Modélisation numérique de l'impact des grands tremblements de terre sur la dynamique des rivières

Dans les chaines de montagnes, les seismes de magnitudes intermediaires a fortes (Mw>6) declenchent systematiquement un grand nombre de glissements de terrain responsables de l'introduction de volumes massifs de sediments dans le reseau fluviatile. L'evacuation progressive de ces sediments hors de la zone epicentrale affecte la dynamique des rivieres et provoque des aleas hydro-sedimentaires dans les plaines alluviales (avulsion des rivieres, crues.). La quantification des transferts sedimentaires est essentielle pour mieux comprendre l'evolution des paysages a court et moyen terme (de l'heure au siecle) et permettre une gestion efficace des risques dans les zones d'accumulation. Cependant, les flux de sediments grossiers etant difficiles a mesurer, les facteurs controlant l'evacuation des glissements de terrain restent a ce jour mal compris. Cette these a donc porte sur l'etude, via la modelisation, des parametres influencant la mobilisation des glissements de terrain, la preservation de la capacite de transport la transition entre gorge et plaine alluviale et la dynamique court terme des cones alluviaux soumis a de forts apports sedimentaires. Les approches developpees sont appliquees au contexte de la cote Ouest de la Nouvelle Zelande ou la probabilite d'occurrence d'un seisme de magnitude 8 est de 50% dans les 50 ans a venir. Cette problematique a ete abordee analytiquement et via une approche numerique avec le modele 2D d'evolution des paysages et des rivieres, Eros. Avec l'approche analytique, nous demontrons que la conservation de la capacite de transport long terme a la transition entre gorges et plaines alluviales est generalement realisee par le passage a un systeme en tresse. Nous identifions aussi la variabilite des debits comme facteur dominant de la capacite de transport long terme compare a l'effet de la vegetation riparienne. Avec l'approche numerique, nous utilisons Eros qui est compose 1. d'un modele hydrodynamique 2D, 2. d'un modele de transport/depot de sediments et 3. de modeles gerant les flux lateraux d'erosion et de depot. La combinaison de ces elements permet l'emergence de diverses geometries de rivieres alluviales (droites/sinueuses ou en tresses) en fonction des forcages externes qu'elles subissent (debit d'eau, flux sedimentaires). L'application d'Eros a des cas naturels a necessite la validation et la calibration de ses parametres principaux a l'aide: 1. de solutions analytiques et 2. de la reproduction morphodynamique de systemes naturels, tel que l'evolution de la riviere Poerua en Nouvelle Zelande suite au glissement de terrain du Mont Adams. Dans la partie aval du bassin, les simulations numeriques demontrent les capacites du modele 1) a predire efficacement l'evolution de plaines alluviales soumises a plusieurs scenario d'apports sedimentaires massifs et 2) a generer des cartes de risques probabilistes. Dans la partie amont du bassin, les resultats mettent en evidence le role clef de la reduction dynamique de largeur des rivieres par rapport a la largeur de la gorge fluviatile, sur l'acceleration de l'evacuation des sediments issus des glissements de terrain. Une loi unique caracterisant les temps d'export d'une distribution de glissements de terrain peut etre definie en fonction du rapport entre volume de sediment et capacite de transport initiale de la riviere, permettant ainsi d'estimer leur temps de residence moyen a 5-30 ans pour un scenario de seisme de Mw=8 beaucoup plus faibles que ceux estimes precedemment (~100 ans). L'approche numerique developpee dans ce travail suggere que l'etude de la reponse des chaines de montagnes a un forcage sismique fort ne peut etre effectuee efficacement qu'avec un modele 2D capable de prendre en compte les non-linearites entre ecoulements des rivieres, leurs geometries et le transport sedimentaire. Les resultats obtenus permettent une meilleure caracterisation de la dynamique des paysages a l'echelle du cycle sismique et des aleas a court terme.