Scénario 3 : après aménagements pour l'amélioration de la qualité écologique et de la stabilité des berges

Le présent scénario nous a été soumis par les binôme de "qualité écologique" et de "végétalisation". Il vise à améliorer essentiellement la stabilité des berges, tout en tenant compte de l'habitat piscicole.
 

  • Carte des vitesses

Figure 4.1 : Carte des vitesses à t=1.2x106 s. (cliquer sur l'image pour l'agrandir)

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Analyse :

Force est de constater que l'on observe une nette accélération de la vitesse dans la Petite Loire en comparaison au scénario 2 : elle passe de 0.8 à 0.96 m.s-1 dans une bonne partie du bief. Ceci s'explique au vu de la comparaison entre les cartes du fond du scénario 2 et du scénario 3 : alors que la pente de la Petite Loire n'est pas nettement marquée sur la bathymétrie du scénario 2, elle apparaît clairement sur la bathymétrie du présent scénario. Cette pente a pour effet direct d'accélérer l'écoulement dans la Petite Loire.

Cette accélération dans la Petite Loire a pour conséquence une accélération dans la partie avale de la Loire, où les zones à 1.28 m.s-1 sont plus nombreuses. Nous observons en outre en deux endroits une augmentation de la vitesse à 1.44 m.s-1 (marron).

Critique :

Ceci est dû à une anomalie du fond de la Loire à cet endroit. En effet, lorsque l'on trace deux profils transversaux (flèches noires sur la figure 4.1 ci-dessus) du fond de la Loire immédiatement avant (courbe bleue) et dans la zone de survitesses (courbe rouge), on obtient :

Figure 4.2 : Carte d'une coupe transversale du fond de la Loire avant et dans la zone de survitesses (cliquer sur l'image pour l'agrandir).

Il apparaît deux choses : tout d'abord, à gauche des pics sur le graphe (à droite du duit dans la réalité si l'on se place dans le sens de l'écoulement, au vu du sens de la flèche sur la figure 4.1), le fond de la Loire remonte brusquement de presque 1 m dans la zone de survitesses : il en résulte une augmentation logique de vitesses par conservation du débit la hauteur d'eau diminue). Le second constat concerne la partie droite du graphe, où l'on observe un aplanissement du fond de la Loire dans la zone de survitesses : ce brusque changement de fond doit vraisemblablement expliquer le brusque saut de vitesses de la zone.

 

  • Carte du flux de charriage

Figure 4.3 : Carte du flux de charriage à t=1.2x106 s. (cliquer sur l'image pour l'agrandir)

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Le flux de charriage a essentiellement augmenté dans la partie amont de la Petite Loire, en accord avec l'augmentation de la vitesse dans cette zone. De plus, on observe deux régions où le flux de charriage est maximal, coïncidant avec les sur-vitesses mentionnées ci-dessus.

 

  • Carte d'érosion

Figure 4.4 : Carte d'érosion à t=1.2x106 s. (cliquer sur l'image pour l'agrandir)

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L'érosion a nettement augmenté dans la Petite Loire depuis le scénario 2 : le chenal se dessine nettement, avec des valeurs moyennes autour de -15 cm, avoisinant plutôt les -45 cm dans la partie amont du bief.

Cette augmentation de l'érosion ne s'accompagne pas pour autant d'une augmentation de l'érosion dans la Loire. Les régions où l'érosion atteint -30 ou -40 cm restent localisées et peu nombreuses.

Autre constat de taille : l'érosion en sortie de Petite Loire est loin d'avoir diminué. Elle est même plus importante (en intensité et en étendue) que dans le cas du scénario 2. Pourtant, un des aménagements proposés par le binôme de végétalisation des berges consiste à mettre des enrochements à cet endroit (cf. coupe 6), ce que nous avons modélisé par une valeur du coefficient de Strickler de 20 (cf. carte des coefficients de Strickler du scénario 3). Nous verrons dans l'analyse de la stabilité ci-dessous que cet aménagement n'a pas résisté à l'augmentation de la vitesse dans l'ensemble de la Petite Loire.

Enfin, nous notons une augmentation significative de l'érosion dans la partie avale de la Loire, et ce notamment au niveau des zones de sur-vitesses.

 

  • Carte des dépôts

Figure 4.5 : Carte de dépôt à t=1.2x106 s. (cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Cliquer ici pour accéder à la carte de dépôt du scénario 2

Les dépôts semblent relativement peu importants dans la Loire comme dans la Petite Loire (60 cm au maximum). Ils ont nettement augmenté dans la partie avale de la Loire. 
Mais la principale façon de mesurer l'importance du dépôt (et de l'érosion) dans le domaine est de vérifier la stabilité des aménagements réalisés par les binômes de "qualité écologique" et de "végétalisation".

 

  • Tenue des aménagements

Les aménagements réalisés par le dernier binôme "végétalisation" consistent essentiellement à renforcer la berge gauche de la Petite Loire à l'aide de divers types de végétation ou d'enrochements, afin de limiter l'érosion le long de cette berge. Les pentes de la berge de droite ont également été raidies à cet effet. La végétation sur les berges ainsi que les enrochements présentent également l'avantage d'être bénéfiques à certaines espèces de poissons (cf. qualité écologique, scénario 3), en constituant des zones de caches par exemple. Certaines espèces piscicoles se satisfaisant plutôt de pentes relativement douces, les pentes de la berge droite de la Petite Loire ont été adoucies par le binôme de "qualité écologique". En outre, ce-dernier s'est assuré que la Petite Loire soit "connectée" même à l'étiage au bras principal de la Loire. A ce titre, la pente du fond de la Petite Loire ainsi que les cotes amont et avale de celle-ci ont été fixées. Enfin, certaines zones marécageuses ont été créées à des fins de zones de frai ou de cache.

                 Pentes des berges :

Commençons par vérifier la stabilité des pentes des berges de la Petite Loire. La végétalisation des berges a été modélisée par un coefficient de Strickler variable sur la zone d'étude (cf. partie Modélisation). Traçons quatre profils transversaux du fond de la Petite Loire (profils 1,2,3,5 en blanc sur la figure 4.6 ci-dessous) au temps initial et au temps final (1.2x106 s.), chaque profil appartenant à une zone de coefficient de Strickler différent. Sur la figure 4.6 suivante est représentée la côte du fond (couleurs en transparence), ainsi que les différentes valeurs du coefficient de Strickler (couleurs vives).

Figure 4.6 : Carte du fond à t=1.2x106 s.

Les figures obtenues sont les suivantes :

Figure 4.7 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°1.

Figure 4.8 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°2.

Figure 4.9 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°3

Figure 4.10 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°5.

Sur chacune des figures, la courbe rouge représente la côte du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale considérée à l'instant initial de la simulation. La courbe bleue représente la même grandeur évaluée au temps final. A noter, les coupes étant réalisées dans le sens de la Petite Loire vers les berges (cf. sens des flèches blanches sur le figure 4.6 ci-dessus), la pente de droite sur les figures ci-dessus correspond en réalité à la berge de gauche de la Petite Loire. 

Force est de constater que les pentes des berges résistent relativement bien à l'érosion. La pente de "droite" sur les figures ci-dessus est inchangée entre le temps initial et le temps final pour chacune des quatre coupes. Cette stabilité vient confirmer l'efficacité des  techniques de végétalisation retenues : sur la coupe n°1, la berge de gauche a été renforcée par des buissons épars et hautes herbes (coefficient de Strickler de 21);  sur la coupe n°2, la berge a été dotée d'une surface très herbeuse avec mouilles profondes et buissons (coefficient de 10). Enfin, la coupe n°3 s'inscrit dans une zone renforcée à l'aide d'herbes hautes (coefficient de 29), végétation jugée appropriée pour éviter l'érosion. Seule la berge traversée par la coupe n°5 est restée en son état naturel, qui ne nécessitait pas de renforcement additionnel pour parer à l'érosion de la zone.

La pente de "gauche" sur les figures ci-dessus est un peu modifiée sur les coupes 1 et 2. Ce résultat n'est pas surprenant au vu de la carte des vitesses  dans la zone : en effet ces deux coupes correspondent à une zone où la vitesse atteint 0.96 m.s-1, alors que dans le reste de la Petite Loire elle vaut 0.8 m.s-1. Il n'en reste pas moins que sur la coupe n°1, la pente a été renforcée par des enrochements (coefficient de 20) afin de limiter l'érosion en entrée de Petite Loire. Cet aménagement n'est donc pas suffisant pour lutter contre l'érosion. Nuançons toutefois ce résultats en signalant que la granulométrie est supposée uniforme dans l'ensemble de la zone modélisée (nous reviendrons sur cette hypothèse dans la partie conclusion, limites de l'étude) : ainsi, les blocs de pierres ne sont représentés que par un coefficient de Strickler de 20, le diamètre moyen des blocs n'étant mentionné ni dans la géométrie ni dans le fichier de paramètres.

 

 

                Pente du fond :

La pente du fond de la Petite Loire est imposée à 0.04%. Traçons la côte du fond de la Petite Loire le long d'une coupe longitudinale (flèche noire sur la figure 4.6), au temps initial (courbe bleue) ainsi qu'au temps final (courbe rouge):

Figure 4.11 : Evolution de la pente du fond de la Loire entre t=0 s. et t=1.2x106 s.

Nous observons là encore que l'aménagement résiste très bien au passage d'un débit de 1400 m3.s-1 durant 2 semaines.

               

                 Zone marécageuse :

Un autre aménagement à prendre en considération est la réalisation d'une zone marécageuse (coupe n°4 sur la figure 4.6). Observons sa stabilité en réalisant à nouveau une coupe transversale du fond de la Petite Loire au temps initial (bleu) et au temps final (rouge) :

Figure 4.12 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°4.

La description de la courbe est la même que ci-dessus. On constate que le marécage résiste extrêmement bien à l'érosion : le  plateau horizontal créé à une altitude de 92 m demeure intact. Cette stabilité est permise grâce à la mise en place au niveau de la zone marécageuse d'une surface très herbeuse avec mouilles profondes et buissons (coefficient de 10). 

 

                 Renforcement de la sortie de la Petite Loire :

Un des aménagements proposés par le binôme de végétalisation des berges est le renforcement de la sortie de la Petite Loire à l'aide d'enrochements (coefficient de Strickler de 20), afin de parer à l'érosion très importante relevée lors de l'analyse du scénario 2. En traçant l'évolution de la coupe en travers au niveau de la sortie de la Petite Loire (coupe n°6 sur la figure 4.6), nous obtenons la figure suivante :

Figure 4.13 : Evolution du fond de la Petite Loire le long de la coupe transversale n°4

Cet aménagement n'a pas résisté au passage d'un fort débit (1400 m3.s-1) : la pente se raidit et le lit se creuse. La même nuance que pour la coupe n°1 concernant la granulométrie uniforme s'impose : là encore les blocs de pierres n'ont pas été modélisés par un diamètre moyen adéquat.

 

  • 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 ayant plutôt ré-augmenté dans la Loire ainsi que dans la Petite Loire et sur l'île par rapport au scénario précédent. Néanmoins, cette animation met surtout en lumière qu'à un débit très élevé (ce qui équivaut à un diamètre des grains très faible), la pente du fond aménagée spécialement pour la qualité écologique du site, ne résiste pas.

 

  • Conclusion

Les aménagements proposés par les binômes de qualité écologique et de végétalisation ont particulièrement bien résisté au passage d'un débit continu de 1400 m3.s-1 durant deux semaines consécutives. Il est vraisemblable que ces aménagements auraient plus de mal à résister à un débit plus fort.

Seules exceptions, les renforcements en enrochements en entrée et sortie de Petite Loire, qui ne sont pas parvenus à empêcher l'érosion dans ces zones, la sortie étant la plus dangereusement érodée. Cette remarque est à nuancer au vu de la granulométrie supposée uniforme dans la modélisation.

En revanche, les aménagements ont eu pour conséquence d'augmenter l'érosion dans la Petite Loire. Ceci n'est pas une problème majeur, étant donné qu'il n'affecte pas les aménagements envisagés pour assurer la qualité écologique du bief.

 

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