L’érosion des sols est reconnue comme l’un des principaux facteurs à l’origine de la dégradation physico-chimique des environnements aquatiques. Ce phénomène, bien que largement décrit dans des régions topographiquement contrastées, reste, pour les régions de plaine agricole très peu détaillé en dépit d’une connectivité optimale entre les sources de matière et les masses d’eau. Dans ce contexte, nous avons développé une approche intégrée multi-paramètres permettant de retracer la cascade sédimentaire sur une plaine agricole drainée (bassin du Louroux : 47.16°N – 0.78°E) en partant des sources de matière jusqu’à leur accumulation dans un réceptacle sédimentaire, l’étang médiéval du Louroux. Dans les objectifs initiaux, il s’agissait (i) de quantifier à long (<60 ans) et court terme (<10 ans) l’évolution de la dynamique érosive en lien avec les perturbations anthropiques (remembrement, mise en place de réseaux de drainage, fossés), (ii) de tracer l’origine des sédiments transitant dans les cours d’eau (iii) et d’identifier les modali-tés de départs de la matière au niveau des berges. / Soil erosion is identified as one of the main factors influencing the physico-chemical degradation of the aquatic environments. This phenomenon has been largely described on contrasted topographic areas but there is a gap of knowledge about sediment mobilization/transfer in lowland areas despite the high connectivity level between the potential sources of sediment and the water bodies. In this context we have implemented an integrated multi-parameter approach allowing to track the sediment dynamics in a drained lowland area (the Louroux pond catchment: 47.16°N – 0.78°E) by starting from the sources of sediment to their accumulation in a sedimentary receptacle: the middle-age Louroux pond. The aims of this study are (i) to quantify at long (approx. 60 years) and short time scales (<10 years) the evolution of the erosion rate in the hillslope in link with the increase of the anthropogenic pressures (land consolidation, implementation of the drain network, ditches design), (ii) to track the origin of sediment reaching the pond, (iii) to identify and quantify the parameters influencing bank erosion, that is one of the main source of sediment transfers.

Ce travail porte sur la morphodynamique d'un banc de galets en rivière de montagne aménagée, l'Arc (Maurienne, France). L'analyse s'appuie sur des observations de terrain détaillées menées lors de trois chasses de dégravage et d'une crue naturelle. Des méthodes de suivi innovantes ont été exploitées et améliorées (LS-PIV et analyse de photographies aériennes). A partir des observations expérimentales, une description du transfert des matières en suspension dans le cours d'eau est proposée pour les chasses. Les modifications morphologiques du banc de galets sont interprétées sur les quatre épisodes de débit important, mais aussi sur les périodes inter-événements. Au cours du temps, un renforcement du banc est observé, malgré les effets d'érosion/dépôt antagonistes des événements, crue ou chasse, et des érosions marquées de chenaux de jonction transversaux à la surface du banc. Les dépôts de sédiments fins à la surface du banc ont été évalués. D'autre part, des modélisations numériques bidimensionnelles avec le code Rubar20TS ont été<br />utilisées pour modéliser les écoulements hydro-sédimentaires pour une chasse et une crue naturelle. Les modifications morphologiques calculées pour une chasse sont qualitativement proches de celles observées.

Ce travail porte sur l'évolution morphologique des profils transversaux des plages sableuses soumis à l'action de houles irrégulières. L'étude s'appuie sur de la modélisation physique menée dans le canal du LEGI (36 m). L'originalité consiste en l'utilisation d'un sédiment de faible densité permettant de respecter les lois d'échelle et d'obtenir des plages expérimentales en similitude avec des plages observées en nature. Le concept de plage à l'équilibre morphologique pour un climat de houle donné a pu être vérifié et la classification de Wright & Short (1984) est ici raffinée dans le domaine des nombres de Dean intermédiaires (1

La morphologie des rivières met en jeu deux composantes physiques aujourd'hui encore mal comprises: l'hydrodynamique au-dessus d'un fond érodable et la dynamique du transport sédimentaire. Nous avons mis à jour deux problèmes touchant aux rivières et éclairant chacun de ces aspects. Nous avons abordé le problème de la sélection de la largeur des rivières de manière expérimentale, en confrontant mesures de terrain et résultats de laboratoire. Nous avons montré que la loi de puissance reliant largeur et débit résulte d'une dynamique locale et non de l'auto-organisation des bassins versants. Nous avons analysé les champs de vitesse moyenne et montré que la diffusion transverse de quantité de mouvement, habituellement négligée, doit être prise en compte pour reproduire les mesures expérimentales. Pour étudier la formation de rides et de dunes sur le lit des rivières, nous avons effectué l'analyse de stabilité linéaire d'un lit sableux cisaillé par un écoulement turbulent. Pour ce faire, nous avons calculé l'écoulement turbulent au dessus d'un relief et caractérisé l'effet des différents mécanismes physiques (inertie, rugosité hydrodynamique, fluctuations turbulentes, surface libre). Nous avons montré que les rides se forment par instabilité linéaire et que la longueur d'onde à laquelle elles apparaissent est contrôlée par la longueur de relaxation du transport de sédiments. A l'inverse, les dunes se forment par coalescence progressive de structures, cette évolution non-linéaire étant limitée par l'effet stabilisant de la surface libre. Enfin, le formalisme général que nous avons adopté nous a permis de transposer cette étude théorique à la formation des dunes géantes dans les déserts.

Ce travail a pour but de retracer l'évolution sédimentaire et paléogéographique du domaine delphino-helvétique entre le Turonien et le Maastrichtien. Sur la base de la lithostratigraphie, de la biostratigraphie ct de la sédimentologie trois unités stratigraphiques principales, ou cycles sédimentaires, sont distingués. Le premier cycle sédimentaire est limité par les discontinuités 01 et 02 et correspond aux Calcaires sublithographiques. Ces dépôts d'âge Turonien supérieur à Santonien sont carbonatés pélagiques et s'organisent suivant un prisme sédimentaire s'épaississant en direction du "bassin". Cette morphologie montre de nombreuses analogies avec le modèle de la "Carbonate Ramp Slope". Le prisme sédimentaire est subdivisé en deux parties distinctes. Les micrites de la plate-forme distale sont peu épaisses et dessinent un premier coin "plat". Les dépôts pélagiques de la partie interne s'épaississent plus fortement et correspondent aux facies de "Ramp Slope". La rupture de pente entre ces deux aires de sédimentation est soulignée au Santonien par l'alignement des Calcaires rouges. Un régime de sédimentation pélagique condensé (faible taux d'accumulation, nodularisation, vannage, tris granulométriques, cimentations précoces) est prédominant dans cette zone et déterminé par un courant de bordure. Les Lauzes et les Marno-calcaires constituent le deuxième cycle sédimentaire reconnu. Ce cycle limité par les discontinuités 02 et 03, comprend les dépôts du Campanien-Maastrichtien inférieur. En Chartreuse, les Lauzes peuvent être subdivisées en trois séquences de dépôts au sens de la stratigraphie physique, lesquelles sont limitées par les discontinuités 02, 02.1, 02.2 et 03. Un domaine de plate-forme proximale s'individualise à l'ouest et un domaine de plate-forme distale à l'est. Oes Bauges au Haut-Giffre, les Marno-calcaires se sont déposés sur une rampe à faible déclivité. Les Couches de Wang constituent le troisième et dernier cycle sédimentaire reconnu dans le domaine. Cette unité est datée du Maastrichtien terminal. Elle est limitée à la base par la discontnuité 03 et généralement fortement érodée par le Nummulitique au sommet. La discontinuité érosive 03 résulte de processus d'érosion sous-marins liés à des courants et les différents aspects sédimentologiques des Couches de Wang permettent de reconnaître une accumulation de type "contouritique". CClle interprétation conduit à envisager une dynamique sédimentaire océanique sur la rampe distale durant la fin du Maastrichtien. Un courant de bordure s'écoulant sur la marge externe du domaine delphino-helvétique est envisagé à la fin du Crétacé. La corrélation des discontinuités régionales avec la charte des variations eustatiques globales permet de cerner la cinématique du domaine delphino-helvétique. Les principales discontinuités régionales sont en phase avec les variations eustatiques, mais les baisses eustatiques sont enregistrées de façon atténuée dans le domaine. Une subsidence différentielle est postulée depuis le Turonien supérieur. Elle se combine avec un mouvement de bascule et une flexure de la couverture sédimentaire durant le Santonien supérieur. Le Campanien inférieur enregistre les dernières traces de cette épisode tectonique en Chartreuse. Au Maastrichtien supérieur, la marge interne du domaine subit à nouveau une subsidence rapide, qui marque la reprise probable des déformations tectoniques (basculement?). L'histoire sédimentaire du domaine delphino-helvétique semble pour partie contrôlée par la cinématique des déformations alpines précoces, et pour partie par les variations eustatiques. La subsidence accélérée a eu pour effet principal d'atténuer les baisses eustatiques. Oe plus, une dynamique sédimentaire océanique se surimpose dans le domaine delphino-helvétique interne. Cette dynamique a fonctionné au Santonien et au Maastrichtien terminal. Les courants invoqués sont en mesures d'expliquer la sédimentologie des Calcaires rouges et des Couches de Wang ainsi que l'origine des érosions sous-marines liées aux discontinuités D2? et D3.

Depuis la fin du Petit Age Glaciaire, les glaciers du massif du Mont-Blanc se retirent et libèrent ainsi d’importants volumes de sédiments. La fourniture sédimentaire grossière, qui est l’un des éléments de contrôle principaux de l’activité géomorphologique des torrents proglaciaires, peut être profondément modifiée. Dans le contexte de la vallée de Chamonix, où la pression urbaine est très forte, l’accélération du retrait glaciaire soulève des questionnements de la part à la fois des gestionnaires et des scientifiques sur l’évolution des risques et de la gestion des flux solides.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le couplage sédimentaire entre les espaces libérés des glaces et les torrents jusqu’en fond de vallée, avec un double niveau de réponse. Le premier niveau permet de comprendre les trajectoires géomorphologiques des systèmes glacio-torrentiels depuis la fin du Petit Age Glaciaire et à l’échelle de la vallée. Il est étayé par une analyse géomorphologique et par l’étude de l’évolution du réseau hydrographique, qui s’appuie sur une modélisation et sur de nombreux documents d’archive. Cette étape souligne la diminution du potentiel du système torrentiel à remobiliser des sources sédimentaires. En conséquence, l’activité des torrents a fortement baissée depuis 150 ans. La seconde approche concerne l’étude des dynamiques récentes basée sur la comparaison diachronique de MNT LiDAR à haute résolution. Elle se focalise sur les trois systèmes glacio-torrentiels les plus grands de la vallée (Argentière, Mer de Glace et Bossons) dont les activités morphogènes ont pu être interprétées sous le prisme de crues d’occurrence décennale survenues en août 2014. Cette partie montre l’efficacité des processus de stockage sédimentaire au sein même des espaces désenglacés, ainsi que l’importance du forçage humain sur la morphogénèse torrentielle qui prime désormais sur l’influence du retrait glaciaire. L’état de la fourniture sédimentaire résulte actuellement de l’impact des différentes infrastructures, telles que les captages sous-glaciaires ou l’autoroute d’accès au Tunnel du Mont Blanc.Nos résultats montrent donc une première phase de diminution de l’activité torrentielle, principalement causée par le retrait des glaciers de 1850 à 1950, puis les conséquences pression des activités humaines sur les évolutions hydromorphologiques. La baisse de la torrentialité est toutefois ponctuée de quelques évènements, comme la crue du septembre 1920 sur l’Arveyron de la Mer de Glace, dont nous avons reconstitué les conséquences géomorphologiques. Malgré leur intensité, les effets de ces crues restent néanmoins relativement limités à l’aval immédiat des glaciers.Contrairement donc aux hypothèses initialement soulevées, le retrait glaciaire n’implique pas une augmentation de la fourniture sédimentaire, mais au contraire une diminution des apports du fait de la déconnexion entre les espaces désenglacés et les systèmes torrentiels. / Since the end of Little Ice Age, glaciers of the Mont blanc massif are retreating and large sediment volume are releasing from the ice. Thus, sediment supply, which is a main control factor of the proglacial stream geomorphic activity, could be deeply modified. Therefore, the consequences on the sediment fluxes and the risk management need to be understanding because of the present acceleration of glacier retreat and urban sprawl in the Chamonix valley. The goal of this thesis is to study the sediment coupling between stream systems and areas released by glaciers. A first approach allows understanding the geomorphic trajectory of proglacial system at the Chamonix scale since the end of the Little Ice Age. Our results supported by modelling and archives analyses, show the decreasing capacity of the hydrographic pattern to be connected with sediment sources. The second approach is lead on the LiDAR DEM multi-temporal comparison. It focuses on the three main proglacial systems: Argentière, Mer de Glace and Bossons, whom occurred a decennal flood during the 2014 summer. This part of our study underlines the storage efficiency into deglaciated areas and the increasing role of anthropic forcing. Present sediment yield to proglacial stream is leaded by facilities such as the Mont Blanc Tunnel substructure or the subglacial harnessing. Our results show that the decreasing geomorphic activity of proglacial stream in the Chamonix valley is mainly caused by glacier retreat from the early 18th Century to the middle 20th century, then it is leaded by the increasing human pressure. Nevertheless, the fall of stream activity is punctuated by extreme events, such as the 1920 flood in the Arveyron of the Mer de Glace that we reconstructed the geomorphic consequences. Despite their intensity, effects of that king of events are limited close to the glacier downstream. Contrary to our initial hypotheses, glacier retreat in the Chamonix Valley, is not follow by a geomorphic crisis of proglacial streams because of the disconnectivity between sediment released from the ice and stream systems.

Les systèmes côtiers, où le transport sédimentaire est perturbé par les aménagements côtiers sur la côte et l’avant côte, fournissent généralement d'excellents exemples permettant de mettre en lumière ces liens. Cela est faisable lorsque l’ensemble des données bathymétriques d’avant-côte, qui ne sont pas toujours disponibles, sont recueillies au fil du temps. La baie et la ville d'Agadir forment ensemble un des pôles de développement économique le plus important de la côte atlantique du Maroc. En utilisant une approche méthodologique basée sur la modélisation de la houle et des courants, le différentiel de levées topo-bathymétriques, la détermination de l’évolution du trait de côte et le suivi topographique de la zone intertidale, nous mettons en évidence les liens étroits entre les variations des petits fonds et la ligne du trait de côte. Ces liens impliquent à la fois les voies de transport cross-shore et longshore, les variations du budget sédimentaire et la détermination de cellules sédimentaires. Nous avons également suivi l’évolution morphologique de la zone intertidale de la baie en réponse à huit tempêtes qui ont lieu entre Janvier 2014 et Mars 2014. Les résultats obtenus par les simulations numériques montrent que les deux premières tempêtes sont responsables des changements morphologiques majeurs au niveau de la zone intertidale. / Coastal systems where sediment transport is perturbed by engineering interventions on the shoreline and shoreface commonly provide fine examples liable to throw light on these links. This is especially so where shoreface bathymetric datasets, which are generally lacking, are collected over time, enabling more or less fine resolution of the meso-scale coastal sediment budget. Agadir Bay and the city of Agadir together form one of the two most important economic development poles on the Atlantic coast of Morocco. Using a combined methodological approach based on wave–current modelling, bathymetric chart-differencing, determination of shoreline fluctuations, and beach topographic surveying, we highlight the close links between variations in the bed of the inner shoreface and the bay shoreline involving both cross-shore and longshore sand transport pathways, sediment budget variations and new sediment cell patterns. This work discusses also the morphological changes and evolution of Agadir Bay beach (Morocco) in response to eight storms between January 2014 and March 2014. A comparison is carried out of the evolution and variability of the beach in a sector of the bay protected by the commercial harbour of Agadir relative to a sector down drift of the harbour that is more exposed to waves, and changes affecting the beach following these storms are examined. Wave influence is evaluated using numerical simulations. The results show that despite being of relatively low intensity, the two first storm events, and especially storm 1, are responsible for major beach morphological changes.

L'altération chimique de la croûte terrestre fournit à l'ensemble des cycles bio-géochimiques de la surface les éléments essentiels à leur fonctionnement. L'érosion de grands orogènes, comme la chaîne Himalayenne s'accompagne de flux d'érosion et d'altération significatifs, susceptibles d'avoir un impact à l'échelle globale. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment les processus physiques et chimiques façonnent le signal sédimentaire afin de quantifier l'érosion et l'altération actuelle ainsi que leur variations passées. L'étude détaillée de la dynamique du transport sédimentaire et des caractéristiques physiques et géochimiques des sédiments dans le bassin du Gange montre qu'actuellement environ 10 % du flux sédimentaire érodé en Himalaya est séquestré dans la plaine alluviale du Gange. L'utilisation des isotopes cosmogéniques (10Be) dans les sédiments de rivières montrent des taux d'érosions stables entre 1.3 et 1.4 mm par an pour l'ensemble de la chaîne drainée par le Gange. De plus, le transfert de sédiments dans la plaine s'accompagne d'un appauvrissement en éléments mobiles marquant l'altération chimique de ceux-ci. Cette altération a été quantifié et suggère que la plaine du Gange joue un role dominant dans l'altération des sédiments Himalayens. Les échanges cationiques lors du passage des sédiments au domaine marin restent limités dans le cas du système Himalayen et ne permettent d'augmenter le bilan de stockage de carbone à long terme que de 20 % environ. Enfin, l'enregistrement de la Baie du Bengale, qui couvre les produits issus de l'érosion Himalayenne sur les derniers 20 000 ans, montre que les sédiments exportés au Dernier Maximum Glaciaire (DMG) étaient significativement moins altérés qu'à l'actuel. Le système Himalayen n'est donc pas tamponné vis-à-vis des forages climatiques à haute fréquence du Quaternaire et les taux d'altération actuels ne peuvent très extrapolés dans le passé. / Chemical weathering of the earth crust supplies the essential elements for numerous biogeochemical cycles. Physical erosion of large orogens, such as the Himalayan range, is accompanied by significant weathering fluxes possibly affecting the global environment. The objective of this PhD is to understand how surface processes affect river sediment properties in order to asses current erosion and weathering rates but also to decipher their past variations. To answer this question we studied the transport dynamics, the physical and the geochemical characteristics of the sediments in the Ganga basin. This study suggests that about 10 % of the flux eroded in the Himalayas is currently stored in the Ganga floodplain. Cosmogenic isotopes (10Be) measured in river sediments show stable erosion rates between 1.3 and 1.4 mm/yr for the entire Himalayan range drained by the Ganga. Furthermore, we show that River sediments are progressively depleted in the most mobile elements, as weathering proceeds during transfer in the floodplain. By comparing this flux to the weathering flux of the Himalayan range, we show that floodplain weathering is predominant in weathering Himalayan sediments. Cation exchange occurring when Ganga and Brahmaputra (G&B) sediments enter the marine environment are limited and enhances the long term carbon storage, linked to silicate weathering by only ca. 20 %. Finally, the Bay of Bengal sedimentary record, which documents the last 20 000 years of Himalayan erosion shows that the sediments exported during the last glacial maximum (LGM) were significantly less weathered compared to the sediments currently exported. The Himalayan system is thus not buffered towards the high frequency climate forcing changes of the Quaternary and modern weathering rates cannot easily be extrapolated over the past.

L'évolution sédimentaire des milieux lagunaires est un phénomène complexe faisant intervenir à la fois des processus intenses sur le court terme (crues, tempêtes) et des processus plus lents sur le long terme (variations du niveau marin moyen, changements climatiques). Si les mécanismes généraux de ces phénomènes sont bien connus, leur variabilité spatiale et temporelle les rends difficiles à estimer au niveau local. La grande diversité des milieux lagunaires et l'influence des actions anthropiques rendent plus hasardeuse encore cette estimation. Dans cette étude, je me suis intéressé au cas du système lagunaire méditerranéen des « étangs Palavasiens, étang de l'Or, canal du Rhône à Sète » situé dans le Golfe du Lion (Sud de la France). L'utilisation d'une approche pluridisciplinaire a permis d'évaluer la dynamique sédimentaire sur des échelles de temps multiples. Sur les deux derniers siècles, le comblement du système lagunaire a pu être estimé à la vitesse moyenne de 1,3 mm.an-1 à travers l'utilisation conjointe de données géographiques historiques et d'analyses géochronologiques (210Pb, 137Cs). Une perte de surface imputable pour moitié aux aménagements anthropiques est également mise en avant au cours du XXème siècle. Une campagne de mesures haute fréquence de la dynamique hydro-sédimentaire a été menée à court-terme (2 ans). Elle a permis de déterminer l'influence des conditions de forçages physiques sur les processus internes (érosion, remise en suspension, dépôt). Les seuils caractéristiques tels que la tension critique d'érosion ont pu être estimés et reliés aux conditions météorologiques. Le bilan net sur les stations suivies durant cette période montre une perte de sédiment. Ce bilan opposé aux estimations historiques sur les mêmes secteurs est probablement en lien avec les conditions d'apports réduites durant la période investiguée. L'adaptation d'un modèle numérique sur la zone d'étude a été entreprise afin de préciser cette dynamique sur une plus large échelle spatiale et temporelle. / The sedimentary evolution of coastal lagoons is a complex phenomenon involving both short term extreme processes (floods, storms) and long term processes (mean sea level variations, climate change). If general mechanisms of these phenomena are well known, their spatial and temporal variability makes them difficult to assess at the local scale. The diversity of lagoonal environments and human influence makes this even more risky. I have focussed this study on the case of a Mediterranean lagoon system : “Palavasian lagoons, Or lagoon, and Rhône-Sète waterway” which is located in the Gulf of Lion (South of France). A multidisciplinary approach was used to assess sediment dynamics on multiple time scales. An average filling rate of 1.3 mm.year-1 over the two last centuries was assessed using a both historical maps and geochronology (210Pb, 137Cs). An area loss due for half to anthropogenic impacts was also highlighted in the twentieth century. A short term (2 years) and high frequency monitoring of in situ hydro-sedimentary dynamics was performed to determine the influence of physical forcing over internal processes (erosion, resuspension, deposition). The main characteristics thresholds were estimated and related to weather conditions. The observed net balance during this monitoring shows a loss of sediment. This assessment, opposite of historical trends, is probably related to the conditions of reduced river contribution. The implementation of a numerical model is going on in order to explain the dynamics on a larger spatial and temporal scales.

Les ondes de batillage générées par l’avancement des bateaux détruisent les rives des voies navigables et accélèrent les phénomènes d’érosion aussi bien au niveau des berges qu’au niveau du fond du canal. Leurs caractéristiques cinématiques dépendent de la vitesse, de l’enfoncement, du chargement du bateau et également de la profondeur de la voie navigable. En outre, les masses d’eau accélérées par l’immersion des bateaux et par leur système propulsif, induisent la remise en suspension d’une grande quantité de sédiments et provoquent l’érosion du fond de la voie navigable.Dans cette thèse, un modèle numérique 3D est présenté pour simuler la génération de ces ondes de batillage. Ce modèle, basé sur les équations de Navier-Stokes (RANS), a été couplé à un modèle d’advection-diffusion 3D pour caractériser la répartition et le mode de transport sédimentaire au passage du bateau. Ce couplage est mis en oeuvre avec prise en compte des effets des hélices du système propulsif du bateau. / Ship-generated waves in restricted waterways lead to the stream banks erosion and cause environmental damage which harms fish, plants, benthos, plankton, etc. They also alter the channel morphology because of the resuspension and transport of bed material by accelerated flows caused by moving-ships. The magnitude of these waves depends mainly on the geometrical and kinematical parameters of the convoy.The objective of this study is to predict the relationship between these geometrical and kinematical parameters and the amplitude of ship-generated waves as well as the water plane drawdown. Numerical simulations are conducted by solving the 3-dimensional Navier-Stokes equations along with the k-ε model for turbulent processes. The results are compared firstly with the empirical models and secondly with experimental measurements performed by the French Compagnie Nationale of Rhône (CNR). The exitance of the propeller increases the sediment in suspension. Therefore, the relationships between the re-suspended sediments and the advancing speeds of the convoy, the wakes generated by the moving convoy, as well as the number of barges are studied by adding 3D advection-diffusion equation and a propeller model.