La quantité de sable mobilisable sur un fond sédimentaire, ou disponible sédimentaire, a un impact important sur la morphodynamique du fond sédimentaire. Il existe de nombreuses zones côtières soumises à cette limitation du disponible sableux et qui jouent un rôle dans les phénomènes d'érosion-engraissement des plages ou bien peuvent impacter les activités humaines. L'impact de la quantité de sable mobilisable sur la morphodynamique d'un fond sédimentaire soumis à un courant est étudié expérimentalement dans un canal à courant. La vitesse de l'écoulement est telle que la contrainte au fond soit supérieure à la contrainte critique de mise en mouvement des sédiments. L'évolution temporelle des longueurs d'onde des rides montre une dépendance avec le disponible sédimentaire. Il en est de même la hauteur ou la longueur d'onde des structures à l'équilibre. Une ré-analyse des données in-situ de Ferret 2011 est effectuée et les résultats obtenus sur les vitesses de migration sont comparés aux résultats expérimentaux. La dépendance du transport sédimentaire par charriage et de la vitesse de migration avec le disponible sédimentaire peut être modélisée par l'ajout d'un facteur dépendant de la fraction surfacique du fond couverte de sédiment mobilisable. L'impact du disponible sédimentaire sur le seuil de mise en mouvement des sédiments est également abordé de manière expérimentale avec différentes rugosités pour le fond immobile. Deux méthodes de détection du seuil de mise en mouvement sont développées de manière à automatiser au maximum la mesure. L'impact des rugosités testées et du disponible sédimentaire sur le seuil de mise en mouvement de sédiments homogènes, faiblement hétérogènes et coquilliers est étudié expérimentalement. / The amount of sand that can be mobilized on a sedimentary bed or sediment supply, has an important impact on the bed morphodynamics. There are many coastal areas subjected to the limitation of sediment that can play a significant role in the erosion-accretion processes of beaches or can impact human activities.The impact of sediment supply on the morphodynamics of a sedimentary bed subjected to a current is experimentally studied in a current flume. The flow velocity is such that the bottom shear stress is higher than the critical shear stress for sediment threshold. The temporal evolution of ripple wavelength shows a significant dependence with the sediment supply. It is the same with parameters such as the height or the wavelength of the bedforms at equilibrium. A re-analysis of field data from Ferret 2011 is performed and the obtained results for the bedform migration velocity are compared with the experimental results. The influence of the sediment bedload transport and the migration velocity with the sediment supply can be modeled by the addition of a factor depending on the fraction of the bottom covered with movable sediment. The impact of the sediment supply on the sediment threshold is also experimentally studied with different roughness for the immobile bottom. Two methods of detection of the sediment threshold are developed in order to automate the acquisition and process as much as possible. The impact of the bottom roughness and the sediment supply on the sediment threshold for homogeneous, weakly heterogeneous and shellfish sediment is experimentally studied

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale, théorique et numérique<br />de l'instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement<br />fluide continu.<br />Nous avons caractérisé expérimentalement la longueur d'onde initiale des<br />rides, ainsi que l'évolution de leur amplitude et de leur longueur d'onde<br />moyenne. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à la transition morphologique<br />des rides perpendiculaires à l'écoulement vers des motifs 3D plus complexes.<br />Nous avons également développé une analyse de stabilité linéaire<br />du problème, dans le cas d'un écoulement laminaire, qui permet de prédire<br />correctement la longueur d'onde à l'initiation. D'autre part, une analyse<br />faiblement non-linéaire rend compte de l'apparition de motifs 3D.<br />Enfin, nous avons abordé la dynamique non-linéaire des rides: des<br />simulations numériques en 2D, basées sur l'étude théorique précédente,<br />ont permis de retrouver qualitativement l'évolution aux temps longs observée<br />expérimentalement.

Nos connaissances et notre compréhension de la dynamique sédimentaire des plages macrotidales sont encore limitées de nos jours en raison d'un manque de données lié à la plus faible proportion de ces plages à l'échelle mondiale. Trois plages macrotidales à barres et à bâches du littoral de la Côte d'Opale dans le Nord de la France ont été choisies pour mener cette étude. Elle se base sur trois approches différentes visant à caractériser (1) le régime tidal et les conditions hydrodynamiques, (2) la morphologie de la zone intertidale et (3) les flux sédimentaires longitudinaux (FL) et transversaux (FC) dans diverses conditions tidales et énergétiques. Le transport a été mesuré dans la zone proche du déferlement à l'aide de pièges à sédiment de type Kraus (1987) permettant de caractériser le débit solide à plusieurs niveaux au dessus du fond au cours de conditions d'agitation faibles à modérées (Hs < 1 m). Malgré une uniformité des flux le long de la plage, les phénomènes de vidange des bâches par l'intermédiaire de chenaux perpendiculaires au trait de côte permettent l'introduction de volumes de sédiment significatifs, augmentant localement le FL. La distribution des flux à travers l'estran présente, quant à elle, une décroissance nette du bas de plage vers le haut de plage. Les mesures simultanées de FL et de FC ont démontré que le FC dirigé vers le haut de plage et la résultante du FC sont dans la plupart des cas supérieurs aux FL en raison de la plus forte intensité des vitesses de courant oscillatoire. Ces résultats mettent en évidence des mouvements significatifs de volume de sable à travers la zone intertidale à l'échelle de la mesure, ce qui influence fortement la morphodynamique de la plage. L'ensemble de la zone intertidale est toutefois apparue relativement stable, avec des changements plus significatifs à court terme qu'à plus long terme. Les mesures de transport ont permis de mettre en lumière le rôle fondamental des bâches dans la dynamique des plages macrotidales. Ces dépressions inter-barres sont en effet responsables de la canalisation du sédiment le long du rivage, limitant ainsi les transports sédimentaires transversaux et par conséquent la migration des barres intertidales. Il est vraisemblable que le temps de résidence et l'intensité des processus hydro-sédimentaires jouent un rôle prépondérant dans la dynamique des barres intertidales. Les mesures ont également été comparées avec plusieurs estimations du transport sédimentaire issues de modèles numériques et morphodynamiques. Bien que les flux calculés surestiment en général le transport mesuré, certaines formules semblent plus adaptées pour déterminer le FL dans la zone de levée.

Turbulent bedload transport represents the main contribution to the riverbed morphological evolution, and associates the non-trivial collective granular behavior with a turbulent fluid flow. Therefore, its description is both a scientific challenge and a societal issue. The present numerical approach focuses on the granular phase characterization, and considers idealized steady uniform bedload transport, with monodisperse spherical beads and a unidirectional fluid flow. This simplified configuration allows to study the underlying physical mechanisms.A minimal coupled numerical model is proposed, associating a three dimensional discrete element method with a one-dimensional volume-averaged fluid momentum balance resolution. The model is compared with classical experimental results of dimensionless sediment transport rate as a function of the Shields number. The comparison is extended to granular depth profiles of solid volume fraction, solid velocity and sediment transport rate density in quasi-2D bedload transport configurations. Parameter sensitivity analysis evidenced the importance of the fluid-particle phase coupling, and showed a robust agreement of the model with the experiments. The validated model is further used to analyze the granular depth structure in bedload transport. Varying the channel inclination angle and the specific density, it is shown that the classical Shields number and dimensionless sediment transport rate formulations do not take appropriately into account the effects of these two parameters. Analyzing the solid depth profiles and the continuous two-phase flow equations, the neglected fluid flow inside the granular bed is identified as the missing contribution. Its importance is enhanced near the transition to debris flow. A rescaling of the Shields number is proposed and is shown to make all the data collapse onto a master curve when considering the dimensionless sediment transport rate as a function of the modified Shields number. Lastly, the bedload transport granular rheology is characterized by computing locally the stress tensor as a function of the depth. The lowermost part is shown to follow a creeping regime and exhibits signature of non-local effects. The dense granular flow on the top of it, is well described by the mu(I) rheology and is observed to persist up to unexpectedly high inertial numbers. It is characterized by the co-existence of frictional and collisional contributions. The transition from dense to dilute granular flow is controlled by the Shields number, the slope and the specific density. Saltation is observed in the uppermost granular layer. These findings improve the understanding of bedload transport granular mechanisms and challenge the existing granular rheologies. / Turbulent bedload transport represents the main contribution to the riverbed morphological evolution, and associates the non-trivial collective granular behavior with a turbulent fluid flow. Therefore, its description is both a scientific challenge and a societal issue. The present numerical approach focuses on the granular phase characterization, and considers idealized steady uniform bedload transport, with monodisperse spherical beads and a unidirectional fluid flow. This simplified configuration allows to study the underlying physical mechanisms.A minimal coupled numerical model is proposed, associating a three dimensional discrete element method with a one-dimensional volume-averaged fluid momentum balance resolution. The model is compared with classical experimental results of dimensionless sediment transport rate as a function of the Shields number. The comparison is extended to granular depth profiles of solid volume fraction, solid velocity and sediment transport rate density in quasi-2D bedload transport configurations. Parameter sensitivity analysis evidenced the importance of the fluid-particle phase coupling, and showed a robust agreement of the model with the experiments. The validated model is further used to analyze the granular depth structure in bedload transport. Varying the channel inclination angle and the specific density, it is shown that the classical Shields number and dimensionless sediment transport rate formulations do not take appropriately into account the effects of these two parameters. Analyzing the solid depth profiles and the continuous two-phase flow equations, the neglected fluid flow inside the granular bed is identified as the missing contribution. Its importance is enhanced near the transition to debris flow. A rescaling of the Shields number is proposed and is shown to make all the data collapse onto a master curve when considering the dimensionless sediment transport rate as a function of the modified Shields number. Lastly, the bedload transport granular rheology is characterized by computing locally the stress tensor as a function of the depth. The lowermost part is shown to follow a creeping regime and exhibits signature of non-local effects. The dense granular flow on the top of it, is well described by the mu(I) rheology and is observed to persist up to unexpectedly high inertial numbers. It is characterized by the co-existence of frictional and collisional contributions. The transition from dense to dilute granular flow is controlled by the Shields number, the slope and the specific density. Saltation is observed in the uppermost granular layer. These findings improve the understanding of bedload transport granular mechanisms and challenge the existing granular rheologies.

Une approche modélisante du potentiel TSL le long des plages du golfe du Lion est proposée sur la base du modèle d’ingénierie côtière Unibest-LT (Deltares). Sont exploités en entrée de modèle des données de houle de 1979 à 2010 (base de données ANEMOC-2 produite par le Cerema à partir d’une approche modélisante également) conjointement à des données topo-bathymétriques haute résolution LiDAR (base de données Litto3D produite conjointement par le SHOM et l’IGN). Le potentiel de TSL annuel est calculé pour 157 profils topo-bathymétriques couvrant l’ensemble des ∿250 km de littoral étudié dans ce travail de thèse.En premier lieu, le potentiel de TSL annuel résultant est d’abord estimé sur la base d’une année de houle type, établie à partir de 31 ans de houle horaire entre 1979 et 2010, puis pour chaque année entre 1979 et 2010. La différence observée avec le potentiel de TSL annuel résultat « type » permet de discrétiser les années en trois situations : anomalie positive, anomalie négative ou proche de la normale. Par ailleurs, un lien est clairement établi entre la variabilité interannuelle identifiée dans les simulations et les tempêtes. En outre, cette analyse interannuelle menée à l’échelle des plages du golfe du Lion amène à affiner les limites des cellules de dérive littorale potentielle, pour lesquelles trois scénarios d’organisation sont établis : habituel, occasionnel, exceptionnel.Enfin, le lien entre potentiel de TSL annuel résultant et variations du rivage est testé, conformément au large corpus bibliographique qui existe à ce sujet en ingénierie côtière. Cependant, les résultats s’avèrent décevants : une remise en cause de la théorie sous-jacente est proposée. / Wave data from 1979 to 2010 derived from a large-scale modelling database (ANEMOC-2) were used together with high resolution topo-bathymetric LiDAR data as inputs within the coastal engineering model Unibest-LT (Uniform Beach Sediment - Longshore Transport). The spatial and temporal coverage of these data offers a unique opportunity to carry out a comprehensive study of potential longshore transport intensity and direction.Over the 250 km-long stretch of coast covering the study area, the longshore drift directions computed with the 30-year mean wave climate closely match those of previous findings based on experimental geomorphological methods.Potential LST rates are then computed for each year individually over the 1979-2010 period. Deviations from the 30-year mean LST rates are used to identify 3 cases: positive anomalies, negative anomalies and close to normal. Storm contributions to longshore transport are brought into light: inter-annual variability in LST rates is strongly correlated to >4 m waves occurences.The relationship between LST rates gradients alongshore and shoreline changes is also investigated : despite the significant amout of papers on that subject, results showned in this thesis appears to be disappointing.In the light of these findings, coastal drift cell boundaries are defined taking into account the 30-year mean potential LST rates and the inter-annual variability. This thesis thus highlights the good potential of longshore transport modelling in yielding coherent results that are essential from a shoreline management perspective for future coastal sustainability.

Le transport sédimentaire contrôle l'évolution morphologique des rivières, l'érosion du littoral et l'équilibre des écosystèmes. Il constitue également un facteur de risque pour les populations et les infrastructures. Le sheet-flow, ou charriage intense, est un régime de transport sédimentaire qui s'établi lors de crues dans les fleuves et les rivières ou lors du déferlement des vagues littorales sur les plages sableuses. Le fort taux de transport associé à ce régime le rend très morphogène et une bonne compréhension des processus physiques impliqués est fondamentale pour prédire la morphodynamique. Cependant, les interactions granulaires et les fluctuations turbulentes, qui sont les principaux mécanismes à l'œuvre dans ce phénomène, constituent des verrous scientifiques pour la modélisation du régime de sheet-flow. Cette déficience s'explique essentiellement par le manque de données expérimentales haute résolution. Partant de ce constat, l'objectif de la thèse est de proposer un modèle diphasique et un dispositif expérimental haute résolution permettant de mieux caractériser les mécanismes impliqués. indent Dans un premier temps, le modèle diphasique est présenté et les résultats obtenus sont confrontés aux données de la littérature. L'analyse des résultats montre que la rhéologie des écoulements granulaires denses ($mu(I)/phi(I)$) et l'approche de longueur de mélange utilisées sont des fermetures appropriées pour reproduire les principales caractéristiques du régime de sheet-flow pour une large gamme d'écoulements et de propriétés sédimentaires. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la mise en place d'un dispositif expérimental capable de fournir des mesures instantanées de vitesse et de concentration en régime de sheet-flow uniforme. Dans la troisième partie les grandeurs moyennes sont analysées pour décrire la structure verticale de l'écoulement. Les résultats obtenus montrent qu'une formulation en longueur de mélange et un profil de Rouse permettent de décrire la contrainte turbulente et le profil de concentration dans la suspension à condition de fortement modifier le paramètre de von Karman ($kappa approx 0.2$) et le nombre de Schmidt ($sigma_s=0.44$). La rhéologie frictionnelle ($mu(I)/phi(I)$) et la théorie cinétique des écoulements granulaires prédisent qualitativement le comportement observé, mais échoue à reproduire quantitativement les mesures. Le lien étroit existant entre les structures cohérentes turbulentes et la dynamique du lit sédimentaire illustre l'importance des fluctuations et de l'intermittence de l'écoulement. Ce couplage pourrait expliquer l'écart observé entre le comportement prédit par les modèles de contraintes inter-granulaires et les mesures expérimentales. Finalement, la comparaison des analyses statistiques en régime de sheet-flow et en écoulement sur fond fixe rugueux permet de montrer que l'énergie cinétique turbulente est peu affectée par la présence des sédiments mais que le niveau de corrélation entre fluctuations horizontales et verticales est sensiblement diminué, impliquant une diminution de la longueur de mélange et de la viscosité turbulente. Une augmentation significative de la rugosité équivalente induite par le lit mobile est aussi observée. / Sediment transport controls river morphological evolution, coastal erosion and ecosystem equilibrium. It represents a risk factor for populations and infrastructures. The sheet-flow, or intense bed-load, is a regime of sediment transport occurring during river floods or in the coastal wave breaking region above sandy beaches. The large amount of sediment transported in this regime is the main source for morphological evolution in our natural systemswater bodies. A good understanding of the underlying physical processes is a pre-requisite for accurate morphodynamic predictions. However, particle-particle interactions and turbulent flow interactions, which are the main driving mechanisms in this problem, constitute the scientific bottlenecks for sheet-flow modelling. This deficiency is mainly caused by the lack of high resolution experimental data. Based on this observation, the objective of the present thesis is to propose a novel two-phase model and to generate a new set of high resolution experiment data to improve process based sheet-flow modelling. indent First, the two-phase flow model is presented and the obtained results are compared with data from the literature. The result analysis has shown that the dense granular flow rheology ($mu(I)/phi(I)$) combined with a turbulent mixing length concept predicts the main sheet flow characteristics over a wide range of flow and sediment properties. Secondly, the experimental set up providing high-rate measurements of velocity and concentration under a uniform sheet-flow regime is presented. Third, the measured mean flow quantities are analysed to describe the vertical structure of the flow. The obtained results show that a mixing length formulation and a Rouse profile allow to describe the turbulent stress and the concentration profiles in the turbulent suspension layer, provided that the von Karman parameter and the Schmidt number are modified ($kappa approx 0.2$ and $sigma_s=0.44$). The frictional rheology ($mu(I)/phi(I)$) and the kinetic theory of granular flows predict qualitatively the observed behaviour but fail to reproduce measurements quantitatively. The observed link between the turbulent coherent structures and the bed dynamic illustrates the importance of flow fluctuations and intermittency. This coupling could be responsible for the discrepancy found between the predictions from the intergranular stresses models and the measurements. Finally, the comparison between the statistical analysis performed for a sheet-flow regime and for a clear water flow over a rough fixed bed demonstrates that the turbulent kinetic energy is weakly affected by the presence of sediments whereas the turbulent correlation level between horizontal and vertical fluctuations is significantly reduced, leading to a decrease of both the mixing length and the turbulent eddy viscosity. An increase of the equivalent roughness height induced by the moving bed is also observed.

Des études de terrain, expérimentales et numériques ont été menées pour rendre compte de l'incision des rivières à fond rocheux par le transport sédimentaire. Toutefois, le caractère fluctuant du système étudié rend difficile l'établissement de lois générales. La thèse s'articule autour de l'analyse des résultats fournis par un programme informatique qui simule la mise en mouvement de sédiments par un écoulement turbulent. La modélisation et l'intégration des interactions entre les sédiments et le fluide ainsi que les contacts entre sédiments se basent sur la description mécanistique du système. La validation du modèle numérique a été effectuée par la comparaison de paramètres dont les valeurs pour des rivières naturelles ou expérimentales sont abondantes dans la littérature. Le nombre de Shields critique de mise en mouvement, la relation entre la vitesse du fluide et le débit de sédiment sont ces grandeurs de références. Le travail échangé entre les sédiments et le fond est comptabilisé et ce flux d'énergie est rattaché au taux d'érosion avec des paramètres mécaniques de la roche. Nous avons établi une relation entre le taux d'érosion et le nombre de Shields. Les variations du taux d'incision avec masse de sédiment présente dans le lit de la rivière montrent que nous reproduisons le « tool-effect » et le « cover-effect ». Nous prédisons l'existence d'un nombre de Shields critique propre à l'incision qui est supérieur au nombre de Shields critique de transport. Les travaux échangés entre la couverture sédimentaire et les parois du canal permettent de quantifie le taux d'érosion latérale. Les travaux échangés au sein de la couverture sédimentaire sont utilisés pour évaluer le taux d'usure des sédiments. À partir du bilan de puissance du sous-système couverture sédimentaire, nous proposons un scénario pour la croissance du chenal d'une rivière à fond rocheux. Plusieurs études paramétriques rendent compte de l'influence de la rugosité du fond, du coefficient de restitution et de la gravité. / Field measurements, empirical studies and numerical approaches had been led in order to explain bedrock river incision due to transport of sediments. However, the studied system is roughly fluctuating, what make difficult to establish general laws. The thesis is based on the analysis of data extracted from a numerical code that simulate the motion of sediment by a turbulent flow. The interactions between the sediments and the fluid and the contact between sediments are modeled on physical basis and integrated following the principles of mechanics. The numerical process has been validated by comparison between two parameters extracted from natural rivers and experimental setup. The critical Shields number for sediment transport and the relationship between flow velocity and flux of sediments has been compared to values taken from literature. The work of dissipative forces between sediments and bedrock is computed. We propose a quantification of vertical incision rate based on rock resistance parameters. We have established a relationship between incision rate and Shields number that fit with a power law. We reproduce the two antagonistic effects that rules incision process: tool-effect and cover-effect. We predict the existence of a critical Shields number for incision that is higher than sediment transport threshold. We quantify the lateral incision rate with the work of dissipative forces between channel benches and sediments. We also quantify the attrition rate of the sediments with the value of energy dissipated within the sediment cover. The power balance of the sub-system sediment cover gives basis that lead to a scenario for bedrock river channel growth. Other results about influence of bedrock roughness, coefficient of restitution and surface gravity on incision rate are exposed.

Ce travail porte sur la morphodynamique des bancs de galets alternés dans une rivière de montagne aménagée. Le site expérimental est un tronçon long de 8 km de la rivière Arc située dans les Alpes françaises. Une analyse des cartes historiques, des photos aériennes et des relevés topographiques montre que le lit de la rivière a évolué d’un style en tresse vers un lit rectiligne avec des bancs alternés contraints entre deux digues. Au milieu des années 1990, le lit de la rivière a été aplani pour former des profils trapézoïdaux. Cependant, les bancs alternés ont réapparu en moins de dixans. Une analyse des facteurs contrôlant leur formation est fournie. Les observations de terrain et l’analyse numérique 1D suggèrent que le motif de bancs alternés représente un état de quasi équilibre du tronçon. D’autre part, la topographie d’un sous-tronçon incluant un banc de galets aété mesurée 18 fois entre 2006 et 2012. Une méthodologie de construction des MNT basée sur leslignes directrices et incluant une estimation de l’erreur a été proposée pour une application aux litsde rivières. La technique de différenciation des MNT a été utilisée pour détecter les changements morphologiques du banc. Ainsi, la morphodynamique du sous-tronçon a été étudiée en la reliant aux principaux processus qui la contrôlent tels que l’hydrologie, les formes des hydrogrammes, la répartition des contraintes de cisaillement, les apports amont en sédiments et l’énergie du coursd’eau. La forme des hydrogrammes de crue ainsi que les apports en sédiments semblent être lesprincipaux facteurs influençant le bilan sédimentaire sur le site étudié. En outre, des modélisationsnumériques 2D hydro-sédimentaires ont été utilisées pour appréhender la dynamique du banc. Lessimulations ont révélé l’importance de l’interaction entre les sédiments fins et les galets sur ladynamique globale du banc. / The current research investigates the morphodynamics of gravel alternate bars in an engineeredmountainous river. The experimental site corresponds to an 8 km long reach of the Arc River, in the French Alps. An analysis of historical maps and recent aerial photographs and topographic campaigns shows that the original braided river bed has evolved to a straight bed with alternate bar system constrained within two embankments following two centuries of man-made engineeringprojects. In the mid 1990s the river bed was flattened to fit a trapezoidal cross-sectional design. However, alternate bars re-appeared in less than ten years. An analysis of the controlling factors of bar formation and evolution is provided. Field observation and 1D numerical analysis suggest that the alternate-bar pattern represents a quasi-equilibrium state of the river bed. A singlegravel bar within the reach was monitored 18 times from 2006 to 2012. A methodology of DTM construction based on breaklines is proposed for river beds and an error estimation is presented. DTM differencing technique was used to detect morphologic changes of the gravel bar. Therefore, the gravel bar and main channel dynamics were analyzed relative to main controlling processes suchas extreme hydrologic events, sediment supply, hydrograph shape, bed shear stress distribution andriver energy. Sediment supply and hydrograph shape appeared to be the main factors influencing the study site sediment budget. Moreover, 2D numerical modelling of water flow and sediment transport was performed. Sensitivity analysis was conducted to yield results in agreement with observations. Simulations revealed the relevance of the interaction between fine sediments and gravels on the bar dynamics.

Le but de cette thèse est de comprendre la dynamique des graviers au sein des rivières alpines à faible contrainte en utilisant des expériences en laboratoire. Ces rivières sont souvent composées d’une large gamme de sédiments, allant des argiles aux galets. Ces différentes classes sédimentaires peuvent interagir entre elles, ce qui peut rendre difficile l’estimation du transport solide. Des expériences en laboratoire ont été conduites en écoulements instationnaires dans un canal de 18m de long et 1m de large. Deux types de lits ont été étudiés : lits unimodaux et bimodaux. Une attention particulière a été portée sur la réalisation des lits de graviers dans notre canal. Ils ont été créés dans le but d’approcher au mieux la configuration des lits de rivières alpines, c’est-à-dire avec différents arrangements et degrés de colmatage du lit par des sédiments fins. Les lits unimodaux sont composés de graviers peu triés avec divers arrangements de surface. Les lits bimodaux sont composés d’une matrice de graviers peu triés dans laquelle des sédiments fins se sont infiltrés (sables ou limons). Les processus régissant le transport de graviers ont été mis en avant. Le transport de graviers est impacté par l’arrangement du lit, la concentration de sédiments fins dans la couche de charriage, et par le changement de propriétés du lit due à la présence de sédiments fins (cohésion, perméabilité du lit). Plus le lit est arrangé, plus le transport est difficile. Plus la couche de charriage est concentrée en sédiments fins, plus le transport est facile. La forme des sédiments fins est aussi un facteur important pouvant modifier le transport des graviers. La présence de sédiments fins cohésifs dans la matrice peut considérablement réduire le taux de graviers transportés. Un modèle conceptuel a été développé pour résumer les différents processus contrôlant le transport de graviers. Il décrit le comportement des graviers dans les différentes configurations étudiées. L’outil proposé peut aider à comprendre, estimer et interpréter le transport de graviers. Il a été appliqué et discuté sur un cas de terrain sur la rivière de l’Arc. Basé sur ce modèle, nous avons proposé une nouvelle analyse dimensionnelle pour la construction d’un modèle de prédiction de transport solide prenant en compte des paramètres décrivant l’arrangement du lit, les propriétés géotechniques du lit et la présence de sédiments fins / This PhD thesis aims to understand gravel dynamics in Alpine rivers at low bed shear stress using laboratory experiments. Alpine river beds are often poorly sorted and composed of sediments ranging from clay to pebble. To understand interactions between these classes is an issue for predicting bedload rate. Laboratory experiments were performed in a 18m long and 1m wide flume, under unsteady flows. Two types of bed were investigated: unimodal and bimodal beds. A particular attention was paid to the bed construction, which was conducted in order to obtain a nature-like bed 12with different bed arrangements and degrees of clogging. Unimodal beds were made of moderately sorted gravels with different bed surface arrangements. Bimodal beds were made of moderately sorted gravels in which fine sediments (sand or silt) were infiltrated. Gravel rate was found to be impacted by the bed arrangement degree, the fine sediment concentration within the bedload layer and the changes in bed properties due to fine sediment presence (bed cohesion, bed permeability). The more packed the bed is; the more difficult it is to move gravels. The more concentrated in fine sediment the bedload layer is; the easier the transport of gravels is. The shape of fine sediments can also be an important factor for modifying the gravel rate. The presence of cohesive fine sediments within the bed matrix reduces significantly the gravel rate. A conceptual model was developed to recap the different processes controlling gravel transport. It provides a phenomenological description of the overall bed responses to a hydrograph. This tool is designed to help understanding, estimating or interpreting gravel transport in Alpine rivers. The conceptual model was discussed and applied to a field case made on the Arc River. Using the model, we also suggest a new dimensionless analysis for the construction of a bedload predicting model involving parameters describing bed arrangement, bed properties and fine sediment presence

Le travail effectué au cours de cette thèse s'inscrit au sein du projet ANR Mascaret, dont l'objectif est la compréhension du phénomène de mascaret, l'étude de ses conséquences sur l'environnement et sa sensibilité aux modifications de cet environnement. La contribution de cette thèse s'inscrit uniquement dans la partie numérique de ce projet. Seul l'aspect transport sédimentaire causé par le mascaret sera abordé. Le but est de construire un modèle numérique de transport sédimentaire général qui pourra notamment s'appliquer au cas du mascaret. Trois méthodes numériques sont explorées, une première permettant le suivi individuel des grains sédimentaires et deux autres permettant de suivre l'évolution de la concentration en grains au sein de l'écoulement. La première méthode considérera les plus petites échelles et sera appelée méthode tracker et consistera en un suivi individuel des grains sédimentaires. La seconde méthode, dite méthode particulaire, portera sur des échelles plus larges et le transport d'une concentration locale en grains sédimentaires. Enfin, la troisième méthode, que l'on appellera méthode des moments, s'intéressera aux échelles les plus larges en transportant un nuage de particules sédimentaires dans son ensemble grâce à une seule particule numérique caractérisée par les moments de sa distribution en concentration interne. Ceci permettra de caractériser le transport sédimentaire de manière locale qui se produit lors du passage d'un mascaret. Deux mascarets ondulés de nombre de Froude proches seront étudiés. Il sera notamment montré que le nombre de Froude n'est pas un critère permettant de caractériser le transport sédimentaire induit par les mascarets. / The work performed during this thesis is a part of the Mascaret ANR project, which aims to understand the phenomenon of tidal bore, the study of its impact on the environment and its sensitivity to changes in that environment. The contribution of this thesis lies solely in the numerical part of this project. Only the sediment transport caused by the tidal bore is discussed. The goal is to build a generic numerical model of sediment transport which can therefore be applied to the specific case of tidal bores. Three methods are explored, a first for individual tracking of sediment grains and two to model the concentration of grains in the flow. The first method considers the smallest scales and will be called tracking method and consists of individual tracking of sediment grains. The second method, called particle method, focuses on larger scales and the transport of local concentration of sedimentary grains. The third method, which we call moments method, will focus on the largest scales, carrying a cloud of sediment grains as a whole using a single numerical particle characterized by the moments of its internal concentration distribution. This will characterize the local sediment transport process occurring during the passage of a tidal bore. Two undulating bores will be studied whose Froude numbers are close. It will be shown in particular that the Froude number is not a criterion to deduce the intensity of the induced tidal bores sediment transport.