TÊTE DE BASSIN VERSANT

MISE EN SITUATION DE DIAGNOSTIC ET PROPOSITION DE TRAVAUX

27 Septembre 2018

Olivier Ledouble & Mikaël Le Bihan Direction Bretagne, Pays de la Loire de l’AFB

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Comment se forme un cours d’eau ?

Lorsque les écoulements superficiels sont suffisamment concentrés pour produire de l’érosion et creuser un lit aux bordures distinctes (Mac Donald & Coe, 2007)

Chenal de transition

(plus ou moins long)

Source ponctuelleou diffuse

Définition - Cartographie - Caractérisation - Hiérarchisation

Qu’est ce qu’un cours d’eau en tête de bassin versant ?

crête

sourceRang 1

Rang 2

Rang 1

Rang 0crête

sourceRang 1

Rang 2

Rang 1

Rang 0

Définition des rangs 0 (zones de sources) comme les aires d’alimentation directes des cours d’eau (Benda et

al., 2005*)

Organisation du réseau hydrographique en tête de bassin (Benda et al., 2005*)

Définition - Cartographie - Caractérisation - Hiérarchisation

Le Diagnostic et le choix des techniques de restauration :

-Exploitation des données de terrain

Diagnostic et propositions de travaux

A partir des données collectées :

� Analyse des différents compartiments => Le cours d’eau est-il dégradé ?

� Quels sont les écarts avec une situation de référence ?

� Faut-il intervenir ?

� Quels travaux pour restaurer le cours d’eau ?

© LE BIHAN, 2018

Avant de choisir la technique de restauration : Le choix de la méthode …

PRESERVATIONsi le fonctionnement écologique est bon

REDUCTION DES DYSFONCTIONNEMENTS /DÉGRADATIONS FUTURES si le fonctionnement s’avère peu dégradé

RESTAURATIONsi le fonctionnement écologique est dégradé

RESTAURATION ACTIVE si le cours d’eau ne peut

récupérer seul

RESTAURATION PASSIVEsi le cours d’eau peut récupérer

seul

6 méthodes existent !!!!!

RESTAURATION RENFORCEE *

seconde intervention

« NON INTERVENTION »si la restauration n’est pas souhaitable

LE BIHAN, 2018

Logigramme sur la restauration de la morphologie des cours d’eau

REMISE DANS TALWEG ?

Hors talweg

REMEANDRAGE ?

Dans talweg

Rectiligne

RECRÉATION D’UN NOUVEAU LIT ?

A partir du lit existant

Recalibré

Sinuosité naturelle

Gabarit naturel

Déblai / remblaiRecharge granulométrique

DIVERSIFICATION DES HABITATS

Technique des bouchons

Reconnexion d’anciens méandres

Nouveau tracé

Peu diversifié Diversifié

Cours d’eau

?

?

?

?

Non

?

?Non

?

Qpb > Q1,5-Q2

« Lit emboîté »Qpb < Q1,5-2

Gabarit naturel

LE BIHAN, 2018

Création de radier

?Enterré A ciel ouvert

REMISE A CIEL OUVERT ?

Non

Livre divagation des écoulements

Oui

Oui

Sur le terrain naturel

Oui

Le contenu d’un diagnostic pour une restauration de l’hydromorphologie

Localisation du talweg

Détermination des pentes

Détermination de la sinuosité

Détermination des profils en travers

…

Caractérisationde l’intermittence

Caractérisation de la ripisylve

Définition du niveau d’hétérogénéité souhaité (nombre de faciès, variation du profil en long et en travers, variation d’ensoleillement…)

Caractérisation des faciès d’écoulement

Les différentes phases du diagnostic et du dimensionnement

Détermination du débit à plein bord

Détermination de la granulométrie

Le dimensionnement : fonction de la technique retenue

1 - Le cours d’eau est-il dans son talweg (Etat actuel) ?

© TRACZ, 2011

Détermination des points bas de la vallée

Nécessité de bien différencier bras altéré et lieu probable de recréation du lit.

Question 1 : Carte du tracé

du talweg ?

2 - Détermination des pentes et du profil en long (Etat initial) ?

Réalisation du profil en long

Analyser la pente du fond, de la ligne d’eau et de la vallée

Exemple de réalisation d’un profil en long sur la Noë Molic (Forêt de Camors)

Question 2 : Quelle est la pente de la vallée et du fond du cours d’eau (en m/m et en %) ?

Question 3 : Comment réaliser le profil en long de ce cours d’eau ?

Question 4 : Y a-t-il des soucis avec les connexions amont et/ou aval ?Quelles solutions ?

© Biotope, AFB

Tous les 6 fois Lpb

La reconstitution de la séquence radier - mouille

La succession radier mouille survient tous les 4 à 10 fois la largeur à plein bord ducours d’eau, avec une moyenne de 6 fois (Borovicka, 1968 ; Everhart et al., 1975 ; White,1968, 1975 ; in Brookes, 1988*)

Pour les cours d’eau à très faible pente, les radiers sont moins marqués et lesdifférences d’altitude inter radiers se jouent à quelques cm

Mouille de concavité

Radier

Question 5 : Pour un cours d’eau de 1 mètres de large (largeur plein bord naturelle) présentant une pente de 0,6%, quelle est la différence d’altitude entre chaque radier ?

Question 6 : Et quel espacement inter radiers

Réponses aux questions 5 et 6

Répartition et caractéristiques des radiers sur 100 mètres pour un cours d’eauprésentant une largeur plein bord de 1 m de large et une pente de 0,60 % :

� Radier tous les 6 fois Lpb, soit 100/6 = 16 radiers sur 100

� 60/16 = environ 4 cm par radier

AFB

Schéma théorique d’implantation des radiers

Pour faciliter lacompréhension, les fossesde dissipations et lesmouilles de concavité àl’aval immédiat des radiersn’ont pas été représentéesdans le profil en long.

Péchard, 2018

La reconstitution de la séquence radier - mouille

Attention, un transport de sable élevé empêche la formation des mouilles (Brunke, 2012)

3 - La reconstitution de la sinuosité : cours d’eau rectiligne ou sinuosité naturelle ?

Etude de la sinuosité (Etat initial, état de référence, état projeté)

Classe de sinuosité : Données issues des Stages réalisés à la DIR 2 en 2013 – 2014 (Jan, 2013 ; Bossis, 2014) - 55 stations de référence

=> 65 % des cours d’eau présentent un tracé sinueux

A partir des données collectées

� Calcul de la sinuosité

� Détermination de la classe de sinuosité associée

SI = ��������"��� ������"

��������"��� �������"

Question 7 : Quel coefficient de sinuosité ?

La pente et la sinuosité

vue en coupe

vue aérienne

largeur de l’enveloppe de méandrage en vallée non contrainte : 12 à 24 x W

vue en coupe

vue aérienne

contrainte sur un coté du lit majeur

vue en coupe

vue aérienne

contrainte sur deux cotés du lit majeur

A partir des premiers travaux de reméandrage réalisés dans la région Centre-Ouest :

� En dessous d’un coefficient de sinuosité de 1.2 à 1.3 il est très difficile d’obtenir une variabilité intéressante des habitats sur les petits cours d’eau de plaine (pente inférieure à 1% et plus généralement de 0,1 à 0,7% sur les tronçons restaurés). (observations empiriques sans évaluation rigoureuse de l’ensemble des caractéristiques physiques et biologiques)

La largeur de la vallée conditionne la largeur de l’enveloppe de méandrage :

Principales caractéristiques d’un cours d’eau à méandres :

© LE ROYER, SD53

4 - Le cours d’eau est-il recalibré ?Le débit et les profils en travers associés.

Fréquence « théorique » de retour : 1.5 - 2 ans

Lit mouillé de plein bord

Lit mouillé

Q2 : crue journalière de fréquence biennale

BAUDOIN et al., 2011

Un préalable : Estimation du débit de plein bord

Q2

Lit plein borduniquement

Lit plein bord+ Lit d’étiage

Q2

QMNA5

Lit de crue + Lit plein bord « emboîté » + Lit d’étia ge

LE BIHAN, 2013

QMNA5

Q2

Qcrue

( )

En fonction :

� la valeur du débit de plein bord

� du ratio de forme retenu

� Dimensionnement du lit selon les contraintes du projet

Un préalable : Estimation du débit de plein bord

Nécessité de préciser la forme du lit pour les lits de largeur supérieure à 1 mètre

Calcul de la surface du bassin amont

Deux outils pour calculer la surface du bassin amont :

� Sous SIG : outils fonctionnant avec le MNT sous QGIS

� Outil développé par l’Agrocampus de Rennes : http://geowww.agrocampus-ouest.fr/web/?p=647 (disponible également sous Géobretagne)

Débit plein bord ≈ débit de la crue journalière de fréquence biennale

Comment récupérer les valeurs de crue journalière de fréquence biennale ?

� Consulter le site de la banque hydro : http://hydro.eaufrance.fr/

� Récupérer et enregistrer la fiche synthèse

� Conserver la superficie de bassin versant associée à la station

Le débit de la crue journalière de fréquence biennale

Comment récupérer les valeurs de crue journalière de fréquence biennale ?

� Récupérer et enregistrer la fiche synthèse

� Ratio de BV simple ou

� Formule de Myer = relation entre les débits de 2 BV

Qa : débit du bassin aQb : débit du bassin bSa : surface du bassin aSb : surface du bassin b� : Coeffcient de Myer

Qa =����

��

�,�� = 0,8 en France Métropolitaine

A partir des données des profil en travers

� varie de 1/3 à 1/30

� Nécessité de se caler sur des valeurs de référence et sur des retours d’expériences

� Généralement : un cours d’eau est toujours plus large que profond

� Influence de la ripisylve : En forêt : le ratio L/P est plus faible

En prairie : le ratio L/P est plus fort

Calcul des différentes variables caractérisant la géométrie

� Ratio de forme => Largeur plein bord / Hauteur de plein bord

Etude TBV sur la DIR 2 :Répartition des stationspar classes de ratio deforme

Sur un cours d’eau à méandres : 2 types de profils

Symétrique dans les radiers

Asymétrique dans les méandres

USDA, 2011

Calcul des variables permettant d’estimer la valeur du débit plein bord

� Section plein bord : somme des surfaces élémentaires ou assimilation à un trapèze

� Rayon hydraulique : Rapport de la section plein bord / Périmètre plein bord

A partir des données des profil en travers

Q = S*Rh 2/3 * i ½ * K

S = Surface de plein bord (m²)Rh = Rayon hydraulique (m) = Surface plein bord/Périmètre plein bordi = Pente (en m/m)K = coefficient de rugosité (ou coefficient de Strickler)

Formule de Cowan : K = 1/[(n0 + n1 + n2 + n3 + n4)/m] (cf. Tableau 1 pour les valeurs de n -)

Le débit est donné par la formule suivante :

A partir des données des profils en travers

Comparaison :

� des valeurs obtenues (ratio de forme, largeur plein bord, hauteur plein bord,… avec celles de « référence »)

� entre les valeurs du débit de plein bord issues du rapport des BV et du calcul de débit

=> Le gabarit est il proche de la conformité ?

5. Reconstitution du matelas alluvial

A partir des données de référence et de l’estimation des forces d’arrachement dans le secteur le plus pentu (Indice de Shield)

Définition de la granulométrie à décrire selon les faciès

A partir des données de référence

Baudoin et al., 2017

MERCI DE VOTRE ATTENTION

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

BAUDOIN ET AL., 2017. Carhyce - Caractérisation hydromorphologique des cours d’eau, Protocole de recueil de données hydromorphologiques à l’échelle de la station sur les cours d’eau prospectables à pied. Collection Guides et Protocoles, Agence Française pour la Biodiversité. 56 pages.BENDA L., HASSAN M.-A., CHURCH M. & MAY C.-L, 2005, Geomorphology of steepland headwaters : the transition from hillslopes to channels, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 41 (4), 835-851.BOSSIS M., 2014, Étude de l’hydromorphologie à l'échelle stationnelle des cours d’eau de tête de bassin versant armoricains en situation de référence, Rapport de stage de Master 2, ONEMA / Université de Rennes 1, 19 pages + Annexes. BROOKES A., 1988, Channelization rivers, Perspectives for environnemental management, Wiley interscience (ed.) : 326 pages.BRUNKE M., PURPS M., WIRTZ C., 2012. Furten und Kolke in Fliebgewässern des Tieflands : Morphologie, Habitatfunktion für Fische und RenaturierungsmaBnahmen. Fachartikel. 56, H3. JAN, 2013, Etude du fonctionnement hydromorphologique de référence des cours d’eau en tête de bassin versant sur le Massif Armoricain, Rapport de stage de Master 2, ONEMA / Université de Rennes 1, 40 pages.LE BIHAN, 2018. Journées d’informations sur la restauration de l’hydromorphologie des cours d’eau. Agence Française pour la biodiversité, Direction Bretagne, Pays de la Loire. 425 pages.MACDONALD L.H. & COE D.,2007. Influence of headwater streams on downstream reaches in forested areas. Forest Science, 53 (2), 148-168. PECHARD, 2018. Etude sur les caractéristiques des méandres de cours d’eau sur le territoire Bretagne – Pays de la Loire. Rapport de la Direction Bretagne, Pays de la Loire de l’Agence pour la Biodiversité / Université de Rennes 1. 30 pages.