Lat.= 46° 55' 38" N, Long. = 71° 11' 37" O) a subi des modifications notables depuis 1995. Les 500 m complètement en amont du tronçon ont subi un surcreusement moyen de 15 cm tandis que les 800 m en aval ont subi un rehaussement de 15 cm en moyenne. Des différences aux seuils des entrées vers les bras secondaires ont aussi été mise en évidence (jusqu’à -1,5 m) cependant, lors du relevé de 1995 des débris (branches, troncs, etc.) ainsi que des sédiments obstruaient l’entrée en formant des seuils (généralement < 1 m) ce qui explique les différences importantes notées aux seuils entre 1995 et 2000 (Doyon, B, Communication personnelle, 2010). La répartition des débits entre les bras secondaires de la rivière est sujette à des variations relatives importantes en proportions causées par des effets locaux. La pente des bras secondaires de la rivière Montmorency est faible et couplée à un débit tout aussi faible et des chenaux étroits, les débits dans les bras secondaires sont plus facilement influencés par les débris, sédiments et toute nouvelle restriction ou ouverture. Les débits mesurés ont permis de déterminer qu’en absence d’un couvert de glace, le pourcentage du débit qui court-circuite le site de la prise d’eau est de 5%, 6%, 8% et 9% pour des débits totaux au secteur des îlets de 29 m³/s, 46 m³/s, 55 m³/s et 90 m³/s. Depuis la construction du pont, la fréquence caractéristique des embâcles dans le secteur du pont est passée de un aux trente ans à un aux cinq ans. Le modèle HEC-RAS a été utilisé pour déterminer les niveaux d’eau du secteur des bras secondaires en présence d’un couvert de glace et en présence d’embâcles de glace. Les résultats démontrent que les niveaux atteints en crue 2 ans à surface libre (439 m³/s) et en crue hivernale (100 m³/s) en présence d’un couvert de glace ou d’un embâcle de glace initient l’écoulement vers les bras secondaires et causent de cette façon de l’érosion qui augmentera avec le temps la chenalisation vers les bras secondaires en période de crues. Ce travail se situe dans un projet du Ministère des Affaires municipales, des Régions et de l’Occupation du territoire en collaboration avec la Ville de Québec.

Ce manuscrit de thèse propose la première étude sédimentologique exhaustive de l’escarpement du Dur At Talah (150 km de long sur 120 m de hauteur). Ce dernier affleure dans la dépression d’Abu Tumayam, dans la partie méridionale du Bassin de Syrte (Libye). La Formation du Dur At Talah offre une séquence sédimentaire régressive (au 2nd ordre), allant de faciès marins peu profonds à des faciès fluviatiles, datée de l’Eocène supérieur. Les exceptionnelles conditions d'affleurement ont permis une analyse sédimentologique approfondie (lithofaciès, ichnofaciès, géométries et découpage séquentiel) conduisant à une caractérisation multiscalaire d'un système margino-littoral dominé par la dynamique tidale. Parmi les résultats saillants de cette étude figure l'identification de deux processus sédimentaires : la progradation signée par des structures clinoformes et l’accrétion latérale caractérisée par des stratifications hétérolithiques inclinées (IHS). Dès lors, plusieurs corps sédimentaires se distinguent sans ambiguïté tel que les barres d’embouchure hétérolithiques et les barres de méandres de chenaux tidaux. L'auscultation de ces grands corps sédimentaires permet alors d'en définir les critères de reconnaissance et le contexte séquentiel de mise en place, mais aussi d'en contraindre le potentiel réservoir. / This manuscript provides the first exhaustive sedimentological study of the Dur At Talah escarpment (≈120 m high and ≈150 km length). This latter is exposed in the Abu Tumayam Trough, in the southern Sirt Basin (Libya). The Dur At Talah Formation forms a 2nd order regressive sequence, from shallow marine to fluviatile deposits, dated as upper Eocene. This exceptional outcrop allows an extensive and detailed sedimentological analysis (lithofaciès, ichnofaciès, geometries and sequence stratigraphy) leading to a multi-scale characterization of nearshore to paralic environments dominated by tidal dynamic. Among outstanding results, two sedimentary processes have been recognized and characterized: the progradation is expressed by large-scale clinoform structures and the lateral accretion is characterized by inclined heterolithic stratifications (IHS). Several sedimentary bodies are, thus, unequivocally distinguishable such as heterolithic mouth-bars and tidal channel point-bars. Thorough analysis of these sedimentary bodies allows to define diagnostic criteria to recognize them. They can be replaced in a consistent stratigraphic framework explaining their architecture and their vertical evolution in order to be used as reservoir analog.