Les incisions d'un paysage, formant généralement des terrasses, sont interprétées comme les marqueurs de changements climatiques ou tectoniques passé, de variations de niveau de base ou de rétroactions propres au système. Cette thèse propose de préciser leur interprétation en étudiant un système montagne-piémont. Une étude utilisant le modèle numérique CIDRE, a montré que des incisions autogéniques (sans changement climatique ou tectonique) se développaient dans le système s'il existait un seuil de transport non négligeable et une condition aux limites aval correspondant à une rivière transversale. Les incisions se propagent de l'apex du piémont vers l'aval et vers l'apex de la montagne. Les rétroactions avec la montagne sont d'autant plus importantes que le piémont est long. Le couplage montagne-piémont induit une réponse simple ou complexe du système à un changement climatique selon l'intensité de ce dernier. L'étude de cas naturels a montré que les taux d'érosion actuels des bassins versants au Chili sont essentiellement contrôlés par les débits moyens et des seuils de couverture végétale et de pente moyenne. Le système montagne-piémont de Las Tunas (Sud de Mendoza, Argentine) est incisé en trois niveaux terrasses. La géométrie des terrasses et leur continuité depuis le piémont jusqu'à la Cordillère sont précisées par nos données GPS. Elles attestent des fortes interactions entre montagne et piémont. Les analyses 10Be montrent que les incisions sont reliées aux cycles glaciaires-interglaciaires. Enfin, les profils de 10Be versus profondeur montrent une remobilisation des terrasses (faiblement pentées et déconnectées) sur plus de deux mètres de profondeur.

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

L'objectif de cette étude est d'évaluer la part de l'empreinte glaciaire dans les paysages de la haute montagne aux latitudes moyennes. Peut-on transposer au Quaternaire la très grande efficacité de l'érosion glaciaire mesurée actuellement dans certaines montagnes et faire de cet agent le principal acteur de la morphogenèse ? Doit-on au contraire constater une forte résilience des paléoformes tertiaires et donc la faiblesse relative de l'érosion glaciaire ? Le domaine est-pyrénéen offre un terrain privilégié en raison du fort contraste nord-sud qui caractérise l'emprise spatiale et l'impact géomorphologique des paléoenglacements quaternaires. Deux axes de recherche complémentaires structurent ce travail. Le premier concerne la chronologie et la paléogéographie des glaciations quaternaires. Une cartographie géomorphologique détaillée permet de reconstituer les paléoemprises glaciaires. La production et l'exploitation de 81 datations 10Be fournissent une nouvelle vision du cycle würmien et contribuent au débat sur le caractère synchrone ou asynchrone des paléoenglacements de montagne, donc de la réponse continentale aux changements globaux. Sur ces bases chronologiques et cartographiques, le deuxième axe de ce travail vise à mesurer la variabilité spatio-temporelle de l'empreinte géomorphologique des glaciations. Il est possible (i) d'apprécier, pour le cycle würmien, la tranche érodée globale (~ 5 m) et la variabilité temporelle de l'érosion glaciaire grâce à la quantification du volume sédimentaire mobilisé sur le Sud Carlit, (ii) de mesurer et tenter d'expliquer la variabilité spatiale de l'empreinte glaciaire quaternaire à travers une analyse morphométrique de l'ensemble des cirques du domaine d'étude.

L’érosion des berges est un processus clé de la dynamique fluviale. Elle influence considérablement la charge sédimentaire des rivières et contrôle l’évolution latérale des chenaux. Les méthodes de caractérisation des mécanismes et des variables affectant l’érosion des berges sont toutefois imprécises et difficiles à appliquer. Ce projet a pour objectif de caractériser la dynamique actuelle des berges de deux tributaires contrastés du Saint-Laurent : les rivières Saint-François et Batiscan. Le premier objectif vise à quantifier les caractéristiques géotechniques de deux tronçons des rivières à l’étude près de l’embouchure avec le Saint-Laurent en décrivant la stratigraphie à différents sites typiques et en recueillant des échantillons de sédiments afin de mesurer différentes variables géotechniques (granulométrie, limites d’Atterberg, résistance à l’érosion mécanique, résistance à l’érosion fluviale). Le second objectif vise à quantifier les principales caractéristiques hydrodynamiques (précipitations, débits, cisaillements, vitesses) des deux sections de rivière. Le troisième et dernier objectif cherche à mesurer les taux d’érosion à l’échelle saisonnière en utilisant des relevés GPS et des chaînes d’érosion et à identifier les mécanismes d’érosion qui opèrent sur les rivières. Les résultats montrent une érosion importante des berges sur chacun des tributaires, mais les mécanismes qui la cause diffèrent. La Batiscan possède des berges dont le matériel est cohésif et ses berges sont principalement marquées par des ruptures de masse. La Saint-François présente des berges peu cohésives ce qui favorise l’érosion fluviale. Le taux de recul sur la rivière Saint-François est de l’ordre de 1 à 3 m/an dans certaines sections de la rivière. Une nouvelle méthode de mesure du cisaillement critique d’érosion fluviale à l’aide d’un chenal expérimental a été élaborée. Les cisaillements critiques obtenus se situent entre 1,19 et 13,41 Pa. Les résultats montrent que les facteurs jouant sur l’érosion des berges ont une variabilité intrinsèque et systémique difficile à mesurer. Le protocole expérimental développé dans ce projet s’est toutefois avéré utile pour étudier les principales variables qui influencent l’érosion des berges, tout en quantifiant les taux d’érosion et les mécanismes d’érosion de berge de deux tributaires importants du fleuve Saint-Laurent. Ce protocole pourrait être utile dans d’autres contextes. / Bank erosion is a key process in fluvial dynamics. It affects sedimentary load in rivers and controls channel lateral evolution. Until now, the methodology used to characterize bank erosion mechanisms and other controlling factors is still imprecise and difficult to apply in many cases. The aim of this project is to characterize bank dynamics in two contrasted Saint-Lawrence tributaries: the Batiscan and Saint-François rivers. The first objective of this study is to quantify geotechnical properties of a section on each river. To achieve this objective, we have described stratigraphic sections at different sites and collected bank material samples in order to measure geotechnical variables in the laboratory (grain size analysis, Atterberg limits, mechanical strength, erosional strength). The second objective is to quantify the hydrodynamic characteristics (precipitations, discharge, shear stress, velocity) of the two river sections. The third and last objective is to measure bank erosion rates with GPS data and erosion pins at a seasonal scale and to identify bank erosion mechanisms occurring in the studied reaches. The results show a high erosional sensitivity of the banks on each tributary, but the observed mechanisms differ from on river to the other. Bank material on the Batiscan River is cohesive and is more susceptible to mass failure. Bank material on the Saint-François River is less cohesive and is mainly affected by fluvial erosion. Bank erosion rates measured on Saint-François River are between 1 to 3 m/year in some sections of the studied reach. A new method of measuring fluvial erosion critical shear stress has been developed with a flume. The critical shear stresses are estimated to be between 1,19 and 13,41 Pa. The results demonstrate the high variability of the response of banks to erosional processes and the difficulty of measuring the intrinsic and systemic factors acting on bank erosion. The experimental protocol developed in this project for the study of the main variables that determine erosion bank, erosion rates and bank mechanisms in two tributaries of the Saint-Lawrence could be applied successfully to other rivers.

L’érosion des berges est un processus clé de la dynamique fluviale. Elle influence considérablement la charge sédimentaire des rivières et contrôle l’évolution latérale des chenaux. Les méthodes de caractérisation des mécanismes et des variables affectant l’érosion des berges sont toutefois imprécises et difficiles à appliquer. Ce projet a pour objectif de caractériser la dynamique actuelle des berges de deux tributaires contrastés du Saint-Laurent : les rivières Saint-François et Batiscan. Le premier objectif vise à quantifier les caractéristiques géotechniques de deux tronçons des rivières à l’étude près de l’embouchure avec le Saint-Laurent en décrivant la stratigraphie à différents sites typiques et en recueillant des échantillons de sédiments afin de mesurer différentes variables géotechniques (granulométrie, limites d’Atterberg, résistance à l’érosion mécanique, résistance à l’érosion fluviale). Le second objectif vise à quantifier les principales caractéristiques hydrodynamiques (précipitations, débits, cisaillements, vitesses) des deux sections de rivière. Le troisième et dernier objectif cherche à mesurer les taux d’érosion à l’échelle saisonnière en utilisant des relevés GPS et des chaînes d’érosion et à identifier les mécanismes d’érosion qui opèrent sur les rivières. Les résultats montrent une érosion importante des berges sur chacun des tributaires, mais les mécanismes qui la cause diffèrent. La Batiscan possède des berges dont le matériel est cohésif et ses berges sont principalement marquées par des ruptures de masse. La Saint-François présente des berges peu cohésives ce qui favorise l’érosion fluviale. Le taux de recul sur la rivière Saint-François est de l’ordre de 1 à 3 m/an dans certaines sections de la rivière. Une nouvelle méthode de mesure du cisaillement critique d’érosion fluviale à l’aide d’un chenal expérimental a été élaborée. Les cisaillements critiques obtenus se situent entre 1,19 et 13,41 Pa. Les résultats montrent que les facteurs jouant sur l’érosion des berges ont une variabilité intrinsèque et systémique difficile à mesurer. Le protocole expérimental développé dans ce projet s’est toutefois avéré utile pour étudier les principales variables qui influencent l’érosion des berges, tout en quantifiant les taux d’érosion et les mécanismes d’érosion de berge de deux tributaires importants du fleuve Saint-Laurent. Ce protocole pourrait être utile dans d’autres contextes. / Bank erosion is a key process in fluvial dynamics. It affects sedimentary load in rivers and controls channel lateral evolution. Until now, the methodology used to characterize bank erosion mechanisms and other controlling factors is still imprecise and difficult to apply in many cases. The aim of this project is to characterize bank dynamics in two contrasted Saint-Lawrence tributaries: the Batiscan and Saint-François rivers. The first objective of this study is to quantify geotechnical properties of a section on each river. To achieve this objective, we have described stratigraphic sections at different sites and collected bank material samples in order to measure geotechnical variables in the laboratory (grain size analysis, Atterberg limits, mechanical strength, erosional strength). The second objective is to quantify the hydrodynamic characteristics (precipitations, discharge, shear stress, velocity) of the two river sections. The third and last objective is to measure bank erosion rates with GPS data and erosion pins at a seasonal scale and to identify bank erosion mechanisms occurring in the studied reaches. The results show a high erosional sensitivity of the banks on each tributary, but the observed mechanisms differ from on river to the other. Bank material on the Batiscan River is cohesive and is more susceptible to mass failure. Bank material on the Saint-François River is less cohesive and is mainly affected by fluvial erosion. Bank erosion rates measured on Saint-François River are between 1 to 3 m/year in some sections of the studied reach. A new method of measuring fluvial erosion critical shear stress has been developed with a flume. The critical shear stresses are estimated to be between 1,19 and 13,41 Pa. The results demonstrate the high variability of the response of banks to erosional processes and the difficulty of measuring the intrinsic and systemic factors acting on bank erosion. The experimental protocol developed in this project for the study of the main variables that determine erosion bank, erosion rates and bank mechanisms in two tributaries of the Saint-Lawrence could be applied successfully to other rivers.

En ingénierie des risques torrentiels, les praticiens sont actuellement confrontés à un problème de gestion lié à la méconnaissance des volumes sédimentaires mobilisés par les crues. Généralement, les études cherchant à estimer ces volumes sédimentaires portent soit sur la production détritique des versants, soit sur la fourniture sédimentaire uniquement en sortie de bassin versant, mais rarement sur l'évaluation des stockages-déstockages le long du talweg ; elles ne fournissent donc pas de méthode (pluriel discutable) d'estimation des volumes sédimentaires satisfaisante. C'est pour répondre à ce questionnement des gestionnaires qu'est née cette recherche appliquée en géomorphologie torrentielle, basée sur la compréhension des processus de recharge et de transit sédimentaires au sein du chenal.<br />L'approche «globale» présentée ici peut être un complément aux travaux plus fréquents concernant la rhéologie et le comportement mécanique des matériaux, étudiés à une échelle plus fine, ainsi qu'aux études détaillées de certains processus géomorphologiques. Pour mener à bien ce travail, de nombreux outils ont été utilisés : photogrammétrie, observations de terrain et mesures topographiques, cartographie sur SIG et Modélisation Numérique de Terrain, géophysique, relevés pluviographiques et traitements statistiques, recueil d'archives. L'étude approfondie du bassin versant du Manival (Isère, Alpes-du-Nord) a permis de mieux comprendre le fonctionnement des processus sédimentaires et de mettre au point une méthode d'estimation des volumes en jeu. Cette méthode, qui permet de prédire le volume maximal d'une lave torrentielle majeure à venir (PREVENT), est basée sur une approche systémique et sur un concept du fonctionnement torrentiel privilégiant la dynamique sédimentaire du système.<br />La méthode de PREVENT a été par la suite appliquée à deux autres bassins versants isérois du même type, le Merdarêt et les Arches. L'étude diachronique des volumes sédimentaires de ces torrents montre que les résultats de la méthode proposée ont une cohérence satisfaisante. Cette thèse contribue à améliorer la connaissance scientifique des processus torrentiels, et par là même, apporte des outils théoriques et méthodologiques dans le domaine de l'ingénierie des risques naturels.