The Western Mediterranean realm is considered as a region highly sensitive with regard to climate changes and landscape transformations. Within its semi arid and semi humid areas, even slight climatic changes but also human interventions may result in far-reaching consequences in respect of environment and ecological systems. Thus, research on landscape development has a high relevance in geosciences, especially in the light of current climate change research. It is a major concern to reveal regularities and patterns in past landscape evolution in order to provide a basis for the assessment of future developments. For the reconstruction of late Quaternary environmental conditions fluvial sediments play an important role as they almost uniquely reflect landscapes and landscape changes on a regional scale. This is due to the fact that fluvial dynamics and all enclosed processes are based on multi-causal relationships and a variety of factors like climatic conditions, vegetation development, human impact, or tectonic activity finds expression in fluvial dynamics. About 70 % of the Iberian Peninsula is influenced by moist Atlantic air masses, but in the whole area there is a considerable research gap concerning the exploration of fluvial archives. Taking this into account, this dissertation aims to systematically work out fluvial sediment successions of two river systems, namely the Jarama River in central Spain and the Guadalete River in southwestern Spain. For complementary considerations, first stratigraphic results from the middle to lower Guadalquivir River in southern Spain will be consulted. In a first step, the objective is to intensively study and document sediment profiles for the purpose of deriving a valuable composite profile for each river system. In a second step, the significance of these composite profiles regarding palaeoenvironmental conditions as well as changes will be examined. Beside the reaction of fluvial systems towards climatic changes, relationships with other influencing factors are a main issue. On the basis of a supra-regional comparison a possible coupling of fluvial geomorphic systems and large-scale climate fluctuations shall be analyzed. Furthermore, it is intended to address issues like system connectivity or varying response times and response durations. The bases for these considerations are abundant sedimentary profile records supported by electrical resistivity tomography and percussion drillings. Stratigraphic work includes the differentiation of sediment units, the identification of soil horizons, and the correlation of specific layers and horizons across different profile sections based on sedimentologic and pedogenetic characteristics. Subsequent soil-chemical and sedimentological laboratory analyses on certain key-profiles imply grain-size analyses, the measurement of organic carbon content, calcium carbonate content, pedogenic and total iron contents, as well as magnetic susceptibility. Laboratory analyses are used to strengthen results of field work and to differentiate between soils and soil sediments in ambiguous cases. The chronological resolution of the sediment successions will be provided by radiocarbon dating. The final aim is to work out a detailed fluvial sedimentation history for the late Quaternary. The precise characterization of the catchment areas, together with a comparison of the stratigraphic findings and secondary archive information from the literature, will enable the identification of relationships between fluvial dynamics and different influencing factors. In this dissertation, 36 profile sections have been worked out intensively. Furthermore, 13 percussion drillings were conducted in floodplain positions with insufficient exposure conditions. For the chronological frame 70 radiocarbon samples have been dated. The obtained results show a significant pattern of sedimentation periods and phases of stability associated with soil formation for each river system. The sedimentation history of the Guadalete and Guadalquivir Rivers could be reconstructed for the last 15 ka, while conclusions with regard to sedimentation dynamics of the Jarama River could be drawn for a period of 43 ka. Thanks to an abundance of available studies on other terrestrial archives with climatic or environmental relevance, it was possible to assess the influence of different parameters such as climate, vegetation, humankind, tectonics, and base-level changes on fluvial sedimentation dynamics. It emerged that, first and foremost, rapid climate changes had significant impact on the mobilization of sediments in the catchment area as well as their deposition in floodplain positions. On the other hand prolonged periods of climatic amelioration caused floodplain stability along with soil formation, as documented for the time spans between 13.3 and 12.7 ka, 7 and 5.1 ka, 2.8 and 2.3 ka, 1.4 and 1.2 ka, as well as 0.8 and 0.5 ka cal. BP in several river systems. Periods of increased sedimentation were initiated by phases of climatic aridification that affected fluvial systems through the weakening of the vegetation cover and the accentuation of the hydrological discharge regime. Corresponding patterns have been found for the time intervals between 8 and 7 ka, 5 and 3.8 ka, 2.2 and 1.5 ka, as well as around 1 ka and 0.4 ka cal. BP. The supra-regional effectiveness of the factor climate is contrasted by a strong regional individuality of the river catchments that is expressed by further, regionally limited phases of fluvial activity. Crucial to this development – apart from regional climate differences – are, inter alia, tectonic movements as evidenced for the Jarama River system in central Spain, or late Pleistocene and Holocene sea-level fluctuations that primarily affected fluvial dynamics along the lower course of the Guadalete River in southwestern Spain. Furthermore, it can be shown that variations in time and duration of fluvial system response are attributable to differing buffer capacities of river catchments towards external influences. The increase of human impact during the late Holocene apparently provoked a reinforcement of the effects of climatic impulses. There are clear evidences for the participation of humans in the mobilization of sediments; however, concerning the degree of influence it is hardly possible to differentiate between the factors humans and climate.:1 Introduction 1.1 Relevance of fluvial records in the context of climate change and landscape evolution in the Western Mediterranean 1.2 Environmental significance of fluvial deposits 1.3 Objectives and methodological approach 2 Late Quaternary fluvial dynamics of the Jarama River 2.1 Introduction 2.2 Study area 2.2.1 Geological and tectonic background 2.2.2 Geomorphological setting of the Jarama valley 2.3 Methods 2.4 Fluvial architecture and characteristics of the sedimentary units 2.4.1 Sequence 1 – Late Pleistocene 2.4.2 Sequence 2 – Early to Mid-Holocene 2.4.3 Sequence 3 – Mid-Holocene to Roman period 2.4.4 Sequence 4 – Little Ice Age 2.5 Interpretation - Stages of floodplain development 2.5.1 Extensive aggradations during Marine Isotope Stage (MIS) 3 2.5.2 Increased fluvial activity in the course of the Last Glacial Maximum (LGM) 2.5.3 Sand deposits (Unit 3) at the end of MIS 2 2.5.4 Younger Dryas and Early to Mid-Holocene sedimentation 2.5.5 Mid-Holocene warm period and climatic collapse 2.5.6 Highly dynamic floodplain aggradations and 3.0 ka-aridity crisis 2.5.7 Extensive sand deposition at 2.8 ka BP and following floodplain stability 2.5.8 Flood loam accumulation during the Roman epoch 2.5.9 Alternating flood loam accumulation and soil formation during the Medieval period 2.5.10 Accentuated fluvial dynamics during the Little Ice Age and recent flooding 2.6 Human influence versus climatic control factors 2.7 Significance of fluvial records in a spatial context 2.8 Conclusion 3 Late Pleistocene and Holocene fluvial dynamics of the lower Guadalete River 3.1 Introduction 3.2 Study area 3.3 Methods 3.4 Stratigraphic findings and sedimentation patterns within the Guadalete valley 3.4.1 Upper downstream section 3.4.1.1 Late Pleistocene sediments 3.4.1.2 Mid-Holocene sediments (5000 - 2000 cal. a BP) 3.4.1.3 Late Holocene sediments (<2000 cal. a BP) 3.4.1.4 Composite profile 3.4.2 Lower downstream section close to the estuary 3.4.2.1 Early Holocene sediments (~10000 - 8000 cal. a BP) 3.4.2.2 Mid- to late-Holocene sediments (<8000 cal. a BP) 3.5 Interpretation – Floodplain evolution and the influencing factors 3.5.1 Stages of floodplain evolution 3.5.1.1 Late Pleistocene dynamics (SU-1 to SU-3) 3.5.1.2 Early Holocene dynamics (SU-4 to SU-7) 3.5.1.3 Mid-Holocene dynamics (SU-8) 3.5.1.4 Mid-Holocene aridity collapse (SU-9a to SU-9c) 3.5.1.5 Late Holocene dynamics (SU-10 to SU-12) 3.5.1.6 Increased dynamics during the Little Ice Age (LIA) (SU-13a to SU-14) 3.6 Conclusion 4 Western Mediterranean environmental changes 4.1 Introduction 4.2 Study area 4.2.1 Jarama River 4.2.2 Guadalete River 4.2.3 Guadalquivir River 4.3 Methods 4.4 Results 4.4.1 Stratigraphic findings of the Jarama River 4.4.1.1 Fluvial architecture 4.4.1.2 Sedimentation patterns 4.4.1.3 Periods of soil formation 4.4.2 Stratigraphic findings of the Guadalete River 4.4.2.1 Fluvial architecture 4.4.2.2 Sedimentation patterns 4.4.2.3 Periods of soil formation 4.4.3 Stratigraphic findings of the Guadalquivir River 4.4.3.1 Fluvial architecture 4.4.3.2 Sedimentation patterns 4.4.3.3 Periods of soil formation 4.5 Discussion 4.5.1 General view of fluvial architectural patterns as basis for interpretations 4.5.2 Fluvial dynamic patterns and possible forcing mechanisms 4.5.3 The role of climate in triggering fluvial dynamics 4.5.4 Supra regional comparison of examined floodplain records 4.5.5 Variability of fluvial dynamics: A matter of sensitivity? 4.5.6 Large-scale consideration of Western Mediterranean fluvial records 4.5.7 Interrelations between North Atlantic sea surface temperature and landscape dynamics on the Iberian Peninsula 4.5.8 Landscape dynamics and corresponding atmospheric conditions 4.6 Conclusion Acknowledgements References 5 Synthesis 5.1 General architectural patterns of examined river floodplains in Spain 5.2 Assessment of influencing factors and their relevance for fluvial dynamics 5.3 Interpretations in terms of palaeo-environmental conditions 5.4 Comparative consideration of the various study areas 5.5 Climate change and implications for fluvial system behavior 5.6 Outlook References / Der westliche Mediterranraum gilt als landschaftlich und klimatisch hochsensible Region, für deren semiaride bis semihumide Gebiete bereits kleinere klimatische Änderungen, aber auch Eingriffe des Menschen, mit weitreichenden Folgen für Umwelt und ökologische Systeme verbunden sein können. Forschungen zum Landschaftswandel nehmen hier vor allem vor dem Hintergrund des derzeitigen Klimawandels einen hohen Stellenwert in den Geowissenschaften ein. Ein wichtiges Anliegen ist dabei, in früheren Landschaftswandeln Muster zu entdecken, welche als Grundlage für Bewertungen zukünftiger Veränderungen dienen können. Für die Rekonstruktion spätquartärer Umweltbedingungen kommt fluvialen Sedimenten eine besondere Rolle zu. Wie kein anderes Archiv spiegeln fluviale Sedimentabfolgen Landschaftszustände und -entwicklung auf regionaler Ebene wieder. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass fluviale Dynamik mit allen inbegriffenen Prozessen auf polykausalen Zusammenhängen beruht und somit eine Vielzahl an Faktoren, wie klimatische Verhältnisse und Vegetationsentwicklung, menschliche Einflussnahme oder tektonische Aktivität Ausdruck in fluvialer Dynamik finden. Von feuchten atlantischen Luftmassen geprägte Gebiete nehmen etwa 70 % der Fläche der Iberischen Halbinsel ein, allerdings besteht hier eine erhebliche Forschungslücke im Bereich der Analyse fluvialer Archive. Diesem Umstand soll in vorliegender Dissertation in Form einer systematischen Aufarbeitung der fluvialen Sedimentabfolgen zweier Flusssysteme in Zentralspanien (Rio Jarama), sowie in SW-Spanien (Rio Guadalete) Rechnung getragen werden. Für ergänzende Betrachtungen werden dabei erste Befunde zur stratigraphischen Gliederung des Guadalquivir-Mittellaufes in S-Spanien herangezogen. Ziel der Arbeiten ist es zunächst über umfangreiche Aufnahmen und Dokumentationen von Sedimentprofilen ein belastbares Standardprofil für jedes Flusssystem zu erarbeiten und dieses hinsichtlich der Aussagekraft in Bezug auf Paläoumweltbedingungen und vor allem -wandeln zu prüfen. Neben der möglichen Reaktion fluvialer Systeme auf klimatische Änderungen, stehen dabei vor allem auch Beziehungsgeflechte zu anderen Einflussfaktoren im Vordergrund. Anhand eines überregionalen Vergleichs soll eine mögliche Kopplung fluvialmorphologischer Systeme an großräumige Klimafluktuationen untersucht werden, zudem soll weiteren Themenkomplexen, wie der Konnektivität verschiedener Systeme oder unterschiedlichen Reaktionszeiten und -geschwindigkeiten nachgegangen werden. Grundlage für diese Betrachtungen bilden dabei aus zahlreichen Geländeaufnahmen resultierende Profilaufnahmen, sowie Ergebnisse geoelektrischer Messungen und Bohrsondierungen. Stratigraphische Arbeiten belaufen sich zunächst auf die Untergliederung verschiedener Sedimenteinheiten, die Ausweisung von Bodenhorizonten, sowie die Korrelation einzelner Schichten und Horizonte über unterschiedliche Profile hinweg anhand charakteristischer sedimentologischer und pedogenetischer Merkmale. Nachfolgende bodenchemische und sedimentologische Laboruntersuchungen an ausgewählten Profilen sollen über die Bestimmung von Korngrößenverhältnissen, Gehalten an organischem Kohlenstoff, Kalk- und Eisengehalten, sowie der magnetischen Suszeptibilität die Geländebefunde stützen und in unklaren Fällen eine Unterscheidung von Böden und Bodensedimenten erleichtern. Die zeitliche Auflösung der Sedimentabfolgen soll über Radiokarbondatierungen realisiert werden, mit dem letztendlichen Ziel, eine detaillierte fluviale Sedimentationsgeschichte für das Spätquartär zu erarbeiten. In einem weiteren Schritt werden begleitend zu einer detaillierten Einzugsgebietscharakteristik die chronostratigraphischen Befunde einem intensiven Vergleich mit in der Literatur verfügbaren Studien an Sekundärarchiven zugeführt, um Beziehungsgeflechte zwischen fluvialer Dynamik und verschiedenen Einflussfaktoren aufzudecken. Im Rahmen dieser Dissertation konnten zunächst 36 Profilaufschlüsse detailliert bearbeitet und zudem 13 Rammkernsondierungen in Flussauenpositionen abgeteuft werden. Für den chronologischen Rahmen wurden 70 Radiokohlenstoffproben datiert. Die Ergebnisse zeigen ein deutliches Muster von Sedimentationsphasen und Zeiten der Stabilität mit einhergehender Bodenbildung für jedes Flusseinzugsgebiet. Dabei konnte die Sedimentationsgeschichte der Flusssysteme Rio Guadalete und Rio Guadalquivir für die letzten 15.000 Jahre und des Rio Jarama für die letzten 43 ka rekonstruiert werden. Dank der Fülle an verfügbaren Studien an terrestrischen Vergleichsarchiven mit klima- und umweltrelevantem Bezug war es möglich, den Einfluss der unterschiedlichen Parameter Klima, Vegetation, Mensch und Tektonik, bzw. Erosionsbasis auf die fluviale Sedimentationsdynamik zu prüfen. So zeigte sich, dass vor allem rasche Klimaänderungen in der Lage waren die Mobilisierung von Sedimenten im Einzugsgebiet und deren Ablagerung in den Flussauen zu initiieren. Dahingegen bewirkten anhaltende klimatische Gunstphasen eine Stabilisierung mit einhergehender Bodenbildung, wie für die Zeiträume zwischen 13.3 und 12.7 ka, 7 und 5.1 ka, 2.8 und 2.3 ka, 1.4 und 1.2 ka, sowie 0.8 und 0.5 ka cal. BP für sämtliche Flusssysteme zu verzeichnen ist. Perioden verstärkter Sedimentation folgten in der Regel Phasen klimatischer Aridifizierung, welche über eine Schwächung der Vegetationsbedeckung und Akzentuierung des hydrologischen Abflussregimes in der Lage waren auf das fluviale System Einfluss zu nehmen. Entsprechende Muster konnten für die Zeiträume zwischen 8 und 7 ka, 5 und 3.8 ka, 2.2 und 1.5 ka, sowie um 1 ka als auch 0.4 ka cal. BP dokumentiert werden. Dem überregional wirksamen Einfluss des Faktors Klima steht jedoch eine starke landschaftsgeschichtliche Individualität der verschiedenen Regionen gegenüber, welche in weiteren, regional begrenzten Phasen fluvialer Aktivität zum Ausdruck kommt. Ausschlaggebend sind hier neben der Ausbildung regionaler Klimaunterschiede unter Anderem tektonische Verstellungen, welche für das in Zentralspanien gelegene System des Rio Jarama belegt werden konnten, oder spätpleistozäne und holozäne Meeresspiegelschwankungen, welche sich vor allem auf die fluviale Dynamik im Unterlauf des in SW-Spanien gelegenen Rio Guadalete auswirkten. Desweiteren können Unterschiede in Reaktionsdauer und -geschwindigkeit fluvialer Systeme mit variierendem Puffervermögen der Flusseinzugsgebiete gegenüber äußeren Einflüssen erklärt werden. Das intensivierte Wirken des Menschen im Spätholozän führte allem Anschein nach zu einer Verstärkung der Wirkung klimatischer Impulse, wobei sich klare Evidenzen für eine Beteiligung des Menschen an der Sedimentmobilisierung erkennen lassen, der Umfang des Einflusses des Menschen aber in der Regel nicht klar von dem des Klimas zu trennen ist.:1 Introduction 1.1 Relevance of fluvial records in the context of climate change and landscape evolution in the Western Mediterranean 1.2 Environmental significance of fluvial deposits 1.3 Objectives and methodological approach 2 Late Quaternary fluvial dynamics of the Jarama River 2.1 Introduction 2.2 Study area 2.2.1 Geological and tectonic background 2.2.2 Geomorphological setting of the Jarama valley 2.3 Methods 2.4 Fluvial architecture and characteristics of the sedimentary units 2.4.1 Sequence 1 – Late Pleistocene 2.4.2 Sequence 2 – Early to Mid-Holocene 2.4.3 Sequence 3 – Mid-Holocene to Roman period 2.4.4 Sequence 4 – Little Ice Age 2.5 Interpretation - Stages of floodplain development 2.5.1 Extensive aggradations during Marine Isotope Stage (MIS) 3 2.5.2 Increased fluvial activity in the course of the Last Glacial Maximum (LGM) 2.5.3 Sand deposits (Unit 3) at the end of MIS 2 2.5.4 Younger Dryas and Early to Mid-Holocene sedimentation 2.5.5 Mid-Holocene warm period and climatic collapse 2.5.6 Highly dynamic floodplain aggradations and 3.0 ka-aridity crisis 2.5.7 Extensive sand deposition at 2.8 ka BP and following floodplain stability 2.5.8 Flood loam accumulation during the Roman epoch 2.5.9 Alternating flood loam accumulation and soil formation during the Medieval period 2.5.10 Accentuated fluvial dynamics during the Little Ice Age and recent flooding 2.6 Human influence versus climatic control factors 2.7 Significance of fluvial records in a spatial context 2.8 Conclusion 3 Late Pleistocene and Holocene fluvial dynamics of the lower Guadalete River 3.1 Introduction 3.2 Study area 3.3 Methods 3.4 Stratigraphic findings and sedimentation patterns within the Guadalete valley 3.4.1 Upper downstream section 3.4.1.1 Late Pleistocene sediments 3.4.1.2 Mid-Holocene sediments (5000 - 2000 cal. a BP) 3.4.1.3 Late Holocene sediments (<2000 cal. a BP) 3.4.1.4 Composite profile 3.4.2 Lower downstream section close to the estuary 3.4.2.1 Early Holocene sediments (~10000 - 8000 cal. a BP) 3.4.2.2 Mid- to late-Holocene sediments (<8000 cal. a BP) 3.5 Interpretation – Floodplain evolution and the influencing factors 3.5.1 Stages of floodplain evolution 3.5.1.1 Late Pleistocene dynamics (SU-1 to SU-3) 3.5.1.2 Early Holocene dynamics (SU-4 to SU-7) 3.5.1.3 Mid-Holocene dynamics (SU-8) 3.5.1.4 Mid-Holocene aridity collapse (SU-9a to SU-9c) 3.5.1.5 Late Holocene dynamics (SU-10 to SU-12) 3.5.1.6 Increased dynamics during the Little Ice Age (LIA) (SU-13a to SU-14) 3.6 Conclusion 4 Western Mediterranean environmental changes 4.1 Introduction 4.2 Study area 4.2.1 Jarama River 4.2.2 Guadalete River 4.2.3 Guadalquivir River 4.3 Methods 4.4 Results 4.4.1 Stratigraphic findings of the Jarama River 4.4.1.1 Fluvial architecture 4.4.1.2 Sedimentation patterns 4.4.1.3 Periods of soil formation 4.4.2 Stratigraphic findings of the Guadalete River 4.4.2.1 Fluvial architecture 4.4.2.2 Sedimentation patterns 4.4.2.3 Periods of soil formation 4.4.3 Stratigraphic findings of the Guadalquivir River 4.4.3.1 Fluvial architecture 4.4.3.2 Sedimentation patterns 4.4.3.3 Periods of soil formation 4.5 Discussion 4.5.1 General view of fluvial architectural patterns as basis for interpretations 4.5.2 Fluvial dynamic patterns and possible forcing mechanisms 4.5.3 The role of climate in triggering fluvial dynamics 4.5.4 Supra regional comparison of examined floodplain records 4.5.5 Variability of fluvial dynamics: A matter of sensitivity? 4.5.6 Large-scale consideration of Western Mediterranean fluvial records 4.5.7 Interrelations between North Atlantic sea surface temperature and landscape dynamics on the Iberian Peninsula 4.5.8 Landscape dynamics and corresponding atmospheric conditions 4.6 Conclusion Acknowledgements References 5 Synthesis 5.1 General architectural patterns of examined river floodplains in Spain 5.2 Assessment of influencing factors and their relevance for fluvial dynamics 5.3 Interpretations in terms of palaeo-environmental conditions 5.4 Comparative consideration of the various study areas 5.5 Climate change and implications for fluvial system behavior 5.6 Outlook References

L'objectif ultime en géomorphologie fluviale est d'expliquer les formes des cours d'eau et leur évolution temporelle et spatiale. La multiplication des études nous a mené à la réalisation que les systèmes géomorphologiques sont complexes. Les formes observées sont plus que la somme des processus individuels qui les régissent en raison d’interactions et de rétroactions non-linéaires à de multiples échelles spatiales et temporelles. Dans ce contexte, le but général de la thèse est de proposer et de tester de nouvelles avenues de recherche afin de mieux appréhender la complexité des dynamiques fluviales en utilisant des approches méthodologiques et analytiques mettant l’accent sur les interactions entre l’écoulement, le transport de sédiments en charge fond et la morphologie du lit en rivière graveleuse. Cette orientation découle du constat que les paradigmes actuels en géomorphologie fluviale n’arrivent pas à expliquer adéquatement la variabilité naturelle du transport en charge de fond ainsi que des formes du lit qui en résultent. Cinq pistes de réflexion sont développées sous forme d’articles basés sur des études de cas : 1. L'intégration des échelles de variation de l'écoulement permet d’insérer la notion de structures turbulentes dans des pulsations de plus grande échelle et d'améliorer la compréhension de la variabilité du transport de sédiments. 2. La quantification des taux de changement de l’écoulement (accélération /décélération) au cours d’une crue permet d’expliquer la variabilité des flux de transport en charge fond autant que la magnitude de l’écoulement. 3. L’utilisation de techniques de mesures complémentaires révèle une nouvelle dynamique du lit des rivières graveleuses, la dilatation et la contraction du lit suite à une crue. 4. La remise en cause du fait généralement accepté que le transport en charge de fond est corrélé positivement à l'intensité des modifications morphologiques en raison d’un problème associé aux échelles différentes des processus en cause. 5. L’approche systémique des dynamiques fluviales par l’utilisation d’analyses multivariées permet d’appréhender la complexité des dynamiques de rétroactions linéaires et non-linéaires dans l’évolution d’un chenal et d’illustrer l’importance de l’historique récent des changements géomorphologiques en réponse aux crues. Cette thèse se veut une avancée conceptuelle issue d'une profonde réflexion sur les approches classiques que l'on utilise en géomorphologie fluviale depuis plusieurs décennies. Elle est basée sur un jeu de données unique récolté lors du suivi intensif de 21 évènements de crue dans un petit cours d’eau à lit de graviers, le ruisseau Béard (Québec). Le protocole expérimental axé sur la simultanéité des mesures de l’écoulement, de la morphologie du lit et du transport de sédiments en charge de fond a permis de centrer la recherche directement sur les interactions entre les processus plutôt que sur les processus individuels, une approche rarement utilisée en géomorphologie fluviale. Chacun des chapitres illustre un nouveau concept ou une nouvelle approche permettant de résoudre certaines des impasses rencontrées actuellement en géomorphologie fluviale. Ces travaux ont des implications importantes pour la compréhension de la dynamique des lits de rivières et des habitats fluviaux et servent de point de départ pour de nouveaux développements. / The overarching objective in fluvial geomorphology is to explain river morphology and its temporal and spatial evolution. The multiplication of studies led to the realization that geomorphic systems are complex and difficult to understand. The observed river morphology is more than the sum of the individual processes which govern them because of the superimposition of process interactions and non-linear feedback loops at multiple scales. In this context, the goal of this thesis is to explore new avenues of research in order to comprehend more accurately the complexity of gravel-bed river dynamics by using methodological and analytical approaches focusing on the interactions between the flow, transport of sediments as bedload and the bed morphology. This orientation of the thesis is in line with the fact that current paradigms in fluvial geomorphology have not succeeded in explaining adequately the natural variability of the sediment transport and its consequences on the river bedforms. Five avenues are developed in the form of articles based on case studies: 1. The study of the scales of variation of the flow allows us to integrate the turbulent flow structures into flow pulsations at larger scales and to potentially improve our understanding comprehension of bedload sediment transport variability. 2. The quantification of the rates of change of the flow magnitude (acceleration /deceleration) during a flood explains as much the variability of bedload transport fluxes as the flow intensity itself. 3. The use of complementary measurement techniques of bedload processes can reveal new river bed dynamics in gravel-bed rivers: the dilation and contraction of the bed resulting from a flood. 4. The investigation of the generally accepted fact that bedload sediment transport is correlated with the intensity of the morphological changes reveals that the two processes do not relate directly due to their different characteristic scales. 5. The systemic approach of river dynamics based on the use of multivariate analytical techniques is better suited for the study of complex linear and non-linear interactions and feedbacks in the evolution of a river channel. This analysis has shown the importance of the recent history of the morphological changes in response to a flood. The conceptual orientation of this thesis results from a deep reflection on the traditional approaches previously used for several decades in fluvial geomorphology. It is based on a single very extensive data set collected during 21 flood events in a small gravel-bed river, Béard creek (Quebec). The experimental protocol aimed at the simultaneity of processes measurements in order to focus the analysis on the interactions between the flow, the channel morphology and the bedload sediment transport rather than on the individual processes, an approach seldom used in fluvial geomorphology. Each chapter reports on a new concept or a new approach making it possible to resolve some of the issues met in fluvial geomorphology. This work has important implications for the understanding of river bed dynamics and fluvial habitats and is a starting point for new developments.

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.

Ostie et Portus sont deux villes portuaires emblématiques de la façade littorale de la Rome antique. Construites au contact du Tibre et de la mer Tyrrhénienne, elles se situent dans des milieux géomorphologiquement très instables (mobilité du fleuve et du trait de côte). Nous nous proposons dans cette étude de reconstituer les dynamiques hydrosédimentaires du Tibre deltaïque à l’époque romaine (principalement aux Ier s. av. – Ier s. ap. J.-C.) et d’en identifier les conséquences sur le système Ostie-Portus. Pour mener à bien ce travail, nous nous appuyons sur des données sédimentaires issues de carottages réalisés dans le paléoméandre d’Ostie et les canaux de Portus. Ces résultats sont ensuite confrontés aux données archéologiques et historiques. Le croisement des données sédimentaires, archéologiques et textuelles permet d’envisager une crise hydrosédimentaire d’origine anthropoclimatique dans le bassin versant du Tibre s’étalant de la seconde partie du Ier s. av. J.-C. au début du Ier s. ap. J.-C. A Ostie, cette crise s’exprime par : (1) une accumulation de sédiments à l’embouchure du Tibre qui conduit au comblement du port fluvial d’Ostie ; (2) plusieurs inondations importantes (parfois torrentielles – cf. Rome) ; et (3) peut-être une hausse des niveaux phréatiques. A cela s’ajoute, avant ou pendant cette crise, une forte variabilité latérale de l’embouchure et du paléoméandre d’Ostie, qui a pu affecter le développement d’Ostie. Contraint par une forte pression démographique à Rome et par le contexte socio-économique, Claude fonde Portus au milieu du Ier s. ap. J.-C. Cette ville portuaire maritime est conçue dans l’idée de pallier les insuffisances du port d’Ostie : (1) les capacités d’accueil du port sont considérablement accrues (bassin de 200 ha) ; (2) le site d’implantation est choisi 3 km au nord de l’embouchure du Tibre pour échapper aux contraintes hydrosédimentaires qui se posaient à Ostie. Pour des raisons logistiques (transport des marchandises vers Rome), la planification de Portus est accompagnée d’un système de canaux relié au Tibre. Les ingénieurs romains prennent cependant soin de dissocier le système des canaux de celui des bassins portuaires (gestion de la charge solide) et certains de ces canaux sont envisagés comme évacuateurs de crue (gestion des inondations). Les études sédimentaires menées permettent de décrire les modalités de fonctionnement et de comblement de certains de ces canaux (Canale Traverso, Canale Romano). Ce travail est complété par une réflexion méthodologique sur le diagramme de Passega et une modélisation de l’évolution holocène de la partie nord du delta du Tibre à partir de l’analyse de carottes. / Ostia and Portus are two important harbour cities located on theThyrrenian coast, near the ancient Rome. This location corresponds to a fastly changing landscape (river and coastline mobility). The aim of this study is to reconstruct the Tiber hydrosedimentary dynamics in its delta plain during Ancient times (mainly in the 1st c. BC - 1st c. AD) and to identify their impact on the system Ostia-Portus. To complete this work, we analyse sedimentary cores drilled in the palaeomeander of Ostia and the canals of Portus. These results are compared to the archaeological and historical data. Crossing sedimentary, archaeological and textual data allows to consider hydrosedimentary anthropoclimatic crisis in the Tiber River watershed, during the period between the second part of the Ist century BC and the beginning of the Ist century AD. This crisis is expressed in Ostia, by: (1) a sediment accumulation at the mouth of the Tiber River, leading to the filling of the river mouth harbour of Ostia; (2) several major floods (at Rome - sometimes torrential floods); and (3) perhaps an increase of the groundwater levels. During this hydrosedimentological crisis or before, a strong lateral mobility of the Tiber mouth and the palaeomeander of Ostia probably affect the development of the city. Obliged by a strong demographic pressure in Rome and by the socio-economical context, Claude built Portus in the middle of the 1st century AD. Portus is planned with the idea to overcome the shortcomings of Ostia’s harbour: (1) by an increased harbour basin area (200 ha), and (2) by its establishment, 3 km north of the Tiber mouth, to avoid the main hydrosedimentary constraints. For logistical reasons (goods transport to Rome), Portus includes a fluvial canal system, connected to the Tiber River. However, Roman engineers take care to separate the canal system and the harbour basins (sediment load) and some of these canals are considered floodways (flood management). Sedimentary analysis characterise the canal functioning and filling (Canale Traverso, Canale Romano). This work is complemented by a methodological reflection on the Passega diagram and by a modeling of the Holocene evolution of the Tiber delta’s northern part , based onthe analysis of core samples.

Le Rhin dans son parcours franco-allemand a été aménagé depuis deux siècles pour la protection contre les inondations, la navigation et la production hydro-électrique. La rectification (19ème siècle), la régularisation (1930) et la construction du Grand Canal d’Alsace (1928-1959) ont profondément altéré le fonctionnement hydro-sédimentaire du « Vieux Rhin », tronçon de 50 km court-circuité entre les barrages de Kembs et de Breisach, conduisant à une réduction de la complexité du tracé en plan, une incision, un pavage du fond du lit et une simplification des habitats aquatiques et riverains. La possibilité de restaurer le transport sédimentaire et la dynamique alluviale du Vieux Rhin est évaluée au sein de projets portés par la Région Alsace et EDF. Dans ce cadre, la présente thèse repose sur deux types d’approches de la géomorphologie fluviale, historique et expérimentale, afin de répondre à la problématique de restauration morpho-écologique du tronçon fluvial. Ce travail, basé sur la collecte de données anciennes et de terrain, ainsi que sur la quantification des évolutions morphologiques à différents niveaux scalaires, a conduit à une meilleure compréhension de la trajectoire temporelle d’ajustement de l’hydrosystème et à une estimation de sa sensibilité aux changements. Le suivi géomorphologique d’un test de recharge sédimentaire conduit sur un site-pilote a servi également à évaluer la pertinence de ce type d’intervention, à travers l’analyse des bénéfices et des risques environnementaux potentiels. L'ensemble des résultats obtenus a permis d’apporter aux gestionnaires des éléments d'aide à la réflexion pour orienter les stratégies de restauration ainsi que des indicateurs physiques d’évaluation des futures actions / The Upper Rhine River has undergone several anthropogenic modifications since the last two centuries for flood protection, navigation and hydropower generation. Channel rectification, groyne fields and lateral “Grand Canal of Alsace” construction heavily altered the hydro-sedimentary functioning of the 50 km-long "Old Rhine" by-passed between Kembs and Breisach: channel pattern simplification, bed incision, armouring and ecological habitats alterations. Two complementary projects have been initiated to restore the sediment transport and the reach alluvial dynamics. This thesis investigated space-time and experimental geomorphic approaches within the morpho-ecological restoration of a modified fluvial system. The archive and field data-based work aimed at understanding the Old Rhine historical trajectory. The geomorphological monitoring of a gravel input experiment also consisted in evaluating environmental benefits and potential risks for society and proposing physical assessment indicators. Results will help river stakeholders to define strategies to restore morphological processes and associated ecological functions in the Old Rhine.

Les modèles hydrauliques sont couramment utilisés pour l'aménagement des rivières et la prévention des dommages liés aux inondations. Ces modèles calculent les hauteurs d'eau et débits sur un tronçon de rivière à partir de sa géométrie et des conditions aux limites du système: débit à l'amont du tronçon, débits d'apports latéraux provenant du bassin intermédiaire et hauteurs d'eau à l'aval. Lorsque le tronçon est long, les apports latéraux deviennent conséquents tout en demeurant rarement mesurés car provenant d'affluents secondaires. L'évaluation de ces apports constitue alors une étape essentielle dans la simulation des crues sous peine de fortes sous ou surestimations des variables hydrauliques. Cette thèse a pour objectif principal d'identifier une méthode de complexité minimale permettant de reconstituer ces apports. Nos travaux s'appuient sur un échantillon de 50 tronçons de rivière situés en France et aux Etats-Unis sur lesquels les apports latéraux ont été estimés à l'aide d'un modèle hydrologique semi-distribué connecté avec un modèle hydraulique simplifié. <br /><br />Une méthode automatisée de découpage du bassin intermédiaire en sous-bassins a d'abord été élaborée afin de faciliter la construction du modèle hydrologique sur les 50 tronçons de rivière. Des tests de sensibilité ont été menés sur le nombre de sous-bassins, la nature uniforme ou distribuée des entrées de pluie et des paramètres du modèle hydrologique. Une configuration à 4 sous-bassins présentant des pluies et des paramètres uniformes s'est avérée la plus performante sur l'ensemble de l'échantillon.<br /><br />Enfin, une méthode alternative de calcul des apports latéraux a été proposée utilisant une transposition du débit mesuré à l'amont et une combinaison avec le modèle hydrologique.

Ce dossier d'habilitation à diriger des recherches dresse un bilan de mon activité de recherche effectuée depuis l'obtention de ma thèse de doctorat, d'abord au Research School of Earth Sciences de l'Australian National University (1995-1997) et depuis 1998 au Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines de l'Université Joseph Fourier. Il présente également le projet scientifique que j'envisage de poursuivre dans les années à venir. Je présente dans la première partie mon Curriculum Vitae avec un bilan succinct des thèmes de recherche que j'ai développés, mon activité d'encadrement de jeunes chercheurs et d'enseignement, ainsi qu'une liste de mes publications et conférences. La deuxième partie propose quelques éléments de réflexion sur les relations entre tectonique, érosion et l'évolution du relief à long terme. Après une introduction générale, je dresse le bilan de ma contribution sur ce terrain, en ce qui concerne le développement et l'utilisation de modèles numériques des processus de surface pour étudier l'évolution du relief, ainsi que dans l'acquisition de données thermochronologiques pour contraindre les taux de dénudation. La troisième et dernière partie de ce mémoire présente mon projet de recherche, axé sur le développement des modèles numériques des processus de surface et la mise en œuvre de nouvelles bases de données permettant d'appréhender l'évolution du relief. Afin de permettre une plus grande accessibilité pour tous les membres du jury d'habilitation, les deuxième et troisième parties de ce dossier seront rédigées en anglais.

Pour la gestion en temps réel des étiages comme pour celle des crues, l'une des principales missions des gestionnaires de bassin consiste à prévenir les situations de crise, généralement définies par des franchissements de débits seuils en différents points stratégiques, afin d'en limiter les dégâts, tant économiques et écologiques que matériels et humains. La thèse propose une méthodologie de synthèse et d'identification d'un modèle de simulation des débits, intégrant les phénomènes de transferts hydrauliques (propagation en cours d'eau) et hydrologiques (transformation de la pluie en débit), ainsi que les transferts relatifs aux prélèvements dans le cas des étiages. Le modèle proposé, construit dans le souci constant des contraintes de l'opérationnel telles que la robustesse face aux aléas du terrain, l'assimilation des données en temps réel ou la commande automatique des vannes de barrage, présente un module hydraulique à base physique simplifiée couplé, selon une approche semi-distribuée, à un module hydrologique global conceptuel. Cette démarche permet la prise en compte de débits latéraux non jaugés dans le transfert en cours d'eau. L'approche est validée à travers des exemples théoriques et divers cas d'application réels : transfert en rivière soumis à l'influence de la marée, synthèse d'un contrôleur boucle ouverte sur un canal d'irrigation, simulation de débits à l'exutoire de divers bassins versants français, prévision des crues, synthèse d'observateurs d'états pour la reconstitution de prélèvements.

L'objectif ultime en géomorphologie fluviale est d'expliquer les formes des cours d'eau et leur évolution temporelle et spatiale. La multiplication des études nous a mené à la réalisation que les systèmes géomorphologiques sont complexes. Les formes observées sont plus que la somme des processus individuels qui les régissent en raison d’interactions et de rétroactions non-linéaires à de multiples échelles spatiales et temporelles. Dans ce contexte, le but général de la thèse est de proposer et de tester de nouvelles avenues de recherche afin de mieux appréhender la complexité des dynamiques fluviales en utilisant des approches méthodologiques et analytiques mettant l’accent sur les interactions entre l’écoulement, le transport de sédiments en charge fond et la morphologie du lit en rivière graveleuse. Cette orientation découle du constat que les paradigmes actuels en géomorphologie fluviale n’arrivent pas à expliquer adéquatement la variabilité naturelle du transport en charge de fond ainsi que des formes du lit qui en résultent. Cinq pistes de réflexion sont développées sous forme d’articles basés sur des études de cas : 1. L'intégration des échelles de variation de l'écoulement permet d’insérer la notion de structures turbulentes dans des pulsations de plus grande échelle et d'améliorer la compréhension de la variabilité du transport de sédiments. 2. La quantification des taux de changement de l’écoulement (accélération /décélération) au cours d’une crue permet d’expliquer la variabilité des flux de transport en charge fond autant que la magnitude de l’écoulement. 3. L’utilisation de techniques de mesures complémentaires révèle une nouvelle dynamique du lit des rivières graveleuses, la dilatation et la contraction du lit suite à une crue. 4. La remise en cause du fait généralement accepté que le transport en charge de fond est corrélé positivement à l'intensité des modifications morphologiques en raison d’un problème associé aux échelles différentes des processus en cause. 5. L’approche systémique des dynamiques fluviales par l’utilisation d’analyses multivariées permet d’appréhender la complexité des dynamiques de rétroactions linéaires et non-linéaires dans l’évolution d’un chenal et d’illustrer l’importance de l’historique récent des changements géomorphologiques en réponse aux crues. Cette thèse se veut une avancée conceptuelle issue d'une profonde réflexion sur les approches classiques que l'on utilise en géomorphologie fluviale depuis plusieurs décennies. Elle est basée sur un jeu de données unique récolté lors du suivi intensif de 21 évènements de crue dans un petit cours d’eau à lit de graviers, le ruisseau Béard (Québec). Le protocole expérimental axé sur la simultanéité des mesures de l’écoulement, de la morphologie du lit et du transport de sédiments en charge de fond a permis de centrer la recherche directement sur les interactions entre les processus plutôt que sur les processus individuels, une approche rarement utilisée en géomorphologie fluviale. Chacun des chapitres illustre un nouveau concept ou une nouvelle approche permettant de résoudre certaines des impasses rencontrées actuellement en géomorphologie fluviale. Ces travaux ont des implications importantes pour la compréhension de la dynamique des lits de rivières et des habitats fluviaux et servent de point de départ pour de nouveaux développements. / The overarching objective in fluvial geomorphology is to explain river morphology and its temporal and spatial evolution. The multiplication of studies led to the realization that geomorphic systems are complex and difficult to understand. The observed river morphology is more than the sum of the individual processes which govern them because of the superimposition of process interactions and non-linear feedback loops at multiple scales. In this context, the goal of this thesis is to explore new avenues of research in order to comprehend more accurately the complexity of gravel-bed river dynamics by using methodological and analytical approaches focusing on the interactions between the flow, transport of sediments as bedload and the bed morphology. This orientation of the thesis is in line with the fact that current paradigms in fluvial geomorphology have not succeeded in explaining adequately the natural variability of the sediment transport and its consequences on the river bedforms. Five avenues are developed in the form of articles based on case studies: 1. The study of the scales of variation of the flow allows us to integrate the turbulent flow structures into flow pulsations at larger scales and to potentially improve our understanding comprehension of bedload sediment transport variability. 2. The quantification of the rates of change of the flow magnitude (acceleration /deceleration) during a flood explains as much the variability of bedload transport fluxes as the flow intensity itself. 3. The use of complementary measurement techniques of bedload processes can reveal new river bed dynamics in gravel-bed rivers: the dilation and contraction of the bed resulting from a flood. 4. The investigation of the generally accepted fact that bedload sediment transport is correlated with the intensity of the morphological changes reveals that the two processes do not relate directly due to their different characteristic scales. 5. The systemic approach of river dynamics based on the use of multivariate analytical techniques is better suited for the study of complex linear and non-linear interactions and feedbacks in the evolution of a river channel. This analysis has shown the importance of the recent history of the morphological changes in response to a flood. The conceptual orientation of this thesis results from a deep reflection on the traditional approaches previously used for several decades in fluvial geomorphology. It is based on a single very extensive data set collected during 21 flood events in a small gravel-bed river, Béard creek (Quebec). The experimental protocol aimed at the simultaneity of processes measurements in order to focus the analysis on the interactions between the flow, the channel morphology and the bedload sediment transport rather than on the individual processes, an approach seldom used in fluvial geomorphology. Each chapter reports on a new concept or a new approach making it possible to resolve some of the issues met in fluvial geomorphology. This work has important implications for the understanding of river bed dynamics and fluvial habitats and is a starting point for new developments.

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.