Le but de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la dynamique des rivières carpatiques par une approche hydrogéomorphologique, qui se base essentiellement sur l’analyse des documents cartographiques, sur des observations de terrain et sur des séries de débits liquides. La thèse prend pour cadre de réflexion la rivière Prahova (Roumanie). En 1900, la Prahova formait : un secteur à chenal unique et à ébauches de tresses dans les Carpates, un secteur en tresses dans les Subcarpates et dans la Plaine de piémont de Ploiesti qui se transformait en un secteur divagant sur les derniers kilomètres de cette plaine et un secteur à méandres dans la Plaine de subsidence de Gherghita-Sarata. Entre 1900 et 2005, la bande active de tressage a migré latéralement, s’est rétrécie et incisée localement surtout après 1980, favorisant la mise en place de la ripisylve. Ces processus mettent en danger les voies de transport qui longent la Prahova carpatique et subcarpatique. Les méandres recoupés entre 1855 et 1980 portent à présent des marais ; après 1980, les méandres libres et ancrés de la Prahova sont devenus moins actifs. Dans le secteur à méandres, la récurrence du débit à pleins bords est supérieure à 3 ans et ces inondations décennales mettent en danger des zones résidentielles. Cette évolution a été déterminée par des modifications environnementales et par des interventions anthropiques dans le bassin de la Prahova surtout après 1960. En conclusion il est nécessaire de préserver l’espace de liberté de la Prahova et de tenir compte du principe de connectivité longitudinale afin de prévenir le risque associé à la dynamique de la rivière et de préserver la diversité des paysages fluviaux et le bon fonctionnement des zones humides alluviales / The purpose of this paper is to contribute to a better knowledge of the Carpathian rivers' dynamics using a hydrogeomorphological approach, based on the analysis of cartographic documents, field observations and discharge data series. This approach is applied to the Prahova River. In 1900, Prahova River was creating: a sector of sinuous channel with braiding tendency in the Carpathians, a sector of braided channels in the Subcarpathians and in the piedmont Plain of Ploiesti which were turning into wandering channels on the last kilometres of the same plain and a sector of meandering channels in the subsidence Plain of Gherghita-Sarata. Between 1900 and 2005, the braidplain migrated laterally, narrowed and incised locally, thus favouring the emergence and development of a riparian forest. These processes endanger the transport infrastructure following Prahova valley in the Carpathians and in the Subcarpathians. The meanders which were cutt-off between 1855 and 1980 keep inside oxbow swamps; after 1980, the free and anchored meandering channel became less active. In the meandering sector, the frequency of the bankfull discharge exceeds 3 years and the decennial floods endanger the residential areas. This evolution is the consequence of the environmental changes and of the human interventions in the Prahova catchment after 1970. In conclusion, it is necessary to protect the Prahova River’s freedom space and to take into account the principle of longitudinal connectivity in order to prevent the river dynamics risk and to preserve the fluvial landscape diversity and the alluvial wetlands.

Thèse de doctorat : Géosciences : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Th. Ph. D.--Delft--International institute for infrastructural, hydraulic and environmental engineering, 1994. / Bibliogr. p. 209-222.

Ce mémoire offre une description des mesures d'affaiblissement préventif du couvert de glace qui ont été entreprises à Saint-Raymond de Portneuf, au Québec, au cours de cinq hivers consécutifs entre 2014 et 2019. La dynamique particulière de la rivière Sainte-Anne peut engendrer des accumulations massives de frasil au centre-ville de Saint-Raymond, pouvant mesurer plus de 4 mètres d'épaisseur par endroits et représenter plus de 120000 tonnes annuellement. Cela complique l'application et affecte l'efficacité de l'affaiblissement. L'objectif de ce projet est de déterminer les approches performantes et d'établir un protocole. Les rendements, selon la performance, la rentabilité et l'efficacité énergétique,des mesures d'atténuation mécaniques et thermiques ont été analysés selon le type de glace en présence .La progression des excavatrices amphibie (telles l'Amphibex et la pelle-araignée) est de deux à cinq fois plus lente dans une accumulation de frasil par rapport à un couvert flottant conventionnel. D'autres mesures, comme le forage d'un réseau de trous, le sciage du couvert, l'aéroglisseur et l'hélicoptère deviennent inefficaces en présence de frasil. Tout apport de chaleur est bénéfique une fois le couvert formé. Cependant, la forme de l'énergie injectée affecte la rentabilité de la mesure: contrairement à l'injection d'air chaud, l'injection de chaleur issue de la nappe phréatique est rentable et peut offrir un rendement appréciable si la charge calorifique est importante.Les différentes approches testées ont été comparées aux expériences réalisées sur d'autres rivières, afin de déterminer leurs limites d'application selon différents contextes de cours d'eau et de types glace. Sur un barrage de frasil ou un embâcle, la pelle-araignée munie d'un prototype de flotteurs offre la plus grande versatilité et une meilleure efficacité énergétique. Cette excavatrice a le potentiel d'excaver un chenal continu sur plus de six kilomètres de la rivière Sainte-Anne à Saint-Raymond en n'étant pas limitée par la présence de fosses, de hauts-fonds, d'un couvert consolidé ou flottant, d'une hauteur de dégagement contraignante sous les ponts ni de barrages. / This thesis describes preventive ice cover weakening measures that were undertaken in St.Raymond, QC, over five consecutive winters between 2014 and 2019. The specific dynamics of the St. Anne River can lead to massive accumulations of frazil in the downtown reach of St. Raymond, leading to an ice cover that can bemore than 4 metre-thick and formed by over 120,000 tons annually. This complicates the progression of the mitigation. The objective of this project is to identify the best ice weakening approaches and to establish a corresponding application protocol. The performance, cost-effectiveness and energy efficiency of mechanical and thermal mitigation measures were analyzed according to a variety of ice covers. The progression of amphibious excavators (such as Amphibex and spider excavator) is two to five times slower in thick frazil accumulations compared to that of a conventional floating ice cover. Other measures, such as drilling a network of holes, sawing the cover,or relying on a hovercraft or a helicopter to push and break the ice cover, become ineffective in the presence of frazil dam. Any heat input is beneficial once the cover is formed. However, the mean of energy injection affects the measure cost-efficiency: unlike hot air injection, ground water heat injection is cost-effective and can offer significant benefit if the heat load is high. Several different ice-weakening approaches were tested and compared, including experiments from other rivers,to determine their limits of application for different rivers and ice covers. On a frazil dam or ice jam, the spider excavator equipped with prototype floats offers the greatest versatility and energy efficiency. This excavator has the potential to dig a continuous open channel over more than six kilometre-long in the St. Anne River at St. Raymond without being limited by the presence of pools, shallows, consolidated or floating cover, a constraining clearance height under bridges,or dams

L'émersion de plates-formes carbonatées est généralement enregistrée dans les séries sédimentaires par des phénomènes de karstification et de pédogenèse. Les structures d'érosion, telles que des incisions qui se développent le long des surfaces d'émersion, ont quant à elles été très rarement observées et étudiées. La reconnaissance de ces incisions et l'analyse de leur remplissage permet une meilleure caractérisation et une meilleure hiérarchisation des limites de séquence de dépôt, notamment dans le cas où les surfaces d'émersion ne présentent pas ou peu d'évidences pétrographiques d'une émersion. Deux surfaces d'incision successives ont été analysées dans la partie supérieure de la première séquence de dépôt de 3ème ordre de la Formation Natih en Oman (Albien supérieur-Turonien inférieur). L'interprétation de données sismiques régionales a permis de déterminer et quantifier des géométries progradantes au sein de cette séquence de plate-forme et de corréler les surfaces d'incision à des prismes de régression forcée sur les bordures d'un bassin intrashelf. Cette analyse sismique régionale a ainsi permis de mettre en évidence dans le détail la complexité de l'architecture des cycles de 3ème et 4ème ordre dans les systèmes de plate-forme carbonatée. A ce canevas stratigraphique complexe se superposent les hétérogénéités associées aux phases d'émersion : incisions, prismes de bas niveau marin. L'analyse sédimentologique et stratigraphique détaillée de trois zones d'affleurement aboutit à une description précise des géométries et des faciès de remplissage des incisions, et leur comparaison en fonction de leur position paléogéographique. La morphologie, l'orientation et l'étendue de ces structures ont été analysées à partir d'une interprétation sismique détaillée et couplée à une modélisation sismique ciblée. Des chenaux de marée se développent à différents niveaux stratigraphiques de la Formation Natih marquant en général des phases d'inondation de la plate-forme interne. L'analyse comparative de ces chenaux et des incisions a permis d'établir les similitudes et les principaux critères de différenciation de ces deux types de structures chenalisées dans les séries de plate-forme carbonatée. L'intégration de données d'affleurement et de données sismiques à différentes échelles (locale et régionale) permet d'interpréter et de discuter l'origine et les facteurs qui contrôlent le développement de ces incisions et de proposer une amélioration du modèle stratigraphique. Les deux générations d'incisions enregistrent des variations rapides du niveau marin avec des amplitudes de 20 à 30 m pendant le Cénomanien inférieur. Il ne s'agit pas ici d'un cas unique, puisque des incisions et des prismes de régression forcée ont également été observés dans des systèmes terrigènes de la partie ouest du Canada et en Inde, ainsi que dans des systèmes carbonatés sur la plaque arabe, dans le même intervalle stratigraphique.

Mars est un objet privilégié pour comprendre l'évolution d'une planète. Des témoins géologiques de son activité interne et des échanges surface-atmosphère sont préservés sur 4 Ga. Cette thèse étudie ces échanges au travers de la circulation des fluides dans la croûte. Le climat froid et sec de l'Amazonien (< 3 Ga) implique la condensation, sublimation et diffusion des espèces volatiles dans le régolithe. Ce paradigme est modifié par la découverte de l'importance de la convection d'air dans les sols poreux (aérothermalisme). Ce processus a été mis en évidence par l'imagerie thermique (Mars Odyssey/THEMIS) et la morphologie (e.g., Mars Express/HRSC) pour Cerberus Fossae et le volcan Arsia Mons. La période Hespérienne est marquée par la libération massive d'eau aboutissant à la formation des terrains chaotiques et des chenaux de débâcle. Nous proposons que ces objets résultent de la convection d'argiles. Cette hypothèse originale est corroborée par les détections de phyllosilicates (données CRISM et OMEGA).

Au cours des deux derniers siècles, le Rhône a connu de fortes modifications de son régime hydrologique et de sa dynamique fluviale, aboutissant à une diminution drastique de la diversité structurelle et fonctionnelle des habitats, à la fois sur le fleuve et ses marges. Un programme de restauration ambitieux du fleuve a ainsi été lancé à la fin des années 1990. Cette thèse s'inscrit dans le suivi des travaux de restauration, entrepris entre 1999 et 2006, sur 18 chenaux latéraux. Elle se fonde sur l'analyse croisée de mesures in situ de la granulométrie du substrat, des épaisseurs de lames d'eau et de sédiments fins dans les chenaux latéraux, de données topographiques et hydrologiques ainsi que d’acquisitions photographiques aéroportées. Nous disposons de données avant travaux pour 12 chenaux latéraux et de 3 à 7 campagnes de mesures post-travaux, couvrant de 5 à 15 années. Afin d'évaluer l'ajustement des conditions hydromorphologiques, la diversité fonctionnelle et la pérennité des chenaux latéraux en tant qu'habitats aquatiques, l'étude s'appuie sur des statistiques et de la modélisation à portée prédictive. Nous démontrons que les patrons granulométriques et les vitesses d'accumulation des alluvions fines peuvent être relativement bien estimés à partir de descripteurs de l'hydrodynamisme des écoulements de crue dans les bras dépendant de leur géométrie (fréquence de connexion amont, contrainte de cisaillement et capacité de reflux). Les relations statistiques empiriques établies indiquent qu'il est possible d'estimer, a priori, l’effet de la modification de la géométrie des bras restaurés sur les patrons granulométriques et la quantité de fines qui s’y déposent. La durée de vie potentielle des bras est également estimée à partir des données acquises et discutée en fonction de différents modèles tendanciels. A l’issue de ces analyses, des outils opérationnels sont ainsi proposés, permettant de guider les futures opérations de restauration de ce type sur le Rhône. / Over the past two centuries, the hydrological regime and the fluvial dynamics of the Rhône River have been highly modified, leading to a drastic decrease in the structural and functional habitat diversity of the main river channel and floodplains. An ambitious restoration project was initiated at the end of the 1990's. This thesis deals with the monitoring of 18 floodplain channels, which were restored between 1999 and 2006. We combined analysis based on grain size of deposits, fine sediment thicknesses, water depth, topographical and hydrological data and airborne imagery. We used pre-restoration data for 12 floodplain channels coupled with between three and seven post-restoration surveys for each channel, ranging from 5 to 15 years after restoration. To assess the adjustment of hydromorphological conditions, the physical functional diversity and the persistence of floodplain channels as aquatic habitats, we used statistical analysis and a modeling approach that allowed us to forecast conditions. Results demonstrate that both (i) grain size patterns and (ii) fine sediment accumulation rates can be predicted using simple hydrologic and/or hydraulic descriptors (upstream overflow frequency, shear stress, back-flowing capacity), which reflect the control exerted by the geometry of floodplain channels on their flooding regime (upstream overflow frequency, shear stress and backflow capacity). Such empirical statistical relationships can be used a priori to estimate the potential effects of different floodplain channel geometries on the propensity to accumulate fine sediment and the grain sizes of this sediment. Estimates of potential ranges of floodplain channel life spans are provided and discussed according to multiple trend models. This research has direct application and provides tools to river managers that will help guide this type of floodplain channel restoration design in the future on the Rhône River.

Résumé La littérature concernant la divagation des chenaux sur le domaine intertidal est lacunaire, à fortiori sur la slikke. Ce phénomène est illustré dans ce travail avec l'exemple du chenal du Couesnon dans la partie interne de la baie du Mont-Saint-Michel. Un jeu de photographies aériennes et images satellitaires a permis l'étude des divagations du Couesnon, de 1969 à nos jours. Des relevés topographiques ont été réalisés avec des techniques laser terrestre et aéroporté, afin de caractériser les évolutions : i) des fonds sédimentaires sous l'influence des chenaux, de 1997 à 2010 ; ii) des bilans sédimentaires. Ces différentes évolutions sont corrélées avec différents forçages mesurés : marée, débit fluvial, conditions météorologiques et agitation. Il est ainsi mis en évidence le rôle du cycle à 18,6 ans de la marée sur la dynamique du chenal du Couesnon. En phase ascendante les apports sédimentaires contraignent le chenal vers l'Est, alors qu'en phase descendante, le Couesnon retrouve une position d'axe NNW, voire plus occidentale. En réponse à la diminution des apports sédimentaires, le chenal est principalement soumis à des paramètres externes : débits fluvial et solide, et interne : pente. Il est aussi montré que dans une tendance à l'accrétion globale du système, de +100 000 m3/an, l'évolution des bilans sédimentaires n'est pas linéaire, et montre parfois des phases érosives. Les bilans sédimentaires sont spatio-temporellement variables. L'érosion des surfaces est principalement due au renforcement du jusant induit par la présence des chenaux. Ce travail a permis de réaliser un schéma de fonctionnement hydrosédimentaire global de la partie interne de la baie du Mont-Saint-Michel.

Les chenaux sont des structures sédimentaires clefs dans le transport et le dépôt de sédiments depuis les continents jusqu'aux planchers océaniques. Leurs dépôts perméables permettent la circulation et le stockage de fluides. Comme illustré avec les systèmes turbiditiques, le remplissage de ces chenaux est très hétérogène. Son impact sur la connectivité des dépôts perméables est amplifié par les variations d'organisation spatiale des chenaux. Mais du fait de l'aspect lacunaire des données, l'architecture de ces structures souterraines n'est que partiellement connue. Dans ce cas, les simulations stochastiques permettent d'estimer les ressources et les incertitudes associées. De nombreuses méthodes ont été développées pour reproduire ces environnements. Elles soulèvent deux questions capitales : comment analyser et comparer la connectivité de simulations stochastiques ? Comment améliorer la représentation de la connectivité dans les simulations stochastiques de chenaux et réduire les incertitudes ? La première question nous a conduits à développer une méthode pour comparer objectivement des réalisations en se concentrant sur la connectivité. L'approche proposée s'appuie sur les composantes connexes des simulations, sur lesquelles sont calculés plusieurs indicateurs. Une représentation par positionnement multidimensionnel (MDS) facilite la comparaison des réalisations. Les observations faites grâce au MDS sont ensuite validées par une carte de chaleur et les indicateurs. L'application à un cas synthétique de complexes chenaux/levées montre les différences de connectivité entre des méthodes et des valeurs de paramètres différentes. En particulier, certaines méthodes sont loin de reproduire des objets avec une forme de chenaux. La seconde question amène deux principaux problèmes. Premièrement, il apparaît difficile de conditionner des objets très allongés, comme des chenaux, à des données de puits ou dérivées de données sismiques. Nous nous appuyons sur une grammaire formelle, le système de Lindenmayer, pour simuler stochastiquement des objets chenaux conditionnés. Des règles de croissance prédéfinies contrôlent la morphologie du chenal, de rectiligne à sinueuse. Cette morphologie conditionne les données au fur et à mesure de son développement grâce à des contraintes attractives ou répulsives. Ces contraintes assurent le conditionnement tout en préservant au mieux la morphologie. Deuxièmement, l'organisation spatiale des chenaux apparaît peu contrôlable. Nous proposons de traiter ce problème en intégrant les processus qui déterminent l'organisation des chenaux. Un premier chenal est simulé avec un système de Lindenmayer. Puis ce chenal migre à l'aide d'une simulation gaussienne séquentielle ou d'une simulation multipoints. Cette approche reproduit les relations complexes entre des chenaux successifs sans s'appuyer sur des modèles physiques partiellement validés et au paramétrage souvent contraignant. L'application de ces travaux à des cas synthétiques démontre le potentiel de ces approches. Elles ouvrent des perspectives intéressantes pour mieux prendre en compte la connectivité dans les simulations stochastiques de chenaux / Channels are the main sedimentary structures for sediment transportation and deposition from the continents to the ocean floor. The significant permeability of their deposits enables fluid circulation and storage. As illustrated with turbiditic systems, those channel fill is highly heterogeneous. Combined with the spatial organization of the channels, this impacts significantly the connectivity between the permeable deposits. The scarcity of the field data involves an incomplete knowledge of these subsurface reservoir architectures. In such environments, stochastic simulations are used to estimate the resources and give an insight on the associated uncertainties. Several methods have been developed to reproduce these complex environments. They raise two main concerns: how to analyze and compare the connectivity of a set of stochastic simulations? How to improve the representation of the connectivity within stochastic simulations of channels and reduce the uncertainties? The first concern leads to the development of a method to objectively compare realiza-tions in terms of connectivity. The proposed approach relies on the connected compo-nents of the simulations, on which several indicators are computed. A muldimensional scaling (MDS) representation facilitates the realization comparison. The observations on the MDS are then validated by the analysis of the heatmap and the indicators. The appli-cation to a synthetic case study highlights the difference of connectivity between several methods and parameter values to model channel/levee complexes. In particular, some methods are far from representing channel-shaped bodies. Two main issues derive from the second concern. The first issue is the difficulty to simulate a highly elongated object, here a channel, conditioned to well or seismic-derived data. We rely on a formal grammar, the Lindenmayer system, to stochastically simulate conditional channel objects. Predefined growth rules control the channel morphology to simulate straight to sinuous channels. That morphology conditions the data during its development thanks to attractive and repulsive constraints. Such constraints ensure the conditioning while preserving at best the channel morphology. The second issue arises from the limited control on the channel organization. This aspect is addressed by taking into account the evolution processes underlying channel organization. An initial channel is simulated with a Lindenmayer system. Then that channel migrates using sequential Gaussian simulation or multiple-point simulation. This process reproduces the complex relationships between successive channels without relying on partially validated physical models with an often constraining parameterization. The applications of those various works to synthetic cases highlight the potentiality of the approaches. They open up interesting prospects to better take into account the connectivity when stochastically simulating channels

Les prés-salés sont des interfaces complexes entre le milieu continental et maritime d'une grande importance environnementale. En contexte de changement climatique, ces zones vulnérables font maintenant l'objet d'une attention particulière puisqu'elles sont très sensibles aux fluctuations du niveau marin et à l'impact des tempêtes. Cette étude porte sur la mesure et la compréhension de la dynamique des prés-salés soumis à un régime méga-tidal (marnage supérieur à 10 m) encore peu étudié, à travers l'étude de deux estuaires des côtes du Nord-Ouest de la France : l'estuaire du Couesnon en baie du Mont-Saint-Michel et l'estuaire de la Somme. L'originalité de l'approche est de considérer une très large gamme d'échelles temporelles, depuis l'échelle séculaire jusqu'à l'événement de marée. A l'échelle séculaire, la mesure de l'évolution de la surface des prés salés en Baie de Somme, à partir de documents historiques et de photos aériennes, montre une évolution étonnamment similaire à celle de l'estuaire du Couesnon depuis la canalisation de la partie terminale de ces rivières au milieu du XIXème siècle. Après une phase de développement rapide des prés salés, une réduction concomitante des taux de croissance est observée dans les deux estuaires au début du XXème siècle. Nous proposons que l'augmentation du niveau marin à cette période soit responsable de cette réduction de croissance des prés-salés. L'analyse pluriannuelle des surfaces en baie de Somme met en évidence des périodes d'érosion des prés-salés résultant de la migration des chenaux tidaux à la frontière des prés-salés. Cependant, l'échelle de temps pluriannuelle ne permet pas d'appréhender les processus régissant la dynamique de migration des chenaux. Une étude sur 3 ans en baie du Mont-Saint-Michel a permis de caractériser le fonctionnement d'un chenal tidal sinueux en frontière des prés salés, grâce à des mesures topographiques inédites réalisées avec un Lidar terrestre haute résolution, combinées à des mesures hydro-sédimentaires (vitesses fluides et concentration). Encore jamais utilisé à cette échelle en contexte de prés-salés, des relevés journaliers durant les marées d'équinoxe de Septembre et de Mars ont mis en évidence une relation très non-linéaire entre érosion des berges et hauteur de marée. Cette relation est régie principalement par une forte augmentation des vitesses du courant lors du jusant, pouvant atteindre 2,2 m/s lorsque les marées inondent totalement les prés-salés. L'étude des taux d'accrétion dans la partie interne du méandre tidal a révélé l'importance de la présence de la végétation pionnière. En effet celle-ci introduit une très forte hétérogénéité spatiale de l'accrétion et augmente les taux moyens de sédimentation à l'échelle du méandre par un facteur 2. Des lois empiriques de sédimentation et d'érosion en fonction de la hauteur de marée sont proposées. Il est montré que 6 % des marées les plus hautes de l'année sont responsables de 90 % de 10 l'érosion des prés-salés par migration du chenal, alors que la sédimentation est dominée par les marées les plus fréquentes, dès lors que les zones végétalisées sont submergées. Ces travaux mettent en évidence le rôle fondamental de la divagation des chenaux en marge des prés salés méga-tidaux. Leur dynamique est contrôlée principalement par les marées les plus importantes, dont la fréquence est régit par des cycles nodaux de 4,4 à 18,6 ans. Toute modélisation de l'évolution des prés salés doit donc incorporer la migration des chenaux et l'érosion des berges, ainsi que l'effet de la végétation sur la sédimentation qui ne sont pour l'instant pas pris en compte dans ce type de modèle morpho-dynamique. Les données topographiques et hydro-sédimentaires inédites acquises durant ce travail de thèse fournissent des contraintes fortes pour le développement d'un tel modèle.