Cette thèse expérimentale traite du transport sédimentaire provoqué par un fluide (généralement l’air ou l’eau) s’écoulant sur un matériau érodable (lit de sable par exemple) et lui transmettant une force suffisante pour soulever les particules solides et les emporter avec lui en aval. Ici, on se focalise uniquement sur le charriage aquatique : dans ce mode de transport, les grains en mouvement roulent les uns sur les autres, glissent, effectuent une succession de bonds et d’arrêts tout en restant confinés près du fond. On réalise différents types d’expériences dans un canal de laboratoire avec, à chaque fois, plusieurs types de grains (3 tailles, 2 densités) afin d’étudier en détails le charriage sous l’eau. Tout d’abord, on s’intéresse aux trajectoires de grains isolés transportés sur le fond plat et lisse du canal. Alors que les écoulements sont pour la plupart hydrauliquement lisses (les grains sont immergés dans la sous-couche visqueuse), on montre que la turbulence proche paroi impacte fortement la dynamique des grains. Les données accumulées permettent d’estimer les moyennes et les dispersions de la vitesse des particules ainsi que de construire les fonctions de densité de probabilité. On compare ces résultats avec ceux obtenus par Vélocimétrie Laser Doppler (VLD) concernant l’écoulement fluide proche du fond. Dans un second temps, on quantifie le transport par la mesure de la quantité de sédiments charriés sur des lits plats pour différentes contraintes de cisaillement. L’idée qui motive ces expériences est la détermination empirique de la loi de transport(la relation entre le flux de grains et le cisaillement) pour notre configuration expérimentale. Nos résultats diffèrent assez largement des lois de transport habituelles du type Meyer-Peter et Müller et s’interprètent plus aisément dans le cadre des lois pour le charriage de faible intensité. Ensuite, une méthode de Profilométrie par Transformée de Fourier (PTF) est implémentée pour mesurer avec précision les surfaces 3D de petites dunes aquatiques (les barkhanes) et leur évolution au cours du temps. On s’intéresse, entre autres, à la formation des barkhanes, à leur morphologie, à leur vitesse de migration ainsi qu’au phénomène d’érosion. On apporte la preuve que les barkhanes aquatiques se déplacent sans se déformer et dès lors, on montre qu’il devient facile d’évaluer le flux de grains sur le dos des dunes (dans le plan de symétrie). Pour finir, on caractérise l’écoulement au-dessus d’une "maquette" de barkhane par VLD et on en déduit le cisaillement sur le dos de la dune (du pied à la crête). Ces mesures de cisaillement couplées aux lois de transport pour notre canal et aux résultats concernant les barkhanes obtenus par PTF nous permettent de discuter du phénomène de saturation du flux de grains. On estime la valeur de la longueur de saturation pour le charriage tout en restant prudent quant à la fiabilité de notre conclusion à ce sujet.

Cette thèse expérimentale traite du transport sédimentaire provoqué par un fluide (généralement l’air ou l’eau) s’écoulant sur un matériau érodable (lit de sable par exemple) et lui transmettant une force suffisante pour soulever les particules solides et les emporter avec lui en aval. Ici, on se focalise uniquement sur le charriage aquatique : dans ce mode de transport, les grains en mouvement roulent les uns sur les autres, glissent, effectuent une succession de bonds et d’arrêts tout en restant confinés près du fond. On réalise différents types d’expériences dans un canal de laboratoire avec, à chaque fois, plusieurs types de grains (3 tailles, 2 densités) afin d’étudier en détails le charriage sous l’eau. Tout d’abord, on s’intéresse aux trajectoires de grains isolés transportés sur le fond plat et lisse du canal. Alors que les écoulements sont pour la plupart hydrauliquement lisses (les grains sont immergés dans la sous-couche visqueuse), on montre que la turbulence proche paroi impacte fortement la dynamique des grains. Les données accumulées permettent d’estimer les moyennes et les dispersions de la vitesse des particules ainsi que de construire les fonctions de densité de probabilité. On compare ces résultats avec ceux obtenus par Vélocimétrie Laser Doppler (VLD) concernant l’écoulement fluide proche du fond. Dans un second temps, on quantifie le transport par la mesure de la quantité de sédiments charriés sur des lits plats pour différentes contraintes de cisaillement. L’idée qui motive ces expériences est la détermination empirique de la loi de transport(la relation entre le flux de grains et le cisaillement) pour notre configuration expérimentale. Nos résultats diffèrent assez largement des lois de transport habituelles du type Meyer-Peter et Müller et s’interprètent plus aisément dans le cadre des lois pour le charriage de faible intensité. Ensuite, une méthode de Profilométrie par Transformée de Fourier (PTF) est implémentée pour mesurer avec précision les surfaces 3D de petites dunes aquatiques (les barkhanes) et leur évolution au cours du temps. On s’intéresse, entre autres, à la formation des barkhanes, à leur morphologie, à leur vitesse de migration ainsi qu’au phénomène d’érosion. On apporte la preuve que les barkhanes aquatiques se déplacent sans se déformer et dès lors, on montre qu’il devient facile d’évaluer le flux de grains sur le dos des dunes (dans le plan de symétrie). Pour finir, on caractérise l’écoulement au-dessus d’une "maquette" de barkhane par VLD et on en déduit le cisaillement sur le dos de la dune (du pied à la crête). Ces mesures de cisaillement couplées aux lois de transport pour notre canal et aux résultats concernant les barkhanes obtenus par PTF nous permettent de discuter du phénomène de saturation du flux de grains. On estime la valeur de la longueur de saturation pour le charriage tout en restant prudent quant à la fiabilité de notre conclusion à ce sujet. / This experimental thesis deals with sediment transport induced by a fluid (air or water generally)flowing over an erodible bottom (sand bed for example) and providing a sufficiently high strengthto whip up solid particles and carry them downstream. Here, one focuses only on aquatic bedload: in this transport regime, moving grains roll, slip, jump or stop alternatively while staying confinedclose to the bed. We achieve different kinds of experiments in a laboratory flume involving everytime several grain types (3 sizes, 2 densities) in order to study underwater bedload in details. First,one considers trajectories of isolated beads transported over the flat and smooth bottom of theflume. Although the studied flows are hydraulically smooth (grains are fully embedded in theviscous sublayer), one shows that near wall turbulence highly impact grains dynamics. From ourdata, we extract mean particle velocities, standard deviations and also probability densityfunctions. One compares these results with those obtained by Laser Doppler Velocimetry (LDV)concerning the near wall fluid flow. Second, one quantifies the bedload by measuring the volumeof grains transported at the surface of flat granular beds for different shear stresses. The goal ofthese experiments is the empirical determination of the transport law (the relationship between thegranular flux and the fluid shear) for the present experimental configuration. Our results differsignificantly from usual transport laws like the one of Meyer-Peter and Müller and are bestunderstood within the framework of weak sediment transport. Then, one implements a FourierTransport Profilometry (FTP) method in order to measure with a good resolution the 3D surfacesof small aquatic dunes (called barchans) and their time evolution. One takes an interest in, amongothers, barchans formation, their morphology, their displacement velocity and the erosionphenomenon. One shows that subaquatic barchans move downstream without deforming and thusit becomes easier to estimate the granular flux on the back of the dunes (in the symmetry plane).Eventually, one characterizes the flow above a barchan "model" by LDV and deduces the shearstress along the dune’s back (from foot to crest). These shear stress measurements coupled withthe empirical transport laws and results concerning barchans obtained by FTP permit us todiscuss saturation effects of the granular flux. One estimates the saturation length for the bedloadand highlights that our conclusion on this point must be taken with care.

Cette thèse traite de la forme et de la mobilité des dunes dans l’eau sous un écoulement turbulent. L’état d’équilibre des dunes en régime stationnaire puis le retour à l’équilibre après un changement de sens de l’écoulement sont caractérisés. On examine la variation des paramètres de forme (hauteur, longueur, rapport d’aspect) et de la vitesse de migration des dunes en fonction de la masse du sédiment m0 et de la vitesse de l’écoulement. Cette étude est menée expérimentalement dans un chenal fermé et étroit et les résultats sont comparés aux prédictions d'un modèle de dunes 2D tenant compte du processus de relaxation du transport. À l’équilibre, ce modèle prédit suivant la masse de la dune un régime « petite dune » et un régime « grande dune » où la hauteur est proportionnelle respectivement à m0 et à √m0. Un régime de transition où la hauteur est fonction de m0 à une puissance comprise entre 0,5 et 1 les sépare. Ces régimes sont identiques à ceux prédits par le modèle de Kroy et al. (2002) pour les barkhanes éoliennes. Expérimentalement, seuls les régimes de transition et « grande dune » sont observés. Cet accord permet d’évaluer la longueur de saturation du transport. Le résultat obtenu est cohérent avec la longueur de dépôt proposée par Lajeunesse et al. (2010). Pour le retour à l’état d’équilibre suite au changement du sens de l’écoulement, deux scénarios transitoires sont observés. Le premier est une contraction suivie d’une élongation de la dune. Le second présente une contraction supplémentaire liée à une élongation de la dune au-delà de sa longueur d'équilibre initiale. Dans ces deux cas, le temps de retour à l’équilibre n’est pas proportionnel à la masse de la dune. / This thesis deals with the morphodynamics of subaqueous dunes under a turbulent flow. The equilibrium State of the dunes under stationary flow, and then the return to equilibrium state after a change in the flow direction are characterized. The variation of the shape parameters (height, length, aspect ratio) and the migration speed of dunes are examined as a function of the mass m0 of sediment and the flow rate. This study is conducted experimentally into a narrow, closed flume and the results are compared to predictions of a 2D dune model that takes into account the transport relaxation process. For steady dunes, this model predicts a "small dune" and a "large dune" régime where the dune height respectively increases as m0 and √m0. These regimes are separated by a transitional régime where the dune height is proportional to m0 with an exponent ranging from 0.5 to 1. These régimes are identical to those predicted by the model of Kroy et al. (2002) for æolian barchans.Experimentally, the steady dunes range from the “transition” to the "large dune" régime as the mass increases. This agreement allows to assess the saturation length of the transport. The result is consistent with the deposition length proposed by Lajeunesse et al. (2010). Concerning the return to the steady-state shape after changing in the flow direction, two transient scenarios are identified. The first one is a contraction followed by an elongation of the dune shape. In the second one, there is an additional contraction phase associated with an elongation of the dune beyond its initial equilibrium length. For either scenarios, the return-to equilibrium time is not proportional to the mass of the dune.