Caractérisation et prédiction de l’érosion des berges et des changements de géométrie en plan des rivières à l’aide d’expériences physiques et numériques novatrices

1. Résumé du projet

L’érosion des berges et les changements de la géométrie en plan sont des processus naturels dans toutes les rivières à méandres et sont reconnus pour fournir des services écologiques importants. Des problèmes de gestion peuvent se produire lorsque les infrastructures (ex. : routes, ponts) confinent les rivières à une forme en plan statique. La compréhension des changements de la géométrie en plan causés par l’érosion des berges dans les rivières à méandres est donc nécessaire pour la planification de l’utilisation du territoire et la construction de structures d’ingénierie autour des cours d’eau. Ceci est particulièrement important dans un contexte climatique changeant, où les événements extrêmes sont susceptibles de se produire plus fréquemment.

Les mesures de protection des berges par enrochement sont couramment utilisées pour la stabilité locale des cours d’eau. Cependant, l’enrochement des berges ne procure aucun service écosystémique. En conséquence, il est de plus en plus fréquent dans les lignes directrices sur la stabilisation des berges de prôner l’utilisation de débris ligneux. Cependant, les ingénieurs et les gestionnaires des rivières hésitent beaucoup à utiliser ces nouvelles techniques de restauration. L’érosion des berges causée par la présence ou l’absence des structures de stabilisation peut être prédite en utilisant des modèles numériques, mais de nombreux modèles actuels utilisent une approche simplifiée en combinant l’effet des propriétés de l’écoulement, du sol et de la végétation en un seul coefficient pour prédire les taux de recul.

L’objectif principal de ce projet est de fournir une description complète de l’érosion des berges dans les rivières à méandres et d’évaluer les effets de différentes structures de stabilisation, y compris l’enrochement et les grands débris ligneux, par rapport aux berges naturelles. Plus précisément, le projet :

1. Évaluera l’impact des différents traitements de stabilisation (enrochement, débris ligneux) sur la structure de l’écoulement et l’érosion des berges ;
2. Étudiera la faisabilité de l’utilisation de drones et de logiciels de ‘structure à partir du mouvement’ (SfM) pour fournir une évaluation quantitative et rapide du recul des berges et des vitesses de l’eau ;
3. Élaborera un modèle numérique basé sur la morphodynamique / l’érosion des berges pour prédire le changement dans la géométrie en plan induit par diverses structures de stabilité telles que les débris ligneux.

Ces objectifs seront atteints grâce à une série d’expériences contrôlées avec des gradients de traitements (ex. : taille de l’enrochement, quantité de bois) menées dans la rivière expérimentale extérieure (OERF) à l’Université de Sherbrooke (UdeS). L’UdeS construit actuellement l’OERF, qui sera complétée en octobre 2019. Cette infrastructure est unique au Canada et est spécialement conçue pour des expériences contrôlées à grande échelle d’écoulement à surface libre avec transport de sédiments et berges mobiles.

Les résultats du projet proposé permettront d’améliorer la compréhension des processus d’érosion des berges. Grâce à une modélisation numérique améliorée, les résultats permettront également de mieux prévoir l’érosion des berges sous différents scénarios de changement climatique. Ainsi, le projet améliorera grandement les chances de réussite des futurs projets de stabilisation de berges au Québec et ailleurs.