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Dans les chenaux de torrents, les crues entraînent souvent de grandes quantités de sédiments et/ou déclenchent des laves torrentielles. Il est important de mesurer le transport de sédiments dans les chenaux naturels afin de mieux comprendre les processus en jeu et de développer des méthodes de calcul des dangers.
Au-delà d'une certaine quantité d'eau (débit limite) dans le lit d'un ruisseau, le courant peut mettre en mouvement des pierres et du sable provenant du fond du lit. Ce transport de sédiments est d'autant plus important que le débit est élevé et que la pente du lit est forte. La quantité de sédiments pouvant être transportée dépend de la structure du lit du ruisseau et de la quantité de terre et de roches apportées dans le chenal par les glissements de terrain et les ruptures de berges.
Les mesures à long terme des charges de sédiments indiquent qu'après une crue extrême ou le passage d'une lave torrentielle, de plus grandes quantités de sédiments peuvent être déplacées qu'après de longues périodes «calmes».
Nous effectuons une grande partie de nos recherches sur le charriage dans les stations de mesures hydrologiques du WSL dans la vallée d'Alptal (canton de Schwytz), notamment l'Erlenbach et le Vogelbach. Nos études hydrologiques dans l'Alptal ont débuté en 1967; les installations de mesure du charriage sur le Vogelbach et l'Erlenbach ont été construites en 1982 et 1994. Là et sur d'autres ruisseaux, nous mesurons en continu le charriage à l'aide de capteurs géophoniques (autrefois à l'aide de capteurs hydrophoniques).
Un géophone est un appareil qui mesure les vibrations. Fixé sous la face inférieure de plaques d’acier installées à demeure dans le torrent, il enregistre les vibrations provoquées par la progression des graviers sur la plaque. Ces signaux sont enregistrés électroniquement et comptés de manière simplifiée sous forme d'impulsions géophoniques. Celles-ci permettent de mesurer le transport de sédiments. Pour pouvoir le déterminer quantitativement, nous devons comparer (étalonner) ce système avec des mesures de charriage indépendantes (par ex. dans un collecteur de charriage).
Parallèlement, nous avons récemment installé, par exemple dans l'Erlenbach, des paniers automatiques qui recueillent les sédiments pendant une durée déterminée. Cela nous permet de déterminer avec plus de précision quelles quantités de sédiments sont produites, en combien de temps et avec quelle granulométrie, et de les comparer avec les mesures du géophone. En 2019, nous avons effectué d'autres mesures de charriage à des fins de calibrage avec des filets de capture, notamment à l'Albula (canton des Grisons), où nous avons également installé une station de mesure de charriage en 2015. L'objectif est d'établir un lien entre les signaux des géophones et certaines quantités de sédiments.
Objectifs de recherche
- Collecter des séries de données à long terme sur le charriage des sédiments dans un petit bassin versant.
- Étalonner et développer la méthode de mesure acoustique des sédiments (géophones).
- Saisir la quantité de charriage transportée et sa variabilité dans les torrents sous différentes conditions (géologie, sol, végétation, conditions météorologiques, disponibilité du charriage).
- Acquérir les bases permettant de caractériser les torrents et d'évaluer le dimensionnement des aménagements et le danger potentiel pour les riverains en aval.
- Identifier les principaux facteurs d'influence qui déterminent la quantité de sédiments transportés dans les torrents à forte pente et développer des approches de calcul.
Méthodes scientifiques
- Mesure du transport de sédiments au moyen de géophones et de capteurs d'accélération
- Prélèvement ciblé d'échantillons de sédiments au moyen de paniers de capture à commande automatique pendant les crues
- Calcul des charges annuelles de sédiments par mesure des collecteurs de sédiments
- Relevé régulier de la géométrie du chenal, de la morphologie du lit du ruisseau et de la répartition des grains dans des tronçons de chenal sélectionnés
- Déduction de méthodes d'estimation pour le calcul des quantités de sédiments transportés.