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Approche multi-échelles de la morphodynamique des rivières : transport des sédiments, barres et méandres
Cette thèse est dédiée à trois problèmes de morphodynamique des rivières.
– Le premier concerne le transport de sédiments, pour lequel une modélisation continue à deux phase est proposée, et avec laquelle on décrit la transition entre le régime de charriage et le transport en suspension lorsque l’on augmente la vitesse de l’écoulement (le nombre de Shields).
– Le deuxième problème est celui de la formation des barres. Je propose une nouvelle analyse de stabilité linéaire afin de prendre en compte le rôle joué par la longueur de saturation, qui est l’échelle de longueur sur laquelle le flux de sédiment relaxe vers sa valeur d’équilibre. Je montre que le rapport de cette longueur avec la hauteur d’eau contrôle la transition entre une forme de lit transverse (les rides, qui mènent aux dunes) et un motif incliné correspondant aux barres alternées.
– La troisième partie de cette thèse, la plus développée, est dédiée à la formation des méandres. J’ai effectué l’analyse de stabilité linéaire d’un chenal aux lit et berges ondulés, avec une description 3D turbulent de l’écoulement. Les prédictions de cette analyse sont en accord quantitatif avec les expériences où, pour la première fois, j’arrive à reproduire des méandres à l’échelle centimétrique qui s’amplifient et se propagent. J’ai identifié les mécanismes responsables de cette instabilité : la courbure des berges induit un écoulement secondaire transverse qui façonne le lit, avec des zones d’eau plus/moins profondes à l’extérieur/l’intérieur des virages. En retour, le lit ainsi modulé génère un écoulement longitudinal qui accentue l’érosion des berges extérieures et conduit au dépôt de sédiment sur les plages intérieures.