Cette thèse étudie l’organisation longitudinale du lit du Rhône français et son évolution depuis plus d’un siècle afin d’améliorer la gestion des sédiments du fleuve. Elle décrit d’abord la complexité géographique, géologique, et hydrologique des 512 km du système fluvial. Les extractions, l’endiguement, la chenalisation et les aménagements hydroélectriques ont simplifié le tracé latéral du chenal, incisé et pavé le fond du lit et appauvri les habitats aquatiques et riverains. La thèse caractérise ensuite plus précisément les dynamiques de fond. Elle repose sur des données bathymétriques de 1897-2010 et sur des données granulométriques issues de plus de 300 prélèvements réalisés dans le cadre de ces travaux sur l’ensemble du linéaire. Un protocole d’échantillonnage homogène a été spécialement élaboré. Les variations altimétriques du lit (zones de stockage-érosion et faciès morphologiques) et sa composition granulométrique (zones pavées ou comblées par des fines) ont été caractérisées afin d’évaluer la mobilité potentielle de la charge de fond, les apports des affluents et l’impact des ouvrages sur les conditions de transport. Il ressort 1) que l’incision du lit est principalement due à la chenalisation, 2) que les aménagements hydroélectriques ont compartimenté le continuum en provoquant le stockage de sédiments fins dans certaines retenues et en favorisant le pavage dans les vieux Rhône à l’aval de Lyon et 3) qu’une dynamique résiduelle subsiste lors de crues majeures avec une remobilisation modérée de la charge de fond. Les données des secteurs les plus pavés ont été intégrées dans un modèle hydraulique 1D permettant de quantifier la capacité de transport et le débit solide et confirmant les résultats précédents. Ces travaux permettent de formuler des recommandations de gestion durable et de restauration écologique du fleuve telles que l’ouverture des vannes de fond en crue, la modification des consignes aux barrages ou la réinjection de graviers. / This thesis studies the French Rhone riverbed longitudinal organisation and its evolution over a century, with a view to improve the management strategy for the sediments. It first describes the geographic, geologic and hydrologic peculiarities of the 512-km long fluvial system. Gravel mining, dikes construction, channelization and dams construction have simplified the lateral pattern of the channel, incised and paved the riverbed and impoverished the aquatic and riparian habitats. The thesis then more precisely characterizes the riverbed dynamics. It relies on bathymetric data collected since 1897 and on grainsize data collected specifically for this study from over 300 samples on the whole 512-km river length. An homogeneous sampling protocol was elaborated on purpose. The vertical bed evolution and grainsize distribution were analysed to assess the riverbed potential mobility, tributaries’ sediment recharge and infrastructures’ impact on sediment transport. It thus appears that 1) riverbed incision is mainly due to channelization, 2) hydroelectric dams partitioned the continuum with the accumulation of fine sediments in some backwaters and the pavement of bypassed reaches downstream of Lyon and 3) a residual dynamic persists during major floods, with moderate gravels transport. The data of paved reaches were used in a 1D hydraulic model to quantify transport capacity and bedload discharge, confirming the aforementioned results. This study helps formulate such recommendations for sustainable river management and ecological restoration as opening slush gates during floods, changing dams management instructions or reinjecting gravel.

Les fleuves assurent le transport des matières particulaires vers la mer, introduisant ainsi du sable, des nutriments et des contaminants. Les fleuves méditerranéens sont de part leurs caractéristiques (relief accidenté, climat contrasté) naturellement riches en matières en suspension (MES), mais leurs flux sont aujourd’hui largement modifiés par la construction de barrages. Cette étude vise à comprendre la variabilité et l’évolution des apports fluviaux en MES en Méditerranée par une approche multi-échelle : (1) Dans le Golfe du Lion, les flux de MES (et nutriments associés) ont été estimés à long terme grâce à la nouvelle méthode SiRCA (Simplified Rating Curve Approach). La lithologie est le contrôle principal pour la variabilité spatiale de ces flux, ce qui attribue au Rhône le rôle dominant dans les apports totaux (95%). (2) Dans le bassin méditerranéen, une quantification complète des apports par l’ensemble des fleuves a été établie (modélisation empirique) dont 35% de MES sont aujourd’hui retenus dans les grands barrages (GB). (3) Dans le bassin du Maghreb, la retenue sédimentaire par les petits barrages a pu être estimée égale à celle des GB. / Rivers ensure the transport of suspended particulate matter (SPM) to the Sea, introducing sand, nutrients and contaminants. According to their drainange basin characteristics (mountainous relief, contrasting climates), Mediterranean rivers are naturally rich in SPM, but their fluxes are largely altered today because of damming. This study aims to understand the variability and evolution of the riverine SPM inputs to the Mediterranean sea by a multiscale approach. (1) In the Gulf of Lion, total SPM fluxes (and associated nutrients) were estimated on the long term through the development of a new method SiRCA (Simplified Rating Curve Approach). The lithology is the main control for the spatial variability of these fluxes, which attributes to the Rhône River the dominant role in the overall fluxes (95%). (2) In the Mediterranean basin, empirical modeling could be established which allows for the first time a complete quantification of the inputs by all the rivers in this region (997 Mt/an). It also confirms the importance of lithology among the dominant controlling factors. By combining this model with a database of large dams in this region, it has been calculated that about 35% of SPM are today retained behind dams. (3) In the Maghreb basin, finally the role of sediment retention by small dams and hillside reservoirs has been studied. A new database on these reservoirs was created and combined with the database on large dams. This study demonstrates that small dams probably retain the same amount of sediments that large dams.