Conférence

Résumé Conférence du 16 Février 2009

TRANSPORT DES SEDIMENTS DANS LES GRANDS FLEUVES TROPICAUX

Intervenant: Mr Gilles Belaud

IRD – Gestion de l'eau, acteurs et Usages

Geau Montpellier

 

Mr Belaud a fait une thèse sur la sédimentation dans des canaux, au Pakistan. Il a par la suite eu l'occasion de s'intéresser à plusieurs grand bassins versants, tels que celui du Niger, en Afrique de l'ouest et au Maghreb, et à l'Amazone.

UN FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE PARTICULIER

 

  • Caractéristiques du fleuve Congo:

> module = débit moyen = 38 052 m3/s, le deuxième fleuve au monde

> charge solide: 23Mt/an => peu pour un grand fleuve

> volume annuel écoulé = 1200 Mdm3/an

> concentration = 19 mg/L => très faible vu la taille du fleuve

(charges beaucoup plus élevées lors des crues)

 

  • L'Amazone: a-t-elle des crues ?

Avec une similitude à 1/100 du nombre de Froude, il ne semble pas que l'Amazone soit soumise à un fort régime de crues. On observe en effet un débit max annuel, soit une crue annuelle. Le régime hydrologique comprend ainsi une période de hautes eaux et une période de basses eaux.

Importance des débordements > volumes d'eau dans le lit majeur et laminage des crues.

 

  • Crue du Niger

Ce fleuve présente le même fonctionnement que l'Amazone. Il y a une seule crue annuelle, et une saison des pluies unique. Observation des crues et des décrues: la dynamique de propagation montre qu'il s'écoule environ deux mois entre le pic de crue en entrée et celui observé en sortie. Les crues sont suivies par télédétection (MODIS – acquisition journalière)

 

  • Usages – Fleuve Niger

Le bassin versant étant très plat, les crues se propagent lentement et sur de longues distances. Il se pratique dans cette zone une agriculture dite de décrue. Des techniques de submersion contrôlée permettent de laisser entrer l'eau lors du remplissage, puis de fermer les vannes pour stocker l'eau et l'utiliser en irrigation (riz). Des pompes transportent l'eau des réserves vers les champs.

Les crues s'accompagnent d'un fort développement de la végétation, permettant de pratiquer des activités d'élevage. La pêche est également présente, ainsi que la production de terre crue pour les habitations (à partir des dépôts).

 

  • Aménagements et Usages: Grands Barrages

En République du Congo, par exemple, le barrage d'INGA a été construit sur le fleuve Congo et a une capacité électrique de 5 000 MW. La sédimentation sur les barrages entraîne la perte d'une grande partie de cette capacité électrique (vannes bouchées), et nécessite des opérations d'entretien très coûteuses.

 

  • Aménagements hydroagricoles

De tels aménagements sur le fleuve Indus permettent d'irriguer près de 16 M hectares (environ 50 canaux d'irrigation). Le fleuve est tellement exploité que tout le débit est détourné vers l'irrigation, ne laissant plus d'écoulement résiduel vers la mer.

Une morphologie de lit en tresse indique un transport de sable important.

ENJEUX DU TRANSPORT SOLIDE

 

  • Dégradation des sols

La dégradation des sols se caractérise par un ravinement et des processus d'érosion prononcés. L'augmentation de la pluie augmente le taux d'érosion. Les bassins semi-arides sont les plus érodés, mais ce sont pourtant ceux qui ont le plus besoin d'eau.

Dans le cas du bassin versant du fleuve Congo, la zone est tropicale. Ainsi, l'érosion est relativement peu importante du fait de la présence de forêts et de végétation. De plus, la régularité des pluies n'aggrave pas les processus érosifs outre mesure.

L'influence du reboisement sur l'érosion a été étudiée sur le site de Mamora, au Maroc.

 

  • Ensablement des canaux et des réseaux (irrigation et eau potable) - Barrages

la sédimentation entraîne une perte de la capacité de transport hydraulique. La distribution des eaux peu ainsi être très dégradée. De plus, la maintenance des sites nécessite un coût de maintenance élevé, avec des opérations de dragage en particulier.

L'ensablement se produisant de l'amont vers l'aval, on observe une surélévation de la ligne d'eau vers l'aval. Le débit augmente suite à l'augmentation de la charge. Ainsi, les prises d'eau situées à l'amont reçoivent plus d'eau que celles situées en contrebas, puisque les systèmes de distribution sont gravitaires. L'ensablement crée ainsi des inégalités au niveau de l'accès des populations à l'eau.

 

  • Morphologie

Les conséquences suivantes ont été observées:

> évolution des méandres

> modification du cours

> envasement des ports

> stabilité du fond (passage de réseaux immergés (oléoducs) et navigation)

> stabilité des berges (incision) > le lit se creuse, entraînant l'effondrement des berges

> apports de limons dans le majeur > Fertilisation par apports solides (Nil)

MODELES & CONFIANCE

 

  • Principes théoriques

 

Hydraulique

> Navier Stokes

> loi de frottement

 

Transport solide

> continuité

> conv. dispersion

> terme d'échange (> quantité déposée au fond)

> capacité de transport: C* (calculée à partir de la formule calée sur les données > quelle formule ?)

C = concentration réelle
Si C > C* => dépôt

 

  • Difficultés

 

PB1: lois de transport solide

Il a beaucoup de formules existantes et la concurrence est rude ! Aucune ne s'est avérée meilleure que les autres, et les erreurs commises sont élevées (facteur 2...). La prédiction à un facteur deux près est même très satisfaisante. Les grosses erreurs et les différences entre les modèles représentent la première difficulté dans la prédiction du transport solide.

 

PB2: Connaissance de l'hydraulique ?

Les dunes induisent une erreur sur S, modifient K ainsi que les contraintes aux parois. Il ne faut pas oublier non plus que K varie avec le débit. Enfin, l'influence de la distance entre les sections mesurées doit être prise en compte.

 

PB3: Altimétrie – Problème du nivellement absolu (GPS)

Les échelles de mesure de hauteur d'eau, sur les fleuves, sont décalées, tordues, arrachées par les activités locales des populations. Les erreurs de nivellement sont de l'ordre de 2 ou 3 cm. Il en résulte de très fortes erreurs sur les pentes dans des bassins versants plats (très significatif).

Altitude ellipsoïdale > problème pour les données venant de mesures ellipsoïdales

 

PB4: Mesure du transport solide

Il est très difficile, voire rare, de mesurer les profils de concentration, d'effectuer des prélèvements de fond, de mesurer le charriage et l'érosion des berges.

Les images satellites peuvent être utilisées (évolution des berges), ainsi que des mesures par effet Dopler pour les valeurs de débit (ADCP: Accoustic Dopler Current Profiler)

 

PB5: Identification des phénomènes majeurs

On se demande toujours si les phénomènes prépondérants ont bien été définis et identifiés. L'incertitude persiste par exemple dans le cas de l'export et du stockage dans le lit majeur, de l'existence de courants secondaires et de l'évolution de l'érosion des sols.

Finalement, au regard de toutes ces difficultés, les modèles servent-ils à quelque chose ?!

Oui, heureusement, car malgré les problèmes de déphasage, les résultats peuvent être exploités. Ils sont utiles notamment pour des études d'impact, après avoir étudié différents scénarios de gestion.

CONCLUSION

> Grands fleuves ↔ enjeux sur l'eau

> Ensablement → poids économique

> Transport solide difficile à mettre en évidence car :

> difficilement mesurable

> dynamique lente

> difficilement modélisable