La préservation des ressources naturelles prend une part de plus en plus importante dans nos sociétés. Les matières premières de l'industrie de la terre cuite sont considérées comme non-renouvelables car prélevées dans des formations géologiques fossiles. Dans ce contexte, les atterrissements d'argiles actuels des systèmes fluviatiles et côtiers constituent des alternatives à l'exploitation de ces séries. L'objectif de cette thèse est d'évaluer d'une part le renouvellement de la ressource en matériaux fins en France ; et d'autre part, de développer des méthodes permettant une utilisation de ces sédiments pour réduire le volume de matériaux fossiles. Une première évaluation sur le territoire français a permis de mettre en évidence que le renouvellement de la source de matériaux fins est assuré par les dépôts fluvio-lacustres et ceux des baies côtières estuariennes avec l'accumulation de plus de 20 Mm3/an ; en particulier dans les atterrissements créés par l'homme. Le développement d'un Cadre Minéralogique de Référence (CMR) à partir de mélanges de production a permis l'évaluation des sites en prenant en compte la composition des sédiments fins. Ce CMR constitue une méthode rapide d’évaluation d’un site à la place de l’approche classique qui nécessite de nombreux essais. Celle-ci est réservée aux sites dont le potentiel a été validé par le CMR. Suite à l’évaluation par le CMR, seule une partie de la source, environ 5 Mm3/an, remplit les critères de l'industrie de la terre cuite qui consomme environ 3,5 Mm3/an. La ressource en matériaux fins parait donc renouvelable. Enfin, la réalisation de mélanges, avec des dégraissants ou des sédiments fins aux propriétés complémentaires, permet d’envisager la valorisation d’atterrissements écartés par manque de compatibilité minéralogique. / Preservation of natural resources becomes an important issue in our societies. Raw materials of the fired-clay industry are considered as non-renewable because there are extracted from fossil geologic formations. In this context, current fine-grained deposits of fluvial and coastal systems constitute alternatives to the quarrying of geologic formations. The aim of this thesis is firstly to assess, within France, the renewal of the resource for such materials; and secondly, to seek alternative methods to enhance the use of such sediments to reduce the yearly volume of fossil sediments consumed by fired-clay industry.A first evaluation allowed highlighting that the renewal of the source of fine sediments is provided by the fluvial and coastal deposits with more than 20 Mm3/yr especially in relation to hydraulic management.Development of a Mineralogical Reference Framework (MRF) from industrial mixtures allowed the evaluation of sites taking into account the sediment composition. This MRF constitutes a rapid screening of a site compared to the classic method that necessitates several experiments. This is to be applied to sites which potential has been validated by the MRF.Only a part of the source, about 5 Mm3, can be used by the fired-clay industry which consumes 3,5 Mm3/yr. Fine material resource seems to be renewable.Finally, the realization of mixtures with shortening agents or other sediments with complementary properties allows valuing a larger number of fine-grained deposits.

Agricultural land use near streams frequently results in long-term disturbance to woody riparian vegetation and an alteration of reach scale geomorphic structure. Such disturbances often result in increased fine sediment input to the stream along with direct changes in channel structure. The study described here was designed to quantify stream geomorphic changes associated with agriculture and their influence on reach scale transient storage hydraulics and sediment biological function. Six small streams in the Appalachian Mountains of western North Carolina were selected to compare 3 reaches with active near-stream agriculture to 3 forested reference reaches. The study site categories differed significantly in many structural and hydraulic properties including slope, sinuosity, sediment size, and transient storage extent. However, differences cannot be attributed to land use alone. Distinct disparity in slope suggests that many of the categorical differences between stream types may also reflect valley scale structure. Despite these larger scale controls, the abundance of suspendable fines varied substantially among agricultural stream substrates, possibly due to varied land-use practices. Suspendable fine sediments and valley slope explained 91 % of variability in transient storage exchange, and abundance of inorganic fine sediments explained 77 % of variability in sediment microcosm nitrate production. This study supports conclusions that reach-scale influence of fine sediments occurred within the context of larger-scale valley structure, with implications on stream hydraulics and biogeochemistry. / Master of Science

Les estuaires macrotidaux tels que l'estuaire de la Charente sont le siège d'une interaction constante entre la marée et le débit fluvial. L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement de l'estuaire en fonction de ces forçages, et de déterminer leur impact sur les distributions horizontale et verticale de la salinité et des sédiments fins cohésifs. Un modèle tridimensionnel hydrosédimentaire a été mis en place sur l'estuaire afin de reproduire la dynamique estuarienne observée dans la Charente. Ce modèle a été validé via l'obtention de mesures in-situ venant également appuyer et compléter les simulations de réponse aux forçages effectuées. Dans l’estuaire de la Charente, l'asymétrie de la marée présente la particularité de s’inverser en fonction du cycle morte-eau/vive-eau. Le modèle a permis de déterminer l'influence de la marée incidente et de la morphologie de l'estuaire sur ce comportement, et d'évaluer son impact sur la salinité et la dynamique sédimentaire de l'estuaire. L'évolution globale de la marée lors de sa propagation dans l'estuaire a été étudiée, ainsi que l'influence du débit fluvial sur la circulation estuarienne, l'intrusion saline, et la stratification. Les résultats montrent que l'embouchure de l'estuaire reste dominée par la marée même en cas de crue, et que la stratification est inversement proportionnelle au débit fluvial. Le bouchon vaseux est reproduit par le modèle hydrosédimentaire, et ses variations en fonction des cycles de marée flot/jusant et morte-eau/vive-eau sont étudiées. La marée est le processus dominant dans la formation et le déplacement du bouchon vaseux. Les simulations montrent cependant une forte influence du débit fluvial sur sa géométrie et sa concentration, particulièrement en crue où il est plus compact et se déplace sur une distance plus courte. Les flux sédimentaires et les observations faites sur le terrain suggèrent que les sédiments sont importés dans l'estuaire en régime fluvial moyen et d'étiage, et qu'un envasement se produit. En crue, le bouchon vaseux est maintenu à 10 km en aval de l'embouchure et un export de sédiments vers la baie de Marennes-Oléron est obtenu. / Macrotidal estuaries such as the Charente estuary are characterized by a constant interaction between the tides and the river runoff. The aim of this work is to study the estuary behavior in function of these forcings, and to determine their impact of the horizontal and vertical distributions of salinity and fine cohesive sediments. A three-dimensional model was developed to reproduce the estuarine dynamics observed in the Charente estuary. This model was validated using in-situ measurements, which can also confirm and provide additional information when compared to the different forcing simulations. In the Charente estuary, the tidal asymmetry is characterized by its inversions in function of the neap/spring tidal cycle. The model was used to determine the influence of the incident tide and the estuarine morphology on this behavior, and to evaluate its impact on salinity and sediment dynamics in the system. The overall evolution of the tide during its propagation in the estuary was studied, together with the river runoff influence on the estuarine circulation, the saline intrusion and stratification. Results show that the estuary mouth stays tide-dominated even in the event of a flood, and that stratification is inversely proportional to the river runoff. The turbidity maximum is well reproduced by the hydrosedimentary model, and its variations infunction of the flood/ebb and neap/spring tidal cycles are studied. Tidal forcing is the main mechanism leading to the formation and movement of the turbidity maximum. However, simulations show a strong influence of the river runoff on its geometry and concentration, especially when the runoff is high. The turbidity maximum is then more compact and moving on shorter distances. Calculated sedimentary fluxes and observations made on the field suggest that sediments are imported in the estuary for low and medium river runoffs, and that siltation is occurring. In the event of a flood, the turbidity maximum is maintained 10km upstream of the mouth and sediments are exported into the Marennes-Oléron bay.

Altered flow regimes following river regulation can result in significant changes in river bed geomorphology and subsequent negative ecological impacts caused by re-suspended sediments deposited on the riverbed. This study aimed to evaluate the consequences of implementing an ecological flow regime on sediments accumulated within the regulated river Juktån. Sediments were sampled and analysed for particle size distribution to estimate sediment stability. Flow alteration following the ecological flow regime was analysed with HEC-RAS unsteady flow simulation serving as a basis for calculations of forces acting to erode or retain deposited sediments. Additional analyses regarding critical flow were made with HEC-RAS steady flow simulation. Results show that 4 out of 15 cross-sections analysed would have the potential to erode and re-suspend sediments. The estimated average critical flow for when sediments become unstable with potential to re-suspend is 17 m3/s. The total sediment inventory of the studied reach is ~25000 ton, with ~3000-ton sediments potentially eroding into re-suspension. This is approximately 3% of river Umeälvens annual 100 000 ton suspended sediments before being regulated. Results indicate that river bed heterogeneity in river Juktån could benefit from implementing the ecological flow regime while not mobilizing such amounts of fine sediments that would cause clogging effects downstream the site of interest. The study also introduces the erosion rate equation which compares the annual erosion between two different flow regimes.

Cette thèse a pour objectif de caractériser les processus dominants dans l'évolution morphologique d'une retenue de forme allongée. Ces retenues sont caractérisées par une dimension longitudinale prédominante par rapport à la dimension transversale. La thèse s'est appuyée sur le cas de la retenue de Génissiat, située au cœur d'une série d'aménagements hydro-électriques sur le Haut-Rhône et soumise à des opérations régulières de chasses hydrauliques. Une analyse hydro-morphologique basée sur l'interprétation des évolutions morphologiques et des conditions d'écoulement a été réalisée. A partir de cette analyse, un découpage de la retenue en tronçons a permis de mettre en évidence la dynamique spatiale des sédiments au sein de la retenue. Une analyse de la dynamique spatio-temporelle du transport des sédiments a permis de quantifier et de caractériser les flux de transportés et leurs incertitudes. La contribution des processus associés au transport des différentes classes granulométriques (sables et sédiments fins) a alors été évaluée. Enfin, deux modèles numériques unidimensionnels ont été développés afin de simuler les processus dominants pour le transport des sédiments fins et des sédiments grossiers. Les résultats de modélisation ont montré la capacité des modèles à reproduire les évolutions morphologiques et les flux transportés, avec des valeurs simulées comprises dans les plages d'incertitude de mesure. La partie amont de la retenue apparait ainsi nettement dominée par le transport de sable alors que la partie aval est dominée par le transport de fines. Finalement, les modèles ont été appliqués pour tester différents protocoles de gestion de la retenue dans le but d'établir des règles d'exploitation permettant de limiter le comblement de la retenue et les impacts environnementaux à l'échelle d'évènements de chasse et sur le long terme / This PhD thesis aimed to characterize the main processes responsible for the morphological evolution of an elongated reservoir, characterized by predominant longitudinal dimensions. It was based on the case study of the Genissiat reservoir, located in a series of hydropower plants on the French Upper Rhone River and regularly subjected to flushing operations. A fluvial geomorphological analysis based on morphological evolutions and hydraulic conditions was performed. A longitudinal delineation of the reservoir allowed to highlight the spatial dynamics of the reservoir. Sediment fluxes in the reservoir and their uncertainties were quantified and qualified and evidenced the contribution of transport processes associated to sand and fine sediments. Two one-dimensional numerical models were developed to simulate the main processes for fine sediment and coarse sediment transport, respectively. Numerical results showed that these models were able to reproduce morphological evolutions and sediment fluxes, with differences between simulated and measured values lower than the measurement uncertainties. It appeared that the upstream part of the reservoir is dominated by sand transport while the downstream part of the reservoir is dominant by silt and clay sediment transport. Finally, the models were used to simulate predictive scenarios and to evaluate the impact of the operating rules on sediment dynamics. Some enhancements to current operating rules were proposed to limit reservoir sedimentation and downstream ecological impacts related to flushing events and long-term management