Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale de la morphodynamique des structures sédimentaires dans des conditions d'apport limité en sédiments. Cette étude s'inscrit dans un contexte où il s'agit de prendre en compte la complexité naturelle des rivières à l'échelle d'un dispositif expérimental afin de mieux appréhender les processus d'érosion et de déposition de sédiments mis en jeu à l'échelle d'un tronçon de rivière. Pour cela, nous avons mis au point un chenal expérimental permettant de contrôler le débit de sédiments de façon indépendante du débit d'eau. Nous avons, grâce à ce dispositif, caractérisé la dynamique et la morphologie des dépôts sédimentaires (hauteur, espacement, rapport d'aspect, ...) en fonction du débit de sédiments, du débit d'eau et de la taille du sédiment. Après un régime transitoire, les dépôts finissent par adopter un état d'équilibre dont la morphologie et la taille dépendent crucialement du débit de sédiments, en plus du débit d'eau. Nous avons mis en évidence deux régimes de transport : i) un premier régime contrôlé par l'apport en sédiments où la hauteur des formes d'équilibre varie linéairement avec le débit de sédiments, et ii) un second régime gouverné par l'écoulement où la hauteur des dépôts devient indépendante du débit de sédiments. Par ailleurs, dans le premier régime, nous montrons que la hauteur d'équilibre des dépôts obéit à une loi d'échelle simple faisant intervenir le débit de sédiments, le cube de la vitesse de frottement et la taille des sédiments. Enfin, nous avons abordé le cas d'un apport en sédiments bidisperses qui représente une première étape dans la prise en compte du caractère polydisperse des rivières naturelles. Nous montrons, en autre, que la dynamique des dépôts bidisperses ne peut s'expliquer par une simple superposition des résultats obtenus en monodisperse, indiquant ainsi que les mécanismes de ségrégation jouent un rôle prépondérant.

Les barchanes sont des dunes en forme de croissant qui se forment sous des vents unidirectionnels (en moyenne). Ces structures ont fait l'objet ces dernières années de nombreuses études, directement sur le terrain et également numériquement au laboratoire. Néanmoins, ces objets ont une extension spatiale minimale de l'ordre de 10 m, et de ce fait aucune expérience en laboratoire n'avait réussi à reproduire des barchanes à petite échelle. Nous présentons, ici, une méthode simple et fonctionnelle, permettant d'outrepasser cette limitation. Cette méthode consiste à étudier directement les barchanes sous l'eau plutôt que dans l'air. Celles-ci se comportent en effet qualitativement et quantitativement comme leurs soeurs éoliennes, mais à l'échelle 1/1000ème. Alliée à une modélisation numérique qui permet de comprendre l'origine de la forme en croissant comme le résultat de la déflexion latérale des grains roulant sur son dos, cette expérience montre alors tout son potentiel en se penchant sur des problématiques jusqu'alors impossible à étudier. Nous étudions ainsi expérimentalement et numériquement la nucléation des barchanes, les interactions entre barchanes voisines dans ce que l'on appelle les corridors de dunes et même les collisions de deux barchanes et les retournements de vent. Finalement, nous discutons de la stabilité de ces objets, à court terme et à long terme, ce qui nous permet de montrer la grande sensibilité des morphologies et des dynamiques des barchanes par rapport aux propriétés du flux de sable. En marge de cette étude, nous présentons une étude expérimentale d'un phénomène acoustique envoûtant : le chant des dunes.