### 3.5) Synthèse méthodologique de l'approche experte

Au-delà des problématiques et des résultats de recherche appliquée présentés dans chacune des trois études de cas développées, les démarches méthodologiques mises en œuvre montrent un certain nombre de similitudes dont la synthèse est nécessaire (fig. 1.30) :

1- Une prise de contact avec le terrain intervient toujours préalablement à la mise en place de la méthodologie d'étude. Elle permet de confronter les premières observations de terrain aux questions posées par le maître d'ouvrage, de poser clairement la problématique de l'étude et d'affiner la méthodologie qui sera développée, notamment de sélectionner les critères qui seront étudiés. Cette sélection, en étroite relation avec les objectifs de l'étude, permet de limiter le nombre de variables à celles dont la pertinence apparaît être la meilleure vis-à-vis de la question posée. Cette étape est essentielle : mieux ce travail préparatoire est exécuté, meilleure sera l'adéquation entre les questions posées et les réponses apportées. La bonne exécution de ce travail permettra également d'optimiser la collecte de l'information en évitant de passer beaucoup de temps à recueillir des données pas forcément utiles pour la suite de l'étude.

2- La tendance actuelle des études appliquées est de synthétiser l'information collectée sur des fiches de terrain. Celles-ci présentent l'avantage d'homogénéiser la collecte des données, d'éviter que la nature de l'information sélectionnée varie dans l'espace d'une manière subjective. Par ailleurs, plusieurs personnes peuvent opérer simultanément sur des espaces différents, ce qui allège les investigations de terrain, tout en raccourcissant les délais de la collecte des données. La mise en œuvre de fiches de terrain n'est cependant pas systématique : dans le cadre d'une étude en cours sur l'Arc d'Aix-en-Provence pour le compte du Syndicat pour l'Aménagement du Bassin de l'Arc (SABA), les fiches de terrain ont été remplacées par une collecte fondée sur une cartographie multi-critères exécutée simultanément sur plusieurs fonds de carte. Lors d'une étude plus ancienne réalisée sur la basse vallée de l'Ain (Bravard, Franc et al., 1990), la collecte des données n'avait pas non plus nécessité de recourir à des fiches de terrain, l'espentiel des informations étant tiré de l'analyse de plusieurs centaines de photographies obliques de la rivière, prises à très basse altitude à l'occasion d'un survol en ULM ; une documentation d'une telle qualité est cependant rarissime.

3- Les fiches constituent de véritables questionnaires de terrain qui, comme les questionnaires d'enquête des études de géographie sociale, peuvent faire l'objet d'un codage et d'un traitement de données. Les individus (au sens statistique du terme) sur lesquels porte la collecte de

données peuvent, selon les problématiques et les questions posées, prendre différentes formes. Sur l'Aire et la Drize, on a découpé la rivière en tronçons homogènes de longueur variable, chacun faisant l'objet d'une fiche de terrain. Sur le Tacon et le Flumen, il n'y a eu pas d'échantillonnage, mais analyse de toutes les égrevines recensées lors de l'étude de terrain. Sur les bras morts de Miribel-Jonage, les 88 individus sont des transects avec échantillonnage systématique tous les 100 mètres. Sur l'Ain (Bravard, Francet al., op. cit.), la rivière a été découpée en plus de 400 tronçons d'une longueur de 100 mètres ; sur l'Arc d'Aix-en-Provence, le 60 km de cours d'eau étudiés ont été subdivisés en segments de 500 mètres. On voit ainsi, et ceci est important pour la spatialisation des données sous la forme de cartes, que les individus sur lesquels porte l'étude correspondent à deux types d'entités géographiques : des entités ponctuelles (Tacon-Flumen, bras morts de Miribel-Jonage) ; des entités linéaires (Aire-Drize, basse vallée de l'Ain, Arc d'Aix-en-Provence).

4- Les caractères faisant l'objet d'une collecte sur les fiches de terrain appartiennent à toutes les catégories ; ils sont fréquemment qualitatifs nominaux ou ordinaux. De plus en plus, nous essayons de privilégier la collecte de données quantitatives (Tacon-Flumen, bras-morts de Miribel-Jonage), beaucoup plus lourde à réaliser, mais présentant des possibilités de représentation graphique et de traitement statistique plus grands. Un important travail de codage et d'homogénéisation des données est généralement nécessaire à l'issue des investigations de terrain. Il permet la constitution d'une base de données géoréférencée indispensable lorsque l'un des objectifs est la spatialisation des caractères étudiés sous la forme de cartes analytiques. C'est sur cette base de données utilisée, en totalité ou en partie, que portera un éventuel traitement statistique.

5- La production de cartes analytiques constitue la première étape de la représentation spatiale des données de terrain. Ces cartes analytiques peuvent reproduire fidèlement les contours de la zone d'étude, comme cela est le cas sur les bras morts de Miribel-Jonage (voir fig. 1.26). Sur de longues sections de rivières où les individus statistiques sont des entités linéaires difficiles à représenter fidèlement, le recours à des anamorphoses rend possible le traitement graphique rapide de l'information : c'est un tel choix qui a été fait sur la basse vallée de l'Ain (fig. 1.31). La combinaison des variables initiales permet, dans une certaine mesure, de créer une information nouvelle :

a) Dans les bras morts de Miribel-Jonage, les combinaisons des variables qualitatives et/ou quantitatives sont réalisées par grands thèmes (morphométrie, formations superficielles, végétalisation) et permettent de créer des documents graphiques présentant des typologies beaucoup plus riches que les cartes analytiques initiales ; celles-ci constituent des supports extrêmement précieux pour
<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Figure 1.30 - Organigramme des méthodes mises en œuvre dans le cadre des trois études de cas présentées.</figcaption></figure>
l'interprétation physionomique et fonctionnelle des bras morts.

b) Sur le Tacon et le Flumen, la combinaison deux à deux des critères identifiant les modalités de fonctionnement des égrevines permet de produire des cartes originales établissant l'organisation spatiale des processus géomorphologiques et de la recharge sédimentaire ; de tels documents facilitent très fortement l'interprétation des données de terrain.

c) Sur l'Aire et la Drize, les éléments collectés sur les fiches de terrain ont été synthétisés pour produire une carte de sectorisation morphodynamique fondée sur l'intensité et l'urgence des interventions d'aménagement et de gestion à prévoir. Le recours aux fiches de terrain permet au gestionnaire d'avoir le descriptif à la fois des modalités de fonctionnement de la section de cours d'eau examinée et un descriptif sommaire des principales interventions de gestion qui sont nécessaires.

6- La base de données géoréférencée peut aussi faire l'objet d'un traitement statistique approfondi de manière à dresser une typologie physionomique et fonctionnelle fondée sur tout ou partie des données recueillies sur le terrain :

a) Sur les bras morts de Miribel-Jonage, un traitement multivarié de type analyse en composantes principales normées (ACPN) est exécuté sur les données quantitatives. Il débouche sur le découpage des bras morts en sept types physionomiques, l'interprétation des variations spatiales de la morphométrie, de la texture des ségments et de la végétation étant riche d'enseignements pour l'analyse des processus et de la dynamique du système (voir fig. 1.29). Un tel document présente un grand intérêt quand on aborde l'étape ultime de toute étude d'aménagement, c'est-à-dire la mise en place d'un programme de gestion et de réhabilitation du milieu. Les récents travaux fait par Piégay (1995) sur la moyenne Ubaye indiquent que l'ACP peut également être un précieux outil de sectorisation de la mosaïque paysagère le

long des corridors fluviaux, en facilitant la localisation des zones où la diversité est maximale. L'aide à la décision en matière de gestion et de conservation des milieux remarquables en est ainsi facilitée.

b) Dans la basse vallée de l'Ain, la base de données, exclusivement composée de caractères qualitatifs nominaux et ordinaux (tab. 1.8), a fait l'objet d'un traitement multivarié du type analyse factorielle des correspondances multiples (ACM). Sur cette rivière où l'objectif était de délimiter l'espace de liberté du chenal, un tel traitement présentait l'intérêt de calculer un indice statistique d'instabilité latérale du cours d'eau et d'en faire une spatialisation cartographique ; il permettait aussi de déterminer quelles étaient, parmi les 10 variables utilisées, celles qui étaient le plus discriminantes vis-à-vis de l'instabilité latérale du chenal (Bravard, Franc et al., 1990; Piégay, Barge et al., 1996) (fig. 1.31). Une telle analyse a largement conforté le diagnostic établi sur les potentialités de divagation de la basse vallée de l'Ain et a pu ainsi être directement utilisé à des fins de gestion. C'est également ce type de traitement qu'a utilisé un des étudiants dont nous avons dirigé les travaux (Morin, 1996), à l'occasion de la mise au point d'une méthode de diagnostic géomorphologique des petits cours d'eau, testée sur 3 bassins de l'avant-pays dauphinois.

7- Les méthodologies d'expertises développées et expérimentées au cours des dernières années peuvent déboucher directement sur des propositions de travaux. Sur l'Aire et la Drize inférieure, le diagnostic géomorphologique général a été complété par une cartographie à grande échelle (1:2.500) qui localise les principales zones instables et montre le lien étroit qui les lie au développement de grands arbres dans le chenal. Le document dressé sur le terrain est suffisamment précis et détaillé pour servir d'avant-projet sommaire et permettre au gestionnaire d'intervenir directement sur terrain, dans le cadre d'opérations de régulation de la végétation arborée (voir fig. 1.18, tronçon Drize n° 5). Son objectif est de faire diminuer les contraintes qu'exercent sur le chenal

<caption>Tableau 1.8 - Les variables géomorphologiques étudiées sur la basse vallée de l'Ain et leurs modalités</caption>

(Source: Piégay, Barge et al., 1996).

<table><thead><tr><td>Variable</td><td>Modalités</td></tr></thead><tbody><tr><td>Iles boisées</td><td>présence ; absence</td></tr><tr><td>Faciès du chenal</td><td>plat ; mouille ; surcreusé ; radier</td></tr><tr><td>Nature du fond</td><td>galet ; substratum</td></tr><tr><td>Pente du chenal (m.km<sup>-1</sup>)</td><td>&lt;0,9 ; [0,9-1,1[ ; [1,1-1,4[ ; &ge;1,4</td></tr><tr><td>Largeur de la bande active (m)</td><td>(25-55) ; (60-75) ; (80-100) ; (105-125) ; (130-155) ; (160-195)</td></tr><tr><td>Nombre de blocs</td><td>aucun ; (1 à 10) ; (11 à 80)</td></tr><tr><td>Nombre de troncs</td><td>aucun ; (1 à 5) ; (6 à 35)</td></tr><tr><td>Hauteur des berges (RD/RG) (m)</td><td>(&gt;2/&gt;2) ; (1-2/1-2) ; (&lt;1/&lt;1) ; (&lt;1/&gt;2) ; (1-2/&gt;2) ; (&lt;1/1-2)</td></tr><tr><td>Nature des berges (RD/RG)</td><td>(G/G) ; (SL sur G/SL sur G) ; (G/SL sur G) ; (substratum sur 1 ou 2 rives) ; (1 rive endiguée) ; (2 rives endiguées)</td></tr><tr><td>Types d'associations de berge</td><td>8 modalités fondées sur les formes de berges</td></tr></tbody></table>

Nota: G : galet ; SL : sable limoneux
<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Figure 1.31 - Sectorisation de l'instabilité latérale le long de la basse vallée de l'Ain</figcaption></figure>

(Source : Bravard, Franc *et al.*, 1990, modifié).

(berges et fond) les diminutions de section d'écoulement causées par la présence des arbres. Sur le Tacon et le Flumen, les égrevines recensées comme étant susceptibles d'être réhabilitées ont toutes fait l'objet de propositions d'aménagement très précises que l'on peut qualifier d'ingénierie géomorphologique (voir P3, § 7.3.2 et fig. 3.44).

En conclusion, les trois études de cas présentées ci-dessus constituent une partie du savoir-faire que nous avons développé ces dernières années pour réaliser un diagnostic morphodynamique de terrain, sur des tronçons de rivière de plusieurs kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres de longueur. Elles témoignent d'un souci de

plus d'objectivité et de rigueur dans la manière d'aborder le terrain, en fondant le diagnostic sur l'échantillonnage et l'analyse spatiale de variables clés de fonctionnement. Dans tous les cas de figure, les données, mélangeant des variables qualitatives et quantitatives, sont recueillies sur des fiches de site lors "d'enquêtes de terrain". Leur homogénéisation et codage ultérieur permet éventuellement par la suite des traitements statistiques élémentaires ou plus sophistiqués (analyse multivariée), ainsi que la spatialisation cartographique des données. Ces types de traitement, qu'ils soient cartographiques ou statistiques, constituent une aide à l'analyse spatiale et au diagnostic morphodynamique. Toute la difficulté est le plus souvent de trouver le juste équilibre entre le temps du recueil de
la donnée et la finesse que l'on veut donner à l'étude. Les niveaux de quantification qui sont développés dépendent très fortement de la demande du maître-d'œuvre, de la problématique de l'étude et de la dimension de l'espace à étudier. Pour des études appliquées à destination des gestionnaires, on doit, le plus souvent, se contenter d'une quantification minimale, de manière à limiter les coûts d'acquisition et d'exploitation des données (Aire-Drize, Tacon-Flumen) ; l'expertise de terrain doit alors être étayée par l'observation d'un nombre limité de variables clés de fonctionnement. Lorsque de telles contraintes n'existent pas, les principes du diagnostic sont les mêmes, mais la quantification peut être beaucoup plus poussée. Il s'agit alors de dépasser le cadre de l'expertise, pour élaborer des diagnostics et des typologies fonctionnelles fondées sur les résultats de traitement de données statistiquement significatifs. L'étude des bras morts de Miribel-Jonage constitue un exemple de ce mode opératoire que nous avons poussé à l'extrême, pour des raisons méthodologiques et pédagogiques. Dans ce cas, le recueil des données sur le terrain est beaucoup plus lourd ; il ne saurait être justifié par la seule amélioration de la finesse des résultats, mais a pour finalité une démonstration scientifiquement fondée.

## Conclusion

La première partie de ce diplôme d'habilitation à diriger les recherches avait pour objectif de présenter des méthodes et techniques mises en œuvre pour recueillir de l'information géomorphologique quantitative. Parmi le panel de méthodes que j'utilise, j'ai délibérément choisi de me placer à l'échelle spatiale du tronçon de cours d'eau (voir introduction générale, figure 1.2) et de concentrer ma présentation sur les changements méthodologiques que nécessitent des investigations menées sur trois pas de temps complémentaires (échelle multisituale, échelle séculaire, diagnostic géomorphologique contemporain). Les méthodes et techniques développées sont complémentaires les unes des autres et adaptées à différents types de données, sources documentaires. Chaque pas de temps fait l'objet d'un chapitre, l'emboîtement d'échelle allant du temps long vers le temps court.

1) Les études de cas traitant des paléoenvironnements fluviaux ont permis de montrer l'intérêt de l'analyse des formations sédimentaires repérées en plan ou en coupe, pour la reconstitution des processus fluviatiles. Les techniques utilisées s'appuient d'une part, sur la spatialisation des données tirées des sondages à l'aide de logiciels de représentation cartographique, d'autre-part sur l'apport des techniques géostatistiques dans le cas particulier de l'étude des structures sédimentaires de formations alluviales que l'on ne peut pas observer en coupe. Les exemples sélectionnés sont issus d'études menées en collaboration avec les archéologues lyonnais

et grenoblois, dans le cadre de l'extension de la ligne du TGV en direction de Marseille et sur le site de Grenoble.

2) A l'échelle de temps séculaire, les sources documentaires sont radicalement différentes puisque le géomorphologue peut s'appuyer sur des documents techniques (en particulier des profils en long et en travers) et une riche iconographie (notamment des plans et cartes anciennes à grande échelle depuis la fin du XVIIIe siècle). Leur intérêt respectif et les difficultés de leur utilisation ont été discutées. Puis j'ai mis l'accent sur les possibilités de quantification du style fluvial, fondées sur l'utilisation d'indices morphométriques (sinuosité, multiplicité des bras, largeur du chenal...), en montrant notamment les difficultés de leur mise en œuvre et la prudence qu'elle requiert. Dans le cadre de l'analyse des documents anciens (cartes) ou plus récents (photographies aériennes), les Systèmes d'Information Géographique sont un outil qui est de plus en plus fréquemment utilisé par les géomorphologues fluviaux, aussi bien pour des études synchroniques que diachroniques. Ils permettent d'homogénéiser les échelles de documents divers, de géoréférencer des documents établis dans des systèmes de coordonnées différents par leurs capacités de redressement des images, de traiter, de créer et de quantifier de l'information géographique : l'exemple des effets d'une série de crue sur la morphométrie du chenal du Drac entre 1948 et 1956 a permis d'illustrer leur intérêt pour les études de géomorphologie fluviale.

3) Le diagnostic du fonctionnement contemporain des cours d'eau nécessite également le développement de méthodes et d'outils adaptés, que ce soit pour les recherches appliquées (contrats d'étude en vue de définir des modalités de gestion des cours d'eau) ou pour l'acquisition de connaissances fondamentales sur le fonctionnement des rivières. Dans l'un et l'autre des cas, la demande s'oriente de plus en plus vers l'acquisition, la mise en forme et le traitement géostatistique de variables descriptrices du fonctionnement. Le troisième chapitre fait le point sur les techniques développées pour répondre à ces besoins. Sur la base de trois études de cas présentant un degré de sophistication croissant dans l'acquisition et le traitement des données, il tente de dégager un certain nombre de caractéristiques méthodologiques communes, qui constituent le fondement du diagnostic géomorphologique.

Mais la recherche en géomorphologie nécessite également que le chercheur soit capable d'organiser et de structure une recherche, et de travailler à une échelle spatio-temporelle encore plus réduite, celle des processus et des mécanismes. La seconde partie de ce DHDR se focalise sur la problématique qui retient toute mon attention depuis 3 ans, la végétalisation du chenal de l'Isère dans la vallée du Grésivaudan. Ces recherches se déroulent dans un contexte international et interdisciplinaire ; elles
résultent de la collaboration avec des équipes de phytoé-
cologues et de géomorphologues. Le fil conducteur de
cette seconde partie est double. Il s'agit d'une part, de
montrer comment j'ai organisé mes recherches et celles
des étudiants dont je dirige les travaux, et d'autre part, de
présenter les premiers résultats de ces travaux, en mettant
l'accent sur les liens parfois complexes entre les mul-
tiples problématiques et techniques développées.
<figure><img src="image_61.png" /></figure>
# PARTIE II

## LA PROBLÉMATIQUE DU DÉVELOPPEMENT VÉGÉTAL SUR L'ISÈRE DANS LA VALLÉE DU GRÉSIVAUDAN : STRATÉGIE DE RECHERCHE ET PREMIERS RÉSULTATS
<figure><img src="image_62.png" /></figure>
## Introduction

La première partie de ce DHDR était centrée sur la présentation de techniques et d'outils développés pour établir des diagnostics morphodynamiques à différentes échelles de temps. La seconde partie de ce mémoire a pour *premier objectif* de montrer au lecteur *comment nous bâtissons nos problématiques et organisons nos recherches en géomorphologie fluviale*, en faisant participer aux travaux les étudiants de second et troisième cycle (chap. 1). Pour illustrer notre manière de faire, nous avons choisi de développer un exemple d'étude, sur lequel nos étudiants et nous-mêmes avons beaucoup investi au cours des trois dernières années : il s'agit de la problématique de la végétalisation du chenal de l'Isère en amont de Grenoble et des facteurs abiotiques qui la contrôlent. Plusieurs études récentes de géomorphologie fluviale ont révélé que le développement végétal est l'une des constantes de l'évolution contemporaine des lits fluviaux à fond mobile (Peiry & Nouguier, 1994 ; Peiry & Vivian, 1994 ; Piégay, 1995 ; Morin, 1996 ; Pautou, Peiry et al., 1997). Les processus contrôlant l'expansion des ligneux dans les lits fluviaux sont enco-re insuffisamment connus, alors que la gestion de la végétation constituera sans nul doute l'un des enjeux majeurs de la décennie à venir. L'objectif de recherches fondamentales développées sur ce thème est donc de mieux comprendre quels sont les processus de contrôle en jeu, afin d'améliorer les procédures de gestion. La démarche adoptée pour étudier la végétalisation du chenal de l'Isère a consisté à travailler simultanément sur plusieurs échelles spatio-temporelles emboîtées, de l'analyse de la dynamique d'un tronçon de rivière au cours des 200 dernières années, à l'étude des processus, sur un site de quelques centaines de mètres carrés dûment instrumenté. Cette complémentarité des échelles d'investigation est fondamentale à bien des égards. Par exemple, la sélection d'un site sur lequel implanter une station d'étude des processus contemporains nécessite que l'on soit capable d'identifier sa représentativité par rapport au tronçon de cours d'eau étudié. Elle passe donc par une bonne connaissance préalable de la dynamique fluviale et des changements qui ont pu l'affecter. *A posteriori*, l'interprétation des résultats de mesures locales requiert que l'on puisse les replacer dans le contexte d'évolution de l'ensemble de la zone étudiée.

Une masse considérable de données de terrain a été acquise depuis 1994. Le *second objectif* de cette partie est la présentation d'un certain nombre de résultats de recherche non publiés, liés à la problématique du développement végétal dans le chenal de l'Isère. L'accent est mis sur des études apparemment déconnectées les unes des autres, mais dont les résultats participent à la compréhension des processus de végétalisation et d'identification des contrôles abiotiques. Dans les chapitres 2 et 3, nous avons choisi de privilégier la présentation des résultats

des mesures de terrain et l'analyse des processus, à l'échelle du site ou de la station. En effet, les techniques et les méthodes de mesure utilisées, la chaîne de traitement et la modélisation des données constituent une démarche de recherche relativement originale en géographie, dont nous devions rendre compte. Deux thèmes de recherche seront successivement développés : a) celui des flux de matière dissoute et de matière en suspension mesurés à la station de Grenoble-Campus, qui sont, selon les situations, des facteurs qui limitent ou favorisent la régénération végétale (chap. 2) ; b) celui de la réduction de la fréquence d'inondation d'une île végétalisée de l'Isère et de son exhaussement par les dépôts fins, en relation avec le ralentissement du courant par la végétation et l'occurrence des flux fortement chargés en matière en suspension (chap. 3).
<figure><img src="image_63.png" /></figure>
# CHAPITRE 1

## PROBLÉMATIQUE ET STRATÉGIE DES RECHERCHES ENGAGÉES SUR L'ISÈRE

1.1) La problématique du développement végétal dans le chenal de l'Isère en amont de Grenoble

1.2) Les stratégies de recherche développées sur l'Isère

### Résumé du chapitre 1

L'objectif de ce premier chapitre est de présenter la problématique et les stratégies de recherche engagées sur l'Isère depuis 1994. Le constat initial est que, depuis une quinzaine d'années, les bancs de graviers de l'Isère se sont stabilisées et se sont très rapidement couverts de végétation ; celle-ci se densifie et évolue progressivement vers des formations matures composées de grands arbres. Leur présence dans le chenal n'est pas sans conséquence hydraulique : localement, la végétation rehausse les niveaux de crue ; en cas d'épisode exceptionnel, le déchaussement des arbres et leur exportation vers l'aval accroît le risque de formation d'embâcles, notamment dans la traversée de la ville de Grenoble. En l'état actuel de nos connaissances, il semble que la raréfaction des transports solides en relation avec une diminution des disponibilités de la charge grossière soit une des causes majeures de la végétalisation.

Une étude interdisciplinaire associant la géomorphologie, l'hydrologie et la phytoécologie est en cours. Elle est fondée sur des investigations de terrain menées aux échelles de la vallée, du banc végétalisé et de la parcelletémoin, complétées d'études de laboratoire. La stratégie de recherche en géomorphologie et en hydrologie est de travailler en même temps à différentes échelles spatio-temporelles. A l'échelle de la vallée, le but est de recueillir des informations sur l'évolution progressive de l'hydrosystème fluvial sous l'effet des activités de l'homme, afin de comprendre quel fut l'enchaînement des processus ayant conduit à la végétalisation actuelle. A l'échelle du site et de la station d'étude, il s'agit de recueillir des données quantitatives sur les processus qui contrôlent le développement végétal. Les variables suivies permettent d'une part, d'étudier la dynamique des flux transitant dans le système (débits, concentration en matière en suspension ou en matière dissoute), et d'autre-part, de dresseur l'état du site étudié et de suivre son évolution dans le temps (topographie, texture des dépôts, exhaussement, inondabilité...).
<figure><img src="image_64.png" /></figure>
# 1.1) La problématique du développement végétal dans le chenal de l'Isère en amont de Grenoble

## 1.1.1) Le cadre institutionnel de la recherche

Les études engagées sur l'Isère depuis 1990 nous ont conduit à développer des recherches interdisciplinaires sur la végétalisation du lit fluvial à l'intérieur du système d'endiguement édifié au XIXe siècle (Rousset, 1993) (fig. 2.1). Depuis 1993, ces recherches sont développées dans le cadre de deux programmes européens, en collaboration avec le Département de Géographie de l'Université de Cambridge (Prof. K.S. Richards) et le Laboratoire de Biologie Alpine de l'Université Joseph Fourier (Prof. G. Pautou). Intitulé "Abiotic controls of the germination establishment and species distribution of woody riparian vegetation" (1993-95) (Research Grant EV5V-CT93-0261, DG XII FZPA), l'objectif du premier programme était d'analyser les modalités de la

régénération des ligneux au bord des cours d'eau, compte-tenu de la variabilité inter-annuelle des flux, de la grande hétérogénéité de l'espace alluvial et des effets cumulés des actions anthropiques. Afin de mieux cerner la diversité des conditions de régénération, l'étude a été conduite sur trois cours d'eau alpins aux conditions écologiques et au degré d'anthropisation très différents (tab. 2.1) : l'Isère dans la vallée du Grésivaudan, le Drac dans la plaine de Grenoble et la Drôme inférieure, dans la réserve naturelle des Ramières du Val de Drôme.

Depuis l'automne 1996, la recherche sur la végétalisation des lits fluviaux est entrée dans une deuxième phase avec l'obtention d'un second contrat européen intitulé "Floodplain biodiversity and restoration ; hydrological and geomorphological mechanisms influencing floodplain diversity and their application to the restoration of european floodplains" (1996-1999) (Research Grant ENV4-CT96-0317, DG XII FZPA). Le groupe de recherche initial a été élargi à une équipe d'écologues suédois (Dr. C. Nielsson, Umea) et une équipe d'éco-

<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>Figure 2.1 - L'Isère en amont de Grenoble ; localisation des sites de mesure dans la vallée du Grésivaudan</figcaption></figure>
<table><caption>Tableau 2.1 - Quelques caractéristiques des rivières sur lesquelles les processus de régénération végétale ont été étudiés.</caption><thead><tr><td>Rivière</td><td>Caractéristiques bioclimatiques</td><td>Débit moyen</td><td>Nature du substrat</td><td>Pente</td><td>Style fluvial</td><td>Aménagements</td></tr></thead><tbody><tr><td>Isère</td><td>Alpin</td><td>200</td><td>Graviers et fines</td><td>0.0011</td><td>Tressage et méandrage<br>Endiguement (XIXe S.)</td><td>Endiguement,<br>extractions,<br>hydroélectricité</td></tr><tr><td>Drac</td><td>Alpin</td><td>100</td><td>Galets, graviers</td><td>0.0035</td><td>Tressage<br>Endiguement (XVIIIe S.)</td><td>Endiguement,<br>extractions,<br>hydroélectricité</td></tr><tr><td>Drôme</td><td>Subméditerranéen</td><td>50</td><td>Galets, graviers</td><td>0.0026</td><td>Tressage actif</td><td>Extractions,<br>pompages</td></tr></tbody></table>

logues toulousains (H. Descamps, D.R. CNRS). Par ailleurs, les espaces étudiés ont partiellement changé et leur nombre a été accru, chaque équipe disposant aujourd'hui d'un site d'étude dans son aire géographique. L'objectif est de réaliser une étude comparative des modalités de régénération végétale, en prenant en compte des rivières localisées sur un axe nord-sud recoupant une grande partie de l'Europe occidentale (tab. 2.2). De manière à gagner en efficacité, l'équipe grenobloise a décidé de concentrer ses efforts sur l'Isère, cours d'eau sur lequel l'investissement en temps et moyens de recherches avait été le plus fort lors du premier programme.

### 1.1.2) Le constat initial d'un chenal en voie de végétalisation

L'étude développée sur l'Isère part d'un constat initial : depuis 1975 environ, on assiste à une végétalisation progressive des espaces terrestres intra-digues. Le changement est marqué : en 1993, la surface végétalisée entre le pont de la Gâche et Grenoble distants d'environ 50 km avoisinait 110 ha (EPTEAU S.A., 1996). Sur un chenal large de 112 m à l'issue de l'endiguement général du XIXe siècle, cela représente une réduction moyenne d'environ 20 % de la largeur du chenal entre digues. L'augmentation

### * R. Öre (Nord de la Suède)

Climat subarctique

Hydrologie : Qmoy = 35 m³.s⁻¹ (Qmin = 2 m³.s⁻¹ ; Qmax=550 m³.s⁻¹) ;

Sédimentologie : sable et limons

Végétation : forêt de saules et d'aulnes ;

Aménagement : libre d'aménagement.

### * R. Great-Ouse (Angleterre)

Climat atlantique maritime

Hydrologie : Qmoy = 20 m³.s⁻¹ (Qmin = 5 m³.s⁻¹ ; Qmax=150 m³.s⁻¹) ;

Sédimentologie : limons et argiles

Végétation : prairie et forêt de saules ;

Aménagement : rivière chenalisée.

### * R. Isère (France)

Climat alpin humide

Hydrologie : Qmoy = 200 m³.s⁻¹ (Qmin = 50 m³.s⁻¹ ; Qmax=1500 m³.s⁻¹) ;

Sédimentologie : gravier à sable et limon

Végétation : saule, aulne et forêt de bois durs ;

Aménagement : rivière chenalisée ; débits influencés par des aménagements hydroélectriques ; extractions de gravier.

### * R. Garonne (France)

Climat atlantique pyrénéen

Hydrologie : Qmoy = 200 m³.s⁻¹ (Qmin = 20 m³.s⁻¹ ; Qmax=400 m³.s⁻¹) ;

Sédimentologie : gravier et galet

Végétation : forêt de saules et de peupliers ;

Aménagement : rivière chenalisée ; débits régulés (hydroélectricité, irrigation)

<caption>Tableau 2.2 - Principales caractéristiques des rivières faisant l'objet d'un étude dans le cadre du second contrat européen.</caption>
<figure><img src="image_66.png" /><figcaption>**Figure 2.2** - Evolution amont-aval de la végétalisation de l'Isère entre le pont de la Gâche (entrée du département de l'Isère) et Grenoble ; les courbes représentent le cumul amont-aval des surfaces intra-digues couvertes de végétation (Source : EPTEAU S.A., 1996).</figcaption></figure>

amont-aval des surfaces terrestres à l'intérieur du système d'endiguement permet de localiser les principaux secteurs où la végétation s'est implantée (fig. 2.2) :

a) Les îles à formations arborescentes sont celles qui se sont le plus fortement développées (97 ha) : la progression de la surface boisée est relativement constante (env. 2 ha.km⁻¹), à l'exception d'une section d'environ 4 km entre les ponts de Tencin et de Brignoud (env. 5 ha.km⁻¹) et d'une très courte zone en amont du Pont de Domène.

b) Les îles à formations herbacées dominantes occupent une douzaine d'hectares. Elles sont préférentiellement localisées entre les ponts de Goncelin et de Tencin (env. 1 ha.km⁻¹), zone où de forts remaniements des fonds sont observés depuis une dizaine d'années : après la phase d'incision généralisée des années 1970 liée aux extractions de gravier (Peiry ; Salvador *et al.*, 1994), la tendance, depuis 1980, est au basculement du profil en long, suite à la mise en service de la dérivation Arc-Isère (restitution du Cheylas) (fig. 2.3, tab. 2.3 et fig. 3.19). On enregistre également une progression des surfaces occupées par des communautés pionnières en aval du pont de Brignoud (+4 ha).

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>**Figure 2.3** - Basculement du profil en long de l'Isère depuis la mise en service de la dérivation Arc-Isère (1980) montré par le suivi de profils en travers ; le point de rotation du profil se trouve approximativement au pont de Brignoud</figcaption></figure>

(Source : EPTEAU S.A., 1996).
<caption>Tableau 2.3 - Basculement du profil en long de l'Isère au cours des décennies quatre-vingt et quatre-vingt dix</caption>

(Source : A.D. Isère-Drac-Romanche, 1993, modifié).

<table><thead><tr><th>Tronçon</th><th>Avant 1984</th><th>1984-90</th></tr></thead><tbody><tr><td>Pont de la Gâche-Pont de Tencin<br>Km 2,7 à 17,1</td><td>Abaissement moyen de 0,70 m<br>entre 1977 et 1984</td><td>Incision :<br>* Tendance à l'abaissement en amont du pont<br>de la Gâche (-0,20 m)<br>* Exhaussement en amont du pont de la<br>Buissière (effet du seuil)<br>* Incision du lit en aval du pont de la Buissière :<br>-0,25 à -0,40 en amont du Cheylas<br>-0,50 m au Cheylas<br>- 0,35 m au pont de Tencin</td></tr><tr><td>Pont de Tencin-Pont de Brignoud<br>Km 17,1 à 24,3</td><td>Fonds stables de 1972 à 1984</td><td>Abaissement du lit décroissant de l'amont<br>(-0,30 m) à l'aval (-0,10 m)</td></tr><tr><td>Pont de Brignoud-Pont de<br>la Bâtie<br>Km 24,3 à 30,0</td><td>*Abaissement avant 1973<br>*Tendance à l'exhaussement<br>depuis 1973</td><td>Poursuite de l'exhaussement<br>(+0,20 à +0,30 m)</td></tr><tr><td>Pont de la Bâtie-Pont de<br>la Rocade Sud (aval boucle de<br>la Taillat)<br>Km 30,0 à 41,8</td><td>*Forte incision due aux extractions<br>(environ -4 m en 1973)<br>* Exhaussement de 1973 à 1984<br>(+0,4 m à Domène)</td><td>Poursuite de l'exhaussement<br>(+0,20 à 0,30 m vers la coupure du<br>Bois Français)</td></tr><tr><td>Pont de la Rocade Sud-Île<br>d'Amour<br>Km 41,8 à 43,4</td><td>* Incision de -0,80 à -0,90 m<br>entre 1964 et 1968<br>* Stabilisation des fonds<br>entre 1968 et 1984</td><td>Tendance à l'exhaussement<br>(+0,10 à +0,20 m)</td></tr><tr><td>Île d'Amour-Pont de la Citadelle<br>Km 43,3-49,1</td><td>Stabilité des fonds</td><td>Tendance à l'exhaussement<br>(+0,10 à +0,20 m)</td></tr><tr><td>Pont Marius Gontard<br>Km 49,5</td><td>Abaissement de -0,60 m<br>entre 1968 et 1983</td><td>poursuite de l'abaissement<br>(-0,30 m)</td></tr></tbody></table>

(Kilomètre 0 à l'entrée du Département de l'Isère)

c) Sur environ 50 kilomètres de cours d'eau, la surface des bancs vifs ne dépasse pas 8 hectares. Cette surface est très certainement sous-représentée, le travail de quantification ayant été fait à partir de la mission IGN du 27/07/1993. Or, le débit de ce jour était de 211 m³.s⁻¹, soit un peu plus élevé que le module de l'Isère à Grenoble (200 m³.s⁻¹).

Une autre imprécision provient de la difficulté de distinguer les boisements anciens des fourrés de bois tendre sur les photographies : cela a conduit à quantifier sous une même dénomination des boisements représentant plusieurs phases de colonisation végétale. La thèse en cours de F. Vautier devrait permettre de lever ces incertitudes et d'avoir une vision dynamique de la progression végétale par l'exploitation des photographies aériennes anciennes.

### 1.1.3) Les étapes et les mécanismes de la végétalisation

Les étapes de la végétalisation du chenal de l'Isère sont encore aujourd'hui incertaines. Avant 1970, les formes terrestres (ou temporairement exondées) situées à l'intérieur du chenal endigué étaient majoritairement constituées d'une alternance de bancs latéraux vifs dépourvus de végétation ou colonisés par des herbacées ; une végétation arborée se développait uniquement sur le flanc

interne des digues longitudinales. Se fondant sur une étude diachronique des photographies aériennes, Didier (1992) notait une nette diminution du nombre de bancs vifs entre 1948 et 1981, tandis que la migration des formes fluviales, apparente jusque dans les années 1970, semblait stoppée après 1980. La stabilisation et la dispersion d'une grande partie des formes de dépôt coïncident sans conteste avec le spectaculaire déstockage de la charge alluviale dû aux extractions de gravier, entre 1950 et 1980 (voir P3, § 3.3.4).

Après 1970, la végétation a gagné en surface. Les études préliminaires de terrain ont permis d'établir que le phénomène de végétalisation du lit est complexe. Une étude approfondie étant en cours, on a provisoirement distingué deux grandes étapes de colonisation végétale (tab. 2.4 et 2.5) :

a) Une réduction significative de la largeur du chenal a accompagné l'enfoncement du lit lié aux extractions de gravier des années 1970, les écoulements se concentrant dans un lit plus étroit que la largeur donnée aux digues dans la seconde moitié du XIXe siècle. La contraction des écoulements est à l'origine de la mise en place d'un niveau d'inondation secondaire, interne au système d'enliguement. Il s'agit d'une bande terrestre de largeur variable (quelques mètres à quelques dizaines de mètres), les zones les plus développées correspondant à
<caption>Tableau 2.4 - Les unités terrestres internes au système d'endiguement datant de la phase d'incision des années 1970</caption>

(d'après les données figurant dans Didier, 1994a ; Didier, 1994b ; Pautou & Girel, 1994 ; Pautou, Girel et al., 1996).

<table><caption>Tableau 2.5 - Les unités terrestres des îles récentes colonisées par la végétation pionnière et en cours d'exhaussement rapide</caption><thead><tr><th>Localisation</th><th>Altitude approximative de la forme (/ niveau moyen de l'eau)</th><th>Nature de la couverture végétale</th><th>Âge approximatif de la végétation</th></tr></thead><tbody><tr><td>Flanc et sommet de la digue</td><td>3 mètres et plus</td><td><u>Forêt de transition</u><br>riche en essences collinéennes<br>(Acer campestris, Acer pseudoplatanus, Tilia parvifolia, Robinia pseudacacia, Fraxinus excelsior)</td><td>50 ans et plus</td></tr><tr><td>Base de la digue et partie supérieure des anciens bancs</td><td>2-3 mètres</td><td><u>Forêt de bois dur</u><br>(Fraxinus excelsior, Quercus robur, Ulmus minor)</td><td>30 ans</td></tr><tr><td>Bordure latérale des anciens bancs</td><td></td><td><u>Forêt de bois mixtes</u><br>(Alnus incana dominant, infiltré par Acer pseudoplatanus et Fraxinus excelsior)</td><td>20-25 ans</td></tr></tbody></table>

(d'après les données figurant dans Didier, 1994a ; Didier, 1994b ; Pautou & Girel, 1994 ; Pautou, Girel et al., 1996).

<table><thead><tr><th>Localisation</th><th>Altitude approximative de la forme (/ niveau moyen de l'eau)</th><th>Nature de la couverture végétale</th><th>Âge approximatif de la végétation</th></tr></thead><tbody><tr><td>Banc récent végétalisé</td><td>0,2 à 1 mètre</td><td><u>Fourrés de bois tendre</u><br>et dense couverture d'herbacées<br>Saussie à Salix alba dominante ;<br>communauté pionnière d'herbacées à<br>Phalaris arundinacea et<br>Calamagrostis littorea</td><td>moins de 15 ans</td></tr><tr><td>Banc vif mobile</td><td>Immersion pour des débits inférieurs à 200 m³.s⁻¹ ;<br>lente migration de la forme vers l'aval</td><td><u>Banc nu</u><br>présence ponctuelle de quelques touffes d'Agrostis stolonifera</td><td>-</td></tr></tbody></table>

d'anciens bancs latéraux déconnectés du chenal lors de la phase d'incision. Ces espaces dominent le chenal de 2 à 4 mètres, à la fois parce que le lit s'est approfondi, mais aussi parce qu'ils se sont exhaussés par dépôts de limons de débordement.

Ces nouveaux espaces terrestres sont actuellement occupés par deux types de formations arborées : a) les zones les plus proches du cours d'eau et dominant le chenal d'environ 1,50-2,00 mètres sont couvertes d'une forêt de bois tendre où dominent l'aulne blanc (Alnus incana) et le saule blanc (Salix alba) ; b) les zones topographiquement les plus élevées (+3 m, parfois +4 m) sont couvertes d'une frênaie à Quercus robur. En raison de la rapidité de l'incision et de l'abaissement de la nappe phréatique qui en est résulté, les stades de végétation se sont suivis de manière accélérée sur ces espaces gagnés par la rivière. Aux communautés pionnières essentiellement composées de fourrés de saules (Salix alba, S. Triandra) ont rapidement succédé des formations arborées dominées par le saule blanc (Salix alba) et l'aulne blanc (Alnus incana). L'approfondissement rapide du

chenal et la réduction des fréquences de submersion des espaces terrestres ont artificiellement accéléré le passage des bois tendres à la forêt de bois dur, dont les principales espèces représentées sont le frêne (Fraxinus excelsior) et le chêne rouvre (Quercus robur). Sur le flanc interne et le sommet des digues, on note la présence de communautés qui assurent la transition avec les peuplements de l'étage collinéen avec Acer Campestris, Acer pseudoplatanus, Tilia parvifolia, Robinia pseudacacia, Fraxinus excelsior (Pautou & Girel, 1994 ; Pautou, Girel et al., 1996).

b) Depuis le début de la décennie 1980, on assiste à la fixation des bancs vifs qui fonctionnaient dans le chenal pendant la période d'incision. De ce fait, les bancs de graviers latéraux alternés tendent à se transformer en îles, les dernières formes vives qui subsistent, concentrées entre les ponts de Goncelin et de Tencin, étant largement déconnectées de la berge. Une deuxième vague de végétalisation a conduit à la fixation des bancs latéraux alternés, d'abord par la végétation herbacée, puis, depuis environ 10 ans, par des fourrés de bois tendres. Cette
nouvelle génération d'îles est soumise à une évolution particulièrement rapide. La sédimentation y est très forte (plusieurs décimètres par an), le plus souvent après seulement quelques heures d'inondation annuelle (voir P2, § 3.3 et 3.4). C'est pourquoi il n'est pas rare d'observer des îles perchées d'environ 2 mètres au dessus des lignes d'eau courantes et pourtant séparées de la berge par un chenal permanent.

Les dépôts de sédiments fins, dont l'Isère est un très gros pourvoyeur, jouent un rôle fondamental dans le développement végétal. La sédimentation sur les bancs de gravier à fleur d'eau amorce la phytostabilisation en maintenant des conditions d'humidité favorables à la germination des graines, puis au développement des plantules. Une fois installées, les communautés pionnières très denses ralentissent les flux hydriques et peignent les sédiments fins. Les processus de sédimentation et de végétalisation constituent alors une boucle de rétroaction positive où les facteurs abiotiques (sédimentation) et bio-tiques (colonisation végétale) conduisent en quelques années à l'exhaussement de la forme et à la mise en place d'une forêt de saule blanc et d'aulne blanc, dans le lit lui-même. L'approfondissement de la nappe phréatique, la diminution des contraintes de submersion et le voisinage de semenciers sur les digues favorisent ensuite la germination d'espèces de bois dur (frêne, érable, robinier...) en des lieux où on ne les trouvait pas jusqu'alors. En quelques années, des arbres atteignant plusieurs décimètres de diamètre se développent dans le lit de la rivière et opposent une résistance considérable à l'écoulement.

### 1.1.4) Les causes et les enjeux du développement végétal

Les causes de la végétalisation du lit mineur sont complexes, car elles agissent de manière combinée. Nous avons essayé de les classer par ordre d'importance décroissante. Certaines d'entre-elles sont formulées à simple titre d'hypothèse et des études sont en cours pour tenter de les vérifier :

a) La réduction des mouvements de charge de fond enregistrée depuis le début de la décennie 1980 est très certainement la cause principale de la végétalisation du chenal, les autres éléments n'étant au mieux que des facteurs aggravants. Celle-ci est à mettre en relation avec la diminution drastique de la fourniture sédimentaire au moment où les conditions hydrauliques sont réunies pour que le transport des sédiments se produise. S'appuyant sur des expérimentations de laboratoire réalisées en flume, Dietrich, Kirchner et al. (1989) ont montré que la granulométrie du lit devient progressivement plus grossière lorsque la fourniture locale de charge de fond provenant de l'amont est moindre que la capacité de l'écoulement à transporter cette charge : ce phénomène est étudié

sous la dénomination de pavage par les spécialistes des transports solides (Richards & Clifford, 1991). Comme l'indiquent Dietrich, Kirchner et al., (1989), cette réduction de la fourniture cause une modification des formes du chenal ; elle induit également le confinement progressif du transport actif à une étroite bande de granulométrie plus fine, localisée en milieu de chenal : de part et d'autre de cette étroite bande centrale, le lit est plus grossier et nettement moins actif (fig. 2.4).

Dans le cas de l'Isère, l'engorgement du lit en matériaux grossiers au cours de la première moitié du XXe siècle conduisait à une situation de fort transport dès que les conditions de mise en mouvement de la charge étaient réunies (voir P3, § 2.3). Le lit, sur toute sa largeur, participait à la fourniture de charge et les bancs alternés migraient lentement vers l'aval au rythme des mouvements de particules. La mobilité de la charge et la fréquence de sa mise en mouvement constituaient alors des conditions écologiques très défavorables pour l'installation d'une végétation permanente. Les extractions de la période 1949-1972 ont profondément altéré les conditions de recharge. La fixation des bancs latéraux alternés qui s'est produite au cours des années 1980, si l'on se réfère au modèle de Dietrich, Kirchner et al. (1989), traduit le pavage des bords du chenal, les transports solides étant confinés en milieu de lit. Le fait qu'actuellement les derniers bancs vifs soient très nettement déconnectés des rives est un sérieux argument en faveur de ce type de fonctionnement. La fixation des formes latérales, et la diminution des contraintes mécaniques qui en ont résulté, ont rendu possible l'installation de communautés végétales pionnières sur les bancs, puis l'exhaussement conduisant à la formation d'îles.

b) Il est possible que l'hydrologie de crue des dernières décennies ait été un facteur aggravant. Les travaux de Pupier (1996) ont montré que les aménagements hydroélectriques étaient sans effet sur l'occurrence des crues. Cependant, EPTEAU S.A. (1996), reprenant la liste des crues du XIXe et du XXe siècle, indique que la dernière crue de fréquence de retour supérieure à 50 ans ($Q_{50} = 1150 \text{ m}^3 \cdot \text{s}^{-1}$) date de 1859. Il est possible que l'absence de fortes crues sur l'Isère depuis plusieurs décennies limite les processus de destruction des îles et prolonge leur durée de vie. Au cours de la période 1991-1996, les observations de terrain ont montré que les processus d'érosion affectant les îles de l'Isère demeuraient très limités, y compris pour un événement supérieur à la crue décennale ($813 \text{ m}^3 \cdot \text{s}^{-1}$, en novembre 1992).

La végétation, elle-même, joue un rôle majeur pour la préservation des formes fluviales vis-à-vis des crues couvrantes (Smith, 1976 ; Hickin, 1984 ; Bergeron & Roy, 1985). Le dense tapis d'Agrostis stolonifera et de Phalaris arundinacea implanté sur les berges des îles
<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>Figure 2.4 : Evolution de l'activité des fonds avec la diminution de la fourniture sédimentaire du chenal lors de phases de transport solide</figcaption></figure>

(Source : Dietrich, Kirchner et al., 1989, modifié).

(voir fig. 2.38, bas) oppose, via son appareil racinaire, une résistance particulièrement efficace aux processus érosifs et assure la pérennité de la géoforme. Les mesures effectuées par Petit (1988) sur une petite rivière à char- ge caillouteuse ont permis d'établir que l'érosion des limons compactés de la plaine alluviale se produisait dès la vitesse de 0,70 m.s⁻¹, alors qu'il fallait qu'elle soit près du double (1,3 m.s⁻¹) pour parvenir à éroder une surface couverte d'un dense tapis herbacé. Actuellement, nous sommes dans l'incapacité de prévoir comment les îles fortement exhaussées et végétalisées occupant le lit de l'Isère résisteraient à une forte crue.

c) Depuis 1980, les marnages quotidiens de 0,50 à 1,00 mètre résultant du fonctionnement de l'usine hydro-électrique du Cheylas (dérivation Arc-Isère) pourraient avoir facilité le processus de germination de la végéta- tion. Se produisant au printemps et en début d'été, ils correspondent à une période où les eaux sont fortement chargées en matière en suspension. L'alternance répétée de phases d'immersion et d'émersion des bancs de gra- vier pourraient avoir accru la fréquence des événements pour lesquels les conditions de vitesses sont favorables à la sédimentation des limons, améliorant ainsi les condi- tions de germination des graines. Cette hypothèse est confortée par une série observations faites sur le terrain : les sondages à la tarière révèlent de manière fréquente que les 2-3 premiers centimètres de dépôts surmontant la structure caillouteuse du banc sont constitués de limons ; ils sont fréquemment surmontés de sables qui traduisent des conditions hydrodynamiques plus fortes, indépen- dantes du fonctionnement de l'usine. Des observations complémentaires sont en cours pour tenter de vérifier le bien fondé de cette hypothèse. Quoi qu'il en soit, une telle cause, si elle s'avère significative, apparaît comme mineure ; en effet, les bancs localisés dans la Combe de Savoie, en amont de la restitution du Cheylas, connais- sent eux-aussi une végétalisation intense, alors que les marnages liés aux fonctionnement des équipements hydroélectriques sont nettement moins prononcés.

Le développement de la végétation alluviale dans le lit de l'Isère n'est pas un événement anecdotique ; de notre point de vue, il s'agit même de l'un des enjeux majeurs de la gestion des cours d'eau pour la prochaine décennie. Les récentes études réalisées sur le Drac et l'Ouvèze (Piégay, 1995 ; Peiry & Nouguier, 1994 ; Peiry & Vivian, 1994) et les événements qui se sont produits sur les rivières du sud de la France depuis 1993 (Durance, Arc d'Aix-en-Provence...) ont montré quel pouvait être l'ef- fet de fortes crues sur la végétation colonisant le lit mineur des cours d'eau. Les grands arbres interviennent de trois façons : 1) en place, ils augmentent la rugosité du chenal et exhaussent les lignes d'eau. La hauteur atteinte par les crues peut alors largement dépasser les niveaux calculés par la modélisation hydraulique pour un lit libre et causer des submersions de digues non prévues ; 2) en phase de déchaussement, ils sont à l'origine de violents tourbillons qui surcreusent profondément les fonds ou les berges ; ils peuvent ainsi fragiliser les systèmes de protection contre l'inondation ; 3) arrachés et massive- ment emportés, ils sont susceptibles de constituer de volumineux embâcles que les ponts peuvent bloquer, avec de forts risques de dégâts pour les villes situées en aval. L'étude des processus de végétalisation du chenal constitue donc une nécessité, non seulement vis-à-vis de la protection contre les crues, mais du point de vue des perspectives de gestion que son développement va immanquablement générer dans les prochaines années.

## 1.2) Les stratégies de recherche développées sur l'Isère

### 1.2.1) L'approche interdisciplinaire

Le constat de la végétalisation du chenal de l'Isère a conduit l'équipe interdisciplinaire grenobloise à se ques- tionner sur les modalités spatio-temporelles de la végéta- lisation et les facteurs biotiques et abiotiques qui la
<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>**Figure 2.5 - Schématisation des stratégies interdisciplinaires de recherche mises en œuvre sur l'Isère.**</figcaption></figure>

contrôlent. La compréhension des mécanismes du développement végétal a imposé que l'on travaille sur un **emboîtement d'échelles spatio-temporelles** ; il en est résulté un schéma de recherche complexe en interaction avec les autres disciplines concernées (géomorphologie et écologie de terrain, écologie de laboratoire) et faisant fortement appel à l'analyse des processus et à la quantification (fig. 2.5). Les études ont été programmées à trois niveaux spatio-temporels : a) l'échelle de la **zone d'étude** (le secteur fonctionnel décrit par Amoros & Petts, 1993) que représente ici l'ensemble de la vallée du Grésivaudan et le temps séculaire ; b) l'échelle du **site d'étude (ensemble fonctionnel)**, une île de l'Isère d'environment 7500 m² étant instrumentée depuis 1994 ; c) l'échelle de la **station d'étude (unité fonctionnelle)**, l'étude consistant en des mesures ponctuelles et un suivi annuel. Des relais de méthodes, fondés essentiellement sur des techniques de mesure et d'analyse de terrain, ont été mis en place :

a) à l'échelle de la zone d'étude, les **approches géomorphologiques et phytoécologiques historiques**, que l'équipe grenobloise a développées depuis plusieurs années, sont très largement utilisées ; elles visent à déterminer ce qu'était la dynamique de référence bio-géomorphologique de la vallée du Grésivaudan et à analyser les mécanismes de l'impact ayant conduit à la modification du fonctionnement de l'hydrosystème. Les investi-

gations consistent également à réaliser une étude approfondie du terrain, basée sur des techniques rapides de collecte des données et de traitement statistique multivarié (à l'image de ce que nous avons présenté dans la Partie 1, § 3.3) ;

b) à l'échelle du site d'étude, les **méthodes consistent à étudier l'organisation de la végétation et la dynamique de la régénération végétale** (suivi inter-annuel) et à suivre par la mesure un certain nombre de paramètres abiotiques, à différents pas de temps (voir tab. 2.17) : topographie, granulométrie, sédimentation, humidité des sols, hydrométrie et inondation, teneur de l'eau en nutriments...

c) à l'échelle de la parcelle, l'étude consiste à réaliser des plantations de différentes espèces et à mesurer en **continu un certain nombre de paramètres hydrologiques et sédimentologiques**. De manière à compléter les études de terrain, des expérimentations en laboratoire et sous serre sont également mises en œuvre, notamment sur la germination et la croissance des plantules (développement foliaire et de l'appareil racinaire). La quantification sur le terrain et en laboratoire a pour objectif d'identifier et de modéliser les conditions favorables à l'établissement et à la croissance des espèces ripariales.

La finalité de l'étude est de fournir des résultats permet-
<figure><img src="image_70.png" /><figcaption>Figure 2.6 - Diagramme de l'organisation de la recherche en géomorphologie fluviale sur l'Isère en amont de Grenoble (1er janvier 1997</figcaption></figure>
tant l'amélioration de la gestion de la végétation alluviale. L'objectif est de mieux maîtriser les effets des techniques d'essartage sur les processus d'évolution de la végétation, mais aussi de voir s'il n'est pas possible de mettre en place des procédés palliatifs permettant d'en réduire la fréquence en jouant sur les paramètres abiotiques de contrôle (hydrologie, transports solides...).

### 1.2.2) Les stratégies de recherche propres à l'hydrologie et la géomorphologie fluviale

Les stratégies de recherche développées en hydrologie et géomorphologie sont synthétisées sur la figure 2.6 ; les pictogrammes figurant au droit de chaque thématique de recherche permettent de situer le niveau d'emboîtement spatio-temporel de chacune des études entreprises. Depuis 1991, les travaux d'étudiants que nous avons pour la plupart dirigés<fnref n="1" /> ont été préférentiellement orientés vers la problématique de la végétalisation du chenal (fig. 2.7). Trois niveaux spatio-temporels sont en cours d'analyse :

1) La première échelle correspond à l'ensemble de la vallée du Grésivaudan (zone d'étude ou secteur fonctionnel). Les recherches ont pour objectif : a) d'étudier au pas de temps séculaire quelle était la dynamique géomorphologique de l'Isère et comment les aménagements anciens ont contribué à la modifier (Rousset, 1993 ; Caussin, 1995) ; b) d'analyser, au pas de temps décennal, les mécanismes des cumuls d'impacts d'origine anthropique, sous l'effet des multiples changements ayant affecté le chenal (endiguement, extractions etc.) (Didier, 1992 ; Nouguier, 1992 ; Didier, 1994a ; Didier, 1994b). Ces études ont une importance majeure, car elles ont pour finalité de réaliser une modélisation conceptuelle du fonctionnement de l'Isère (Peiry, Salvador et al., 1994 ; Peiry, 1995) dont l'objectif est de déterminer quel

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Figure 2.7 - Distribution annuelle des travaux d'étudiants géographes portant sur la dynamique fluviale et la biogéographie des îles de l'Isère dans le Grésivaudan.</figcaption></figure>

fut l'enchaînement des processus conduisant à la végétalisation et quel est le poids des héritages morphodynamiques sur la dynamique fluviale contemporaine (voir P3, § 6.2) ; c) de dresser une typologie géomorphologique et biogéographique des îles du Grésivaudan, fondée sur l'analyse diachronique des photographies aériennes et une analyse approfondie du terrain (Saussus, 1997 ; Vieux-Melchior, 1997 ; Vautier, thèse de Doctorat en cours).

2) Avec la deuxième échelle (site d'étude), on entre dans le domaine du suivi géomorphologique et hydrologique quantitatif fin d'une île de l'Isère en voie de végétalisation (voir P2, § 3.1 et suiv.). L'objectif est ici la mise en place d'une base de données spatialisée suivie sur plusieurs années, afin d'établir les relations existant entre le processus de régénération végétale et les variables abiotiques qui la contrôlent (topographie, sédimentation et exhaussement de la forme, distribution spatiale de la granulométrie des dépôts...). Le réseau de capteurs installé sur l'île alimente en continu la base de données en mesures de hauteur d'eau et d'humidité des sols, pendant les périodes où il est mis en service (essentiellement pendant la durée de la période végétative). Ces données sont fondamentales pour la modélisation spatiale des déplacements d'eau dans le sol (Richards, Hughes et al., 1996), de l'inondabilité (voir P2, § 3.3), de la sédimentation et de l'exhaussement de la forme (voir P2, § 3.4) et celle des liens entre ces variables et la régénération des ligneux (paliers de régénération, survie ou mortalité des plantules selon l'hydrologie et l'enfouissement de la période végétative...).

3) La station hydrométrique de Grenoble-Campus constitue la dernière échelle spatio-temporelle. L'enregistrement des mesures de hauteur d'eau et du débit fournit une référence de très bonne qualité pour caler les mesures hydrométriques de terrain, et étudier les relations liant la distribution de la hauteur d'eau pendant la période végétative et la plus où moins bonne réussite des processus de régénération des ligneux (Montanvert, 1997). La station est aussi équipée pour suivre certains paramètres de la qualité physico-chimique de l'eau de l'Isère (température, conductivité, concentration en MES) ; il devient ainsi possible de quantifier les transits de matière dissoute et de matière en suspension. L'intérêt de la quantification de ces flux est indéniable vis-à-vis du processus de végétalisation, à la fois parce qu'ils constituent des sources de nutriments pour les végétaux, mais aussi parce qu'ils permettent d'expliquer certains échecs de la colonisation végétale (facteurs limitants) que l'on observe sur l'île témoin de Brignoud. L'analyse de la dynamique des flux de matière dissoute et en suspension constitue également une problématique de recherche en soi, parce qu'ils sont intégrateurs des processus de fourniture sédimentaire se produisant à l'échelle du bassin

<footnote n="1">¹ A l'exception du DEA et de la thèse de Doctorat de M. Didier (1994) dont les directeurs étaient H. Vivian et G. Pautou.</footnote>
versant de l'Isère. Ils posent aussi le problème de la loca-
lisation spatiale des principales zones de production de la
matière dissoute et de la matière en suspension
(Latulippe, 1995 ; Latulippe & Peiry, 1996 ; Peiry, 1996,
Peiry, ce volume, P2, § 2.2 et 2.3).

Ce sont les résultats des mesures effectuées à l'échelle de
la station et du site d'étude qui sont développés dans les
deux chapitres suivants. Les objectifs des mesures sont :
1) d'acquérir des données physiques pour alimenter une
base de données environnementale que l'on pourra
confronter aux résultats des études biologiques sur la
régénération végétale (chap. 2) ; 2) de construire un
modèle spatial d'inondabilité sur l'île de l'Isère que l'on
a instrumentée, celui-ci étant réactualisé chaque année
pour prendre en compte l'exhaussement de la forme flu-
viale (chap. 3). Ce modèle sera utilisé ultérieurement
pour analyser la dynamique annuelle de la régénération
végétale suivie par les collègues écologues.
<figure><img src="image_72.png" /></figure>
# CHAPITRE 2

## L'ANALYSE DE LA DYNAMIQUE DES FLUX DE MATIÈRE DISSOUTE ET DE MATIÈRE EN SUSPENSION

2.1) Les techniques et protocoles de mesure

2.2) La dynamique de la matière dissoute totale (MDT)

2.3) La dynamique de la matière en suspension (MES)

2.4) Discussion des résultats et perspectives

### Résumé du chapitre 2

Depuis le 23 mars 1994, la mise en place progressive d'un échantillonneur automatique, d'une sonde mesurant la température et la conductivité électrique de l'eau, et de turbidimètres à infrarouge permet d'étudier, au pas de temps de la demi-heure, la dynamique des flux de matière dissoute totale (MDT) et de matière en suspension (MES) transitant sur l'Isère à Grenoble. Plus de trois ans de fonctionnement, pour les mesures les plus anciennes, ont révélé toute la difficulté de suivre en continu la qualité physico-chimiques d'un cours d'eau. L'encrassement rapide du capteur de conductivité impose une maintenance particulièrement rigoureuse et a nécessité l'établissement d'un protocole de correction des données. Pour la MES, la confrontation des résultats issus des prélèvements et de la mesure optique a révélé une corrélation relativement satisfaisante (r² = 0,87). Un problème plus difficile à régler et celui de la représentativité de l'unique point de mesure par rapport à l'ensemble de la section d'écoulement, les transports de MES étant soumis à des phénomènes de ségrégation verticale. Des profils en travers de concentration devront être dressés pour évaluer cette représentativité.

L'étude de la variation annuelle de la conductivité indique que la MDT suit un cycle saisonnier, la période hivernale étant celle où les écoulements sont les plus minéralisés. Les chroniques horaires de conductivité révèlent également l'existence de phénomènes particuliers. Il semble par exemple, que la baisse de production d'énergie de pointe pendant les week-ends régularise non seulement les débits, mais aussi les flux de matière dissoute ; de très fortes variations accidentelles de la conductivité (valeurs instantanées dépassant 1100 µS.cm⁻¹) se produisent au cours de l'été, probablement à l'occasion d'orages touchant des bassins-versants où la dissolution des gypses est intense, comme le laisse poser la forte teneur en sulfates des écoulements. La quantification de la charge spécifique en MDT permet d'établir qu'ils se situent dans une fourchette de 180 à 450 t.km².an⁻¹, ce qui fait de l'Isère en amont de Grenoble une rivière relativement chargée en sels dissous.

Le suivi de la MES a fait l'objet de soins particuliers. Les chroniques journalières de la concentration ont révélé sa forte variabilité, une douzaine d'événements ayant dépassé 10 g.l⁻¹, les plus forts avoisinant 20 g.l⁻¹. La quantification des transports de MES indique le rôle fondamental de la fusion nivale, puisque chaque année une grande partie du volume annuel transite au cours du printemps. Le rôle des crues est également mis évidence, les quantités transportées pouvant être considérables (300 à 500.000 t.j⁻¹). Sur la base des trois premières années de mesure, au cours desquelles les débits ont été très contrastés, le transport annuel s'inscrit dans une fourchette de 1,2 à 6,5 Mt (215 à 1200 t.km².an⁻¹), ce qui fait de l'Isère un cours d'eau fortement chargé en MES. La corrélation entre la concentration et le débit est de très médiocre qualité ; il semble qu'une analyse prenant en compte les conditions météorologiques à l'origine des flux de MES permette d'améliorer la qualité de la relation. L'étude des transports solides est complétée par des travaux visant à déterminer l'origine de la MES. Ils ont été conduits sur 43 sous-bassins de l'Isère en amont de Grenoble. Se fondant sur des critères géologiques, biogéographiques et morphométriques, ils ont permis de localiser quelles pourraient être les principales zones susceptibles de produire des MES. Cette première discrimination, menée par des méthodes indirectes, devra être validée par des études de terrain complémentaires.

La finalité de ces études sur la qualité physico-chimique des écoulements fluviatiles est d'alimenter en mesures de terrain une base de données environnementales. Celle-ci devrait permettre de dégager quels sont les principaux facteurs abiotiques qui contrôlent la germination des ligneux dans le lits fluviaux, et peut-être d'envisager des modalités de gestion qui les intègrent.
<figure><img src="image_73.png" /></figure>
Le flux d'eau, de matière dissoute et de matière en suspension sont des facteurs abiotiques qui jouent un rôle fondamental sur le développement de la végétation. Les variations du niveau de l'eau pendant la période végétative, et en particulier de la profondeur de la nappe phréастique, conditionnent la mise en place des communautés végétales (Pautou, 1984) ; les sels dissous dans les écoulements fluviatiles et circulant dans les bancs alimentent en nutriments la végétation alluviale qui s'y développe (Foussadier & Joud, 1996) ; les dépôts de matières en suspension jouent le double rôle de facteur aggravant, en permettant le maintien de conditions d'humidité favorables pour la germination lorsqu'ils se mettent en place sur des substrats très filtrants (graviers et galets), et de facteur limitant, lorsqu'une crue enfouie sous plusieurs centimètres les plantules de l'année. Les mesures qui ont été faites à la station de Grenoble-Campus depuis plus de trois ans visent à évaluer le rôle de chacun de ces facteurs sur les processus de germination et de développement des plantules, le long des rives de l'Isère. Avant de les confronter aux données phyto-écologiques, il convient d'examiner quelle est leur signification propre, puisqu'ils sont intégrateurs de processus englobant l'ensemble du bassin-versant de l'Isère situé en amont de Grenoble.

## 2.1) Les techniques et protocoles de mesure

### 2.1.1) La mesure et ses difficultés

#### A) La mesure du débit

Depuis le mois de mars 1993, une station hydrométrique fonctionne sur le site du Campus à Grenoble. Gérée par l'Ecole Nationale Supérieure d'Hydraulique et de Mécanique de Grenoble (ENSHMG), des capteurs fournissent toutes les demi-heures les valeurs de hauteur et de température de l'eau. Plusieurs dizaines de jaugeages ont été effectués depuis la mise en service de la station, notamment dans le cadre des travaux pratiques des étudiants de l'école d'hydraulique. De ce fait, la relation hauteur-débit pour une large gamme de situations hydrologiques a pu être établie avec une grande finesse ; par ailleurs, les fréquents jaugeages permettent de suivre l'évolution des fonds, élément essentiel pour déterminer avec une bonne précision les débits à partir des hauteurs. Les données nous sont transmises à la fin de chaque mois par le Pr. Ph. Bois qui a en charge la gestion de la station, sous la forme de deux fichiers ; sur le premier figurent les données au pas de temps d'une demi-heure et sur le second les valeurs moyennes journalières.

#### B) La mesure de la charge dissoute et de la matière en suspension

Nous avons pris en charge l'équipement de la station du Campus pour l'étude des flux de matière dissoute totale (MDT) et de matière en suspension (MES) (fig. 2.8). L'installation des appareillages a été très progressive :

a) Depuis le 23 mars 1994, l'installation d'un préleveur automatique ISCO 2900 permet de faire deux prélèvements d'eau quotidiens de 1/2 litre, à 0h00 et 12h00 TU<fnref n="2" />, à partir d'un point dont l'altitude est fixe (voir fig. 2.8). L'échantillonneur est équipé d'un panier de 24 flacons de 500 ml, ce qui autorise une autonomie de 12 jours. Le mélange d'eau et de sédiments est aspiré à travers un tuyau de 1/4" (0,64 cm) de diamètre intérieur et de 18 mètres de longueur, la vitesse d'aspiration étant d'environ 0,80 m.s⁻¹. Avant et après chaque cycle de prélèvement, le préleveur ISCO assure la purge du tuyau par refoulement. Les mesures de concentration en MES sont effectuées au laboratoire de géomorphologie de l'Institut de Géographie Alpine ; on procède par filtration-pesée sur des membranes de 0,45 µm. A partir de novembre 1994, la concentration en MDT a été indirectement obtenue par une mesure de la conductivité sur ces mêmes échantillons biquotidiens ;

b) Depuis le mois de mai 1995, l'installation d'un conductivimètre Campbell 247 immergé à proximité de la crépine de pompage permet une mesure de la MDT et de la température de l'eau en continu. Positionné de manière fixe dans le chenal au bout d'un tube métallique de 50 mm de diamètre, le capteur est amovible et directement accessible pour toutes conditions de débit à partir d'un regard (voir fig. 2.8) ; cela facilite la maintenance de la sonde par brossage à l'eau savonneuse, une forte fréquence d'intervention étant l'élément clé d'un suivi de qualité. La mesure est effectuée avec un pas de temps beaucoup plus fin que précédemment (toutes les 5 mn), la moyenne de 6 mesures consécutives étant mémorisée chaque 1/2 heure sur une centrale d'acquisition Campbell CR10. D'une capacité de 30.000 valeurs, celle-ci corrige automatiquement la conductivité de l'effet de température et d'ionisation ; elle est actuellement programmée pour stocker la conductivité brute, la température de l'eau et la conductivité corrigée de l'effet de température à 25°C.

c) Depuis le début de mai 1996, un capteur infrarouge de turbidité Partech IR40C, mesure en continu la concentration en MES des écoulements lorsque celle-ci demeure inférieure à 2 g.l⁻¹³. Celui-ci a été calibré en laboratoire, sur les sédiments en suspension provenant de plusieurs crues de l'Isère. Comme pour la sonde de conductivité, le turbidimètre est positionné à l'extrémité

<footnote n="2">² Le choix des heures de mesure est purement arbitraire, la seule contrainte étant de les séparer de 12 heures.</footnote>

<footnote n="3">³ Sur l'Isère à Grenoble, une concentration de 2000 mg.l⁻¹ n'a été dépassée que pour environ 15 % des mesures de concentration effectuées en 1994.</footnote>
<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Figure 2.8 - Station de Grenoble-Campus ; localisation des apparaillages de mesure et des capteurs</figcaption></figure>

(Source : Peiry, 1996, modifié)

d'un tube PVC de gros diamètre, en un point dont l'altitude est indépendante du débit, sa position étant toute proche de celle de la crépine du préleveur automatique. Son accessibilité par le haut quelle que soit la hauteur d'eau autorise ici encore une maintenance aisée ; celle-ci est de fréquence hebdomadaire. De manière à mieux cerner ce qui se passe pour des concentrations plus fortes, épisodes majeurs du transport des MES, un second turbidimètre Partech IR15C pouvant mesurer des concentrations de l'ordre de 10 à 15 g.l⁻¹ a été installé au cours du printemps 1997. Il devrait permettre de mesurer en continu la presque totalité du spectre des concentrations de l'Isère. Après une phase de test, le couplage des deux turbidimètres devrait rendre possible la diminution de la fréquence des prélèvements. Des pompages seront cependant maintenus avec une fréquence moindre pour contrôler les valeurs fournies par les turbidimètres. Par ailleurs, le préleveur automatique pouvant être piloté par la centrale d'acquisition Campbell, des études beaucoup plus fines (pompages horaires) portant sur des épisodes de forte concentration pourront être entreprises.

### C) Les difficultés de la mesure

La mesure en continu de variables physico-chimiques, sur l'Isère comme d'ailleurs sur d'autres cours d'eau, pose de sérieuses difficultés méthodologiques et techniques (A.I.H.S., 1981 ; EDF/DEPT/DTG, 1993). De très nombreux protocoles et méthodes de mesure sont mis en œuvre et peuvent être recensés dans la littérature spécialisée (Horowitz, Elrick et al., 1992 ; Olive & Rieger, 1992 ; Vivian & Quinton, 1993 ; Gurnell, Brown et al., 1994 ; Moody & Meade, 1994 ; O'Riordan, Maldiney et al., 1996...) Si on exclut les problèmes spécifiques de l'évaluation des transports par charriage qui sont en dehors des préoccupations de ce mémoire, la mesure en continu de la charge dissoute et de la charge en suspension présente deux principaux types de problèmes (Amin, Chorley et al., 1993) :

1. Il est difficile de réaliser des mesures absolues précises, en raison de l'encrassement rapide des capteurs. L'expérience acquise sur l'Isère montre que le développement phytoplanctonique constitue la principale source de dérive des sondes ; plus surprenant encore, il s'avère que celles-ci constituent un abri pour la faune benthique à certaines périodes de l'année. Sur le conductivimètre, le phytoplancton perturbe la mesure en s'installant sur les électrodes ; sur les turbidimètres, il constitue un gel sur les cellules d'émission et de réception de la lumière infrarouge et fixe les particules transitant en suspension. Cette difficulté peut être en grande partie levée par une maintenance rigoureuse (et de ce fait forcément contrai-gnante !) du matériel et la mise en place de procédures de correction des données (voir P2, § 2.1.2).

2. Il est difficile d'évaluer la représentativité des échantillons prélevés par rapport à ce qui transite réelle-ment. Pour les prélèvements d'eau, par exemple, les conditions de pompage sont imposées par les spécificités techniques du matériel et, de ce fait, ne sont pas maîtri-sées. En particulier, les tests réalisés par EDF (EDF/DEPT/DTG, 1993) indiquent que les meilleures conditions de prélèvement sont réalisées lorsqu'on dis-pose une tubulure de faible diamètre parallèlement à l'écoulement et que la vitesse de pompage est identique à celle du courant ; ce n'est pas le cas à la station du Campus de Grenoble. A ces difficultés purement métro-logiques viennent s'ajouter les problèmes de représentativité d'un point de mesure unique alors que les transits se produisent dans une section d'écoulement de plusieurs centaines de m². Ils peuvent probablement être négligés pour la MDT, les circulations secondaires assurant un brassage correct de l'écoulement. En revanche, l'évalua-tion de la représentativité du point de mesure est essen-tielle pour les transports de MES, puisqu'il est bien connu aujourd'hui que la concentration varie fortement dans les différentes tranches de l'écoulement, en particu-lier lors des épisodes de fort transport solide. A cause de
la distribution non-uniforme des MES, Eisma (1993) conseille d'associer la **réalisation de profils en travers de concentration** à la mesure ponctuelle, de manière à déterminer le degré de représentativité du point de mesure. Sur l'Isère, des tests sur le terrain sont en préparation et devraient être mis en œuvre au cours de l'année 1997. En l'absence de ces éléments, les chiffres des transports de MES proposés dans les paragraphes suivants devront être considérés comme étant entachés d'une erreur possible de 20 %. Deux arguments fondent l'hypothèse d'une tendance à la surestimation des concentrations de la MES sur l'Isère : a) le point de prélèvement est localisé dans une légère concavité du chenal, si bien que la turbulence est forte et assure un brassage efficace de l'écoulement ; b) en hautes-eaux, le point de prélèvement, dont l'altitude est indépendante du niveau de l'eau, est localisé dans le tiers inférieur de l'écoulement où circulent des sédiments transportés en suspension graduée ou saltation (Doeglas, 1946 ; Inman, 1949 ; Passega, 1957) ; les concentrations y sont donc très probablement plus fortes qu'en surface. Toutefois, la forte turbulence de l'Isère en période de fort débit et la très faible granulométrie des éléments transportés (argiles et limons issus de l'altération des schistes) assurent une bonne homogénéisation de l'écoulement et doivent limiter la ségrégation latérale et verticale. En tout état de cause, l'analyse de la distribution des concentrations sur un profil en travers pour différentes conditions de débit devrait permettre de lever ces incertitudes.

### 2.1.2) La correction et la validation des données de conductivité et de concentration en MES

Du fait de l'encrassement, les capteurs de conductivité et de turbidité dérivent toujours dans le même sens : a) la conductivité tend progressivement à diminuer par rapport à la valeur réelle ; b) la turbidité subit l'évolution inverse avec l'opacification de l'optique ; sauf quelques rares événements, la dérive de cette dernière peut être négligée si l'on assure un nettoyage hebdomadaire des turbidimètres.

#### A) La correction de la dérive de la conductivité

Une période d'environ un an de test du capteur de conductivité a permis de mettre en place un protocole de maintenance et de correction des données : sauf événement exceptionnel, un brossage hebdomadaire des électrodes permet de limiter la dérive à moins de 2,5 %. La valeur de la dérive est systématiquement suivie par une double mesure avant et après le nettoyage du capteur (tab. 2.6). Les mesures ayant montré que la diminution de la conductivité en fonction de la durée d'immersion suit une loi sensiblement linéaire sur une période de 10 à 12 jours, on applique une simple correction linéaire aux données (Peiry, 1996). Par ailleurs, le prélèvement fréquent d'échantillons d'eau et la mesure de leur conductivité en laboratoire permet de régulièrement vérifier que la constante de calibration du capteur placé dans l'Isère n'a pas subi de modification sensible depuis sa mise en service.

#### B) Confrontation des mesures de concentration en MES par prélèvement et par mesure optique

De manière à déterminer si les valeurs fournies par les deux techniques de mesures de la MES sont satisfaisantes, nous avons réalisé une corrélation entre les prélèvements et les mesures optiques (fig. 2.9/A et B). Les résultats du traitement de données montrent un coefficient de détermination relativement satisfaisant de l'ordre de 0,87. Il est difficile de conclure, en raison d'un nombre limité de points pour les fortes valeurs de concentration. L'allure des nuages de points suggère cependant qu'il faudra surveiller attentivement la relation entre les deux techniques de mesure pour les fortes valeurs de concentration, les points ayant tendance à être plus nombreux en dessous de la droite d'égalité. En l'état actuel, nous ne sommes pas capable de déterminer si cela est dû au nombre trop réduit d'observations ou s'il s'agit d'un effet de mesure. S'il s'agit d'un effet de mesure, nous ne sommes pas non plus capable de déterminer s'il s'agit d'une sous-évaluation lors du prélèvement ou d'une surestimation par la mesu-

<table><caption>Tableau 2.6 - Dérive du capteur pour des durées de 6 à 8 jours entre deux nettoyages et facteur de correction appliqué aux données de conductivité.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Date</th><th rowspan="2">Heure (TU)</th><th>Avant</th><th>Après</th><th colspan="3">Temps écoulé depuis le dernier nettoyage</th><th rowspan="2">Facteur de correction</th></tr><tr><th>nettoyage C (25°C)</th><th>nettoyage C (25°C)</th><th>ΔC</th><th>ΔC/C (%)</th><th>ΔT (h)</th><th>ΔT (j)</th></tr></thead><tbody><tr><td>9/01/96</td><td>11h00</td><td>533</td><td>543</td><td>10</td><td>1,9</td><td>145</td><td>6</td><td>0,069</td></tr><tr><td>15/01/96</td><td>13h00</td><td>599</td><td>614</td><td>14,7</td><td>2,5</td><td>146</td><td>6,1</td><td>0,101</td></tr><tr><td>17/06/96</td><td>9h00</td><td>433</td><td>439</td><td>6,1</td><td>1,4</td><td>147</td><td>6,1</td><td>0,041</td></tr><tr><td>24/06/04</td><td>6h30</td><td>455</td><td>464</td><td>9,5</td><td>2,1</td><td>165</td><td>6,9</td><td>0,058</td></tr><tr><td>20/05/96</td><td>7h30</td><td>396</td><td>399</td><td>3,5</td><td>0,9</td><td>167</td><td>7</td><td>0,021</td></tr><tr><td>4/06/96</td><td>7h30</td><td>382</td><td>390</td><td>8</td><td>2,1</td><td>167</td><td>7</td><td>0,048</td></tr><tr><td>16/02/96</td><td>8h00</td><td>594</td><td>607</td><td>13,6</td><td>2,3</td><td>168</td><td>7</td><td>0,081</td></tr><tr><td>9/11/95</td><td>10h15</td><td>518</td><td>545</td><td>27</td><td>5,2</td><td>170</td><td>7,1</td><td>0,159</td></tr><tr><td>11/06/96</td><td>12h00</td><td>486</td><td>491</td><td>5,4</td><td>1,1</td><td>172,5</td><td>7,2</td><td>0,031</td></tr><tr><td>3/04/66</td><td>8h30</td><td>582</td><td>600</td><td>18</td><td>3,1</td><td>193</td><td>8</td><td>0,093</td></tr><tr><td>11/04/96</td><td>9h15</td><td>586</td><td>595</td><td>8,7</td><td>1,5</td><td>193</td><td>8</td><td>0,045</td></tr><tr><td>28/05/96</td><td>8h30</td><td>340</td><td>343</td><td>3,6</td><td>1,1</td><td>193</td><td>8</td><td>0,019</td></tr></tbody></table>

MES sur le capteur
re optique. On peut cependant exclure qu'il s'agisse d'un effet de la ségrégation verticale de la MES, les mesures étant faites à la même altitude. Nous ne maîtrisons pas la manière dont les pompages sont exécutés, la procédure étant entièrement sous la dépendance des caractéristiques du matériel utilisé. Par contre, nous pouvons fournir quelques éléments d'explication sur la dispersion du nuage par une analyse critique de la mesure de turbidité. La calibration du capteur a été faite en utilisant les sédiements schisteux très noirs fournis par la Maurienne lors des hautes-eaux et des crues de printemps ; ces dépôts constituent la plus grosse partie des tonnages annuels transportés (Latulippe & Peiry, 1996). La relation liant la tension fournie par la cellule IR et la concentration est presque parfaite (r²=0,994). Cependant, cette relation est probablement légèrement différente lorsque l'origine de la MES diffère. En effet, les mesures optiques sont forte-ment dépendantes du spectre granulométrique des sédi-ments transportés et de leur couleur. L'observation des galettes de sédiments déposées sur les membranes fil-trantes indique très clairement que certaines crues de l'Isère (en particulier en hiver où lors d'épisodes orageux particuliers) transportent des MES de granulométrie et de couleur différentes de celles ayant servi à calibrer le cap-teur. Cela engendre inévitablement des inexactitudes dans l'estimation des concentrations par la méthode optique. Ces événements ne constituent cependant pas des conditions fréquentes d'écoulement, ce qui nous a conduit à préférer une calibration se fondant sur les sédi-ments les plus couramment transportés.

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

## 2.2) La dynamique de la matière dissoute totale (MDT)

### 2.2.1) Chronique de la charge dissoute entre le 24 mai 1995 et le 30 juin 1996.

#### A) *Les variations annuelles de la charge dissoute*

Les variations saisonnières ont été étudiées sur la première année de fonctionnement de la mesure en continu à partir de l'analyse de la conductivité moyenne journalière (CJmoy) à la température de référence de 25°C. Avant le mois de juin 1995, CJmoy était la moyenne de deux mesures journalières de conductivité ; depuis la mise en service du conductivimètre dans l'Isère, CJmoy est établie sur la base des 288 mesures de conductivité chaque jour. Les études ont montré que la conductivité peut être directement reliée à la minéralisation totale par un coefficient multiplicateur de valeur 0.688 (Foussadier, comm. person.).

L'analyse de la conductivité journalière depuis le 24 mai 1995 montre une variation saisonnière de la teneur en matière dissoute (fig. 2.10). Deux courbes ont été tracées :
a) la courbe de la conductivité moyenne journalière (CJmoy) ; b) l'étendue journalière (CJmax-CJmin), représentant l'écart entre le maximum et le minimum observés chaque jour. Afin de lisser ces courbes, on a calculé et représenté les moyennes mobiles sur un pas de temps d'une semaine (MM7j). L'analyse des courbes permet les observations suivantes :

a) La conductivité journalière CJmoy suit un cycle saisonnier. Les valeurs minimales coïncident avec la fin

<caption>**Figure 2.9** - Relation liant la concentration issus des prélèvements par pompages avec :
A) la turbidité moyenne de la demi-heure pré-cédent le prélèvement ; B) la turbidité instan-tanée au moment du prélèvement.</caption>
<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>Figure 2.10 - Chronique de la conductivité moyenne journalière (CJmoy) et de l'étendue journalière (CJmax-CJmin) à la station de Grenoble-Campus entre le 24 mai 1995 et le 31 décembre 1996.</figcaption></figure>

de printemps, période où la fusion nivale est en pleine activité et où les débits sont les plus forts de l'année (moins de 400 µS.cm⁻¹). La conductivité augmente dès la fin de la fusion avec l'accroissement de la part d'apports souterrains dans les écoulements, pour atteindre des valeurs comprises entre 500 et 600 µS.cm⁻¹ vers la fin de l'automne et pendant l'hiver, au moment où les écoulements de surface provenant des parties supérieures du bassin-versant sont très fortement limités par la rétention nivale.

b) La courbe des écarts entre le maximum et le minimum quotidien (CJmax-CJmin) semble également suivre un cycle saisonnier : la variabilité journalière de la conductivité est minimale pendant la période de fusion nivale et augmente progressivement pour atteindre un maximum au cours de la période hivernale ; ce phénomène, très net lors de la phase de fusion de 1995 au cours de laquelle les écoulements de fonte furent exceptionnellement abondants, a été beaucoup moins marqué au cours du printemps 1996, le stock nival étant très peu volumineux cette année là. Deux causes peuvent être avancées pour expliquer cette variation saisonnière des amplitudes journalières : 1) les forts débits de la période de fusion diluent les flux de matière dissoute et masquent leur variabilité quotidienne au cours de cette période de l'année ; 2) en hiver, il est possible également, mais cette question reste à approfondir, que la gestion des réservoirs hydroélectriques et les lâchers d'eau lors des turbinages accroissent la variabilité journalière de la conductivité en provoquant des dilutions artificielles.

La mise en relation des moyennes mensuelles de débit et de minéralisation entre novembre 1994 et mai 1996 confirme l'existence d'un cycle saisonnier des transports de matière dissoute (Walling & Webb, 1986 ; Webb & Walling, 1992)

(fig. 2.11). La période de fusion des mois de mai, juin et juillet 1995 fut caractérisée par une forte hydraulicité et une faible minéralisation. L'été et l'automne, en dépit de la diminution de débit, la remontée ne fut pas très sensible avant le mois de novembre. L'hiver 1996 fut caractérisé par une forte minéralisation et un faible débit. Le faible stock neigeux de l'hiver 1996 n'a pas permis la mise en place d'une réelle saison de fusion, si bien que, contrairement à l'année précédente, des conditions de minéralisation que l'on peut qualifier d'estivales se sont mises en place dès le mois de mai, venant interrompre le cycle naturel.

### B) Les variations quotidiennes et événementielles

Une analyse succincte des chroniques de débits et de conductivité permet de soupçonner que la gestion des barrages hydroélectriques influence notablement la conductivité instantanée de l'Isère. Deux phénomènes apparaissent à la lecture des chroniques mensuelles :

a) Le dimanche et la matinée du lundi (parfois même le samedi après-midi) sont fréquemment des journées singulières pour les débits, principalement en dehors des périodes de fusion nivale. Au cours de ces deux jours, les écoulements sont notablement plus faibles et leur variabilité est fréquemment moindre. Ceci est à mettre en relation avec la réduction des éclusées des ouvrages hydroélectriques qu'impose une moindre consommation d'énergie de pointe. Dans beaucoup de cas, pendant ces mêmes jours, la chronique de la conductivité au pas de temps de la 1/2 heure apparaît elle-aussi comme lissée, démontrant ainsi l'influence des éclusées sur la charge dissoute (fig. 2.12). L'impact des retenues se comprend aisément : chaque lâcher représente l'injection d'un volume d'eau considérable en très peu de temps, des
<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>**Figure 2.11** - Mise en relation de la concentration moyenne mensuelle en charge dissoute et du débit moyen mensuel faisant apparaître le cycle annuel de la minéralisation des écoulements.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>**Figure 2.12** - Chroniques horaires de la conductivité et du débit mettant en évidence l'effet de la baisse de production hydroélectrique des week-ends sur l'hydrologie et les flux dissous.</figcaption></figure>
accroissements du débit de 32 m³.s⁻¹ en 30 mn et de 115 m³.s⁻¹ en 3 heures ayant été observés à Grenoble (Bois, 1993). Ce volume d'eau supplémentaire présente les caractéristiques chimiques du bassin-versant localisé en amont du réservoir ; son injection brutale dans l'hydro-système est susceptible de créer des dérégulations tem- poraires des flux de matière dissoute.

b) Au cours des mois de juin et d'août 1995, et de juillet 1996, des accroissements brutaux et très brefs de la conductivité ont pu être observés, sa valeur passant de 300-350 µS.cm⁻¹ à 700, 850 voire plus de 1200 µS.cm⁻¹ (fig. 2.13). En 1995, en phase de test du capteur, nous avons d'abord cru que ces pics étaient le fait d'un dys-fonctionnement. Des analyses chimiques succinctes réa-lisées sur des échantillons prélevés lors de ces épisodes ont montré de très fortes concentrations en sulfates, dont l'origine est très probablement la dissolution des gypses. On les trouve en abondance dans le haut bassin de l'Isère et dans celui de l'Arc, son principal affluent en amont de Grenoble. Les trois événements observés coïncident avec des hausses du débit ; ces pics de matière dissoute peuvent ainsi témoigner de la crue de petits bassins-ver-

sants dont les formations géologiques sont riches en gypse. Le rôle de certains ouvrages hydroélectriques, tels ceux situés dans la vallée de l'Arc, dans la concentration de MDT ne doit cependant pas être négligé : équipés de bassins de taille réduite, ces ouvrages ont pu stocker et concentrer temporairement des eaux fortement chargées en sulfates et les réinjecter brutalement dans l'hydrosystème lors d'une éclusée, augmentant ainsi artificielle-ment l'effet d'une crue fortement chargée ; il semble éga-lement que d'intenses phénomènes de dissolution se pro-duisent, au détriment des formations gypseuses, dans les conduites souterraines court-circuitant le chenal de l'Arc (M. Chardon, comm. perso). Ces hypothèses montrent que des investigations supplémentaires sont indispen-sables pour mieux cerner le rôle des ouvrages sur les fluctuations accidentelles de la conductivité.

### 2.2.2) Quantification des transports de matière dissoute

La mesure conjointe du débit et de la conductivité à la station du campus a permis de quantifier les tonnages de MDT transitant à Grenoble. Sur la période nov-94-déc-96, le transport journalier a connu d'importantes fluctua-tions saisonnières, variant selon l'hydrologie et la miné-ralisation de 2.000 à près de 14.000 t.j⁻¹ (fig. 2.14). D'un jour à l'autre, la variabilité est également forte (de l'ordre de 2000 t.j⁻¹) ; elle reflète la variabilité journalière des débits.

L'analyse des transports de matière dissoute au pas de temps mensuel montre qu'ils varient de 70.000 à 280.000 t.mois⁻¹ sur la période nov-94-oct-96 (fig. 2.15). Deux périodes se distinguent très clairement sur le gra-phique : 1) entre novembre 1994 et juillet 1995, les trans-ports de MDT ont atteint environ 1,850 Mt (2,200 Mt au cours de la première année de mesure) ; 2) à partir d'août 1995, les transports de MDT ont connu un très net ralen-tissement, la quantité transportée au cours de cette deuxième période, pourtant plus longue, ne dépassant pas 1,500 Mt (1,300 Mt sur la deuxième année de mesu-re). Ces différences tiennent essentiellement au fait que l'on a mesuré des années à l'hydrologie très contrastée : les débits ont été très nettement excédentaires entre février et juillet 1995 en raison d'une fusion nivale exceptionnellement longue et abondante (les cumuls de neige ont très fréquemment dépassé 5 m de hauteur au dessus de 2500 m d'altitude) ; les écoulements ont par contre été très déficitaires au cours du printemps 1996 (en raison de la faible couverture nivale de l'hiver 1995-96). Les mesures effectuées à la station de Grenoble-Campus, dans des conditions hydrologiques contrastées, permettent de fournir une fourchette de valeurs basse et haute des transports annuels de MDT de l'ordre de 1,0 à 3 Mt.an⁻¹, soit 180 à 450 t.km⁻².an⁻¹.

<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>**Figure 2.13 - Fluctuations accidentelles de la conductivité de l'Isère à la station de Grenoble-Campus.**</figcaption></figure>
<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Figure 2.14 - Chronique journalière des transports de matière dissoute totale entre novembre 1994 et juin 1996.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Figure 2.15 - Transport mensuel et transport cumulé de matière dissoute totale sur l'Isère à la station de Grenoble-Campus entre le 1er novembre 1994 et 30 octobre 1996.</figcaption></figure>

### 2.2.3) La relation concentration / débit

La représentation graphique de la relation conductivité/débit (période 06/95-05/96) permet de pressentir un lien statistique fort entre les deux variables (fig. 2.16), après linéarisation du nuage par la transformation logarithmique des variables CJmoy et QJmoy. Dans la littérature spécialisée (Walling & Webb, 1986 ; Walling & Webb, 1992), la relation habituellement décrite entre charge dissoute et débit prend la forme d'une fonction puissance de type CD=aQᵇ, après la transformation logarithmique des deux variables.

Dans le cas de l'Isère, la liaison statistique entre la conductivité et le débit s'écrit :

$$ CJmoy = 3,707 \cdot QJmoy^{-0,399} \\ \text{avec un coefficient de détermination } r^2=0,834 $$

Comme le montre le tableau 2.7, des régressions multiples permettent de sensiblement améliorer la modélisation statistique : l'association du débit et de la température de l'eau comme variables explicatives permet de gagner 5 % sur le coefficient de détermination ; l'ajout au
<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>Figure 2.16 : Relation conductivité journalière/débit journalier à la station Grenoble-Campus pour la période du 24/05/95 au 31/06/96.</figcaption></figure>

modèle de l'étendue journalière de la conductivité permet un gain de 1 % supplémentaire. La minéralisation est d'autant plus basse que la température de l'eau est forte, ce qui traduit la prééminence de fortes concentrations en matière dissoute pendant la saison froide. L'écart entre le maximum et le minimum journalier de conductivité apporte un correctif supplémentaire ; nous avons vu précédemment que sa valeur augmente au cours de la saison froide, probablement en relation avec les éclusées générées par les réservoirs hydroélectriques (voir fig. 2.10). Des essais de modélisation statistique ont été faits avec d'autres variables (QJmax-QJmin, TJmax-TJmin...); ils n'ont pas donné de résultats significatifs, les coefficients de corrélation partielle dépassant systématiquement le seuil de probabilité de 1%.

## 2.3) La dynamique de la matière en suspension (MES)

### 2.3.1) Chronique de la concentration en MES

#### A) Les données biquotidiennes issues des prélèvements automatiques

La chronique présentée s'échelonne sur une période de 33 mois depuis la mise en place du système de prélèvement automatique. Pour des commodités de représentation, elle a été découpée en séries annuelles (fig. 2.17). On remarque immédiatement l'extrême variabilité de la concentration en MES qui couvre une gamme de 10 mg.l⁻¹ à 20 g.l⁻¹ (soit un facteur multiplicatif de 2000). On constate également que pendant la plus grande partie de l'année, les valeurs de la concentration sont faibles. Des calculs de fréquence ont été réalisés sur les deux premières années de mesure ; elles ne présentent guère de différence d'une année à l'autre (fig. 2.18) : la concentration n'a été supérieure à 500 mg.l⁻¹ que pour 20 % des prélèvements ; si l'on se réfère à la concentration supérieure à 5 g.l⁻¹, cette fréquence tombe à moins de 1 % pour 1994-95 et 2 % pour 1995-96.

Comme le montre le tableau 2.8, des concentrations supérieures à 10 g.l⁻¹ ne sont pas rares puisqu'elles ont pu être mesurées à douze reprises au cours des deux premières années d'observation. Les chroniques indiquent que deux types de phénomènes génèrent de fortes concentrations : 1) la *fusion nivale*, s'échelonnant généralement du début avril au milieu du mois de juillet, donne naissance de manière cyclique à de fortes valeurs de concentration en MES ; 2) les *crues*, phénomènes aléatoires se produisant aussi bien en période de fusion nivale qu'en automne, sont à l'origine des valeurs de concentration les plus fortes que l'on ait pu mesurer sur l'Isère.

Un D.E.A récemment réalisé à l'Ecole d'Hydraulique de Grenoble à partir des données recueillies à la station de Grenoble-Campus a montré qu'il existe une relation statistique de bonne qualité entre les concentrations à Grenoble-Campus et la température moyenne des 5 jours précédents à Bonneval-sur Arc (Haute-Maurienne)

<table><caption>Tableau 2.7 - Différents modèles statistiques reliant la charge dissoute à diverses variables explicatives</caption><thead><tr><td>Équation de régression</td><td>r²</td></tr></thead><tbody><tr><td>Ln(CJmoy)=-0,399.Ln(QJmoy)+8,218</td><td>0,834</td></tr><tr><td>Ln(CJmoy)=-1,552E-3.QJmoy-0,022.TJmoy+6,675</td><td>0,884</td></tr><tr><td>Ln(CJmoy)=-1,507E-3.QJmoy-0,021.TJmoy+4,7496E-4.(CJmax-CJmin)+6,616</td><td>0,894</td></tr></tbody></table>

avec : CJmoy : Conductivité journalière

QJmoy : Débit journalier

TJmoy : Température moyenne de l'eau

(CJmax-CJmin) : étendue journalière
<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>Figure 2.17 - Chroniques de la concentration en MES au cours des 3 premières années de mesure.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Figure 2.18 - Distribution annuelle des concentrations au cours des deux premières années de mesure.</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau 2.8 - Valeurs classées des concentrations supérieures en MES à 5 g.l⁻¹ mesurées sur l'Isère entre le 23 mars 1994 et le 22 mars 1996.</caption><thead><tr><th>Date</th><th>Heure</th><th>Concentration (mg/l)</th><th>Date</th><th>Heure</th><th>Concentration (mg/l)</th></tr></thead><tbody><tr><td>3/06/95</td><td>12</td><td>18650</td><td>25/09/94</td><td>12</td><td>6982</td></tr><tr><td>4/06/95</td><td>0</td><td>17016</td><td>27/05/95</td><td>0</td><td>6211</td></tr><tr><td>24/09/94</td><td>12</td><td>16915</td><td>31/05/95</td><td>12</td><td>6166</td></tr><tr><td>30/07/94</td><td>12</td><td>15119</td><td>28/06/94</td><td>0</td><td>6126</td></tr><tr><td>2/06/95</td><td>0</td><td>14104</td><td>6/06/95</td><td>12</td><td>6086</td></tr><tr><td>1/06/95</td><td>12</td><td>13363</td><td>30/05/95</td><td>12</td><td>6067</td></tr><tr><td>22/06/95</td><td>12</td><td>11758</td><td>28/06/95</td><td>12</td><td>5550</td></tr><tr><td>4/06/95</td><td>12</td><td>11506</td><td>5/06/95</td><td>0</td><td>5532</td></tr><tr><td>6/06/95</td><td>0</td><td>11446</td><td>2/06/95</td><td>12</td><td>5456</td></tr><tr><td>27/06/94</td><td>12</td><td>11260</td><td>15/09/94</td><td>0</td><td>5356</td></tr><tr><td>3/06/95</td><td>0</td><td>10559</td><td>5/06/95</td><td>12</td><td>5302</td></tr><tr><td>25/09/94</td><td>0</td><td>10295</td><td>26/09/94</td><td>0</td><td>5066</td></tr><tr><td>23/06/95</td><td>0</td><td>9471</td><td>6/11/94</td><td>12</td><td>5008</td></tr><tr><td>27/06/94</td><td>0</td><td>7777</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

(Gautheron, 1995) : la fusion nivale est donc bien l'un des paramètres expliquant la production sédimentaire. Ces premiers éléments encourageants ne doivent cependant pas masquer qu'il reste beaucoup de travail pour analyser de manière fine le rôle de la fonte nivale, tant du point de vue de la recherche d'indices de fusion que de l'analyse de la distribution spatiale du phénomène.

Gautheron (1995) a également étudié les situations météorologiques des épisodes ayant donné des concentrations supérieures à 5 g.l⁻¹ au cours de l'année 1994 (27-28 juin, 30 juillet et 24-25 septembre). Pour deux d'entre-eux (juin et septembre), il apparaît qu'ils sont liés à des phénomènes de "retour d'Est" ou "Lombarde" ayant donné d'abondantes précipitations sur les crêtes du haut bassin de l'Arc (Haute-Maurienne). L'épisode du mois de juillet est dû à des orages situés sur la Moyenne Maurienne. Leur caractère local n'a que peu influencé le niveau de l'Isère à Grenoble, puisqu'au cours de cet épisode la rivière n'a pas dépassé un débit maximum instantané de 266 m³.s⁻¹ ; cependant, les précipitations, de

forte intensité sur des bassins versants dénudés et très affouillables, ont été très érosives, induisant de très fortes concentrations à Grenoble sans véritable onde de crue.

### B) L'évolution en continu de la MES : résultats préliminaires

La turbidimétrie infrarouge mise en place à la station de Grenoble-Campus permet de collecter en continu des données sur les concentrations en MES (le pas de temps de mémorisation des mesures est ici la 1/2 heure, une mesure étant faite toutes les 5 mn). En fonctionnement sur l'Isère depuis le mois de juin 1996, le premier turbidimètre que l'on a installé mesure des concentrations inférieures ou égales à 2 g.l⁻¹. Dans la série de données dont nous disposons, nous avons ainsi sélectionné les principales crues de MES qui sont restées dans la gamme de mesure du capteur, entre les mois de juin 1996 et de février 1997 (11 événements) (fig. 2.19). Il est à noter que nous ne disposons que d'un recul de quelques mois depuis la mise en service du capteur et que l'analyse des
<figure><img src="image_88.png" /><figcaption>Figure 2.19 - Diagramme des concentrations et des débits des 11 crues de MES observées par turbidimétrie à la station de Grenoble-Campus.</figcaption></figure>
courbes de concentration qui va suivre est donc forcé-ment de portée limitée.

Les crues de MES étudiées témoignent d'un grand nombre de situations hydro-météorologiques (fusion nivale, orages estivaux, précipitations d'automne...). Elles constituent des événements souvent simples (1 seul pic bien marqué) ; elles témoignent parfois de situations plus complexes (plusieurs pics successifs). Dans deux cas, les courbes de concentration mettent en évidence des fluctuations rapides de teneur en MES, chaque pic témoignant d'une brève onde de passage du flux en suspension. L'examen des courbes de concentration montre que dans la plupart des cas, la phase de concentration est plus rapide que la phase de décroe de la MES, à l'image de ce que l'on observe sur un hydrogramme de crue simple. Par ailleurs, toutes les augmentations de la MES ne sont pas associées à des variations hydrologiques sensibles.

La mise en relation de la concentration et du débit révèle l'existence du classique hystérésis entre les flux de sédiments et les flux d'eau (fig. 2.20). Là encore, il est difficile d'aller très loin dans l'analyse, du fait d'un évi-

dent manque de recul. Il convient cependant de dire que l'étude de 10 événements permet de relever un grand nombre de situations différentes (Rieger, Olive et al., 1988 ; Williams, 1989) : concentration en retard sur le débit dans 4 cas sur 10 ; combinaisons complexes de mouvement d'avance ou de retard (ou l'inverse) de la concentration sur le débit dans 5 autres cas sur 10 ; 1 cas enfin, où concentration et débit sont relativement en phase. Cette diversité des types d'hystérésis permet de comprendre pourquoi la relation liant la concentration au débit est de très médiocre qualité (voir P2, § 2.3.3). Ce type d'observation n'a rien de surprenant sur un bassin-versant de la taille de celui de l'Isère en amont de Grenoble. Cela confirme en tout cas la prépondérance des phénomènes locaux sur la fourniture des matières en suspension, les crues de MES de petits affluents pouvant évoluer de manière totalement indépendante du débit de l'Isère à Grenoble.

Ces résultats préliminaires montrent très clairement que la mesure des flux de MES en continu constitue un axe de recherche intéressant. Les études à venir pourront peut être aider à mieux cerner d'éventuels phénomènes saî-

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Figure 2.20 - Typologie provisoire des hystérésis entre la concentration en MES et le débit à la station de Grenoble-Campus.</figcaption></figure>
sonniers ou liés à des événements météorologiques spé-cifiques. En tout cas, une réflexion approfondie reste à mener sur la signification des événements décrits vis-à-vis de la dynamique de la fourniture sédimentaire. Sur l'Isère, la turbidimétrie est également un outil qui pourrait s'avérer très efficace pour suivre et analyser les conséquences de l'artificialisation du régime hydrolo-gique sur les transports de MES (vidanges de réservoirs ; effets éventuels des marnages quotidiens sur les transits de sédiments fins...). Elle présente indéniablement un grand intérêt pour les gestionnaires des réservoirs hydro-électriques qui disposent par la mesure en continu d'un moyen d'anticiper les flux de MES arrivant dans leurs réservoirs et, éventuellement, de mettre en place des pro-cédures de gestion du plan d'eau visant à faciliter le tran-sit des sédiments vers l'aval.

### 2.3.2) Quantification des transports de MES

Les transports de MES ont fait l'objet d'un essai de quantification. La figure 2.21 présente les transports solides cumulés sur des périodes d'un an depuis le début des mesures. Les trois diagrammes proposés permettent d'observer des situations très contrastées tant du point de vue des volumes transportés que de la chronologie des phénomènes :

* Les transports solides de l'année 1994-95 ont atteint un total d'environ 4.700.000 tonnes (fig. 2.21/A). Pour leur plus grande part, ils se sont produits entre le 15 mai et le 30 septembre 1994. L'allure en marches d'escalier de la courbe cumulative indique que les transports de MES sur l'Isère ont fonctionné sous la forme de pulsations :

1) Au cours du printemps et du début de l'été, les transports solides ont été rythmés par la conjonction de la fonte nivale et de précipitations engendrant des crues de fusion : a) entre le 15 mai et le 5 juin, une premier passage de MES a pu être enregistré. Il est dû à la conjonction de fortes concentrations (1 à 2,5 g.l⁻¹) et de débits soutenus, sans que ceux-ci dépassent pourtant le niveau des hautes-eaux annuelles (Qinst. maxi : 480 m³.s⁻¹); b) les 26 et 27 juin, ce sont environ 740.000 tonnes qui ont transité à Grenoble lors d'une crue dont le débit maximum instantané fut de 730 m³.s⁻¹; au cours de cet épisode, les transports solides ont dépassé le 1/5e du total annuel, si l'on inclut dans le calcul la semaine qui a suivi l'événement.

2) La crue du 30 juillet liée à des orages localisés sur la Moyenne Maurienne n'a que fort peu compté dans le bilan annuel, même si les concentrations étaient parmi les plus fortes mesurées, en raison de faible volume d'eau écoulé au cours de cet épisode (environ 20 Mm³.j⁻¹).

3) L'épisode des 24-25 septembre a fourni environ 620.000 tonnes en dépit d'un débit modeste (Qinst maxi : 400 m³.s⁻¹).

4) D'autres événements hydrologiques nettement plus forts que l'épisode de juillet sont intervenus en fin de période d'étude (janvier et mars 1995). Les concentrations en MES sont cependant restées en dessous de 1 g.l⁻¹ et de ce fait, ces événements n'interviennent que fort peu dans le bilan des transports solides de l'année.

* Au cours de l'année 1995-96, les transports solides ont très largement dépassé ceux de la période précédente avec une masse totale d'environ 6.500.000 tonnes (fig. 2.21/B). On ne peut qu'être frappé par l'exceptionnelle brièveté de la période au cours de laquelle cette énorme quantité de MES a transité, puisqu'entre le 5 mai et le 15 juillet, ce sont approximativement 5.800.000 tonnes qui ont circulé dans l'Isère à Grenoble (près de 90% du bilan annuel !). Des transports solides de 400 à 500.000 t.j⁻¹ ont été mesurés à 4 reprises en 1995, soit le transit d'environ 2 Mt de MES (30 % du volume annuel en 1 % du

<table><caption>Tableau 2.10 - Classement des plus forts tonnages journaliers supérieurs à 100.000 t.j⁻¹ au cours des 3 années de mesure.</caption><thead><tr><th>Date</th><th>1994<br>Transport MES<br>(t/j)</th><th>Date</th><th>1995<br>Transport MES<br>(t/j)</th><th>Date</th><th>1996<br>Transport MES<br>(t/j)</th></tr></thead><tbody><tr><td>27/06/94</td><td>523056</td><td>3/06/95</td><td>532307</td><td>25/07/96</td><td>190951</td></tr><tr><td>24/09/94</td><td>290081</td><td>2/06/95</td><td>510746</td><td>11/06/96</td><td>97257</td></tr><tr><td>25/09/94</td><td>271697</td><td>4/06/95</td><td>472492</td><td></td><td></td></tr><tr><td>28/06/94</td><td>216039</td><td>1/06/95</td><td>439285</td><td></td><td></td></tr><tr><td>30/07/94</td><td>148377</td><td>22/06/95</td><td>326078</td><td></td><td></td></tr><tr><td>15/09/94</td><td>115947</td><td>23/06/95</td><td>277113</td><td></td><td></td></tr><tr><td>28/05/94</td><td>104155</td><td>6/06/95</td><td>270780</td><td></td><td></td></tr><tr><td>27/05/94</td><td>101461</td><td>31/05/95</td><td>260634</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>30/05/95</td><td>206861</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>27/05/95</td><td>202626</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>5/06/95</td><td>164694</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>29/06/95</td><td>118516</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>28/06/95</td><td>114457</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Figure 2.21 :- Transports solides cumulés de MES au cours des trois premières années de mesure.</figcaption></figure>
temps) (tableau 2.10). Cette concentration du flux sur une si courte période est due à la conjonction de deux facteurs :

a) les écoulements du printemps 1995 ont été très abondants en relation avec des accumulations neigeuses exceptionnelles sur l'ensemble du bassin de l'Isère : le classement des débits moyens journaliers supérieurs à 350 m³.s⁻¹ a révélé 64 jours d'écoulements supérieurs à ce débit-seuil contre 28 en 1994 et seulement 1 journée en 1996 (fig. 2.22) ;

b) les crues ont été absentes de tout le reste de la période, les débits étant la plupart du temps inférieurs au module (200 m³.s⁻¹).

* Les transports solides de l'année 1996-97 ont été enco-
re plus faibles, les tonnages cumulés enregistrés restant
inférieurs à 1.400.000 tonnes (fig. 2.21/C). Si l'on com-
pare cette situation aux deux années précédentes, il appa-
rait très clairement que la faible fusion nivale du prin-
temps 1996, en raison d'un enneigement resté modeste,
porte une lourde responsabilité dans la faiblesse des
transports annuels de MES. Par ailleurs, le retard pris au
printemps n'a jamais pu être rattrapé, l'année hydrolo-
gique s'étant écoulée sans réelle crue (1 seul épisode
dépassant 400 m³.s⁻¹, les 25-26 juillet). En raison de ces
particularités, une seule journée a excédé un transport de
100.000 tonnes (190.000 tonnes le 25/07/96), valeur au
demeurant modeste si on la compare aux événements de
l'année 1995, et ce en dépit d'une concentration dépas-
sant 12 g.l⁻¹.

Ces trois années d'observation montrent *le rôle prépon-
dérant de l'hydraulicité du printemps sur les transports de
MES de l'Isère*. Un fort pourcentage du tonnage annuel
s'écoule de manière régulière entre le 15 avril et le 15
juillet. Si l'hydrologie de cette période est déficitaire,
l'année de transport reste modeste, les crues, phéno-
mènes aléatoires, ne parvenant généralement pas à rat-

traper le déficit acquis lors de la fusion nivale. Les trois
années de mesure présentant des situations très contras-
tées et dont deux sont probablement relativement excep-
tionnelles (1995 et 1996), il apparaît que les transports de
MES de l'Isère à Grenoble s'inscrivent dans une four-
chette de valeurs de 1.200.000 à 6.500.000 tonnes (soit la
fourniture de 215 à 1.200 t.km⁻².an⁻¹) ; il est à noter que
Pardé (1925) estimait à 800 t.km⁻² l'apport annuel de
MES sur l'Isère à Grenoble. Le début de l'année 1997,
qui présente à la fois un enneigement peu important et un
déficit pluviométrique de printemps marqué, s' annonce
comme fortement déficitaire, en tout cas pour la phase de
transport provenant de la fusion nivale.

2.3.3) Les difficultés de la modélisation des trans-
ports solides

A) La modélisation statistique : la relation concen-
tration en MES-débit

Les relations concentration-débit de l'Isère à Grenoble ont été étudiées d'une manière distincte pour chacune des années de mesure. Comme pour la matière dissoute, les relations statistiques les plus utilisées dans la bibliographie spécialisée sont des fonctions puissance du type MES=aQᵇ, utilisant les logarithmes de la concentration et du débit (Walling & Webb, 1992; Eisma, 1993).

Comme le montrent les graphiques de la figure 2.23, la dispersion des nuages de points est forte pour les trois années de mesure ; le calcul des équations de régression confirme les informations données par les graphiques, les coefficients de détermination du modèle statistique ne dépassant que de fort peu, dans le meilleur des cas, 50 % de la variance totale (tab. 2.11). Gautheron (1995) s'est interrogé sur le rôle des débits de l'Arc dans les apports de MES à Grenoble. Il a essayé de corréler les concentrations de Grenoble-Campus avec les hauteurs d'eau

<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Figure 2.22 - Débits classés supérieurs à 350 m³.s⁻¹ à la station de Grenoble Campus en 1994, 1995

(d'après les données hydrologiques fournies par Ph. Bois).</figcaption></figure>
mesurées sur l'Arc à Pont-Saint-Rémi : les résultats qu'il obtient ne proposent pas une amélioration sensible du coefficient de détermination. On ne peut que le suivre lorsqu'il conclut que "la concentration en MES étant liée à des phénomènes complexes sur plusieurs bassins versant, il semble illusoire de pouvoir quantifier tous les processus qui engendrent les sédiments transportés" (op. cit., p. 52).

La figure 2.23/1995 montre des groupements de points qui pourraient laisser penser qu'existe un mélange de plusieurs sous-populations. Cette observation nous a incité à effectuer une analyse saisonnière de la relation concentration-débit : cinq sous-populations ont été distinguées (fig 2.24) et traitées de manière séparée ; les résultats de l'analyse statistique figurent dans le tableau 2.12 et montrent une nette amélioration des coefficients de détermination de certaines périodes par rapport au coefficient annuel. La séparation en sous-populations a été faite ici de manière intuitive après un examen rapide des données. L'amélioration de trois coefficients de détermination sur cinq laisse penser que des facteurs saisonniers sont à prendre en compte pour expliquer les apports de MES en provenance des versants :

a) La qualité de la relation concentration/débit a été la meilleure au cours de l'hiver (période 1) et de l'été 1995 (période 3). Pour la période hivernale, l'explication réside dans le fait que la relation concentration/débit est très peu tributaire de facteurs météorologiques locaux. En effet, la couverture neigeuse fige les bassins versants d'altitude et bloque la fourniture sédimentaire. Ce n'est pas le cas après la fusion de la neige, le ruissellement occasionné par des épisodes pluvieux très localisés (orages) provoquant des écoulements dont la concentration en MES est très forte (> 30 g.l⁻¹), mais dont le volume n'est pas toujours suffisant pour accroître sensiblement le débit de l'Isère à Grenoble. Il en résulte que de fortes concentrations en MES peuvent être observées

pour une large gamme de débits, ce qui bien évidemment nuit très fortement à la qualité de la liaison statistique entre ces deux variables. La bonne relation concentration/débit au cours de l'été 1995 tient justement au fait que cette année, la variabilité de la concentration en MES est restée faible (voir fig. 2.17 et 2.21) en raison d'une activité orageuse estivale modérée.

b) Les coefficients de détermination ont été plus faibles au printemps (période 2), au moment de la libération progressive des bassins-versants de leur couverture nivale et de la reprise des transports de MES. L'automne 1995 (période 4) n'a montré aucune relation entre la concentration des écoulements en MES et le débit. Il est possible que ceci témoigne de l'influence des travaux de rectification du chenal de l'Arc réalisés à l'occasion de l'aménagement autoroutier de la Maurienne. Pendant une grande partie de l'année 1995, les travaux dans le chenal ont été à l'origine d'intenses brassages des fonds qui ont remis en suspension des quantités non négligeables de sédiments fins. Au cours de l'automne 1995, les teneurs en MES ont été presque constamment au dessus de 100 mg.l⁻¹, alors que dans le même temps les débits étaient particulièrement faibles (moins de 100 m³.s⁻¹). Les prélèvements réalisés au cours de l'automne semblent atypiques puisque, lorsqu'on la retire des calculs de régression, la relation concentration-débit est très fortement améliorée (coefficient de détermination r² passant de 0,515 à 0,846).

Une étude identique a été également tentée pour la période de 1994-95. Des débits très contrastés en toutes saisons (crues d'automne et d'hiver, en particulier) n'a pas permis de mettre en évidence des particularismes saisonniers aussi marqués qu'en 1995-96. Dans les mois à venir, il est prévu de procéder à une nouvelle étude, où le tri des données sera effectué plus finement sur la base d'éléments météorologiques. Le test effectué sur l'année 1995-96 paraît indiquer que des corrélations bien

<table><caption>Tableau 2.11 - Relation Concentration-Débit à Grenoble-Campus pour les trois premières années de mesure.</caption><thead><tr><td>Période de mesure</td><td>Relation Concentration/Débit</td><td>r²</td></tr></thead><tbody><tr><td>1994 (depuis le 23/03)</td><td>Ln(C94-95)= 2,242.Ln(Q94-95)-6,798</td><td>0,459</td></tr><tr><td>1995</td><td>Ln(C95-96)= 1,863.Ln(Q95-96)-4,591</td><td>0,515</td></tr><tr><td>1996</td><td>Ln(C96-97)= 2,127.Ln(Q96-97)-6,064</td><td>0,491</td></tr></tbody></table>

avec C : Concentration (mg/l)

Q : Débit (m³/s)

<table><caption>Tableau 2.12 - Relation concentration-débit par périodes à Grenoble Campus pour l'année 1995-96.</caption><thead><tr><td>Date</td><td>Période</td><td>N</td><td>r²</td><td>Relation Concentration-Débit</td></tr></thead><tbody><tr><td>23/03/95 au 30/04/95</td><td>1</td><td>77</td><td>0,661</td><td>Ln(C)=0,175.Ln(Q)+4,75</td></tr><tr><td>1/05/95 au 15/07/95</td><td>2</td><td>151</td><td>0,475</td><td>Ln(C)=3,539.Ln(Q)-14,064</td></tr><tr><td>16/07/95 au 16/09/95</td><td>3</td><td>125</td><td>0,679</td><td>Ln(C)=1,954.Ln(Q)-5,669</td></tr><tr><td>17/09/95 au 31/12/95</td><td>4</td><td>221</td><td>0,127</td><td>Ln(C)=0,604.Ln(Q)+2,36</td></tr><tr><td>1/01/96 au 22/03/96</td><td>5</td><td>163</td><td>0,522</td><td>Ln(C)=1,614.Ln(Q)-4,349</td></tr><tr><td>Année 95-96 sans période 4</td><td>6</td><td>516</td><td>0,846</td><td>Ln(C)=2,803.Ln(Q)-9,967</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Figure 2.23 - Relations concentration/débit à la station de Grenoble-Campus depuis le début des mesures.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Figure 2.24 - Evolution saisonnière de la relation concentration/débit au cours de l'année 1995-96</figcaption></figure>
meilleures pourraient alors émerger si l'on intègre les types de temps aux calculs.

### B) La modélisation conceptuelle

En se fondant sur des données recueillies dans le bassin-versant de l'Arc, Gautheron (1995) a élaboré un modèle conceptuel à réservoir permettant, sur la base des mesures d'une partie de l'année 1994, de reconstituer les concentrations des transits de MES à Grenoble-Campus. Le modèle est construit autour de 3 modules : a) un module de production fondé sur les précipitations et la fusion du stock neigeux ; b) un module de stockage (réservoir fictif) permettant la prise en compte des phénomènes d'hystéresis du transport solide en suspension (ce réservoir correspond, en fait, au phénomène de préparation et de stockage de la MES dans les têtes de bassins-versants entre deux épisodes de transport) ; c) un module de transport vers l'exutoire correspondant à la vidange partielle ou totale du réservoir par un débit d'entraînement. La grosse difficulté de ce type de modélisation réside dans les difficultés de calage qu'il présente : 11 variables d'entrées constituaient le modèle et 10 paramètres étaient à caler de manière empirique. Les résultats ont été globalement positifs puisque le modèle est relativement bien parvenu à reconstituer les principaux événements à l'origine de fortes concentrations en MES. Comme le souligne cependant Gautheron (1995), le calage a été fait à posteriori sur une série d'événements que l'on a cherché à reconstituer au mieux ; rien ne permet actuellement d'être sûr que les paramètres de calage soient identiques pour une autre série de données. Les tests réalisés sur les concentrations de 1995, avec le même modèle calé de manière identique, n'ont pas permis d'obtenir des résultats aussi satisfaisants, en particulier parce que la fusion nivale a été l'élément prépondérant de l'année 1995, alors que plusieurs crues s'étaient produites en 1994 (Poirel, EDF-DTG, comm. perso). Par ailleurs, le modèle ne prend pas en compte les chasses artificielles des réservoirs, ni non plus les composements très différents des sous-bassins de l'Isère amont vis-à-vis de la fourniture en matériaux fins. Ici encore d'importantes recherches sont à mener pour parvenir à une modélisation prévisionnelle. La prévision des apports de MES est bien évidemment un élément important de la gestion des réservoirs hydroélectriques de la basse-Isère, en raison de l'envasement des retenues qu'ils engendrent.

### 2.3.4) La recherche des origines de la MES

#### A) Objectifs et méthode

Le suivi de la charge en suspension de l'Isère à Grenoble pose la question de la détermination de son origine. L'analyse des conditions climatiques engendrant les fortes concentrations de l'année 1994, faite par Gautheron (1995), semble indiquer que les sédiments

proviennent majoritairement de la Maurienne. Afin de fonder cette hypothèse sur des critères plus objectifs, nous avons demandé à un étudiant de maîtrise de mettre en place une base de données cartographiques géoréférencées ayant pour but la localisation des principales zones susceptibles de produire des MES (Latulippe, 1995). On ne développera pas ici le détail de la méthode mise en œuvre à l'occasion de cette étude, récemment publiée (Latulippe & Peiry, 1996) ; on se contentera seulement d'en rappeler le principe général<fnref n="4" />.

L'analyse n'a pas porté sur la totalité du bassin-versant mais exclusivement sur les cours d'eau de rang 4, de manière à disposer d'un échantillon composé d'individus liés à une entité géographique clairement identifiée (le bassin-versant). Quarante-trois bassins-versants (B.V.) ont été étudiés individuellement ; ils couvrent environ 50 % de la superficie du bassin de l'Isère en amont de Grenoble (fig. 2.25/A). Trois types de variables ont été retenues pour caractériser les potentialités des B.V. à produire des sédiments fins : a) des critères morphométriques (densité de drainage et pente du BV) ; b) des critères géologiques, les formations étant classées en fonction de leur potentialité à libérer des fines (tab. 2.13) ; c) l'absence de couverture végétale protégeant les sols, élément fondamental des processus d'érosion diffuse et concentrée. Des cartes analytiques ont pu être réalisées à partir de la base de données géoréférencées pour les deux derniers types de variables (fig. 2.25, B et C).

La hiérarchisation des zones de forte production sédimentaire a été faite sur la base d'un indice de sensibilité globale à l'érosion ($SG_i$) déterminé pour chaque bassin-versant $i$. Cet indice a été calculé en deux étapes consécutives : a) le croisement cartographique de la géologie et de la couverture végétale a permis d'identifier 6 types de croisements auxquels on a affecté des coefficients de sensibilité (tab. 2.14) ; un indice de sensibilité ($S_i$) quantifiant l'importance relative des principaux types de croisements entre géologie et sol nu a ensuite été calculé par une méthode additive ; b) les critères morphométriques ont été intégrés par la suite sous la forme de coefficients multiplicateurs venant pondérer la variable $S_i$ (voir tab. 2.15 et 2.16). Une fois la sensibilité globale à l'érosion ($SG_i$) calculée, on a étudié sa distribution statistique, ce qui a conduit à établir 5 classes de sensibilité à l'érosion (érodibilité très faible, faible, moyenne, forte, très forte) (fig. 2.26).

#### B) Résultats de l'étude

Les résultats de la hiérarchisation ont finalement été restitués sur une carte (fig. 2.27) qui discrimine des ensembles géographiques pour lesquels les conditions de sensibilité à l'érosion different :

<footnote n="4">⁴ Le lecteur peut prendre connaissance du développement de la méthode dans la publication figurant dans le volume 2 de ce mémoire de DHDR.</footnote>
<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Figure 2.25 - Cartographie thématique des sols nus et de la géologie favorable à l'érosion sur les bassins-versants de rang 4 de l'Isère

(Source : Latulippe & Peiry, 1996 modifié)</figcaption></figure>

1) Les B.V. localisés dans les massifs cristallins externes s'étendant de la chaîne de Belledonne jusqu'à l'extrémité supérieure du bassin de l'Arly sont identifiés comme les zones les moins favorables pour la recharge de MES. Il faut voir là l'effet conjoint de la bonne tenue à l'érosion des formations cristallines et de la bonne protection

des sols par la végétation.

2) Dans la partie septentrionale de la zone d'étude, la bordure orientale du massif préalpin des Bauges semble présenter des B.V. peu sensibles à l'érosion. La lithologie favorable à l'érosion (prédominance de marnes et de calcaires marneux) est compensée par une couverture végé-
<table><caption>Tableau 2.13 - Caractéristiques des formations géologiques les plus érodibles sur le bassin-versant de l'Isère
(Source : Latulippe & Peiry, 1996).</caption><thead><tr><td>Formations géologiques</td><td>Roches ou séries stratigraphiques retenues</td><td>Caractéristiques d'érodibilité</td><td>Classe d'érodibilité</td></tr></thead><tbody><tr><td>Formations Quaternaires</td><td>Dépôts morainiques, dépôts fluvio-glaciaires, zones de glissement de terrain et anciennes coulées boueuses.</td><td>Par leur caractère non-consolidé, les formations quaternaires ont un potentiel de production sédimentaire très élevé.</td><td>TF</td></tr><tr><td>Schistes Lustrés</td><td>Calcaires et marnes (SLci), "black shales" (SLcm) et schistes lustrés non différenciés (SL).</td><td>Si le degré de fissuration est élevé, on peut avoir d'important flux sédimentaire (exemple du torrent d'Envers sur la rive gauche de l'Arc).</td><td>F</td></tr><tr><td>Flysch Tertiaire</td><td>Séries schisteuses et calcaires.</td><td>Ces roches sont souvent disloquées et régulièrement glissées, ce qui, comme sur le torrent de la Ravoire en Maurienne, est un facteur de déclenchement et de prolifération des laves torrentielles.</td><td>F</td></tr><tr><td>Terres Noires du Jurassique</td><td>Marnes noires de l'Oxfordien</td><td>Le degré d'érodibilité des marnes noires ou "Terres Noires" est bien connu. C'est un lieu de prédilection des glissements de terrain et du ravinement intense.</td><td>TF</td></tr><tr><td>Lias schisteux</td><td>Schistes noirs très fissiles des étages du Domérien, du Toarcien et de l'Aalénien.</td><td>Le Lias schisteux est sûrement une des formations géologiques les plus érodibles du bassin-versant de l'Isère, surtout l'étage Aalénien (composé à plus de 80% de marnes). En voyant ces schistes, on peut imaginer facilement qu'une simple précipitation sur le B.V. influence la production sédimentaire.</td><td>TF</td></tr><tr><td>Lias calcaires</td><td>Calcaires séparés d'interlits marneux de l'étage Héttangien, Sinémurien et Carixien.</td><td>Si cette formation est bien fissurée et selon l'épaisseur des lits marneux, les possibilités de glissement de terrain sont relativement grandes (exemple le torrent de Valfroide).</td><td>F</td></tr><tr><td>Gypses et Cargneules du Trias</td><td>Gypses et Cargneules.</td><td>Bien que le gypse soit une roche tendre, celui-ci fournit en lui-même peu de sédiments. Cependant, à cause de ses propriétés (densité et solubilité), le gypse peut devenir un facteur majeur de l'ablation d'un versant.</td><td>F</td></tr><tr><td>Houiller briançonnais</td><td>Schistes noirs et versicolores, grès et conglomérat (toutes les séries du houiller).</td><td>Les vieux versants du Houiller sont constitués d'amas de roches disloquées et glissées propices à la production sédimentaire (nombreux exemples sur les rives de l'Arc).</td><td>TF</td></tr></tbody></table>

Classes d'érodibilité - TF : Très favorable ; F : Favorable

<table><caption>Tableau 2.14 - Les 8 caractères retenus dans la base de données, leur coefficient de sensibilité à l'érosion et le B.V. auquel ce coefficient a été attribué.</caption><thead><tr><td>Type de superposition</td><td>Code caractère</td><td>Sensibilité maxi (Smaxj)</td><td>Bassin-versant</td><td>Code B.V.</td></tr></thead><tbody><tr><td>Géologie très favorable et sol nu</td><td>TFN</td><td>50</td><td>La Nouvache Tnt</td><td>25</td></tr><tr><td>Géologie favorable et sol nu</td><td>FN</td><td>25</td><td>Rau de Doron (S)</td><td>22</td></tr><tr><td>Géologie très favorable et sol végétalisé</td><td>TFV</td><td>10</td><td>Rau de Belleville</td><td>17</td></tr><tr><td>Géologie non favorable et sol nu</td><td>NFN</td><td>10</td><td>Doron de Pralognan (S)</td><td>15</td></tr><tr><td>Géologie favorable et sol végétalisé</td><td>FV</td><td>5</td><td>L'Arc Rau (S)</td><td>21</td></tr><tr><td>Géologie non favorable et sol végétalisé</td><td>NFV</td><td>0</td><td>La Bialle Rau</td><td>4</td></tr><tr><td>Densité de drainage</td><td>Dd</td><td>Coefficient multiplicateur</td><td>Tnt de Valfroide</td><td>31</td></tr><tr><td>Ratio de relief</td><td>RR</td><td>Coefficient mutliplicateur</td><td>Doron de Pralognan (S)</td><td>15</td></tr></tbody></table>
<caption>Tableau 2.15 - Base de données initiale sur laquelle les calculs d'indices de sensibilité ont porté. Les combinaisons géologie/couverture végétale sont exprimées en pourcentage de la surface du bassin-versant considéré</caption>

(Source : Latulippe & Peiry, 1996).

<table><thead><tr><th>Code</th><th>Bassins-versants d'ordre 4</th><th>Aire (km²)</th><th>Dd (km-1)</th><th>RR</th><th>%TFN</th><th>%FN</th><th>%NFN</th><th>%TFV</th><th>%FV</th><th>%NFV</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>Rau de Merdaret</td><td>38,882</td><td>1,08</td><td>0,23</td><td>0,60</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>52,17</td><td>0,00</td><td>47,23</td></tr><tr><td>2</td><td>Le Breda Rau</td><td>235,081</td><td>0,96</td><td>0,09</td><td>2,98</td><td>0,00</td><td>18,45</td><td>16,15</td><td>1,29</td><td>61,14</td></tr><tr><td>3</td><td>Le Gelon Rau</td><td>112,395</td><td>1,10</td><td>0,08</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>3,52</td><td>19,23</td><td>0,62</td><td>76,63</td></tr><tr><td>4</td><td>La Bialle Rau</td><td>34,063</td><td>1,28</td><td>0,21</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>4,76</td><td>1,36</td><td>0,00</td><td>93,87</td></tr><tr><td>5</td><td>Tnt de Poncellamont</td><td>29,023</td><td>1,57</td><td>0,17</td><td>0,80</td><td>0,00</td><td>10,38</td><td>13,57</td><td>1,60</td><td>73,66</td></tr><tr><td>6</td><td>Argentine Tnt (S)</td><td>22,274</td><td>1,26</td><td>0,25</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>31,20</td><td>6,24</td><td>4,16</td><td>58,40</td></tr><tr><td>7</td><td>Le Versoyen Tnt (S)</td><td>28,103</td><td>1,81</td><td>0,21</td><td>22,24</td><td>10,71</td><td>10,71</td><td>25,54</td><td>9,89</td><td>20,91</td></tr><tr><td>8</td><td>Tnt des Glaciers</td><td>78,537</td><td>1,32</td><td>0,18</td><td>9,72</td><td>4,42</td><td>21,22</td><td>14,73</td><td>15,63</td><td>34,28</td></tr><tr><td>9</td><td>Tnt du Reclus</td><td>31,647</td><td>1,62</td><td>0,20</td><td>10,25</td><td>3,66</td><td>12,44</td><td>23,42</td><td>5,86</td><td>44,37</td></tr><tr><td>10</td><td>Tnt de la Sassière</td><td>48,200</td><td>1,25</td><td>0,26</td><td>30,78</td><td>0,00</td><td>30,30</td><td>22,12</td><td>0,00</td><td>16,79</td></tr><tr><td>11</td><td>Tnt du Ponturin</td><td>67,671</td><td>1,32</td><td>0,18</td><td>9,95</td><td>0,34</td><td>30,55</td><td>13,38</td><td>2,06</td><td>43,71</td></tr><tr><td>12</td><td>L'Isère R, (S)</td><td>47,357</td><td>1,10</td><td>0,17</td><td>9,82</td><td>8,84</td><td>33,39</td><td>17,18</td><td>3,44</td><td>27,33</td></tr><tr><td>13</td><td>Rau de Charvet</td><td>46,273</td><td>1,07</td><td>0,19</td><td>3,02</td><td>2,52</td><td>39,23</td><td>10,05</td><td>8,54</td><td>36,63</td></tr><tr><td>14</td><td>Doron de Champagny</td><td>99,213</td><td>0,97</td><td>0,20</td><td>6,80</td><td>1,87</td><td>31,88</td><td>16,64</td><td>1,87</td><td>40,94</td></tr><tr><td>15</td><td>Doron de Pralognan (S)</td><td>32,893</td><td>0,68</td><td>0,38</td><td>7,78</td><td>0,00</td><td>53,79</td><td>6,37</td><td>0,00</td><td>32,06</td></tr><tr><td>16</td><td>Doron de Chavrière</td><td>57,818</td><td>1,01</td><td>0,17</td><td>10,48</td><td>0,81</td><td>40,30</td><td>12,90</td><td>4,03</td><td>31,48</td></tr><tr><td>17</td><td>Rau de Belleville</td><td>96,234</td><td>1,45</td><td>0,15</td><td>24,71</td><td>0,00</td><td>8,48</td><td>58,60</td><td>0,00</td><td>8,21</td></tr><tr><td>18</td><td>Rau des Encombres</td><td>48,810</td><td>1,59</td><td>0,15</td><td>3,82</td><td>0,95</td><td>16,23</td><td>33,42</td><td>12,88</td><td>32,69</td></tr><tr><td>19</td><td>Le Nant Brun</td><td>42,846</td><td>1,46</td><td>0,16</td><td>3,26</td><td>1,63</td><td>16,84</td><td>15,75</td><td>6,52</td><td>56,00</td></tr><tr><td>20</td><td>Tnt d'Eau Rousse</td><td>57,734</td><td>1,43</td><td>0,17</td><td>3,62</td><td>0,00</td><td>14,09</td><td>13,69</td><td>2,82</td><td>65,78</td></tr><tr><td>21</td><td>L'Arc R, (S)</td><td>339,247</td><td>1,04</td><td>0,08</td><td>2,40</td><td>21,71</td><td>26,03</td><td>3,16</td><td>30,71</td><td>15,99</td></tr><tr><td>22</td><td>Rau du Doron (S)</td><td>160,530</td><td>1,10</td><td>0,12</td><td>5,37</td><td>26,40</td><td>26,99</td><td>4,50</td><td>15,96</td><td>20,78</td></tr><tr><td>23</td><td>Rau d'Ambin</td><td>86,216</td><td>1,04</td><td>0,14</td><td>3,25</td><td>4,34</td><td>23,31</td><td>9,37</td><td>17,33</td><td>42,40</td></tr><tr><td>24</td><td>Rau des Herbiers</td><td>51,175</td><td>1,43</td><td>0,19</td><td>6,85</td><td>11,42</td><td>22,39</td><td>21,01</td><td>11,87</td><td>26,46</td></tr><tr><td>25</td><td>La Nouvache Tnt</td><td>50,749</td><td>1,23</td><td>0,18</td><td>31,33</td><td>0,00</td><td>10,13</td><td>50,66</td><td>0,00</td><td>7,88</td></tr><tr><td>26</td><td>La Valloirette Tnt</td><td>84,714</td><td>1,22</td><td>0,16</td><td>16,84</td><td>1,66</td><td>40,60</td><td>14,63</td><td>1,38</td><td>24,89</td></tr><tr><td>27</td><td>Aff, de la Valloirette (RG)</td><td>9,852</td><td>2,08</td><td>0,29</td><td>30,82</td><td>14,23</td><td>7,15</td><td>4,77</td><td>2,38</td><td>40,66</td></tr><tr><td>28</td><td>Le St-Martin Tnt</td><td>18,652</td><td>1,80</td><td>0,30</td><td>10,00</td><td>0,00</td><td>5,00</td><td>50,02</td><td>10,00</td><td>24,97</td></tr><tr><td>29</td><td>Rau de St-Julien</td><td>20,826</td><td>1,77</td><td>0,28</td><td>2,24</td><td>2,24</td><td>16,79</td><td>39,19</td><td>7,84</td><td>31,70</td></tr><tr><td>30</td><td>L'Arvette Tnt</td><td>60,271</td><td>1,53</td><td>0,13</td><td>13,95</td><td>1,55</td><td>14,34</td><td>27,12</td><td>1,94</td><td>41,09</td></tr><tr><td>31</td><td>Tnt de Valfroide</td><td>39,994</td><td>2,15</td><td>0,10</td><td>26,89</td><td>15,20</td><td>14,62</td><td>18,12</td><td>9,35</td><td>15,83</td></tr><tr><td>32</td><td>Rau de Pradin</td><td>16,879</td><td>2,14</td><td>0,29</td><td>6,93</td><td>8,31</td><td>51,23</td><td>1,38</td><td>1,38</td><td>30,77</td></tr><tr><td>33</td><td>Tnt de Merderel</td><td>26,669</td><td>1,48</td><td>0,20</td><td>4,38</td><td>0,00</td><td>3,50</td><td>17,50</td><td>6,13</td><td>68,50</td></tr><tr><td>34</td><td>Rau de Merderel</td><td>16,765</td><td>1,66</td><td>0,23</td><td>2,79</td><td>6,96</td><td>12,54</td><td>5,57</td><td>8,36</td><td>63,79</td></tr><tr><td>35</td><td>Le Glandon Tnt</td><td>107,861</td><td>1,10</td><td>0,14</td><td>1,08</td><td>0,22</td><td>20,54</td><td>14,06</td><td>4,33</td><td>59,78</td></tr><tr><td>36</td><td>La Settaz Rau</td><td>28,882</td><td>1,59</td><td>0,32</td><td>0,00</td><td>4,84</td><td>9,67</td><td>6,45</td><td>2,42</td><td>76,62</td></tr><tr><td>37</td><td>Tnt de la Lescherette</td><td>37,174</td><td>1,20</td><td>0,24</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>13,15</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>86,85</td></tr><tr><td>38</td><td>Le Bugeon Tnt</td><td>36,426</td><td>1,60</td><td>0,22</td><td>1,92</td><td>1,28</td><td>13,41</td><td>17,25</td><td>0,00</td><td>66,14</td></tr><tr><td>39</td><td>La Chaise Tnt</td><td>98,169</td><td>1,19</td><td>0,09</td><td>0,71</td><td>0,00</td><td>8,00</td><td>5,65</td><td>0,00</td><td>85,64</td></tr><tr><td>40</td><td>L'Arly Tnt (S)</td><td>80,283</td><td>1,80</td><td>0,10</td><td>0,00</td><td>0,29</td><td>3,45</td><td>27,90</td><td>13,24</td><td>55,12</td></tr><tr><td>41</td><td>Le Nant Rouge Tnt</td><td>33,754</td><td>1,29</td><td>0,14</td><td>2,05</td><td>1,37</td><td>1,37</td><td>20,54</td><td>22,60</td><td>52,06</td></tr><tr><td>42</td><td>L'Arrondine Tnt</td><td>62,859</td><td>1,52</td><td>0,13</td><td>8,81</td><td>0,00</td><td>19,46</td><td>28,28</td><td>0,00</td><td>43,46</td></tr><tr><td>43</td><td>Le Doron Tnt (S)</td><td>84,861</td><td>1,15</td><td>0,16</td><td>1,36</td><td>3,00</td><td>15,01</td><td>9,55</td><td>5,18</td><td>65,90</td></tr></tbody></table>

tale dense qui joue le rôle de frein pour la production sédimentaire fine. Certains cours d'eau, comme l'Arrondine, peuvent cependant présenter une fragilité plus forte que les B.V. voisins.

3) Les B.V. de la Tarentaise figurent dans la classe d'érodibilité moyenne. La lithologie est très favorable à la fourniture de sédiments fins, les schistes du Houiller soumis à une altération intense affleurant fréquemment sous

1500 m d'altitude. Comme dans les Bauges, c'est à la présence d'une dense couverture végétale protectrice des formations les plus affouillables que l'on doit le classement de la haute vallée de l'Isère en position moyenne dans cette classification. Les Périmètres de Restauration des Terrains de Montagnes (R.T.M.) sont nombreux dans cette zone ; il apparaît probable que l'amélioration de la couverture végétale liée aux aménagements des forêts
<caption>Tableau 2.16 - Calcul de l'indice de sensibilité globale à l'érosion SGi</caption>

(Source : Latulippe & Peiry, 1996).

<table><thead><tr><th>Code</th><th>Bassins-versants d'ordre 4<br>Coeff. de sensibilité</th><th>%TFN<br>50</th><th>%FN<br>25</th><th>%NFN<br>10</th><th>%TFV<br>10</th><th>%FV<br>5</th><th>Si<br>(Σ)</th><th>Cm<br>Dd</th><th>Cm<br>RR</th><th>Sensibilité<br>globale (SGi)</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>Rau de Merdaret</td><td>0,96</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>8,90</td><td>0,00</td><td>9,86</td><td>0,93</td><td>1,04</td><td>9,62</td></tr><tr><td>2</td><td>Le Breda Rau</td><td>4,76</td><td>0,00</td><td>3,43</td><td>2,76</td><td>0,21</td><td>11,15</td><td>0,90</td><td>0,81</td><td>8,09</td></tr><tr><td>3</td><td>Le Gelon Rau</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>0,65</td><td>3,28</td><td>0,10</td><td>4,04</td><td>0,94</td><td>0,80</td><td>3,05</td></tr><tr><td>4</td><td>La Bialle Rau</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>0,88</td><td>0,23</td><td>0,00</td><td>1,12</td><td>1,00</td><td>1,02</td><td>1,15</td></tr><tr><td>5</td><td>Tnt de Poncellamont</td><td>1,28</td><td>0,00</td><td>1,93</td><td>2,32</td><td>0,26</td><td>5,78</td><td>1,10</td><td>0,95</td><td>6,06</td></tr><tr><td>6</td><td>Argentine Tnt (S)</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>5,80</td><td>1,06</td><td>0,68</td><td>7,54</td><td>1,00</td><td>1,08</td><td>8,14</td></tr><tr><td>7</td><td>Le Versoyen Tnt (S)</td><td>35,49</td><td>10,14</td><td>1,99</td><td>4,36</td><td>1,61</td><td>53,59</td><td>1,18</td><td>1,02</td><td>64,89</td></tr><tr><td>8</td><td>Tnt des Glaciers</td><td>15,51</td><td>4,19</td><td>3,94</td><td>2,51</td><td>2,54</td><td>28,70</td><td>1,02</td><td>0,96</td><td>28,00</td></tr><tr><td>9</td><td>Tnt du Reclus</td><td>16,36</td><td>3,47</td><td>2,31</td><td>4,00</td><td>0,95</td><td>27,09</td><td>1,12</td><td>1,01</td><td>30,53</td></tr><tr><td>10</td><td>Tnt de la Sassière</td><td>49,12</td><td>0,00</td><td>5,63</td><td>3,77</td><td>0,00</td><td>58,53</td><td>0,99</td><td>1,09</td><td>63,56</td></tr><tr><td>11</td><td>Tnt du Ponturin</td><td>15,88</td><td>0,32</td><td>5,68</td><td>2,28</td><td>0,34</td><td>24,50</td><td>1,02</td><td>0,96</td><td>23,95</td></tr><tr><td>12</td><td>L'Isère R, (S)</td><td>15,67</td><td>8,37</td><td>6,21</td><td>2,93</td><td>0,56</td><td>33,74</td><td>0,94</td><td>0,95</td><td>30,30</td></tr><tr><td>13</td><td>Rau de Charvet</td><td>4,82</td><td>2,39</td><td>7,29</td><td>1,72</td><td>1,39</td><td>17,60</td><td>0,93</td><td>0,99</td><td>16,23</td></tr><tr><td>14</td><td>Doron de Champagny</td><td>10,85</td><td>1,77</td><td>5,93</td><td>2,84</td><td>0,30</td><td>21,69</td><td>0,90</td><td>1,01</td><td>19,61</td></tr><tr><td>15</td><td>Doron de Pralognan (S)</td><td>12,42</td><td>0,00</td><td>10,00</td><td>1,09</td><td>0,00</td><td>23,50</td><td>0,80</td><td>1,30</td><td>24,49</td></tr><tr><td>16</td><td>Doron de Chavrière</td><td>16,73</td><td>0,77</td><td>7,49</td><td>2,20</td><td>0,66</td><td>27,84</td><td>0,91</td><td>0,95</td><td>24,07</td></tr><tr><td>17</td><td>Rau de Belleville</td><td>39,44</td><td>0,00</td><td>1,58</td><td>10,00</td><td>0,00</td><td>51,01</td><td>1,06</td><td>0,92</td><td>49,60</td></tr><tr><td>18</td><td>Rau des Encombres</td><td>6,10</td><td>0,90</td><td>3,02</td><td>5,70</td><td>2,10</td><td>17,81</td><td>1,11</td><td>0,92</td><td>18,20</td></tr><tr><td>19</td><td>Le Nant Brun</td><td>5,20</td><td>1,54</td><td>3,13</td><td>2,69</td><td>1,06</td><td>13,63</td><td>1,07</td><td>0,94</td><td>13,65</td></tr><tr><td>20</td><td>Tnt d'Eau Rousse</td><td>5,78</td><td>0,00</td><td>2,62</td><td>2,34</td><td>0,46</td><td>11,19</td><td>1,06</td><td>0,94</td><td>11,15</td></tr><tr><td>21</td><td>L'Arc R, (S)</td><td>3,83</td><td>20,56</td><td>4,84</td><td>0,54</td><td>5,00</td><td>34,77</td><td>0,92</td><td>0,80</td><td>25,59</td></tr><tr><td>22</td><td>Rau du Doron (S)</td><td>8,57</td><td>25,00</td><td>5,02</td><td>0,77</td><td>2,60</td><td>41,95</td><td>0,94</td><td>0,87</td><td>34,20</td></tr><tr><td>23</td><td>Rau d'Ambin</td><td>5,19</td><td>4,11</td><td>4,33</td><td>1,60</td><td>2,82</td><td>18,05</td><td>0,92</td><td>0,90</td><td>14,90</td></tr><tr><td>24</td><td>Rau des Herbiers</td><td>10,93</td><td>10,81</td><td>4,16</td><td>3,59</td><td>1,93</td><td>31,43</td><td>1,05</td><td>0,98</td><td>32,44</td></tr><tr><td>25</td><td>La Nouvache Tnt</td><td>50,00</td><td>0,00</td><td>1,88</td><td>8,65</td><td>0,00</td><td>60,53</td><td>0,99</td><td>0,97</td><td>58,08</td></tr><tr><td>26</td><td>La Valloirette Tnt</td><td>26,88</td><td>1,57</td><td>7,55</td><td>2,50</td><td>0,22</td><td>38,72</td><td>0,99</td><td>0,93</td><td>35,42</td></tr><tr><td>27</td><td>Aff, de la Valloirette (RG)</td><td>49,19</td><td>13,48</td><td>1,33</td><td>0,81</td><td>0,39</td><td>65,19</td><td>1,28</td><td>1,15</td><td>95,69</td></tr><tr><td>28</td><td>Le St-Martin Tnt</td><td>15,96</td><td>0,00</td><td>0,93</td><td>8,54</td><td>1,63</td><td>27,05</td><td>1,18</td><td>1,17</td><td>37,33</td></tr><tr><td>29</td><td>Rau de St-Julien</td><td>3,57</td><td>2,12</td><td>3,12</td><td>6,69</td><td>1,28</td><td>16,78</td><td>1,17</td><td>1,14</td><td>22,32</td></tr><tr><td>30</td><td>L'Arvette Tnt</td><td>22,26</td><td>1,47</td><td>2,67</td><td>4,63</td><td>0,32</td><td>31,34</td><td>1,09</td><td>0,89</td><td>30,21</td></tr><tr><td>31</td><td>Tnt de Valfroide</td><td>42,91</td><td>14,39</td><td>2,72</td><td>3,09</td><td>1,52</td><td>64,64</td><td>1,30</td><td>0,83</td><td>69,92</td></tr><tr><td>32</td><td>Rau de Pradin</td><td>11,06</td><td>7,87</td><td>9,52</td><td>0,24</td><td>0,22</td><td>28,91</td><td>1,30</td><td>1,15</td><td>42,94</td></tr><tr><td>33</td><td>Tnt de Merderel</td><td>6,99</td><td>0,00</td><td>0,65</td><td>2,99</td><td>1,00</td><td>11,63</td><td>1,07</td><td>1,01</td><td>12,53</td></tr><tr><td>34</td><td>Rau de Merderel</td><td>4,45</td><td>6,59</td><td>2,33</td><td>0,95</td><td>1,36</td><td>15,69</td><td>1,13</td><td>1,05</td><td>18,65</td></tr><tr><td>35</td><td>Le Glandon Tnt</td><td>1,72</td><td>0,21</td><td>3,82</td><td>2,40</td><td>0,70</td><td>8,85</td><td>0,94</td><td>0,90</td><td>7,47</td></tr><tr><td>36</td><td>La Settaz Rau</td><td>0,00</td><td>4,58</td><td>1,80</td><td>1,10</td><td>0,39</td><td>7,88</td><td>1,11</td><td>1,20</td><td>10,46</td></tr><tr><td>37</td><td>Tnt de la Lescherette</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>2,44</td><td>0,00</td><td>0,00</td><td>2,44</td><td>0,98</td><td>1,06</td><td>2,54</td></tr><tr><td>38</td><td>Le Bugeon Tnt</td><td>3,06</td><td>1,21</td><td>2,49</td><td>2,94</td><td>0,00</td><td>9,71</td><td>1,11</td><td>1,04</td><td>11,20</td></tr><tr><td>39</td><td>La Chaise Tnt</td><td>1,13</td><td>0,00</td><td>1,49</td><td>0,96</td><td>0,00</td><td>3,58</td><td>0,97</td><td>0,82</td><td>2,87</td></tr><tr><td>40</td><td>L'Arly Tnt (S)</td><td>0,00</td><td>0,27</td><td>0,64</td><td>4,76</td><td>2,16</td><td>7,83</td><td>1,18</td><td>0,83</td><td>7,63</td></tr><tr><td>41</td><td>Le Nant Rouge Tnt</td><td>3,27</td><td>1,30</td><td>0,25</td><td>3,51</td><td>3,68</td><td>12,01</td><td>1,01</td><td>0,91</td><td>10,98</td></tr><tr><td>42</td><td>L'Arrondine Tnt</td><td>14,06</td><td>0,00</td><td>3,62</td><td>4,83</td><td>0,00</td><td>22,50</td><td>1,09</td><td>0,88</td><td>21,46</td></tr><tr><td>43</td><td>Le Doron Tnt (S)</td><td>2,17</td><td>2,84</td><td>2,79</td><td>1,63</td><td>0,84</td><td>10,27</td><td>0,96</td><td>0,94</td><td>9,28</td></tr></tbody></table>

tiers du Service R.T.M., à la fin du XIXe siècle, a largement contribué à réduire les érosions et à diminuer la fourniture de sédiments fins.

4) La zone la plus favorable à la recharge sédimentaire fine est sans conteste la moyenne et haute vallée de la Maurienne. Les formations géologiques les plus sensibles sont les schistes du Lias localisés sur les versants en rive gauche de l'Arc et les vastes formations de schistes lustrés de la Haute-Maurienne. Bien que des

périmètres R.T.M existent, les processus géomorphologiques demeurent intenses dans des formations très affouillables et la végétation éprouve d'énormes difficultés pour s'implanter. Sur ces tributaires de l'Arc, des concentrations en MES de 30 g.l⁻¹ sont des phénomènes courant en période de fusion nivale.
<caption>**Figure 2.26** - Classement des bassins-versants en fonction de leur indice de sensibilité globale à l'érosion</caption>

(Source : Latulippe & Peiry, 1996).

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

<figure><img src="image_96.png" /><figcaption>**Figure 2.27** - Hiérarchisation cartographique des bassins-versants de rang 4 en fonction de leur sensibilité à l'érosion</figcaption></figure>

(Source : Latulippe et Peiry, 1996)
## 2.4) Discussion des résultats et perspectives

L'instrumentation de la station de Grenoble-Campus pour la mesure de la matière dissoute totale et de la matière en suspension, et le suivi inter-annuel des transports de charge dissoute et solide depuis 1994 ont permis d'acquérir des données qui, en France, sont rarement obtenues sur un pas de temps aussi long. Il est à noter que la base de données est sans lacune depuis mars 1994 pour la MES et ne présente que 3 semaines d'interruption pour la MDT<fnref n="5" /> depuis juin 1995, suite à une déprogrammation accidentelle de la centrale d'acquisition. L'équipement de la station a progressé petit à petit et permet désormais de suivre pratiquement en temps réel les transits de charge, les données étant stockées au même pas de temps que celui des données hydrologiques. Cela a nécessité que nous nous formions à des techniques de mesure relativement sophistiquées, rarement utilisées en France par des géographes, faisant appel à des compétences en micro-électronique et en programmation informatique, de manière à pouvoir mettre en œuvre et dépanner les capteurs utilisés. La qualité des mesures passe avant tout par une maintenance très rigoureuse et particulièrement suivie, ainsi que par la mise en place de protocoles de correction des dérives provenant de l'encrassement des capteurs (Peiry, 1996). Elle a nécessité et impose toujours un lourd travail de laboratoire : calibration des capteurs ; filtration-pesée de 24 prélèvements tous les 12 jours...

De notre point de vue, l'intérêt des résultats obtenus après 3 ans de mesure justifie pleinement cet investissement. Ceux-ci montrent en particulier le volume considérable des transports, tant de matière dissoute que de MES :

a) Le tonnage de MDT semble compris dans une fourchette de 1,0 à 2,5 M t.an⁻¹ (180 à 450 t.km².an⁻¹, soit une ablation de 0,08 à 0,2 mm.an⁻¹) selon l'hydraulicité annuelle. D'après Webb & Walling (1992), à l'échelle mondiale, la charge dissoute des rivières varierait de 1 t.km².an⁻¹, dans les bassins composés de roches résistantes à l'attaque chimique, à des valeurs de 6.000 t.km².an⁻¹, dans les bassins les plus sensibles à la dissolution, la moyenne mondiale étant de 8,8 t.km².an⁻¹ (Meybeck, 1984). Sur la Garonne amont (station de Portet), les exportations de MDT entre 1971 et 1983 auraient été de 100 t.km².an⁻¹, 60 à 80 t.km².an⁻¹ sur la période 1989-1992 (Semhi, 1996). Sur l'Ebre, des mesures de conductivité ont permis d'évaluer à 35 t.km².an⁻¹ (43 % de la salinité totale) les transports de gypse au cours de la période 1970-85 (Navas, 1991). Sur l'Isère en amont de Grenoble, la géologie du bassin-versant et en particulier le rôle des formations gypseuses sur la disso-

lution, en dépit de leur surface restreinte, semble être l'un des facteurs fondamentaux du transit des MDT mesuré à la station de Grenoble-Campus, comme en témoigne la forte proportion de sulfates dans les écoulements. A titre de comparaison et bien qu'il faille très fortement relativiser la signification de la valeur moyenne du décapage par érosion chimique sur un grand bassin-versant tel que celui de l'Isère en amont de Grenoble (5670 km²), Chardon (1996) cite des chiffres de 0,005 mm.an⁻¹ sur des versants couverts de moyenne montagne à 0,5 à 0,7 mm.an⁻¹ sur des crêtes découvertes et des affleurements nus, voire de 1,5 mm.an⁻¹ dans le domaine périglaciaire d'altitude.

b) Le tonnage de MES transitant à Grenoble est encore plus impressionnant, tant par sa valeur absolue que par sa variabilité inter-annuelle, puisque les trois années de mesure présentant des situations très contrastées indiquent une fourchette de 1,2 à 6,5 Mt.an⁻¹, soit 215 à 1.200 t.km².an⁻¹ (0,1 à 0,6 mm.an⁻¹). Sur le Rhône inférieur, le suivi de la MES a permis une première estimation des transports à environ 8 Mt.an⁻¹ (690 t.km².an⁻¹), avec très probablement une forte variabilité inter-annuelle, le rôle des crues s'étant avéré prépondérant sur les transits (Roditis & Pont, 1993 ; Pont & Bombled, 1995) ; il est à noter que la procédure d'échantillonnage sur ponton flottant utilisée près d'Arles conduit vraisemblablement à une sous-estimation des transports solides. A titre de comparaison, Semhi (1996), reprenant les chiffres de différents auteurs, indique que les transports en suspension de la Garonne amont sont de 20 à 100 t.km².an⁻¹, soit très inférieurs à ceux de l'Isère et du Rhône. Il en est de même sur la Meuse où Close-Lecocq et al. (1982) ont évalué à 24 t.km².an⁻¹ le transport de MES au cours de 20 années de mesure. Walling & Webb (1992) évaluent à 50-100 t.km².an⁻¹ les transports de MES sur les rivières britanniques, dans un contexte géographique beaucoup moins érosif que ne l'est celui de la montagne alpine ; ils indiquent également qu'au niveau mondial, dans les bassins-versants de taille réduite (env. 100 km²), la fourchette des tonnages annuels transportés varie de moins de 2 à 10.000 t.km².an⁻¹. Il est clair sur l'Isère que la plus grande partie des apports de MES est fournie par des zones d'extension réduite. Si l'on émet l'hypothèse que la totalité des sédiments provient de seulement 10% des 5670 km² de la surface du bassin-versant de l'Isère à Grenoble (avec ce chiffre, on est probablement encore très au dessus de la réalité), on dépasse très largement la valeur haute fournie par Walling & Webb (1992).

Les travaux sur les transits de matière dissoute et de matière en suspension offrent de très nombreuses et intéressantes perspectives :

<footnote n="5">⁵ Pendant cette période d'interruption accidentelle, des mesures de conductivité ont été faites sur les échantillons d'eau prélevés automatiquement deux fois par jour, permettant ainsi de tout de même réaliser le bilan des transports de MDT.</footnote>
1) des études sont à réaliser pour mieux connaître la représentativité du point de mesure de la station de Grenoble-Campus (profils de concentration pour différentes situations hydrologiques) et éventuellement améliorer la qualité des bilans sédimentaires ;

2) les analyses de la composition chimique des eaux de l'Isère régulièrement faites dans le cadre des travaux de l'équipe grenobloise restent à exploiter ; la mise en relation de certains éléments chimiques tels les sulfates ou le calcium avec la conductivité pourrait permettre d'affiner les bilans de matière dissoute ;

3) un gros travail est à faire sur l'origine spatiale de la MES et les facteurs de sa variabilité saisonnière, afin de vérifier les hypothèses résultant du calcul des indices globaux de sensibilité à l'érosion des bassins-versants d'ordre 4. La difficulté est alors de mener conjointement des suivis sur plusieurs bassins-versants éloignés les uns des autres. Si une telle étude peut aboutir, il est très probable qu'il sera préférable de concentrer les observations sur la période de fusion nivale, dont les 3 années de suivi ont montré le rôle fondamental sur l'Isère ;

4) la mise en œuvre d'un bilan sédimentaire (Reid & Dunne, 1996) à l'échelle de la vallée du Grésivaudan est en cours et devrait aboutir prochainement, notamment par l'étude de la capacité de stockage en fines des îles et des rives de l'Isère ;

5) les données fournies par la station de Grenoble-Campus doivent également servir de référence pour les travaux sur la végétalisation des îles de l'Isère dans le Grésivaudan. La masse considérable de données obtenue au cours de ces trois dernières années a, jusqu'à aujourd'hui, été insuffisamment exploitée dans un cadre interdisciplinaire, essentiellement par manque de temps. C'est le principal objectif de recherche des prochains mois ; son préalable est une étude fine des variations de niveau pendant la période végétative, en passe d'aboutir (Montanvert, 1997). Afin de ne pas seulement les enviaser en terme d'altitude, mais de réaliser une analyse tridimensionnelle des relations liant la régénération végétale aux variables abiotiques qui la contrôlent, nous avons mis en place un modèle décrivant la situation d'inondation d'une île de l'Isère (île de Brignoud). Le troisième chapitre présente la démarche mise en œuvre pour développer cet outil et montre comment il peut être utilisé pour analyser les processus d'exhaussement des îles de l'Isère et la régénération végétale.
# CHAPITRE 3

## MODALITÉS D'INONDATION ET D'EXHAUSSEMENT DES ÎLES DE L'ISÈRE : L'EXEMPLE DE L'ÎLE DE BRIGNOUD

3.1) Problématique et choix de la zone d'étude

3.2) Les données et les méthodes de recueil de l'information

3.3) Modélisation de l'inondabilité et de l'exhaussement de l'île de Brignoud

3.4) Discussion des résultats et perspectives

### Résumé du chapitre 3

Dans ce troisième chapitre, l'accent est mis sur deux études spécifiques réalisées sur le site expérimental de l'île de Brignoud, afin de pouvoir corréler spatialement certaines variables abiotiques et la régénération végétale : il s'agit de la modélisation de l'inondabilité pour différentes valeurs de débit, et du suivi de l'exhaussement annuel du site, conséquence de la sédimentation fine se produisant lors des phases de submersion.

La nature des données, les méthodes de recueil de l'information topographique, sédimentologique et hydrologique sur le site de Brignoud sont abordées dans un premier temps. Suivent les étapes de la modélisation de l'inondabilité et de l'exhaussement qui reprennent successivement les principes de réalisation d'un modèle numérique de terrain, la mise en place d'une relation liant les hauteurs d'eau entre la station de Grenoble-Campus et le site de Brignoud, la détermination expérimentale de la pente de la ligne en période d'inondation, et la phase de test du modèle en reproduisant une situation d'inondation et en la comparant aux observations réalisées sur le terrain. La réduction de l'inondabilité de l'île de Brignoud est ensuite modélisée et quantifiée pour différentes valeurs de débit dans la gamme de 400 à 650 m³.s⁻¹. Il apparaît très clairement que l'île de Brignoud s'est considérablement exhaussée au cours des deux premières années de mesures, gagnant en volume plus de 2200 m³ en 1994, et 1270 m³ en 1995.

L'analyse conjointe de l'organisation spatiale de l'exhaussement, des durées de submersion totale ou partielle de l'île et des concentrations en MES lors de ces épisodes montre très clairement la grande vitesse d'évolution de la topographie. L'exhaussement de l'île de Brignoud a atteint plusieurs décimètres en quelques heures, ce qui a nécessité des taux de sédimentation de 2 à 5 cm.h⁻¹. Le rôle de la couverture végétale sur les rythmes d'incision et la distribution spatiale de la granulométrie des formations superficielles est discuté.
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## 3.1) Problématique et choix de la zone d'étude

Le suivi par la mesure de la charge dissoute et de la charge en suspension, dont nous avons présenté les principaux résultats dans le chapitre précédent, constitue un moyen de comprendre la relation liant la dynamique des flux de nutriments et de matière minérale à la croissance ou à la mortalité des plantules pendant la période végétative. Il n'est utile qu'à partir du moment où il alimente en données une étude fine de terrain portant sur la germination et la croissance des plantules d'arbres, et sur les principales variables susceptibles de l'expliquer (topographie, hydro-métrie, sédimentologie, sédimentation, humidité des sols, échanges de matière organique et de nutriments...). C'est dans cet objectif que nous avons instrumenté une île située en rive droite de l'Isère à une vingtaine de kilomètres en amont de Grenoble, 300 mètres en aval du pont de Brignoud (voir fig. 2.1 pour localisation). Dans l'étude qui va suivre, nous n'allons pas présenter la totalité des résultats acquis, d'abord parce que cela demanderait des développements interdisciplinaires dépassant largement le cadre de ce diplôme d'HDR, ensuite parce qu'une grosse partie des données est encore en cours de traitement. Nous avons choisi de nous limiter aux résultats de deux études spécifiques :

1) la modélisation de l'inondabilité de l'île de Brignoud, dont l'objectif est de fournir une image spatio-temporelle des espaces soumis à l'inondation pour différentes valeurs de débit. Elle trouve son application lorsque l'on souhaite corrêler le modèle de la régénération annuelle des plantules avec les processus résultant de l'hydrologie (niveaux, fréquences et durées d'inondation, hauteur de sédimentation minérale...). En outre, on verra que la modélisation est le fruit d'une démarche relativement complexe, nécessitant de faire le lien entre un grand nombre de mesures effectuées sur le site de Brignoud, mais également à la station hydrométrique de Grenoble-Campus ;

2) le suivi de l'exhaussement de l'île lors des phases d'inondation : d'abord parce que les dépôts de MES sont un facteur limitant lorsqu'ils affectent sur des plantules trop jeunes et trop fragiles pour supporter l'enfouissement ;

ensuite parce que les dépôts fins entrent dans une boucle de rétroaction positive avec la végétation alluviale, le dépôt de sédiments fins favorisant la végétalisation, elle-même à l'origine d'une accélération de la sédimentation fine...

L'île de Brignoud est une forme alluviale récente dans la hiérarchie des biotopes terrestres liés au chenal de l'Isère, puisqu'elle s'est développée au tout début de la décennie 1990 (fig. 2.28). A cette date, elle a subi quelques perturbations d'origine humaine dans son tiers supérieur, lors de travaux de génie-civil destinés à protéger un gazoduc qui franchit la rivière (Didier, 1994). Ce site d'étude a été choisi :

a) pour sa localisation dans une zone où le profil en long de l'Isère est actuellement stable, en dépit des forts ajustements de la pente qu'a connu le chenal au cours des 40 dernières années (Nouguier, 1992; Peiry, Salvador et al., 1994) (voir fig. 2.3). Rappelons que les différents profils en travers levés entre 1980 et 1993 ont montré que l'île de Brignoud est localisée au point pivot du basculement du profil en long consécutif à la mise en service de l'usine hydroélectrique du Cheylas (A.D. Isère-Drac-Romanche, 1993);

b) pour son accessibilité depuis la rive pour des conditions de débit inférieure à 400 m³.s⁻¹. La plupart des autres îles de la même génération sont séparées de la berge par un chenal de chute large et inondé pour des débits très faibles ; de ce fait, elles ne peuvent être visitées facilement qu'en période de basses-eaux, ce qui n'est pas le cas de l'île de Brignoud.

## 3.2) Les données et les méthodes de recueil de l'information

L'île de Brignoud a fait l'objet d'un important recueil de données pluridisciplinaires depuis le mois de décembre 1993. Les données portent sur la topographie, la sédimentologie, l'hydrologie, l'hydrogéologie, la qualité des eaux de la rivière et de la nappe, la phytoécologie. Les

<table><caption>Tableau 2.17 - Nature des enregistrements de données sur l'île de Brignoud depuis décembre 1993.</caption><thead><tr><td>Nature des enregistrements</td><td>Responsable</td><td>Période de mesure</td><td>Périodicité</td></tr></thead><tbody><tr><td>Topographie</td><td>J.-L.P</td><td>Déc-93, Déc-94, Mar-96, Mar-97...</td><td>Annuelle (hiver)</td></tr><tr><td>Sédimentologie</td><td>J.-L.P</td><td>1 état au début de l'étude (Déc.93)</td><td>-</td></tr><tr><td>Hydrologie (hauteur d'eau)</td><td>T. H et J.-L.P</td><td>Déc-93 à Mars-95</td><td>toutes les 1/2 heures</td></tr><tr><td>Humidité des sols (tensiomètres)</td><td>T. H et J.-L.P</td><td>Déc-93 à Mars-95</td><td>toutes les 1/2 heures</td></tr><tr><td>Piézométrie et qualité de l'eau</td><td>R.F.</td><td>depuis Déc.94</td><td>toutes les 2 semaines</td></tr><tr><td>Régénération végétale</td><td>G.P. et R.F.</td><td>Période végétative 1994-95-96</td><td>toutes les semaines</td></tr><tr><td>Formations végétales</td><td>G.P et J.G.</td><td>Été 1994...</td><td>Annuelle (printemps)</td></tr></tbody></table>

J.-L.P : Jean-Luc PEIRY (Institut de Géographie Alpine-UJF)

T.H. : Tim HARRIS (Department of Geography, Univ. of Cambridge)

J.G. : Jacky GIREL (Labo de Biologie Alpine-UJF)

G.P. : Guy PAUTOU (Labo de Biologie Alpine-UJF)

R.F. : Rémi FOUSSADIER (Labo de Biologie Alpine-UJF)
<figure><img src="image_97.png" /><figcaption>Figure 2.28 - Instrumentation de l'île de Brignoud
a/ vue en coupe ; b/ vue en plan.</figcaption></figure>

(Source : Richards, Hughes et al., 1996)

enregistrements sont effectués à des pas de temps variables qui figurent dans le tableau 2.17.

On ne développera ci-dessous que le recueil des données provenant des investigations de terrain que nous avons menées ou auxquelles nous avons collaboré.

### 3.2.1) Les données topographiques

La topographie est levée au théodolite, les altitudes relatives étant calées en cotes NGF sur la borne du pont de

Brignoud, distante de quelques centaines de mètres. La date du suivi et sa fréquence sont soumises à deux contraintes : a) une couverture végétale qui se densifie chaque année un peu plus et empêche tout travail de topographie avant la chute des feuilles ; b) la nécessité d'intervenir en basses-eaux pour suivre l'évolution du corps du banc de galets constituant la fondation de l'île. Depuis 1996, la densification de la couverture végétale nous a contraint de différer la campagne topographique à la fin de l'hiver ; en décembre, les feuilles de saules cou-
vrent encore les arbres et les difficultés de mesure sont,
de ce fait, considérablement accrues.

Les conditions d'échantillonnage sont les suivantes :
dans un premier temps, on a mis en place un maillage
topographique rectangulaire piqueté d'une résolution de
10 m x 1 m afin de pouvoir assurer la reproductibilité de
la mesure dans le temps. Pour réaliser les levés topogra-
phiques, on procède par profils successifs disposés trans-
versalement à l'écoulement. Une mesure est faite, tous
les mètres, le long de 34 transects équidistants de 10
mètres, ce qui correspond à l'enregistrement de près de
700 valeurs d'altitude lors de chaque campagne de ter-
rain. Lors de la campagne de décembre 1993, des son-
dages à la tarière de pédologue ont permis d'atteindre le
toit du banc de galet et de le coter en altitude absolue.
Pour ne pas trop alourdir l'étude de terrain, on a aug-
menté les dimensions du maillage (maille de 10 m x 5 m),
la précision demeurant cependant suffisante pour avoir
une image correcte de l'allure du toit de galet.

Le suivi topographique annuel est ponctuellement com-
plété par une topographie des laisses de crues : cela fut le
cas en mars 1995, après une crue d'hiver (Q₁=585 m³.s⁻¹, le
25-26 février). Ces observations complémentaires ont un
triple objectif : a) mesurer la pente de la ligne d'eau en
période de submersion de l'île ; b) observer les axes de
circulation des flux en période de submersion (le dense
tapis d'herbacées se couche dans le sens des flux ; c)
recueillir des données permettant de vérifier la validité
du modèle de submersion (voir P2 § 3.3.1, D) en se réfé-
rant à des observations de terrain.

3.2.2) Les données sédimentologiques

Lors de la première campagne de mesure, les sondages à la tarière ont non seulement permis de topographier le toit du banc de galet, mais aussi d'échantillonner dans les formations superficielles à différentes profondeurs. Sur la maille de 10 m x 5 m, les échantillons ont été prélevés de manière systématique tous les 20 cm de profondeur et ensachés afin d'être soumis ultérieurement à une analyse granulométrique. En surface, la densité de l'échantillonnage a été augmentée et des prélèvements ont été effectués tous les 2 mètres le long des profils transversaux.

Les sables ont été tamisés à sec au laboratoire de géomorphologie de l'Institut de Géographie Alpine ; les limons et argiles ont été traités au compteur Coulter au laboratoire de géographie physique de l'Université Lyon 3. Des courbes granulométriques, on a tiré des indices sédimentologiques classiques, tels que médiane, centiles, et indices de tri.

3.2.3) Les données hydrologiques

Les hauteurs d'eau sont mesurées grâce à des capteurs de
pression disposés sur une transversale localisée

approximativement aux 2/3 inférieurs de l'île (voir fig.
2.28) : le premier est positionné dans le chenal principal ;
le second est placé le long de la berge, dans le chenal
secondaire. Des mesures instantanées sont effectuées
toutes les 5 mn, leur moyenne étant calculée et enregistrée
toutes les demi-heures par une centrale d'acquisition
Campbell CR10.

Vingt kilomètres en aval, la station de Grenoble-Campus enregistre les mêmes données à un pas de temps identique. Aucun affluent important ne venant sensiblement augmenter les débits entre les deux stations, nous avons donc pu directement établir un relation hauteur/débit sur l'île de Brignoud en nous fondant sur la courbe de tara-ge de la station de Grenoble-Campus.

3.3) Modélisation de l'inondabilité et de l'ex-
haussement de l'île de Brignoud

3.3.1) Principes et méthodologie de la modélisation
de l'inondabilité et de l'exhaussement

Le principe de la modélisation de l'inondabilité, pour dif-
férentes valeurs du débit, et de l'exhaussement annuel de
l'île de Brignoud est synthétisé sur la figure 2.29.
Utilisant les données topographiques et hydrologiques
recueillies sur le terrain, il a fallu successivement :

1) traiter les données d'altitude et reconstituer la
topographie de l'île sous la forme d'un modèle numé-
rique de terrain (MNT). La soustraction de matrices
topographiques permet ensuite aisément de calculer la
variation annuelle d'altitude ;

2) établir la relation hauteur/hauteur liant le site de
Brignoud et la station hydrométrique du Campus afin de
pouvoir calculer les hauteurs d'eau correspondant à des
valeurs précises du débit ;

3) étendre à l'ensemble de l'île de Brignoud la valeur
de hauteur d'eau calculée ponctuellement, en prenant en
compte la pente de la ligne d'eau en période de crue et en
créant une matrice reproduisant l'altitude du plan d'eau ;

4) produire une matrice d'inondabilité en calculant
les différences d'altitude entre la topographie de l'île et
la topographie du plan d'eau pour une valeur du débit
fixée (tab. 2.18) ; cette matrice a ensuite été représentée
graphiquement par le module cartographique du logiciel
SURFER® ;

5) tester la validité du modèle en reproduisant la carte
d'une inondation récente (25-26 février 1995) et en la
comparant aux levés des laisses de crue réalisés sur le
terrain.
<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Figure 2.29 - Principe de la modélisation de l'inondabilité et de la sédimentation sur l'île de Brignoud.</figcaption></figure>
<table><caption>Tableau 2.18 - Grilles de données actuellement disponibles pour l'analyse de l'évolution de l'île de Brignoud.</caption><thead><tr><th>Topographie</th><th>Formations superficielles</th><th>Sédimentation</th><th>Plan d'eau pour ≠ débits</th><th>Inondation</th><th>Granulométrie</th></tr></thead><tbody><tr><td>TOPO.BANC</td><td></td><td></td><td>H2O.350</td><td>INOND.350</td><td></td></tr><tr><td>TOPO.94</td><td>EPFSUP.94</td><td></td><td>H2O.400</td><td>INOND.400</td><td rowspan="5">GRANU.94</td></tr><tr><td>TOPO.95</td><td>EPFSUP.95</td><td>SED94.95</td><td>H2O.450</td><td>INOND.450</td></tr><tr><td>TOPO.96</td><td>EPFSUP.96</td><td>SED95.96</td><td>H2O.500</td><td>INOND.500</td></tr><tr><td>TOPO.97</td><td>EPFSUP.97</td><td>SED96.97</td><td>HSO.550</td><td>INOND.550</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>H2O.585</td><td>INOND.585</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>H2O.600</td><td>INOND.600</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>H2O.650</td><td>INOND.650</td><td></td></tr></tbody></table>

### A) La restitution de la topographie sous la forme d'un modèle numérique de terrain (MNT)

Dans un premier temps, les valeurs d'altitude ont été saisies sur un tableur sous la forme de matrices de données de 35 lignes x 34 colonnes. Les données ont ensuite été exportées sur le logiciel SURFER®, afin d'être traitées puis représentées graphiquement. Les matrices de données de 35 lignes x 34 colonnes issues de l'échantillonnage ont d'abord été étendues à une grille de 103 lignes x 199 colonnes, en utilisant un algorithme de lissage du logiciel. L'expansion a consisté à insérer des noeuds supplémentaires entre les noeuds de la matrice initiale, les valeurs des noeuds de la grille originale étant ainsi pré servées dans la grille lissée. Utilisant les fichiers lissés (TOPO.94 ; TOPO.95 ; TOPO.96...), les modules graphiques du logiciel ont ensuite été mis en œuvre pour dessiner des cartes topographiques en courbes de niveau équidistantes de 20 cm (voir fig. 2.29).

### B) La relation hauteur-hauteur entre le site de Brignoud et la station du Campus

L'absence de gros affluent entre l'île de Brignoud et la station du Campus nous a permis de corréler les mesures de hauteur d'eau effectuées sur les deux sites de manière très satisfaisante (R²=0,98) (fig. 2.30). Plusieurs épi sodes hydrologiques de l'année 1994 couvrant une

gamme de débits de 250 à 740 m³.s⁻¹ ont été utilisés pour corréler les deux stations. Les pics de débits correspondant très fréquemment au déplacement d'ondes artificiellement créées par les lâchers du barrage du Cheylas ont permis de calculer la vitesse de propagation des écoulements. La meilleure relation a été recherchée visuellement en décalant manuellement les données par pas d'une demi heure. L'étude a montré que les pics de débit parviennent à la station hydrométrique de Grenoble-Campus avec un décalage d'environ 1h30 à 2h00 sur ceux mesurés à la station de Brignoud. La vitesse de propagation de l'onde serait donc d'environ 2,5 à 3,5 m.s⁻¹. Un point de comparaison est fourni par l'étude de Pupier (1996) : sur la base de deux épisodes datant de mars 1985 et septembre 1987, l'auteur indique que l'onde des lâchers de l'usine du Cheylas, somme de la vitesse de l'écoulement et de la vitesse de propagation de l'onde, se déplace à une vitesse de 1,6 à 2 m.s⁻¹. Ayant principalement travaillé sur des épisodes de crue, il n'est pas très surprenant que les vitesses que nous avons calculées dépassent sensiblement ces valeurs.

La figure 2.30 montre que la relation liant les deux stations est de moindre qualité pour les faibles valeurs de débit (incertitude sur les niveaux de l'ordre de ± 20 cm, soit ± 25 m³.s⁻¹). La dispersion des mesures nous semble avoir trois origines présentées ici par ordre décroissant d'influence : a) une certaine imprécision des valeurs

<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Figure 2.30 - ISÈRE - Relation hauteur-d'eau Campus/île de Brignoud</figcaption></figure>
obtenues à Brignoud est liée aux difficultés que l'on a rencontrées lors de la correction du capteur de hauteur d'eau des variations temporelles de la température de l'eau et de la pression atmosphérique ; b) aux deux stations, les mesures sont collectées toutes les 30 minutes ; ce pas de temps est trop long pour que l'on repère avec une grande finesse le passage des pics de débit ; c) l'influence des affluents localisés entre les deux stations est proportionnellement plus forte lorsque les débits de l'Isère sont modérés que pendant les crues. Ces quelques réserves sur les faibles débits sont sans grande influence sur les résultats de la modélisation de l'inondabilité, puisque la submersion de l'île ne débute effectivement que pour des valeurs supérieures à 400 m³.s⁻¹ (H_eau=1,60 m à l'échelle de Grenoble-Campus).

C) La détermination de la pente de la ligne d'eau en période d'inondation sur le site de Brignoud.

La pente de la ligne d'eau en période de crue a été déterminée sur la base d'un levé topographique des laisses d'une crue de 585 m³.s⁻¹ datant du 25-26 février 1995. Cet épisode, qui a engendré une submersion incomplète de l'île, s'est avéré riche d'enseignements. Le tapis de matière organique déposé après la chute des feuilles, au début de l'hiver 1994-95, a été partiellement remanié par la crue et ainsi a permis de clairement délimiter les zones épargnées par l'inondation.

Une cartographie sommaire des zones exondées a été dressée sur le fond topographique de décembre 1994 (voir fig. 2.32), des cotes d'altitude étant relevées au théodolite le long d'un axe amont-aval positionné avec précision par rapport au maillage rectangulaire initialement mis en place. Comme le montre la figure 2.31, la pente de la ligne d'eau lors de l'épisode de février 1995 est peu inférieure à 0,001m.m⁻¹. Cette valeur de la pente a été utilisée pour déterminer la cote de la ligne d'eau lors de débits variant de 400 à 650 m³.s⁻¹ en tous points de l'île. Deux hypothèses ont été faites : a) que la hauteur d'eau est constante selon un axe perpendiculaire à

l'écoulement. En fait, des différences d'altitude limitées existent en basse-eaux, en relation avec les modalités particulières de fonctionnement du chenal secondaire ; elles disparaissent rapidement lorsque le débit dépasse 400 m³.s⁻¹ et que l'inondation se généralise ; b) qu'en crue, la pente de la ligne d'eau est approximativement constante quelle que soit la valeur du débit.
Des matrices d'altitude absolue des lignes d'eau ont été calculées pour la gamme des débits de 400 à 650 m³.s⁻¹. La soustraction des matrices topographiques et des matrices des lignes d'eau a permis de produire une dernière série de matrices dont les valeurs indiquent les hauteurs de submersion. Ce sont finalement ces grilles de données qui ont été cartographiées par le logiciel SURFER®.

D) L'inondation du 25-26 février 1995 : situation prédite et situation réelle.

Nous avons utilisé l'épisode du 25-26 février 1995 pour vérifier la validité du modèle. Le pic de la crue a atteint une cote mesurée de 3,66 m à l'échelle de la station du Campus de Grenoble et une cote calculée de 1,76 m à Brignoud. Reprenant la valeur de la pente de la ligne d'eau et appliquant les hypothèses énoncées plus haut, une matrice de l'altitude du plan d'eau pour un débit de 585 m³.s⁻¹ a été calculée (H2O.585). La matrice de la topographie de décembre 1994 (TOPO.94) a été sous-traite à celle de l'altitude du cours d'eau en crue, ce qui a permis de produire une matrice d'inondation (INOND.585). La matrice d'inondation (INOND.585) a finalement été dessinée à l'aide du module cartographique de SURFER®, sous la forme d'une carte représentant la zone immergée par un dégradé de bleu (fig. 2.32).

Le traitement cartographique des données révèle l'existence de deux plates-formes demeurées exondées lors de la crue et séparées par une mince zone totalement inondée. Les hauteurs d'eau recouvrant l'île sont restées généralement inférieures à 40 cm. La comparaison de l'extension de cette inondation reconstituée avec les rele-

<figure><img src="image_100.png" /><figcaption>Figure 2.31 - ISÈRE - Île de Brignoud ; pente de la ligne d'eau lors de la crue du 25-26 février 1995 (585 m³s⁻¹)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>Figure 2.32 - Confrontation entre la modélisation et la réalité lors de la crue du 25-26 février 1995.</figcaption></figure>

vés de terrain de mars 1995 confirme la bonne validité du modèle (voir fig. 2.32) : la position des laisses de crue cartographiées et topographiées à cette occasion coïncident de manière très satisfaisante avec les limites d'extension de l'inondation du modèle, démontrant ainsi la qualité des résultats qu'il fournit. Quelques différences sont cependant à relever dans la zone séparant les deux plates-formes exondées, dans un secteur où la topographie est très plate et où toute incertitude de quelques centimètres sur les niveaux se traduit par un fort écart sur les surfaces de submersion.

La valeur du débit à partir de laquelle se produit la mise en eau par l'amont du chenal de chute a constitué un second moyen de valider la bonne qualité du modèle. Des observations de terrain, au cours de l'automne 1994, avaient permis de noter qu'une circulation amont-aval s'établissait dans le chenal secondaire pour un débit de 425 m³.s⁻¹ à la station du Campus. La modélisation de l'inondation sur la base de la topographie de l'hiver 1995 a permis d'observer que l'extrémité amont du chenal secondaire était effectivement très faiblement exondée pour un débit de 400 m³.s⁻¹ (voir fig. 2.34, situation à 400 m³.s⁻¹), confirmant ainsi la qualité du modèle d'inondabilité.

### 3.3.2) La réduction de l'inondabilité de l'île de Brignoud entre 1994 et 1995

La cartographie de l'inondabilité de l'île de Brignoud a été représentée pour des débits croissants avec un pas régulier de 50 m³.s⁻¹ entre 400 et 650 m³.s⁻¹. Deux situations topographiques correspondant à deux états de l'exhaussement de l'île ont été cartographiées : l'inondabilité au début de 1994 et l'inondabilité au cours de l'hiver 1995 (fig. 2.33 et 2.34). L'examen conjoint des deux séries de documents indique une nette diminution de la submersion entre les deux états, et ce, dès 400 m³.s⁻¹ dans la partie amont de l'île proche du chenal principal. A 500 m³.s⁻¹, l'île qui était coupée en deux par l'inondation au début de 1994, est à peine touchée par l'eau sur ses marges au cours de l'hiver 1995, ce qui témoigne d'un fort exhaussement de cette zone au cours de l'année hydrologique 1994. La progression des espaces exondés pour des débits supérieurs à 500 m³.s⁻¹ est tout aussi spectaculaire, puisque l'île était presque totalement submergée à 600 m³.s⁻¹ en janvier 1994, alors qu'un an plus tard, deux vastes zones demeurent hors d'eau à l'amont et à l'aval de l'île, pour un même débit.

Le module de calcul du logiciel SURFER® a permis de
<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Figure 2.33 - ISÈRE - Île de Brignoud - Hiver 1994. Inondabilité pour des débits de 400 à 650 m³.s⁻¹</figcaption></figure>
<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Figure 2.34 - ISÈRE - Île de Brignoud - Hiver 1995. Inondabilité pour des débits de 400 à 650 m³.s⁻¹</figcaption></figure>
<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Figure 2.35 - Variation de la surface et du volume hors d'eau de l'île de Brignoud pour différentes situations d'inondation en 1994 et 1995.</figcaption></figure>

calculer les surfaces et volumes exondés pour différentes situation de débit dans la gamme de 400 à 650 m³.s⁻¹ (fig. 2.35). La progression des surfaces et volumes émergés pour des mêmes valeurs de débit apparaît très clairement. C'est pour un débit de 550 m³.s⁻¹ que la progression des surfaces émergées est la plus forte (env. 2000 m²); cela coïncide avec la mise hors d'eau d'une grande partie amont de l'île. Le volume des formations superficielles hors d'eau progresse également de plus de 1000 m³ pour les débits inférieurs à 450 m³.s⁻¹.

### 3.3.3) Distribution spatiale de l'exhaussement de l'île de Brignoud

Au début de 1994, lorsque l'étude de l'île de Brignoud a débuté, l'étude des formations superficielles révélait une forte variabilité spatiale des dépôts (fig. 2.36/haut). Deux "îlots" d'épais dépôts (épaisseur ≥ 1,50 m) localisés en queue de l'île et à son extrémité amont, côté chenal secondaire, étaient séparés d'une zone de dépôts moins épais (0,20≤ e ≤ 0,60m). Cette accumulation de sables et de limons représentait un volume d'environ 3800 m³ (tab. 2.19). Au cours des années hydrologiques 1994 et 1995, les hautes-eaux et les crues ont engendré d'importants changements de l'épaisseur des formations superficielles :

a) L'année 1994 a été marquée par un très fort exhaussement aussi bien de l'île que du chenal secondaire (fig. 2.36, centre). En moyenne, l'île s'est exhaussée d'environ 40 cm, ce qui représente l'accumulation d'un volume de 2210 m³ de sédiments fins (fig. 2.37). Outre sa forte épaisseur moyenne, la sédimentation de 1994 a été marquée par d'importantes variations spatiales : c'est dans la partie topographiquement déprimée, où les formations superficielles étaient les moins épaisses que la variation topographique fut la plus sensible, plusieurs centaines de m² s'exhaussant de 45 à 85 cm. On observe donc que la partie la plus basse de l'île a subi un phénomène de "rattrapage topographique accéléré". Les érosions sont restées un phénomène marginal (-110 m³), si

l'on excepte quelques retouches mineures en bordure du chenal principal ou la formation d'une anse d'érosion liée au mouvement tourbillonnaire occasionné par un arbre, à l'extrémité amont du chenal de chute. Des changements topographiques d'ampleur limitée ont également affecté la tête du banc de galets qui constitue la fondation de l'île.

b) En 1995, l'accumulation a été moins forte que pendant l'année précédente, le dépôt moyen n'excédant pas 20 cm (env. 1270 m³) (fig. 2.36, bas et fig. 2.37). Il n'en demeure pas moins que le mouvement d'exhaussement et d'extension en direction du chenal principal de la partie amont et médiane de l'île de Brignoud s'est poursuivi. Des dépôts de plusieurs décimètres se sont à nou-

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>Figure 2.37 - Variation du volume des dépôts et des érosions de l'île de Brignoud en 1994 et 1995.</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau 2.19 - Evolution des volumes et surfaces des formations superficielles sur l'île de Brignoud entre l'hiver 1994 et l'hiver 1996.</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Volume (m³)</th><th colspan="2">Surface (m³)</th></tr><tr><th>+</th><th>-</th><th>+</th><th>-</th></tr></thead><tbody><tr><td>1994</td><td>3797,44</td><td>-31,1839</td><td>7777,07</td><td>-2452,93</td></tr><tr><td>1995</td><td>5715,92</td><td>-80,28</td><td>7903,55</td><td>-2326,45</td></tr><tr><td>1996</td><td>6708,2</td><td>-76,93</td><td>8047,63</td><td>-2182,37</td></tr></tbody></table>
Hiver 1994

<figure><img src="image_106.png" /></figure>

Hiver 1995

<figure><img src="image_107.png" /></figure>

Hiver 1996

<figure><img src="image_108.png" /></figure>

Figure 2.36 - ISÈRE - Île de Brignoud - Epaisseur des formations superficielles fin 1993 et variation annuelle des dépôts en 1994 et 1995.
veau produits (45 à 65 cm) sur une surface toutefois moindre que l'année précédente. En 1995, les érosions ont été plus marquées qu'en 1994, sans pour autant qu'elles traduisent l'émergence de processus destructifs susceptibles de mettre en péril la forme fluviale : des retouches de la berge, côté chenal principal, apparaissent très clairement dans la partie amont de l'île, zone la plus exposée au courant ; les érosions sont beaucoup moins nettes dans le tiers aval de l'île, là où le chenal principal est plus large. C'est dans le chenal secondaire que les érosions ont été les plus fortes. Elles n'ont cependant pas affecté la stabilité des berges, mais uniquement celle du fond du chenal qui a subi un processus d'autocurage. Localement, l'abaissement du chenal de chute atteint 25 à 45 cm de profondeur. Par contre, le seuil amont connectant le chenal secondaire au chenal principal, dont l'altitude s'était déjà relevée en 1994 (15 à 25 cm), a poursuivi son exhaussement en 1995 (moins de 15 cm), ce qui doit se traduire par une nouvelle réduction de la fréquence de mise en eau par l'amont.

### 3.4) Discussion des résultats et perspectives

L'exhaussement de l'île de Brignoud et la réduction rapide de son inondabilité pour différentes valeurs de débit sont à replacer dans le contexte hydrologique des deux années pour lesquelles l'étude a été faite. Le classement des données hydrologiques instantanées de 1994 et 1995 a permis d'établir quelles ont été les durées de submersion correspondant à des situations d'inondation définies par le modèle (tab. 2.20). Comme on l'a déjà signalé plus haut, les années 1994 et 1995 présentent des situations hydrologiques contrastées : 1994 a été une année d'hydraulicité normale avec plusieurs crues, notamment en mai et en juin ; 1995 a été une année d'hydraulicité très supérieure à la normale en raison d'une fusion nivale exceptionnelle, mais sans véritable crue.

En 1994, les résultats du tableau 2.20 indiquent que l'île de Brignoud a été en situation de submersion à peu près totale pendant une vingtaine d'heures ($Q_i \ge 550 m^3.s^{-1}$). La durée d'inondation d'une grande partie de la zone amont de l'île, côté chenal principal (voir fig. 2.33), a atteint une centaine d'heures en 1994. En 1995, l'île s'étant notablement exhausnée au cours de l'année hydrologique 1994, la situation de submersion totale n'a été atteinte que lorsque le débit excédait 650 $m^3.s^{-1}$, soit une durée d'environ 7,5 heures. Comme en 1994, c'est la partie centrale de l'île et la partie amont côté chenal principal, plus basses, qui ont subi l'inondation la plus durable (environ 26 heures d'inondation). Le chenal de chute, mis en eau par l'amont pour un débit supérieur ou égal à 400 $m^3.s^{-1}$, dont on a vu qu'il avait subi un important exhaussement en 1994, a présenté en 1995 un très net autocurage ; celui-ci s'explique par le fort nombre de jours où le chenal a été alimenté par l'amont (36 à 37

<caption>Tableau 2.20 - Durée de submersion de l'île de Brignoud pour différents débits</caption>

(d'après les données hydrométriques de la station de Grenoble-Campus).

<table><thead><tr><th rowspan="2">Débit inst.<br>(m³/s)</th><th colspan="2">1994</th><th colspan="2">1995</th></tr><tr><th>Durée<br>(h)</th><th>Durée cum.<br>(h)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>Durée cum.<br>(h)</th></tr></thead><tbody><tr><td>≥ 700</td><td>5,5</td><td>5,5</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>[650-700[</td><td>3,5</td><td>9</td><td>7,5</td><td>7,5</td></tr><tr><td>[600-650[</td><td>4,5</td><td>13,5</td><td>18,5</td><td>26</td></tr><tr><td>[550-600[</td><td>8,5</td><td>22</td><td>82,5</td><td>108,5</td></tr><tr><td>[500-550[</td><td>28,5</td><td>50,5</td><td>143</td><td>251,5</td></tr><tr><td>[450-500[</td><td>68,5</td><td>119</td><td>196,5</td><td>448</td></tr></tbody></table>

jours d'écoulement amont-aval en 1995, contre approximativement 16 jours en 1994).

L'examen du tableau 2.21 montre également que les épi-sodes de submersion de l'île de Brignoud ont coïncidé avec le transit de flux fortement concentrés en MES. Il apparaît donc très clairement que les rythmes de la sédimentation sont non seulement dépendants de la durée de submersion, mais aussi de la concentration en MES, l'inondation devenant alors particulièrement efficace du point de vue de l'accumulation des dépôts fins. En 1994, des dépôts de 25 à 45 cm de limons se sont produits en moins de 10 heures sur les parties les plus hautes de l'île (3 à 5 cm.h⁻¹, avec des concentrations dépassant 10 g.l⁻¹) ; dans les zones où l'exhaussement a été le plus fort (+ de 80 cm de dépôts en un an), l'inondation a bien évidemment été plus longue et a dépassé une centaine d'heures ; les rythmes d'exhaussement sont tout de même rapides et peuvent être estimés à 0,7 cm.h⁻¹ dans certaines zones, les concentrations en MES étant généralement beaucoup plus faibles (< à 2 g.l⁻¹ pour environ la moitié du temps de submersion). En 1995, la sédimentation annuelle n'a pas excédé 20 cm dans les parties les plus exhausées de l'île de Brignoud. La faible durée de submersion de ces zones conduit tout de même à des rythmes d'exhaussement de 2,5 à 3 cm.h⁻¹, les concentrations en MES étant toute aussi fortes que l'année précédente (voir tab. 2.21). La zone ayant subi l'exhaussement annuel le plus fort (>65 cm.an⁻¹) a été inondée plus de 250 heures pendant l'année (0,3 cm.h⁻¹), dont une soixantaine d'heures avec des concentrations en MES variant de 2 à 14 g.l⁻¹. On peut légitimement supposer que c'est pendant cette période que la sédimentation a été la plus forte, ce qui conduit à des rythmes de sédimentation de l'ordre de 0,8 à 1 cm.h⁻¹.

Il est indéniable que la végétation exerce un puissant contrôle sur les rythmes de sédimentation en période de submersion, comme d'ailleurs sur les érosions. On comprend également à l'énoncé de ces rythmes que la submersion par des eaux très fortement chargées en MES
<caption>Tableau 2.21 - Durées de submersion de l'île de Brignoud en 1994 et 1995 pour différents épisodes hydrologiques et concentration de MES associées à ces épisodes</caption>

(d'après les mesures hydrométriques et de transport de MES faites à Grenoble-Campus).

<table><thead><tr><th>Débit inst.<br>(m³/s)</th><th>Episode 1<br>(date)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>MES<br>(g/l)</th><th>Episode 2<br>(date)</th><th>MES<br>(g/l)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>Episode 3<br>(date)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>MES<br>(g/l)</th></tr></thead><tbody><tr><td>≥ 700</td><td>27/06/94</td><td>5,5</td><td>7,8-11,3</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>[650-700[</td><td>27/06/94</td><td>3,5</td><td>7,8-11,3</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>[600-650[</td><td>27/06/94</td><td>4,5</td><td>7,8-11,3</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>[550-600[</td><td>27/06/94</td><td>5</td><td>7,8-11,3</td><td>20-21/12/93</td><td>NM</td><td>3,5</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>[500-550[</td><td>27/06/94</td><td>7,5</td><td>7,8-11,3</td><td>20-21/12/93</td><td>NM</td><td>19</td><td>19/05/94</td><td>2</td><td>0,7-2</td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th>Débit inst.<br>(m³/s)</th><th>Episode 1<br>(date)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>MES<br>(g/l)</th><th>Episode 2<br>(date)</th><th>MES<br>(g/l)</th><th>Durée<br>(h)</th><th>Episode 3<br>(date)</th><th>Durée<br>(h)</th></tr></thead><tbody><tr><td>≥ 700</td><td>1/06/95</td><td>7,5</td><td>4,8-14,1</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>[650-700[</td><td>30/05-2/06/96</td><td>16,5</td><td>3,0-14,1</td><td>22/06/95</td><td>2,2-11,8</td><td>2</td><td></td><td></td></tr><tr><td>[600-650[</td><td>30/05-2/06/96</td><td>32</td><td>3,0-14,1</td><td>21-23/06/95</td><td>1,4-11,8</td><td>25,5</td><td>Autres</td><td>25</td></tr><tr><td>[550-600[</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

puisse, certaines années, être un frein tout aussi puissant pour la régénération végétale, les jeunes plantules ne pouvant résister à l'enfouissement sous les dépôts de limon. L'examen de la carte de végétation établie en 1994 par G. Pautou et mise au net par nos soins (fig. 2.38, bas) montre que l'île de Brignoud est entourée d'une ceinture d'herbacées composées essentiellement de *Phalaris arundinacea* plus ou moins épaisse, par endroits associée avec une fruticée de saules. Sur la zone centrale et amont côté chenal de l'île, zone qui a subit l'exhaussement avec le plus d'intensité en 1994, la végétation est également dominée par une communauté à strate herbacée dense de *Phalaris*, *Calamagrostis*, *Phragmites*, *Festuca* et *Molinia*, ainsi que par des *Carex*. Cette dense strate herbacée joue un rôle considérable sur les rythmes des dépôts, en ralentissant brutalement les écoulements d'inondation et en forçant la sédimentation à se produire. Par ailleurs, l'appareil racinaire très dense des communautés pionnières à *Agrostis stolonifera* et surtout de *Phalaris arundinacea* assure une très efficace protection des berges de l'île contre l'érosion latérale, y compris une année d'hydraulicité exceptionnelle, comme le fut 1995, ce qui a été mis en évidence par de nombreuses études (Smith, 1976 ; Bergeron & Roy, 1985).

L'examen de la carte de la granulométrie des dépôts de surface (fig. 2.38, haut) révèle très clairement un ralentissement brutal des écoulements lié à la végétation : alors que le chenal principal est composé de galets de médiane supérieure à 0,05 m, la plus grande partie de l'île de Brignoud est couverte de dépôts de limons (médiane inférieure à 80 µm). Le passage des galets aux limons est extrêmement brutal : dans la partie amont de l'île, la formation dense à *Phalaris arundinacea* joue très clairement le rôle de peigne, en filtrant totalement, en quelques mètres, les sables de médiane supérieure ou égale à 100 µm. Dans la partie aval de l'île, où le recouvrement d'herbacées est plus ouvert, le ralentissement

des courants de débordement s'opère moins efficacement et les dépôts de surface sont nettement plus grossiers que sous la végétation dense (sables de médiane ≥ 125 µm). Le chenal secondaire, dépourvu de végétation, est, quant à lui, composé de dépôts sableux moyens à grossiers dont la médiane est généralement supérieure à 200 µm). La confrontation des résultats granulométriques avec les courbes critiques d'érosion et de sédimentation (Sundborg, 1967) indique que pour les fractions granulométriques considérées, le dépôt nécessite que les vitesses de l'écoulement soient inférieures à 25 cm.s⁻¹. Le suivi topographique de l'île de Brignoud montre que la sédimentation se produit en tous points, y compris aux extrémités amont et aval de l'île, parties les plus exposées au courant ; cela confirme le rôle hydraulique majeur des strates végétale basses, qui forcent la sédimentation en provoquant le ralentissement accéléré des écoulements.

Les études réalisées sur l'île de Brignoud offrent d'intéressantes perspectives. Bien des points sont encore à étudier : par exemple, faute de temps, nous avons, jusqu'à aujourd'hui, insuffisamment développé l'analyse des relations spatiales entre les variables abiotiques étudiées, l'approche restant pour l'instant intuitive. De la même manière, au cours des prochains mois, une partie des recherches sera consacrée à l'analyse des relations entre les zones préférentielles de la régénération végétale et les facteurs abiotiques qui la contrôlent : une étude hydrologique des niveaux d'eau pendant la période végétative est en cours. Le modèle de submersion permettra de reconstituer spatialement les conditions d'inondation et de sédimentation et, nous l'espérons, de déterminer avec précision quels sont les facteurs favorables ou au contraire limitants de la régénération des ligneux sur les îles de l'Isère. Par ailleurs, la collecte des données se poursuit : au cours du printemps 1997 est prévue l'installation et le suivi de parcelles-témoins, dans le cadre du nouveau programme européen ; la croissance de différentes espèces
<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Figure 2.38 - ISÈRE - île de Brignoud - Haut : granulométrie ; variation spatiale de la médiane (microns)
Bas : végétation, printemps 1994</figcaption></figure>