Scénario 1 : Petite Loire non creusée et duit arasé en entrée

Le but de l'étude de ce scénario est de conclure quant à la viabilité d'un scénario se voulant le moins interventionniste (cf. Justification de l'étude sédimentaire) : la seule ouverture du duit suffit-elle à un creusement naturel de la Petite Loire?

 

Rappel :

L'érosion est directement corrélée aux valeurs de la vitesse: plus le fluide est rapide, plus le flux de charriage est important, donc plus l'érosion atteint des valeurs élevées.

 

  • Carte des vitesses

Figure 1.1 : Carte des vitesses à t=1.2x106 s (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Cliquer ici pour afficher la carte des vitesses de la configuration initiale.

Analyse :

L'ouverture du duit ainsi que le déboisement ont pour conséquence directe d'augmenter les vitesses dans la Petite Loire et sur l'île: elles passent de 0.64 m.s-1 à 0.8 m.s-1 en moyenne dans la Petite Loire et de 0.48 m.s-1 à 0.64 m.s-1 en moyenne sur l'île.

A noter, l'augmentation notable de la vitesse en sortie de Petite Loire (de 1.12 à 1.28 m.s-1). Cette augmentation est compréhensible du fait de la présence d'un coude dans cette zone : il y avait déjà une accélération relative du fluide dans cette zone dans la configuration initiale, mais cette accélération est d'autant plus visible ici que le fluide est accéléré dans la Petite Loire. Cette accélération risque d'avoir des conséquences non négligeables sur l'érosion.

Nous pouvons remarquer l'amplification d'un autre phénomène avec l'ouverture du duit : les vitesses ont nettement augmenté le long du duit côté Petite Loire. Là encore, ce "couloir d'accélération" existait déjà dans la configuration initiale, mais il était peu visible du fait des faibles vitesses dans la zone. L'ouverture du duit a eu pour effet non seulement d'accélérer les vitesses le long de ce couloir (de 0.8 à 0.96 m.s-1) mais aussi d'agrandir sa largeur.

De plus, l'écoulement n'étant plus canalisé aussi fortement vers la berge droite de la Loire, les vitesses diminuent dans cette zone de 1.2 à 0.9 m.s-1.

Les vitesses dans la partie avale de la Loire sont quasi semblables à celles de la configuration initiale (avec des valeurs comprises entre 1.12 et 1.28 m.s-1).

Critique :

Nous pouvons remarquer que les sur-vitesses en entrée de domaine ont disparu : nous avons pu corriger notre condition à la limite en entrée entre les deux simulations.

 

  • Carte du flux de charriage

Figure 1.2 : Carte du flux de charriage à t=1.2x106 s (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Cliquer ici pour afficher la carte du flux de charriage dans la situation initiale.

Analyse :

La carte du flux de charriage est en corrélation directe avec la carte des vitesses : ses valeurs les plus élevées (entre 2x10-5 et 4x10-5 m2.s-1) sont atteintes dans la partie avale de la Loire et au niveau de la sortie de la Petite Loire, où l'on trouve les valeurs des vitesses les plus élevées (1.2 m.s-1 environ).  

Même si les vitesses ont augmenté dans la zone de la Petite Loire et de l'île en comparaison à la configuration initiale, cette augmentation ne suffit pas à générer un flux de charriage non négligeable (>8.6x107 m2.s-1) dans l'ensemble de la zone. Il faut que les vitesses atteignent au moins 0.96 m.s-1 (cf. figure 1.1) pour que la puissance du fluide soit suffisante pour mettre en mouvement le sédiment. 

Critique :

Nous pouvons nous demander pourquoi il n'y a pas mise en mouvement des grains en certains points de la Petite Loire, alors que nous avons montré dans la partie théorique qu'un débit de 1400 m3.s-1 était suffisant pour mettre en mouvement le sédiment dans notre zone (selon la courbe de Shields). L'explication vient simplement du fait que nous avons considéré dans nos calculs théoriques des vitesses et des hauteurs moyennes dans la zone, en ne prenant pas en compte les disparités de la vitesse. Ainsi, notre étude étant une analyse globale, elle ne nous a pas permis de prédire certaines disparités locales du flux de charriage.

 

  • Carte d'érosion

Figure 1.3 : Carte d'érosion à t=1.2x106 s (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Cliquer ici pour afficher la carte d'érosion dans la configuration initiale.

Analyse :

Nous observons une zone d'érosion relativement importante en entrée de la Petite Loire, atteignant des valeurs proches de 70 cm. Nous pouvons voir également  se dessiner le chenal de la Petite Loire : les valeurs d'érosion y restent néanmoins relativement faibles (15 cm environ). Ces deux constats résultent de l'augmentation des vitesses dans la zone, et sont en accord avec la carte du flux de charriage (figure 1.2). De plus, l'érosion est visible (là encore de l'ordre de 15 cm) sur un large couloir le long du duit côté Petite Loire, comme attendu au vu de l'accélération des vitesses dans cette zone. Enfin, les valeurs d'érosion sont très élevées (-1.5 m) au niveau de la sortie de la Petite Loire, ce qui est en accord avec les valeurs élevées des vitesses dans la zone.

L'érosion semble avoir nettement diminué dans la Loire, par rapport à la configuration initiale. En effet, les valeurs maximales valent maintenant -1.2 m (au lieu de -1.5 m dans la configuration initiale). En outre, les valeurs maximales sont plus localisées : nous observons moins de "bosses" dans la Loire (dont la présence est visible par les tâches foncées). Afin de réellement mesurer l'effet de l'ouverture du duit sur l'incision de la Loire, nous traçons l'évolution temporelle en un point de la Loire (cf. figure 1.3 ci-dessus), dans la configuration initiale et pour le scénario 1. La figure obtenue est la suivante :

Figure 1.4 : Evolution temporelle du fond en un point de la Loire (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Le graphe ci-dessus représente l'évolution (grandeur définie comme étant la différence entre le fond à un instant t et le fond à l'instant initial) en fonction du temps en un point donné de la Loire (de coordonnées (22460.599;56361,101)). La courbe bleue est obtenue dans la configuration initiale, alors que la courbe rouge est obtenue pour le scénario 1.

L'influence de l'ouverture du duit est maintenant quantifiable. L'évolution se stabilise à une valeur de -1.4 m au bout de 6x105 s dans le cas de la configuration initiale. Dans le cas du scénario 1,  l'évolution n'est pas stabilisée à t=1.2x106 s et elle ne vaut que -1.2 m à ce temps là. On comprend donc que l'ouverture du duit a eu pour effet de ralentir l'incision de la Loire. Néanmoins, elle ne l'a pas complètement stoppée.

Critique :

L'évolution montrée sur le graphe précédent (figure 1.4) précédente reste une analyse ponctuelle. Qu'en est-il de l'évolution d'un profil en long du fond de la Loire? Traçons pour répondre à cette question l'évolution d'une coupe longitudinale entre les points (21888;56433) et (22667;56344) (le long de la flèche rouge sur la figure 1.3) du fond de la Loire entre le temps initial (courbe noire) et le temps final (1.2x106 s.) pour la configuration initiale (courbe bleue) ainsi que pour le scénario 1 (courbe rouge). Le résultat est représenté sur la figure suivante :

Figure 1.5 : Evolution temporelle d'une coupe longitudinale du fond de la Loire dans la configuration initiale et pour le scénario 1 (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Il apparaît nettement que les bosses présentes à l'état initial sont moins modifiées dans le cas du scénario 1 que dans la configuration initiale : la courbe rouge est très proche de la courbe noire (voire confondue avec elle par endroits). Ainsi, l'érosion (et le dépôt comme nous allons le détailler à propos de la figure 1.6 suivante) ont nettement diminué dans la Loire grâce à l'ouverture du duit dans sa partie amont.

 

  • Carte de dépôt

Figure 1.6 : Carte de dépôt à t=1.2x106 s (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

Cliquer ici pour afficher la carte de dépôt dans la configuration initiale.

Analyse :

L'analyse de la carte des dépôts est "rassurante" : la Petite Loire ne se rebouche pas. De fait, il semble que les valeurs atteintes par le dépôt soient non négligeables seulement si l'érosion atteint des valeurs supérieures à 45 cm.

Critique :

Néanmoins, les valeurs d'érosion semblent être relativement fortes en entrée de Petite Loire. Si nous traçons l'évolution temporelle du fond de la Petite Loire en deux points voisins ((23237;56127) et (23109;56104)) en entrée de Petite Loire (points rouges sur la figure 1.6 ci-dessus), nous obtenons la figure ci-dessous:

Figure 1.7 : Carte de dépôt à t=1.2x106 s (cliquer sur la carte pour l'agrandir).

La courbe rouge montre une évolution positive : il y a donc dépôt en ce point. A l'inverse, l'évolution négative de la courbe bleue est la signature d'une érosion au point considéré. Nous pouvons ainsi remarquer qu'au temps final, la valeur atteinte par le dépôt  (1.4 m) est nettement supérieure à la valeur atteinte par l'érosion (-0.7 m). Ceci laisse à penser que la Petite Loire pourrait se reboucher plus vite qu'elle ne se creuse. Certes, il s'agit ici de deux points particuliers, mais il n'en demeure pas moins que la tendance semble réaliste. En effet, les valeurs d'érosion dans la Petite Loire observées sur la figure 1.3 sont relativement faibles : la végétation aura vraisemblablement tout le temps de se développer avant que le bras mort de la Petite Loire ne se creuse.

Afin de représenter au mieux la tendance globale dans le tronçon de la Petite Loire, et puisque nous n'avions pas accès aux valeurs moyennes d'érosion et de dépôts dans la zone, nous avons choisi deux points de la manière la plus "aléatoire" possible : certes nous avons choisi des points pour lesquels un certain dépôt et une certaine érosion étaient visibles, mais nous n'avons en aucun cas cherché des points particuliers où le phénomène était particulièrement visible. Les deux points ont également été choisis dans la même zone afin de montrer quel phénomène est prédominant en entrée de Petite Loire, zone critique à partir de laquelle tout le bief peut ensuite se reboucher.

 

  • Animation du fond :

Film de l'évolution du fond en 5 h pour un diamètre moyen des grains de 0.05 mm.

ATTENTION : à nouveau, cette animation a été réalisée avec un diamètre des grains bien inférieur à la réalité (0.05 mm). Cette vidéo permet donc simplement d'illustrer les traits majeurs que nous avons décelés jusque-là : une érosion nettement réduite dans la Loire parallèlement à une érosion ayant nettement augmenté dans la Petite Loire et sur l'île.

 

  • Conclusion partielle

Si l'ouverture du duit a permis de diminuer nettement l'incision de la Loire en augmentant parallèlement l'érosion dans la Petite Loire, cet aménagement ne semble pas viable à long terme. En effet, il semble que la Petite Loire se rebouche plus vite qu'elle ne se creuse, notamment en entrée du bief. Cette dernière remarque pèse en faveur d'une intervention humaine pour creuser la Petite Loire. C'est ce que nous allons étudier dans le scénario 2 suivant.

 

Powered by Drupal - Modified by Danger4k Webmaster :