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

Cette thèse porte sur l’analyse morphodynamique et sédimentaire des méandres du Cher (affluent de rive gauche de la Loire moyenne). L’intérêt pour cette question est né d’un double constat. Le premier était celui d’un manque patent de connaissances sur le fonctionnement géomorphologique des affluents de la Loire en général et du Cher en particulier. Le second se rapportait à la coexistence en apparence contradictoire d’une faible mobilité en plan depuis le début du XIXe siècle et d’une érosion latérale active au cours des trois dernières décennies, au minimum. L’objectif était à la fois de combler une partie de ce déficit de connaissances, afin notamment d’améliorer les pratiques de gestion de la rivière, et de caractériser le plus finement possible le comportement a priori atypique de ces systèmes à méandres, afin d’en comprendre la dynamique. Cette étude aura permis de mettre en évidence que depuis 1950, mais aussi probablement depuis 1830, la faible mobilité du tracé de la rivière relève essentiellement des contraintes exercées par les aménagements présents dans le lit mineur. En outre, ces méandres disposent encore aujourd’hui d’une très forte capacité intrinsèque à balayer leur plaine alluviale. La fréquence de mobilisation de la charge de fond est également élevée. Enfin, la morphogénèse est principalement commandée par les évènements hydrologiques de faible magnitude. Ces résultats sont de première importance pour les gestionnaires puisqu’ils indiquent que les dysfonctionnements qui affectent actuellement cet hydrosystème ne sont pas totalement irréversibles. / This thesis is dedicated to the morphodynamics and sedimentary analysis of the Cher River meanders (left bank tributary of the Middle Loire River). Two main points explain the present study. First, there is a general lack of knowledge concerning the geomorphological functioning of the Loire River tributaries, especially on the Cher River. Second, there is an apparent contradiction between the low mobility of the fluvial land forms since the early 19th century and active lateral erosion observed over the past three decades at least. In comparison with the Loire and its tributaries, the specificity of the Cher River lies in a meandering pattern that is both old and spatially extended. This research also directly concerns the current management issues of the Cher and the Loire River. These issues relate mainly to the maintenance or restoration of alluvial landscapes and to the refill of the bed with coarse sediments. The main objective of the thesis was both to fill a part of this knowledge gap and to characterize as fully as possible the atypical behavior of this meandering system in order to understand its dynamics. The various investigations conducted have focused on the middle valley of the Cher River, upstream of the channelized section, and more specifically on three distinct reaches. They were designed to validate two explanatory hypotheses that are not mutually exclusive of each other; the two hypotheses were initially set out to explain the stability of the meander planforms. The first hypothesis postulated that the migration of meanders was inhibited by the presence of bank protections. The second is related to a decrease in the frequency and / or intensity of hydrological morphogenic events since the 19th century. Our analysis is based on two complementary approaches. Firstly, we undertook the reconstruction of the evolutionary trajectory of these meanders at a historical timescale (period 1830-2005) and we investigated the causes of the observed changes. Secondly, we examined more specifically the relationships between morphogenesis and bedload transport at time scalesspanning from the hydrological event to a few decades (last 25-70 years). This study demonstrates that since 1950, but probably also since 1830, the low meander mobility, essentially results from engineering works in the bed. Further, the meanders still have a very high intrinsic ability to erode the alluvial plain. The frequency of bedload mobilization is also high. Finally, morphogenesis in the system is mainly controlled by low magnitude hydrological events. These results are of primary importance for river managers because they highlight the reversibility of the current hydrosystem degradation.

Ce travail est divisé en 5 chapitres. Le premier évoque l'histoire géologique de la plaine à l'époque tertiaire, avant le Pliocène. Après avoir présenté les difficultés pour établir une stratigraphie précise des dépôts en raison de la rareté des données paléontologiques et de la variété des faciès, l'auteur s'interroge sur les modalités de la tectonique au cours et à l'issue de la sédimentation. Le second chapitre porte sur le contexte actuel de la morphogenèse et sur son principal agent : la dynamique des cours d'eau, de la Loire principalement. Les chapitres trois et quatre s'intéressent aux conditions du dépôt du système de terrasses alluviales au cours des périodes glaciaires du Quaternaire (chapitre 4) après avoir analysé les processus de colluvionnement et de pédogenèse qui ont contribué à en altérer les formes (chapitre 3). Enfin le dernier chapitre examine le façonnement du relief par le ruissellement diffus.

La connaissance de la dynamique hydrosédimentaire des rivières avant et pendant l’installation des nombreux aménagements hydrauliques depuis l’Antiquité restaient très fragmentaire en Basse-Normandie et plus largement en Europe de l’Ouest. On savait encore peu de choses sur les processus d’érosion et de sédimentation qui se sont succédés au sein des rivières normandes au cours des deux derniers millénaires et la part des forçages anthropiques et climatiques qui ont influencé ces processus. L’objectif de la thèse est donc de comprendre et de mesurer la part des héritages dans le fonctionnement actuel des rivières afin de contribuer à leur gestion contemporaine. A cette fin, des recherches géomorphologiques et géoarchéologiques ont été menées dans plusieurs vallées bas-normandes. Ces études ont mis en évidence le poids des installations hydrauliques et en particulier le développement des moulins à eau dans la modification des chenaux d’écoulement mais aussi la construction des plaines alluviales. En effet, la structuration complète du cours d’eau depuis le Moyen Âge a fortement artificialisé les formes en plan et les pentes des cours d’eau et complètement cloisonné leur linéaire. Ces transformations ont favorisé la stabilité latérale des cours d’eau et la sédimentation limoneuse par débordement au sein des plaines alluviales. L’installation de moulins s’accompagne très souvent d’une simplification du tracé en plan de la rivière. Lors de l’équipement maximal des cours d’eau normands on trouvait un moulin tous les 2500 mètres de linéaires hydrographiques. Ces transformations signifient qu’une grande partie des cours actuels sont artificiels. En effet, ces aménagements et l’accélération de la sédimentation limoneuse depuis 1000 ans sont à l’origine de la mise en place d’un équilibre dynamique aboutissant aux formes hydrosédimentaires des rivières actuelles. L’abandon de la gestion des ouvrages hydrauliques et leur destruction au cours des cinquante dernières années viennent remettre en cause cet équilibre. / In Lower Normandy, knowledge of the hydrosedimentary dynamics of rivers before and during the installation of the numerous hydraulic installations since the Roman period remains very fragmentary. Little was known about the rates of erosion and sedimentation that have occurred over the last two millennia and how climatic and anthropogenic controls have influenced these processes. Thus, the challenge of this phD is to understand and measure the role of the inherited structures and operating in the current functioning of the rivers of Lower Normandy in order to help with their contemporary management. To provide answers, geomorphological and geoarchaeological researches has been carried out in several valleys. These studies make it possible to highlight the weight of the hydraulic installations and in particular the developments related to the mills in the setting up of floodplains. Indeed, the complete structuring and management of the watercourse since the Middle Ages artificialized riverbed forms and slopes, and partitioned rivers favoring lateral stability and overflow sedimentation in the floodplain conducting in the development of completely regulated rivers. The installation of mills is accompanied locally by a simplification of the river course. At the acme of the equipment there was a mill every 2,500 meters along the rivers of Lower Normandy. These transformations mean that a large part of current courses are artificial. These structures and the increase of the overbank silt sedimentation for 1000 years are at the origin of the establishment of a dynamic equilibrium resulting in the hydrosedimentary forms of the present rivers which are largely inherited. The abandonment of the management of the hydraulic structures and their destruction during the last fifty years comes to question this balance.

Depuis la fin du XIXe siècle / le début du XXe siècle, les cours d'eau européens sont affectés par une incision et une contraction généralisées des chenaux, en réponse à l'intensification des activités humaines et à la transition climatique entre le Petit Âge Glaciaire (PAG) et le Réchauffement Global actuel (RG). Sur la Garonne, ce phénomène a été observé et décrit depuis les années 1960 dans la portion dite toulousaine (linéaire de 90 km entre les confluences de l'Ariège et du Tarn). Toutefois, peu d'études se sont intéressées à l'évolution de la dynamique fluviale à plus long terme. Cette thèse propose une reconstitution de la trajectoire d'évolution de la Garonne toulousaine sur une échelle de temps pluriséculaire. L'objectif est d'évaluer : 1) l'inscription de la tendance actuelle sur la période antérieure aux années 1950 ; 2) l'effet de la transition PAG/RG et des aménagements ponctuels de l'Epoque Moderne sur la dynamique fluviale ; 3) le mode de fonctionnement hydro-sédimentaire de la Garonne avant le XXe siècle et 4) l'existence de tendances/disparités spatiales au sein du linéaire. La démarche méthodologique mise en oeuvre repose sur la complémentarité chronologique et spatiale des données traitées, issues de l'analyse des documents cartographiques historiques et de travaux de terrain menés sur 11 paléochenaux de la Garonne. Les résultats révèlent : 1) une tendance au méandrage au cours de la phase terminale du PAG (seconde moitié du XIXe siècle), marquée par des discontinuités le long du linéaire ; 2) une réduction de la dynamique fluviale amorcée dès la fin du XIXe siècle / le début du XXe siècle dans la partie amont/médiane du linéaire, en réponse à des facteurs de contrôle multiples et 3) une réduction de la dynamique fluviale plus tardive dans la partie aval, sous l'effet d'une campagne de protection des berges. Par ailleurs, cette étude fournit des données sur la période correspondant à l'Optimum Climatique Médiéval (OM, 900-1300) et révèle une faiblesse documentaire concernant le PAG avant le XIXe siècle. / Since the end of the nineteenth century, significant morphological channel changes have been observed along European rivers. The major processes involved, channel incision and narrowing, appear as the result of increasing human activities and the transition from the Little Ice Age (LIA) to Global Warming (GW). On the Garonne River (southwestern France) this phenomenon has been observed and described since the 1960th between the Ariège and Tarn tributaries (The Toulouse Garonne, 90 km). However, very few studies have focused on a longer evolutionary period. In this study, we propose to analyze the evolutionary trajectory of the Toulouse Garonne on a plurisecular timescale. The aim of this study is to assess: 1) the evolutionary tendency before the 1950th; 2) the impact of the LIA to GW transition and former human disturbances on fluvial dynamics; 3) the hydro-sedimentary pattern of the Garonne River before the twentieth century; and 4) the presence of spatial discontinuities within the reach. The analysis is based on two types of data, which are complementary in terms of chronology and spatial cover: historical maps and field data collected on 11 palaeochannels. The results show: 1) a meandering channel in the late LIA (second half of the nineteenth century), with spatial discontinuities along the Toulouse Garonne; 2) a morphological adjustment since the late nineteenth / early twentieth centuries in the upstream and middle reaches, in response to several controls and; 3) a later adjustment in the downstream reach, in response to bank protection. Furthermore, this study provides new data on morphological channel features over the Medieval Climatic Optimum (MCO, 900-1300) and reveals that only a very few data allows to assess the channel behavior over the LIA.

L'effet combiné des gradients physiques, des interactions biotiques et des impacts anthropiques, le tout dans un cadre temporel évolutif, donne aux forêts alluviales l'aspect d'une mosaïque complexe où se juxtaposent, dans l'espace et dans le temps, des milieux variés et diversifiés. Si, depuis plus de trente ans, les études ont décrit, qualitativement, les liens qui unissent la végétation des plaines alluviales et la dynamique hydro-morphologique du chenal, certains aspects ont été peu abordés (Chapitre 1). C'est pourquoi, nous avons analysé, quantitativement, l'impact de l'évolution hydro-morphologique du chenal sur les flux d'eau et de sédiments et donc sur les boisements riverains dans les hydrosystèmes rhodaniens. Dans ce contexte, les contrôles anthropiques ont été explicitement intégrés dans l'analyse de l'évolution des structures et des flux. De fait, deux questions scientifiques ont été abordées.<br /><br />Dans un premier temps (Chapitre 2), une approche temporelle de la dynamique de la végétation riveraine à l'échelle de la seconde moitié du 20e s a été développée. Au niveau du paysage (Chapitre 2-A), le contrôle anthropique apparaît très important, aussi bien pour l'évolution des surfaces boisées, que pour la structuration spatiale du corridor naturel. Ainsi, nous avons montré que l'abandon des pratiques sylvicoles et pastorales peut être le moteur de la végétalisation des lits majeurs (Ain). A l'inverse, l'implantation de structures anthropiques dans le paysage réduit la superficie des milieux forestiers et provoque une fragmentation de l'ensemble du corridor (Arve). Lorsque la dynamique latérale du chenal peut s'exprimer, elle est à l'origine d'une plus grande diversité des unités paysagères. Cependant, nous avons mis en lumière un fort découplage géographique entre la dynamique de la zone interne du corridor et celle de la zone externe. Enfin, le caractère transitoire de la structure et de la diversité de la mosaïque paysagère a également été montré. A l'échelle des individus (Chapitre 2-B), l'analyse de la croissance ligneuse du frêne montre également que les contrôles hydro-morphologiques et anthropiques sont prépondérants pour la dynamique de la végétation riveraine à moyen terme. De fait, la position altitudinale d'une placette contrôle en grande partie son degré de connexion hydrologique ; sur l'Ain, un effet de seuil a pu être identifié pour la croissance du frêne entre des débits de connexion de 750 m3.s-1 et de 1000 m3.s-1. De plus, la structuration spatiale du substrat est également, pour le frêne, un facteur important contrôlant sa croissance radiale. L'analyse de la prospection racinaire de cette essence met en évidence un double contrôle au niveau du substrat : un contrôle édaphique (présence d'horizons impénétrables, ex. : le toit de galets) et un contrôle hydrologique (présence d'une nappe permanente ou semi-permanente). Evidemment, structure et fonctionnement sont intimement liées et nos résultats indiquent que la mobilité du chenal, en modifiant de façon significative le patron hydrologique et sédimentaire, affecte les conditions écologiques au sein de la plaine. De même, dans les corridors riverains soumis à une pression anthropique importante, le développement d'activités consommatrices d'eau entraîne une modification de la répartition spatiale et temporelle des flux au sein de l'hydrosystème. <br /><br />Dans un deuxième temps (Chapitre 3), nous avons travaillé à une échelle de temps plus courte et à l'échelle spatiale de la communauté végétale. Dans la strate basse des boisements post-pionniers (frênaie) du corridor de l'Ain (Chapitre 3-A) aussi bien que dans les unités pionnières (saulaies) de la Drôme (Chapitre 3-B), nous avons montré que les conditions écologiques d'une unité varient non seulement en fonction de sa position dans l'hydrosystème à un instant donné, mais aussi au gré de l'évolution de la géométrie du chenal. Cette évolution résulte de l'ajustement aux conditions de débits, solide et liquide, au sein du chenal ; elle est donc liée à la dynamique de l'ensemble du tronçon fluvial : mobilité du chenal (incision sur l'Ain), effet des aménagements anthropiques (endiguement sur la Drôme). Concernant les communautés végétales, la position spatiale et la dynamique du tronçon se traduisent par des niveaux contrastés de connexion hydro-sédimentaire et donc de régime de perturbation. L'expression des processus hydrologiques et sédimentaires se répercute ainsi sur la communauté, en termes de composition, de structure, de régénération ou de diversité. Le rôle important joué par la dynamique des sédiments fins dans les forêts alluviales est alors souligné par nos résultats. En effet, l'érosion et le dépôt de sédiments constituent les processus primordiaux du caractère perturbant d'une crue. De plus, la granulométrie et l'épaisseur du substrat constituent un filtre à l'origine d'une sélection des espèces arbustives dans les milieux pionniers. Notons que cette dynamique des sédiments fins est sous le contrôle de la dynamique hydro-morphologique de l'ensemble du tronçon. <br /><br />Les exemples développés dans notre travail font apparaître une véritable géographie des facteurs de contrôle liée à l'expression différenciée des conditions hydro-morphologiques mais aussi une empreinte anthropique toujours présente. Par exemple, l'influence de la mobilité du chenal sur la croissance et la régénération ligneuse ainsi que le contrôle exercé par la dynamique sédimentaire sur le paysage et les communautés riveraines constituent des arguments importants pour développer une gestion cohérente des lits fluviaux et de leurs marges boisées. Pour cela, après avoir rappelé la spécificité des boisements alluviaux, nous proposons des éléments stratégiques de gestion, concernant notamment : la cohérence géographique des boisements à gérer, le diagnostic fonctionnel de ces forêts, le choix des objectifs de gestion, la prise en compte du contexte hydro-morphologique et de son évolution, la réhabilitation des sites et la cohérence des outils législatifs et financiers permettant d'agir dans ce domaine (Chapitre 4).<br /><br />Enfin, les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse permettent de discuter les notions de connexion physique (hydrologique et sédimentaire), de contraintes anthropiques et de trajectoire écologique (Conclusion).

Le Paraná argentin, le cinquième plus grand fleuve du monde par la taille de son bassin versant et le dixième par son débit, est également un fleuve de paradoxes : axe essentiel pourtant délaissé ; immense mais inconnu en dehors des pays qu’il traverse ; richesse environnementale qui n’est cependant pas protégée ; au potentiel naturel gigantesque mais très peu utilisé. Avec les 3.2 millions de km² de son bassin versant et un débit moyen de 18 000 m3/s à son embouchure il peut être considéré comme un mégafleuve. La séparation des thématiques de recherche entre géographie physique et humaine implique que le thème des grands fleuves ne soit pas abordés de manière concertée. En 2008, E. Latrubesse propose la notion de « mégafleuve », faisant franchir un saut épistémologique à certains très grands fleuves. Le concept trouve son équivalent dans les réflexions propres à la géographie humaine. L’objectif de cette thèse est donc de proposer un élargissement du concept de mégafleuve à la géographie humaine. Les grands projets tels que l’Hidrovia Paraná-Paraguay ou encore les grands barrages hydroélectriques permettent de mettre en place des ponts entre les domaines de compétence et de croiser la vision des acteurs de différents secteurs. Le Paraná est un fleuve en mutation, porteur d’enjeux socio-économiques de plus en plus importants : c’est pourquoi il est un objet idéal pour promouvoir un aménagement intégré porteur de valeurs environnementales. L’enjeu se situe principalement dans la mise en place des relations entre les échelles locales et supranationales induisant des recompositions territoriales. Ces dernières se fondent sur la mise en réseau de tout ou partie des territoires nationaux permettant de construire de nouvelles architectures régionales grâce à la convergence d’intérêts entre les différents acteurs. L’objectif visé est celui d’aboutir à des coopérations ouvertes permettant de diminuer l’approche verticale-sectorielle qui prédomine de nos jours. / The argentinian Paraná is the fifth river of the world by the size of its watershed, its tenth and its flow. It also is a river of paradoxes: it is an essential axis but has been abandoned; it is immense but unknown outside the countries which it crosses; it represents an environmental wealth which isn’t protected; and finaly is gigantic but very poorely used. With the 3.2 million km ² of its watershed , and an average flow which reaches 18 000 m3/s at its mouth it can be considered as a megariver.The theme of big rivers is nowadays quite fashionable in the scientific literature, but the research is separated between physical and human geography. It then seems necessary to reconcile both approaches around new concepts. In 2008, E. Latrubesse proposed the concept of megariver. This concept finds its equivalent in the reflections found in the human geography. The objective of this thesis is to propose an extension of the concept of megariver to the human geography. Few transversal approaches are led on the Paraná river and links between sectors, services and actors are fragile. The big projects such as the fluvial higway called Hidrovia Paraná-Paraguay or the big hydroelectric dams, allow to link different fields of expertise and to cross the vision of diferent actors. As a fact, the river carries more and more socio-economic issues which can only be approached with an integrated vision, joining social, environmental and economical questions. The issue is aslo situated in the relations between local, national and supranational scales, which leads to territorial reorganizations. These networks of geographical scales allow to build new cooperations inbetween all the actors and lead to an integrated managment of the Parana river.

Ostie et Portus sont deux villes portuaires emblématiques de la façade littorale de la Rome antique. Construites au contact du Tibre et de la mer Tyrrhénienne, elles se situent dans des milieux géomorphologiquement très instables (mobilité du fleuve et du trait de côte). Nous nous proposons dans cette étude de reconstituer les dynamiques hydrosédimentaires du Tibre deltaïque à l’époque romaine (principalement aux Ier s. av. – Ier s. ap. J.-C.) et d’en identifier les conséquences sur le système Ostie-Portus. Pour mener à bien ce travail, nous nous appuyons sur des données sédimentaires issues de carottages réalisés dans le paléoméandre d’Ostie et les canaux de Portus. Ces résultats sont ensuite confrontés aux données archéologiques et historiques. Le croisement des données sédimentaires, archéologiques et textuelles permet d’envisager une crise hydrosédimentaire d’origine anthropoclimatique dans le bassin versant du Tibre s’étalant de la seconde partie du Ier s. av. J.-C. au début du Ier s. ap. J.-C. A Ostie, cette crise s’exprime par : (1) une accumulation de sédiments à l’embouchure du Tibre qui conduit au comblement du port fluvial d’Ostie ; (2) plusieurs inondations importantes (parfois torrentielles – cf. Rome) ; et (3) peut-être une hausse des niveaux phréatiques. A cela s’ajoute, avant ou pendant cette crise, une forte variabilité latérale de l’embouchure et du paléoméandre d’Ostie, qui a pu affecter le développement d’Ostie. Contraint par une forte pression démographique à Rome et par le contexte socio-économique, Claude fonde Portus au milieu du Ier s. ap. J.-C. Cette ville portuaire maritime est conçue dans l’idée de pallier les insuffisances du port d’Ostie : (1) les capacités d’accueil du port sont considérablement accrues (bassin de 200 ha) ; (2) le site d’implantation est choisi 3 km au nord de l’embouchure du Tibre pour échapper aux contraintes hydrosédimentaires qui se posaient à Ostie. Pour des raisons logistiques (transport des marchandises vers Rome), la planification de Portus est accompagnée d’un système de canaux relié au Tibre. Les ingénieurs romains prennent cependant soin de dissocier le système des canaux de celui des bassins portuaires (gestion de la charge solide) et certains de ces canaux sont envisagés comme évacuateurs de crue (gestion des inondations). Les études sédimentaires menées permettent de décrire les modalités de fonctionnement et de comblement de certains de ces canaux (Canale Traverso, Canale Romano). Ce travail est complété par une réflexion méthodologique sur le diagramme de Passega et une modélisation de l’évolution holocène de la partie nord du delta du Tibre à partir de l’analyse de carottes. / Ostia and Portus are two important harbour cities located on theThyrrenian coast, near the ancient Rome. This location corresponds to a fastly changing landscape (river and coastline mobility). The aim of this study is to reconstruct the Tiber hydrosedimentary dynamics in its delta plain during Ancient times (mainly in the 1st c. BC - 1st c. AD) and to identify their impact on the system Ostia-Portus. To complete this work, we analyse sedimentary cores drilled in the palaeomeander of Ostia and the canals of Portus. These results are compared to the archaeological and historical data. Crossing sedimentary, archaeological and textual data allows to consider hydrosedimentary anthropoclimatic crisis in the Tiber River watershed, during the period between the second part of the Ist century BC and the beginning of the Ist century AD. This crisis is expressed in Ostia, by: (1) a sediment accumulation at the mouth of the Tiber River, leading to the filling of the river mouth harbour of Ostia; (2) several major floods (at Rome - sometimes torrential floods); and (3) perhaps an increase of the groundwater levels. During this hydrosedimentological crisis or before, a strong lateral mobility of the Tiber mouth and the palaeomeander of Ostia probably affect the development of the city. Obliged by a strong demographic pressure in Rome and by the socio-economical context, Claude built Portus in the middle of the 1st century AD. Portus is planned with the idea to overcome the shortcomings of Ostia’s harbour: (1) by an increased harbour basin area (200 ha), and (2) by its establishment, 3 km north of the Tiber mouth, to avoid the main hydrosedimentary constraints. For logistical reasons (goods transport to Rome), Portus includes a fluvial canal system, connected to the Tiber River. However, Roman engineers take care to separate the canal system and the harbour basins (sediment load) and some of these canals are considered floodways (flood management). Sedimentary analysis characterise the canal functioning and filling (Canale Traverso, Canale Romano). This work is complemented by a methodological reflection on the Passega diagram and by a modeling of the Holocene evolution of the Tiber delta’s northern part , based onthe analysis of core samples.