Le bras droit du fleuve Congo

 

On s'intéressera dans un premier temps aux résultats de la simulation sur le bras droit du fleuve Congo. Sur ce domaine, la zone sensible se situe au niveau de la passe de Kinkabawa. Il convient de distinguer deux grandes périodes dans le cycle hydrologique du fleuve Congo : la saison des pluies et la saison sèche. C'est pourquoi nous avons procédé à deux simulations différentes :

- Une sur la période de faible débit, saison sèche (juillet)

- Une sur la période de crue saison des pluies en décembre.

La deuxième simulation à partir de décembre a été prolongée jusqu'en Mai, soit six mois d'écoulement.

Le pas de temps est choisi en fonction des conditions imposées. Pour le bras droit du fleuve Congo un pas de temps de 10 nous a semblé être adéquate au vue du nombre d'itérations réalisées sur chaque pas de temps (entre 3 et 7).

Nous avons imposé une période de couplage avec SISYPHE de 10, c'est à dire que SISYPHE a un pas de temps de 100. Tout les 10 pas de temps de TELEMAC2D, SISYPHE calcule et renvoie une nouvelle bathymétrie à TELEMAC2D qui continue son calcul sur cette nouvelle bathymétrie.

Comme nous avons considérées des périodes de l'année différentes, les conditions aux limites d'entrée possèdent des débits journaliers variables.

a. Les caractéristiques générales de l'écoulement

Dans cette première partie nous nous intérresserons seulement au tendance de certaines variables, ce qui ne dépend pas de la période étudiée. Sur la figure représentant la surface libre à t=0s on observe bien la condition initiale h=267m. De plus on note que les contours ne sont pas à une altitude constante, par l'apport des données fournies par le MNT.

  • La Surface libre

Surface libre à t=0s

Surface libre à t=58j, 7h et 12 min

Sur la figure représentant la surface libre au bout de 58,33 jours de simulations, on remarque l'apparition d'une pente. Elle s'échelonne entre 267 m et 265 m (côte imposée en sortie) sur à peu près 25 km. Cela donne une pente moyenne de 1e-4m par mètre ce qui correspond l'ordre de grandeur de la pente moyenne trouvée dans la littérature.

On observe aussi le champs de vitesse sur le domaine considéré. L'écoulement s'effectue bien sur tout le domaine dans le sens souhaité. On remarque des zones de faibles vitesses entre les îles, ou à l'inverse de fortes vitesses en fonction de la bathymétrie imposée initialement.

  • Vecteurs vitesses

Zoom vecteur vitesse à t=58j, 7h et 12 min

Zoom2 vecteur vitesse à t=58j, 7h et 12 min

 

b. Comparaison entre les résultats de juillet et décembre

Afin d'avoir une idée de l'influence du débit sur l'évolution des fonds sableux, les profils de fonds sableux ont été comparés en période de saison sèche et en période de saison humide. Cela correspond aux débits de crue et aux débits à l'étiage. Les résultats sont pris au bout de 25 jours. Trois profils de profondeurs ont été réalisés : deux aux alentours de la passe de Kingabawa et un au milieu du fleuve. IL convient de préciser que sur chacun des graphes qui suivent l'écoulement va de la droite vers la gauche.

  • Premier profil
Zoom 1
Zoom segment 1

Profils de profondeur selon le segment 1

Sur le profil 1 on assiste à un "raclage" du fond (courbe rouge) ce qui diminue la profondeur en aval.

  • Second profil
Zoom segment 2

Zoom segment 2


Profil de profondeur selon le segment 2

Sur le profil deux, la profondeur diminue le long du segment transversal : cela correspond au "raclage" vu précédemment.
On constate que sur les deux premiers profils, le débit à l'étiage (vert) ne modifie pas du tout le fond sableux sur 25 jours. A l'inverse la crue de décembre modifie le fond sableux.

  • Trosième profil
Zoom segment 3

Zoom segment 3


Profils de profondeur selon le segment 3

En ce qui concerne le profil trois, on observe un fort décalage dès le départ : ceci est dû à un défaut de condition aux limites en sortie du domaine dont nous n'avons pas pu déterminer la cause. Encore une fois aucun changement notable est constaté pour le débit à l'étiage.

Bien que ne disposant d'aucune information pouvant attesté de la véracité des résultats, on peut néanmoins affirmer qu'ils sont cohérents : un débit fort entraîne à priori plus de sable qu'un débit faible.

c. Simulation décembre à mai (180 jours de simulation)

Le début de cette période correspond à la période de décrue, juste après la saison des pluies de décembre. Les débits du fleuve Congo atteignent alors des valeurs de 53000 m3/s, puis le débit diminue avec le temps.


Variable évolution à t=58j, 7h et 12 min

La variable "évolution" illustre les variations de quantité de matière solide depuis l'état initial. Ainsi on peut observer la tendance à l'accumulation de matières solides dans certaines zones, ou à l'inverse la tendance au transfert de matières solides vers d'autres zones.

Après 58 jours de simulations en présence des débits les plus élevés de l'année, l'écoulement a creusé sur près de 5 m sur certaines zones. Le sable se dépose ensuite sur des hauteurs pouvant atteindre 5 m. Cela illustre la forte variation des fonds sableux pendant les périodes de forts débits.


Débit solide à t=58j, 7h et 12 min

Les zones où l'on observe les plus grands vecteurs "débits solides" sont les mêmes zones où l'on a observé une forte érosion des sols.

Sur les portions qui nous intéressent, une faible évolution des sols est constatée en comparaison avec le reste du domaine. Cela s'explique par des débits beaucoup moins importants autour de cette passe. De plus la période simulée restant faible, nous verrons qu'ensuite notre zone d'étude subit des variations de bathymétrie conséquentes.

Les simulations n'ont pas pu tourner de façon continue sur les ordinateurs de l'ENSEEIHT. Des fichiers de reprise pour TELEMAC2D ont donc été créés. Malheureusement SISYPHE ne permet pas d'effectuer la même démarche. Comme nous nous intéressons à l'évolution des fonds repris à chaque fois dans le calcul par TELEMAC2D cela n'aura pas d'influence sur nos résultats. Cependant les variables telles que "évolution" donnant la variation des volumes de sable sur le fond sont réinitialisées à chaque fois que le calcul recommence. C'est pourquoi nous ne pourrons pas observer les variables de SISYPHE à des temps aussi grands que ceux obtenus avec TELEMAC 2d.

Ainsi les mouvements des fonds sableux seront décrit en considérant l'évolution de la variable fond selon des segments prédéfinis auparavant.

 

  • Premier profil

Zoom segment 1

Evolution du fond selon le segment 1

Sur ce premier profil, on observe que l'écoulement creuse le lit de la passe de Kinkabawa au cours du temps. La section tracée représente une zone ou il y a seulement 1.5m de tirant d'eau. C'est pourquoi au bout de 180 jours 50 cm se creuse au maximum sur le lit de la passe de Kinkabawa. Par ailleurs on remarque que seul le bas du lit est creusé par l'écoulement et non pas les berges. Cela vient sûrement de la morphologie présente au début de la passe de Kingabawa dans le prolongement de la courbe du fleuve Congo.

  • Second profil

Zoom segment 2

Evolution du fond selon le segment 2

Ce deuxième profil repésente l'évolution du fond de la passe en longueur. Tout d'abord on observe un ressaut sableux au début de la passe. Cela ne correspond pas à une morphologie de fond de rivière normal. Comme nous avons rentré les données de bathymétrie sur le début de cette passe, l'erreur vient sûrement de la création du prolongement de la bathymétrie de la passe. Cela peut également être du à l'extrapolation de Matisse à partir des points du MNT au cours de la création du maillage.

Cependant on observe sur ce graphe des résultats significatifs. En effet on peut noter qu'au cours du temps le ressaut sableux est déplacé et aplati sur 50 cm. De plus, le ressaut est déplacé sur près de 200 m après 180 jours de simulations,  ce qui est considérable. On comprend ainsi les problèmes de navigation rencontrés sur le fleuve Congo. L'écoulement tend à rendre uniforme la bathymétrie le long du segment observé.

  • Trosième profil

Zoom segment 3

Evolution du fond selon le segment 3

Ce troisième profil repésente l'évolution du fond du lit mineur du fleuve Congo.
On observe à t=0 s notre bathymétrie, avec des cassures fortes au niveau des pentes. Puis ensuite on voit l'effet de l'écoulement, avec la disparition par exemple de la remontée de la pente du fond vers le 1200 m sur le segment du graphe. De même on observe un ressaut à 1100 mètres qui se déplace avec le temps sur des distances de l'ordre de 400-500m.
Enfin sur le début du segment on observe que l'écoulement creuse vers le 3ème et 6ème kilomètres, et déplace le ressaut qui sépare ces deux creux. Ainsi selon les cas l'écoulement a tendance à acentuer les reliefs ou à les aplanir, tout en les déplaçant.

  • Quatrième profil

Zoom segment 4

Evolution du fond selon le segment 4

Ce quatrième profil repésente l'évolution d'une section du fond du lit mineur du fleuve Congo.
On observe sur le début de l'évolution du fond selon le segment un premier phénomène, à savoir l'accumulation de sables sur la pente descendante du fond sur une vingtaine de centimètres. Puis on voit que le point le plus bas de la section s'abaisse avec le temps et que la pente remontante du fond qui suit est creusée. On aurait pu penser que sur la partie extérieure de la courbe que présente le fleuve Congo à cet endroit, il y ait eu érosion. Cependant on observe un dépôt. Cela peut s'expliquer par le fait que nous modélisons l'écoulement avec TELEMAC2D et non 3D. Ainsi les cellules "convectives" ramenant normalement les matières solides en suspension dans l'écoulement sur la partie interne de la courbe (à l'origine de la création de plage) ne sont pas modélisées.