Caractéristiques des mouvements subaériens sur la berg

Les mouvements de masse

   Les mouvements de masse sont des processus érosifs directement contrôlés par la gravité et par la composition des berges. Les mouvements de masse représentent un apport ponctuel en sédiments au cours d’eau. Millar et Quick (1998) indiquent que les mouvements de masse représentent un processus par lequel des blocs de matériaux s’effondrent en masse. La susceptibilité des mouvements de masse dépend de la géométrie, de la structure et des propriétés des matériaux des berges (Knighton, 1998). Les mouvements de masse sont souvent caractérisés selon leurs surfaces de rupture qui dépend fortement de la composition des berges. Thome et Tovey (1981) analysent le rôle des types de berges sur les mouvements de masse. Ils les classent dans trois catégories qui seront explicitées ici : les berges non cohésives, les berges cohésives et les berges stratifiées. Les berges cohésives sont généralement constituées de sables fins, de limon et d’argile déposés par la rivière elle-même (Thome et Osman, 1988) ou par une mer postglaciaire (Dionne et Pfalzgraf, 2001) et sont conséquemment mal drainées. Les mouvements de masse sont grandement contrôlés par la géométrie de la berge. Une berge basse, possédant fréquemment une  pente abrupte (plus de 60 0), a tendance à subir des glissements suivant une surface plane préalablement affaiblie parune fissure de tension permettant alors aux sédiments de tomber en bloc.  Elle permet de bien voir la pente très abrupte et le mouvement en bloc qui en découle dans un contexte de berge cohésive. Une berge plus imposante avec un angle de pente inférieur à 60° est plutôt exposée à des glissements rotationnels (Thome, 1988, tiré de Lawler et al., 1997). Les mouvements rotationnels sont très dommageables en terme de perte de terrain et se produisent sur des berges hautes (Simon, 1989; Thome, 1990) puisque la contrainte de cisaillement augmente plus rapidement avec la profondeur que la résistance au cisaillement (Lawler et al., 1997). Dans des circonstances extrêmes, la berge peut se liquéfier (Brierley et Fryirs, 2005). Les berges non cohésives constituées de sable grossier, de gravier et de blocs principalement hérités de glaciations antérieures et d’alluvions sont en général bien drainées. La stabilité des berges dépend de la pente de la berge et de la friction interne entre les grains (Knigthon, 1998; Thome et Osman, 1988). Les mouvements gravitaires interviennent quand l’angle de la pente est supérieur à la force de friction entre les grains (Osman et Thome, 1988). La stabilité peut être compromise par l’action de processus subaériens qui affaibliront la berge en diminuant l’angle de friction et la compaction des grains (Thome, 1982). Les mouvements de masse dans des berges bien drainées sont principalement superficiels puisque la pression interstitielle créée par l’ eau est absente éliminant la force électrochimique intergranulaire (Lawler et al. , 1997). Sur la deuxième ligne de la figure 1.2, nous retrouvons une image d’un mouvement de masse survenu sur la Rivière-au-Renard en Gaspésie suite à une importante inondation en 2007. Alors que des sédiments ont été apportés par l’action hydraulique,un glissement en plan s’est manifesté suite au retrait de l’eau. Une partie du haut de berge est encore accrochée à la berge par la présence de petites racines qui maintiennent fortement les sédiments ensemble. Le rôle de la végétation dans les mouvements de masse est encore difficilement identifiable et peut être positif ou négatif, i.e. que la végétation peut engendrer ou réduire la susceptibilité d’une paroi à subir un mouvement de masse (Thome, 1990). Les racines renforcent le sol, mais cet effet est moindre lorsque la hauteur de la berge est de loin supérieure à la longueur des racines. Cependant, par la présence d’une grande densité de végétation, la quantité d’humidité contenue dans le sol diminue. De ce fait, la végétation réduit l’ apparition de condition d’ humidité extrême dans la berge tout en permettant de limiter le nombre de mouvements de masse (Robert, 2003). Les mouvements subaériens Les mouvements subaériens 1 sont mentionnés dans plusieurs études (e.g. Thorne et Osman 1988; Dietrich et Gallinatti, 1991) tout comme les facteurs qui les contrôlent. Cependant, il est très difficile de trouver de l’information les décrivant mis à part qu ‘ ils contribuent à l’affaiblissement des berges. Les données ayant trait aux taux d’ érosion des berges par les processus subaériens sont très rares dans la littérature (e.g. Lawler, 1993a; Prosser et al., 2000; Couper et Maddock, 2001), ce qui ne permet pas de comparer leur contribution avec les autres processus. Même si plusieurs auteurs considèrent qu’ ils ne représentent pas un processus érosif (e.g. Thorne et Tovey, 1981 ; Thorne, 1982; Charlton, 2008) et qu’il importe d’ étudier les processus d’érosion dominants, i.e. les mouvements de masse et l’ érosion fluviale (Rinaldi et Darby, 2007; Abernethy et Rutherfurd, 1998; Rinaldi et Casagli, 1999), les mouvements subaériens méritent malgré tout une attention particulière. La reconnaissance des processus subaériens débute avec les études de Wolman (\ 959) lorsqu’ il remarque l’action érosive de la glace et des précipitations sur les berges de la rivière Watts branch dans le Maryland. Ces observations qualitatives sont secondées par Twidale (1964). Leur action « préparatoire » à l’ érosion des berges devient alors connue; certains chercheurs par la suite mentionnent qu’ils ont un rôle considérable à jouer dans les taux de recul des berges (e.g. Hooke, 1979, 1980; Thorne 1982) sans jamais réussir à mesurer leur apport sédimentaire. Lawler (1993a) donne un coup d’envoi pour la quantification d’un des processus subaériens, l’action des aiguilles de glace (pipkrakes). Par la suite, Prosser et al. (2000) indiquent un faible taux de recul dans un canal incisé de Tasmanie (13 mm ± 2 a,l) dû à l’action de la glace et à la dessiccation du sol. Puis, Couper et Maddock (2001) tentent de faire changer le paradigme concernant l’érosion des berges lorsqu’ ils ont mesuré les trois grands types de processus (mouvements de masse, érosion fluviale et mouvements subaériens) leur permettant de comparer les contributions relatives de chacun pour leur période d’étude. En effet, tel que mentionné précédemment, plusieurs auteurs (e.g. Rinaldi et Darby, 2007; Abemethy et Rutherfurd, 1998; Thome et Tavey, 1981) identifient l’érosion fluviale et les mouvements de masse comme étant les principaux processus d’érosion des berges des cours d’ eau.

Les cycles gel-dégel

   Le rôle des glaces n’ a certes pas d’influence dans tous les domaines morphoclimatiques. Cependant, dans un milieu tempéré froid, comme dans le sud du Québec par exemple, le rôle des glaces ne peut être négligé. En ce sens, plusieurs études ont montré que l’ érosion hivernale est beaucoup plus importante que l’érosion estivale (e.g. Wolman, 1959; Leopold, 1973; Hooke, 1979, Prosser et al. , 2000). En effet, les aiguilles de glace contribuent à affaiblir la berge tout en fournissant un apport en sédiments à la rivière. Ainsi, les aiguilles de la glace contribuent à l’érosion de façon plus marquée quela dessiccation en été. Cette tendance montre alors un patron saisonnier en ce qui a trait aux processus subaériens (Couper, 2003). Les aiguilles de glace, considérée par Lawler (1993a) comme étant un quatrième type de processus après les mouvements de masse, l’érosion fluviale et les mouvements subaériens, sont plutôt bien documentées. Il a en effet identifié quatre différents scénarios montrant le déplacement de particules par les aiguilles de glace. Sur la figure 1.4 en a) les aiguilles de glace sortent du sol et entraînent avec elles des particules qui finissent par tomber simplement par l’ action de la gravité. En b) les aiguilles chargées en sédiments fondent en entrainant des sédiments vers le bas de pente. En c), les aiguilles glissent en bloc vers le bas de pente apportant avec elles les sédiments qu’elles comportent. Finalement, en d) les aiguilles de glace tombent, individuellement ou en groupe, dû à la présence de particules plus grossières. Dans cette étude, Lawler (1993a) a déterminé que les aiguilles de glace représentent de 32 % à 43 % du retrait total des berges enregistré sur la rivière IIston au Royaume-Uni.

La notion d’équilibre des berges

  Il est difficile d’aborder l’érosion des berges des cours d’eau sans parler du concept d’équilibre des berges (basal end point control). Ce concept joue un rôle clé dans notre compréhension de la morphologie des cours d’eau et il contribue grandement à détînir le rôle des processus dans le bilan sédimentaire à l’échelle d’une berge. Le concept d’équilibre des berges (e.g. Carson et Kirkby, 1972; Thome et Tovey, 1981; Casagli et al., 1999; Dapporto et al., 2001; Wood et al., 2001) explique la relation existante entre les processus agissant sur la berge à l’air libre et l’érosion fluviale . Cette relation joue un rôle important pour contrôler la forme, la stabilité et les taux de retrait de tous les types de berges (Thome et Tovey, 1981). Le concept est abordé selon l’état de la berge. C’ est-à-dire qu’il est décrit selon l’évolution d’une berge généralement observée en trois états. distincts : 1) l’accumulation basale, 2) l’état d’ équilibre et 3) l’érosion basale (figure 1.6). Les trois états sont discutés dans les paragraphes qui suivent.
1) L’accumulation basale indique une accumulation sédimentaire sur le pied de berge provenant de la berge elle-même. L’accumulation a lieu lorsque la source en sédiments est plus élevée que la capacité de l’écoulement à transporter ces sédiments. Les sédiments peuvent parfois tomber en blocs et leur cohésion est tellement élevée qu’ils constituent une protection naturelle pour la berge (Simon et al. , 1999; Wood et al., 2001). La stabilité de la berge augmente alors tandis que l’apport de sédiments à la rivière diminue peu à peu pour atteindre la deuxième étape (Thome, 1990).
2) L’état d’équilibre existe lorsque les processus qui procurent des sédiments à la rivière et ceux qui les retirent suivent le même rythme. La migration est principalement déterminée par le degré de l’activité hydraulique à la base (Thome, 1990).
3) L’érosion basale est un retrait excessif des sédiments du pied de berge par l’action hydraulique. L’apport en sédiment est trop faible, amenant généralement la création de surplomb, l’augmentation de l’angle de la berge, tout en diminuant la stabilité. La berge affaiblie cède sous le poids des sédiments les donnant à la rivière et tendant alors vers la deuxième étape, l’ équilibre (Thome, 1990). Le concept d’équilibre des berges focalise sur l’érosion fluviale. Les auteurs considèrent l’action hydraulique comme étant l’acteur principal qui contrôle le taux d’érosion des berges des cours d’eau. Cependant, l’érosion fluviale peut être amplifiée par les processus subaériens (e.g. Wolman, 1959). Cette dynamique met en lumière la complexité de l’étude des processus responsables de l’érosion des berges puisqu’ils sont tous en interrelation les uns les autres. Néanmoins, le rôle des processus « préparatoires» subaériens n’est pas intégré officiellement dans le concept d’équilibre des berges puisque ces processus sont considérés comme étant négligeables dans la dynamique d’ érosion des berges. Le présent mémoire s’attarde à ces processus puisque nous considérons les différents facteurs qui motivent ou restreignent chacun des trois types de processus. Ainsi, les mouvements subaériens sont grandement contrôlés par les conditions hydrométéorologiques locales et régionales et s’inscrivent directement comme une étude très intéressante sur la dynamique des rivières en milieu tempéré froid au moment où les changements climatiques sont de plus en plus abordés et considérés dans les différentes études environnementales. De ce fait, les mouvements subaériens pourraient représenter une plus grande source sédimentaire que ce qui est actuellement véhiculé dans la littérature.

Caractéristiques des mouvements subaériens sur la berge

   Les chutes de blocs sont les événements observés le plus fréquemment. À eux seuls, ces mouvements représentent 50 % des 91 mouvements subaériens répertoriés. Ils possèdent une amplitude moyenne dans 40 % des cas et faible dans 60 % des cas. Par la suite, le ruissellement à compétence faible et les avalanches sont les mouvements les plus fréquents avec 17,6 % et 15,4 % respectivement. Le ruissellement à compétence élevé suit avec 11 % des mouvements totaux. Les décrochements et chutes d’arbre sont pour leurs parts peu fréquents, mais possèdent une amplitude forte à moyenne forte dans tous les cas. La très grande majorité des événements (80 %) se produisent en haut ou au centre de la berge, mais ont des répercussions morphologiques au bas de la berge. Parmi ces 80 %, 70 % correspondent à des événements apparus au centre de la berge, soit plus de la moitié des mouvements totaux, alors que seulement 10 % correspondent à des mouvements d’amplitude élevée. Le nombre de mouvements observés de faible et de moyenne amplitude est équivalent à ceux au centre de la berge. Le ruissellement de faible compétence possède une amplitude faible au haut de la berge, atteint une amplitude forte au centre pour ensuite diminuer au bas de la berge en raison de la pente qui s’amenuise. Le ruissellement de compétence élevée, bien moins fréquent, suit le même patron. Les avalanches pour leur part touchent les trois zones, mais sont plus fréquentes en haut et au centre de la berge. Elles atteignent une forte amplitude au centre de la berge seulement. De forts décrochements ont seulement été observés en haut de berge. La pente plus abrupte à cet endroit et la présence de discontinuités thermiques (les arbres et le débord organique) et structurales au sein de manteau neigeux expliquent cette observation. La chute d’arbres s’observe aussi en haut de berge où la pente abrupte et le sol humide par le ruissellement constant diminuent l’emprise des racines dans le sol. La chute d’un arbre en haut de la berge a entrai né la chute d’un autre arbre au centre de la berge. Finalement, la chute de blocs, qui correspond de loin à l’ événement le plus fréquent, s’observe dans les trois zones, mais se produit principalement au centre de la berge (26 événements sur 46).

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Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 LES PROCESSUS CONTRIBUANT À L’ÉROSION DES BERGES EN MILIEU TEMPÉRÉ FROID: CONNAISSANCES ET LACUNES
1.1 INTRODUCTION
1.2 LES PROCESSUS CONTRIBUANT À L’ÉROSION DES BERGES
1.3 L’érosion fluviale
1.2.1 Les mouvements de masse
1.2.2 Les mouvements subaériens
1.2.3 L’INTERACTION DES PROCESSUS
1.3.1 La notion d’équilibre des berges
1.3.2 La distribution spatiale des processus dans le corridor fluvial
1.3.3 La fréquence et l’amplitude des processus d’érosion des berges
1.4 CONCLUSION
CHAPITRE II OBJECTIFS ET MÉTHODES
2.1 INTRODUCTION
2.2 PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIFS DE RECHERCHE
2.3 DESCRIPTION DES SITES D’ÉTUDE
2.3.1 Bassin versant de la rivière Ouelle
2.3.2 Le site Saint-Onésime
2.3.3 Le site Fosse de la courbe
2.4 MÉTHODOLOGIE
2.4.1 Acquisitions des données
2.4.2 Traitements des données
2.4.3 Résultats du site Fosse de la courbe
2.5 CONCLUSION
CHAPITRE III CONTRIBUTION À L’ÉTUDE DE L’ÉROSION DES BERGES: LES MOUVEMENTS SUBAÉRIENS SUR UNE BERGE DE LA RIVIÈRE OUELLE, QUÉBEC, CANADA
3.1 INTRODUCTION
3.2 SITE D’ÉTUDE
3.3 MÉTHODOLOGIE
3.3.1 Séries photographiques de la berge
3.3.2 Les modèles de terrain à haute résolution
3.3.3 Les conditions météorologiques
3.4 RÉSULTATS
3.4.1 Caractéristiques des mouvements subaériens sur la berge
3.4.2 La chronologie des mouvements subaériens
3.4.3 Les changements morphologiques
3.5 DISCUSSION
3.5.1 Contribution saisonnière des mouvements subaériens à l’érosion des berges
3.5.2 Changements environnementaux et processus subaériens
3.6 CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE
RÉFÉRENCE

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