This thesis focuses on the behaviour of hyperpycnal plumes in river mouth discharges. The plunging of high density flows in two dimensional channels has been extensively studied before. A fundamental assumption in these studies is that the flow is laterally confined. These studies allow the flow to plunge only in two directions, the horizontal x-direction and the vertical z-direction. The goal of this study is to determine if there is observable plunging of hyperpycnal flows in the lateral y-direction, i.e. lateral spreading, in a three dimensional domain and to find out the parameters influencing the lateral spread. Previous studies conducted in laterally confined channels suggest that hyperpycnal flows plunge when the flow reaches a densimetric Froude number of unity. This study attempts to find the densimetric Froude number at hyperpycnal plunging in a three dimensional domain and if it is influenced by the factors that also influence the spread. This study also analyzes whether the cross-shore location for plunging changes when lateral spreading is accounted for, relative to a two dimensional analysis and if the plunging is limited to flow reaching a certain depth. This was accomplished through a series of experimental simulations on a hypothetical river mouth domain using Delft-3D, a hydrodynamic modeling software. Three parameters viz. the bottom slope of the receiving basin, the bottom friction and the density difference between inflow and ambient liquid were varied to test their influence on the plume spread rate. / Master of Science / It is crucial for researchers to have the expertise in modeling flow processes that develop in oceans, lakes and reservoirs in order to aid efforts in improving conditions for water quality within such domains. Hyperpycnal flows, also commonly known as high density flows are among one of the the less studied phenomenon in this discipline. This phenomenon occurs when a river carrying water with high density flows into an ocean, lake or a reservoir containing water with a lower density. Such flow regimes cause the inflow to submerge and sink to the bottom (plunge) and form a density current on the bed of the receiving basin. Studying density flows is important to model the transport of sediments, dissolved solids or pollutants. This study aims to improve the existing understanding of hyperpycnal plumes, their plunge location and spread in a three dimensional domain. For this, a simulation software Delft3D was used to build a model that is representative of the system and closely resembles the flow processes taking place in the aforementioned domains. Simulations were then run to collect data on how factors like the initial flow conditions (∆ρ), the basin slope (S) and friction (Chézy coefficient, Cz) have an impact on the phenomenon. This data was then compared to previous analyses to show the difference in plume behaviour and prediction of plunging. This study serves as a stepping stone in the ultimate goal of developing a prediction model for hyperpycnal plumes, indicating that Delft3D is a promising tool for analyzing such phenomenon.

The Gaoping Slope, off the south west coast of Taiwan, is a tectonically active sedimentation environment attaining most of its sediment from the Gaoping River. This study examines sediment cores from two localities at 375 m and 495 m water depth by using X-radiography, Grain size- and 210Pb analysis, with the purpose of comparing the sedimentation environment at the two sites and examine how they were both affected by high sediment delivery during typhoon Morakot.The shallow site has coarse bioturbated sediment, whereas the deeper site had laminated fine sediment containing high amounts of organic material. Both localities display a 13-20 cm thick recently deposited layer in the cores taken after typhoon Morakot. The layers are characterized by coarsening-fining sequences. All cores show cyclicity in the grain size data.We suggest that the shallow station has a more energetic environment, affected by wave reworking, tides, and alongshore currents supplying riverine material from the Gaoping river. The deep site has a calmer sedimentation environment dominated by hemipelagic settling of suspended material. The recent accumulated deposits are most likely hyperpycnites from density driven hyperpycnal flows, originally caused by canyon overflows in the Gaoping- and the Kaohsiung canyon during the typhoon. The strata found at the Gaoping slope is a result of submarine mass transport of sediment, and reflect the interaction between annual seasons and extreme events triggered by typhoons and earthquakes - eroding, transporting, and depositing sediment in the area.

Le système turbiditique du Var présente la particularité d’être fréquemment parcouru par des écoulements gravitaires. Cela en fait un endroit privilégié pour étudier simultanément les facteurs déclenchant des courants de turbidité, leurs caractéristiques hydrodynamiques, leur contenu particulaire et les dépôts associés. Dans le cadre du projet Européen HERMES (6ème Programme Cadre), nous avons acquis pendant 2 ans dans le canyon du Var et dans la vallée turbiditique (1) des séries temporelles dans la colonne d’eau (30 m et 400 m au dessus du fond) sur la vitesse des courants, la température et le flux particulaire, et (2) des prélèvements répétés par carottage du sédiment de surface (...) / In the framework of the HERMES European project, this study aims to characterize the sedimentary processes acting in the Var turbiditic system, their impact on the morphology, and their evolution through time and space. This work uses data acquired along the system, including interface cores, acoustic data, and measurement in the water column (temperature, particulate fluxes, speed and direction of the currents) thanks to mooring lines. The Var turbiditic system is under the influences of the Northern Current and of the Var river by a direct connection. Sedimentary processes are related to gravity-driven currents, oceanic currents which remobilizes sediments and hemipelagic decantation. Gravity-driven processes are dominant and are responsible of 80% of the mean annual sedimentary transport in the system, at the scale of two years (2005-2007). They are characterized by a mean speed of 100 to 600 mm.s-1 and a mean particulate flux of 10 to more than 400 g.m-2.j-1. The combination of the river discharge data and our in-situ measures allows to discriminate the mechanism responsible of their triggering: mass-wasting or river floods. Hyperpycnal turbidity currents, generated by the plunging of the turbid plume are observed for flood extended to the whole hydrographic system, with a river discharge of more than 306 m.s-1 at the river mouth (...)

La ressource en eau est une des préoccupations majeures de notre décennie. Bien que les problèmes attelant à la pollution directe des cours d'eau et des réservoirs soient bien connus, peu d'études s'intéressent aux problèmes liés aux flux sédimentaires et à ses conséquences sur les milieux aquatiques. Dans ce contexte, nous avons choisi de nous intéresser aux réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro (Michoacán, Mexique). Situés en zone montagneuse, de morphologie très différentes mais fortement soumis au même forçage climatique saisonnier (saison des pluies de juin à novembre), ces deux réservoirs ne présentent pas les mêmes dynamiques sédimentaires. Une étude complète de ces fonctionnements fait appel à des compétences diverses telles que l'hydrologie, l'hydrodynamique ou encore la sédimentologie. Chacune des disciplines abordent ces problèmes d'interaction eau - sédiment et leurs interactions ne sont pas négligeables. C'est pourquoi le choix a été fait de suivre une démarche systémique pour comprendre la dynamique globale de ce système, du bassin versant au réservoir, et de l'échelle de la crue à l'étude pluri-décennale. L'analyse hydrologique confirme l'importance du forçage météorologique saisonnier qui régit le remplissage des réservoirs de Cointzio et d'Umécuaro. Ces deux réservoirs montrent des dynamiques hydrologiques contrastées (augmentation progressive du débit pour l'un, remplissage des nappes pour l'autre), traduisant des taux d'érosion modérés à faible sur l'ensemble du bassin versant considéré. L'analyse hydrodynamique a mis en évidence l'importance du forçage météorologique et hydrologique sur la dynamique de la colonne d'eau sur le réservoir de Cointzio. La saison sèche est marquée par une importante stratification, liée au forçage radiatif seul. Au fil de la saison des pluies, la stratification tend à se fragiliser sous l'effet des crues qui, de par leur charge solide, s'écoulent sur le fond. Ces écoulements hyperpycnaux ont pu être représentés par le biais de deux simulations numériques distinctes (modèle INFLO1 et modèle CA). L'analyse sédimentaire vient boucler l'ensemble des observations précédemment faites. L'observation détaillée de carottes prélevées dans les deux réservoirs confirme les régimes et les processus de remplissage identifiés. Les datations par radioéléments, tout comme le traitement d'image RX, nous informent sur les vitesses de remplissage et nous permettent de conclure sur la validité des modèles précédemment utilisés.<br />La synthèse de l'ensemble des données recueillies montrent que depuis les années 70, les conditions érosives sur le bassin versant de Cointzio sont relativement stables mais que certains efforts restent à faire pour limiter l'effet des transferts sédimentaires (plus particulièrement de la fraction colloïdale) sur les eaux du réservoir de Cointzio.

Le système turbiditique du Var présente la particularité d'être fréquemment parcouru par des écoulements gravitaires. Cela en fait un endroit privilégié pour étudier simultanément les facteurs déclenchant des courants de turbidité, leurs caractéristiques hydrodynamiques, leur contenu particulaire et les dépôts associés. Dans le cadre du projet Européen HERMES (6ème Programme Cadre), nous avons acquis pendant 2 ans dans le canyon du Var et dans la vallée turbiditique (1) des séries temporelles dans la colonne d'eau (30 m et 400 m au dessus du fond) sur la vitesse des courants, la température et le flux particulaire, et (2) des prélèvements répétés par carottage du sédiment de surface. Nos résultats mettent en évidence deux types de transport sédimentaire: (1) des écoulements gravitaires, et (2) des remises en suspension sur le fond par le Courant Nord. L'étude des caractéristiques hydrodynamiques des courants gravitaires permet de préciser nos connaissances sur leur mécanisme de formation. Les courants gravitaires peuvent être initiés par des déstabilisations dans le canyon ou par le plongement en mer de l'eau turbide du fleuve (courant de turbidité hyperpycnal). Ces derniers peuvent être générés lorsque le débit liquide du fleuve franchit un seuil de 306 m3.s-1 à l'embouchure, et à condition que la crue soit étendue à l'ensemble du réseau hydrographique. L'étude combinée des mesures sur les deux années et des faciès sédimentaires dans les dépôts du siècle dernier souligne la prépondérance des courants de turbidité hyperpycnaux, qui représentent 80 % des écoulements gravitaires. De plus, cette étude combinée montre que les écoulements de faible magnitude (résultant de petites instabilités ou de crues annuelles du fleuve) s'arrêtent généralement au débouché de la vallée supérieure et ne déposent du sédiment que sur une terrasse située à 70 m au dessus du fond de la vallée. Les courants gravitaires de grande magnitude (résultant de larges instabilités ou de crues majeures du fleuve) sont fortement érosifs dans la partie du système située avant le pied de pente, et déposent des séquences sédimentaires sur les terrasses, la levée, et localement dans le chenal. Le cadre chrono-stratigraphique établi pour l'étude des séquences sédimentaires permet de mieux contraindre la manière dont ces courants gravitaires sont enregistrés et préservés, à plusieurs échelles de temps.

Alors que les processus contrôlant l’érosion et les transferts de sédiment sont intensément débattus, il est toujours difficile d’obtenir des archives sédimentaires qui permettraient d’accéder aux flux terrigènes passés, particulièrement au cours du Quaternaire où les variations du niveau marin ont eu un profond impact sur la sédimentation marine. Cette étude se focalise sur le système sédimentaire du Var (SE de la France), où l’absence de plateau continental au niveau de la marge Nord-ligure a permis une alimentation continue en sédiment du système turbiditique profond par le fleuve Var, sans qu’elle ne soit affectée par les variations du niveau marin. Par ailleurs, les courants hyperpycnaux, déclenchés lors des crues du Var hautement concentrées en sédiments, semblent jouer un rôle majeur dans cette alimentation et ainsi, permettent d’établir un lien étroit entre les flux sédimentaires du fleuve Var et les dépôts turbiditiques. Cette thèse présente une reconstitution des transferts terre-mer menée à partir de l’étude de ces dépôts turbiditiques, son objectif est d’apporter des éléments nouveaux pour mieux cerner la relation climat-érosion-transfert à l’échelle millénaire. Ce travail repose sur des carottes sédimentaires prélevées dans les dépôts turbiditiques de la Ride Sédimentaire du Var et dont le cadre chronostratigraphique est établi avec une résolution millénaire pour le dernier cycle glaciaire (0 - 75 ka). Il propose une approche inédite dans des dépôts turbiditique, alliant (1) une étude sédimentologique permettant de reconstituer l’activité turbiditique sur la Ride du Var et (2) une étude géochimique incluant le traçage des sources sédimentaires par l’isotopie du Nd. En complément, une simulation des flux sédimentaires du fleuve Var, a été établie pour la même période à partir du modèle Hydrotrend (Syvitski et al., 1998). Les résultats de cette simulation montrent que les variations de l’activité turbiditique enregistrées sur la Ride du Var sont gouvernées par des changements de l’activité hyperpycnale du fleuve... / While dominant processes and time-scales controlling denudation rates are intensively debated, past terrigenous input remains difficult to detect from the marine sedimentary record, especially during the Quaternary because of the strong overprint exerted by the sea-level changes. In this study, we focus on the Var sediment-routing system (SE France) where the absence of a continental shelf off the Var river mouth (Ligurian margin, NW Mediterranean Sea) resulted in the direct connection between the Var River and the deep basin during both highstand and lowstand conditions. Moreover hyperpycnal flow initiated during Var floods are the main sediment transfer processes in the Var turbidite system, making changes in sediment supply within headwater source regions possible to discern in the stratigraphic record of the distal sedimentary basin...

During the Late Pliocene and early Pleistocene, when the paleo-Orinoco delta system transited over the Amacuro Shelf and reached the paleo-shelf-break along the southeastern shoreline of Trinidad. At this time onwards, the shelf-edge delta clinoforms developed further eastward. These deltaic clastic wedges serve as the unique analog in the geological record for an accommodation-driven inner-shelf and shelf-edge delta, developed at an oblique foreland tectonic setting situated at a tropical-equatorial paleogeographic setting. These deposits were influenced by strong Atlantic longshore current, tropical storms, and phytodetrital pulses, and with an exceptionally high sediment accumulation rates. These four aspects make the clastic wedges unique candidates for sedimentological, ichnological, and stratigraphic investigation. The primary objectives of this thesis are to: (a) collect, analyze, and integrate outcrop data on lithofacies, trace fossils, and discontinuity surfaces into a comprehensive depositional and ichnological model for the first growth-fault-guided shelf-marginal pulse of the paleo-Orinoco delta, as recorded in the Mayaro Formation outcrops in southeast Trinidad; and (b) deduce the dominant sedimentary processes during the across shelf transit and their impacts on the benthic infauna as preserved in the Morne L’Enfer Formation outcrops of southwest Trinidad, which are possibly slightly older than the Mayaro Formation. The basal interval of the Morne L’Enfer Formation has specifically been investigated for this purpose, where the deltaic clastic wedges are preserved directly above shelf deposits. The entire Mayaro Formation megasequence is categorized into deposits belonging to twelve different subenvironments based on lithofacies associations and ichnological characteristics. Ichnological evidence indicates that the shelf-edge deltas are one of the most extreme marine environments for benthic metazoans to colonize. However, the combinations and ranking of stress factors affecting the colonizing fauna are diverse and distinct in every individual subenvironment indicating the relative dominances of river-influence, waves, and/or sediment-gravity-flows vis-à-vis slope instability. Due to variations in stress factors, the megasequence also displays dual ichnologic and sedimentologic properties of both the shelf-edge delta lobe(s) and the outer shelf delta lobe(s). A minor transient tidal influence can only be observed in the architectural elements, e.g. elongated interbar embayment and interlobe prodeltaic depocentres, which control topography and enhance tidal effect. Discovery of an unusual monospecific Glossifungites Ichnofacies along an incision surface in the midst of the Mayaro Formation succession enabled a substantial overhaul of the earlier understanding of the formation in terms of its depositional model and stacking pattern. The surface has been re-identified as a canyon/gully cut at the shelf-edge, which possibly acted as a conduit for (a) the mass movements and for (b) the coarse clastic (mostly silt to medium-grained sand) sediment transfer to deep marine settings. The monospecific nature of the Glossifungites Ichnofacies suite indicates that the incision surface was under substantial ecological stresses for the colonizing infauna. The stresses might have arisen from slope instability of the steep canyon/gully walls, mass movements above the incision surface, elevated water turbulence, and lowered salinity from river influx. Five different facies tracts have been identified within the canyon/gully-fill, which crosscuts the shelf-edge delta-front. The facies tracts are dominated by different types of sediment-gravity flow deposits, which are systematically stacked and are almost devoid of trace fossils due to rapid sedimentation rates and slope instability. They are also strikingly different from the surrounding deltaic facies. A high-frequency sequence stratigraphic model involving the influence of growth-fault tectonics on the relative sea-level curve has been invoked to explain the incision of the canyon/gully and its sequential filling processes. On the other hand, the transition from the open shelf to inner-shelf deltaic condition as displayed by the basal members of the Morne L’Enfer Formation is strongly dominated by evidences of river influence with the transient background action of fair-weather waves and storm waves. A peculiar pattern of disappearance of trace fossils produced by irregular sea-urchins highlight that the river influence was quite strong not only at the sediment-water interface but also in the water-column, which affected invertebrate larvae. The initial progradation of the clastic wedge on the shelf was dominated by hyperpycnal flows and waves in contrast to tidal domination in the younger members of the formation.