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La question de la continuité sédimentaire a pris une actualité récente à l’échelle européenne en complément de la continuité écologique. C’est en fait une question ancienne qui a culminé au XIXe siècle, époque de surcharge sédimentaire des lits fluviaux du fait de l’érosion intense des versants défrichés sous un climat agressif. Cet article montre comment, dans le bassin du Rhône : 1) les premiers ouvrages hydroélectriques ont été adaptés à cette surcharge en permettant le passage des crues et de la charge solide grossière ; 2) de grands barrages-réservoirs ont été construits à partir des années 1930 pour optimiser le potentiel énergétique mais au risque d’un fort piégeage des sédiments; 3) les extractions ont permis de partiellement contrôler les entrées sédimentaires et de ménager leur capacité ; 4) Les barrages à dérivation du Rhône (1899-1986) ont été réalisés dans un contexte de très forte réduction des entrées dans le fleuve, leurs contraintes propres fragmentant profondément la continuité sédimentaire., Sediment continuity along the river continuum has recently become a topical subject in Europe, together with ecological continuity. In reality it is an old subject, dating back to the 19th century, an era of sediment overloading in river channels resulting from the intense erosion of slopes caused by an aggressive climate. This paper shows how, in the Rhône watershed: 1) the first hydro-development schemes were adapted to excessive load by allowing flood and coarse bed load passage; 2) large retention dams were erected in the 1930s in order to optimize the energy potential, but with a risk of intense sediment trapping; 3) gravel harvesting has partially made it possible to control sediment input and to conserve reservoir capacity; 4) the Rhône River diversion dams (1899-1986) were erected within a context of a marked decrease of bed load input into the river from tributaries and constraints related to their technology, to such an extent that sediment continuity was considerably fragmented.

Complex mechanisms involved in braided rivers morphology and the interaction with the grain sorting are slightly studied. Throughout this thesis, we study the morphological signature of a system at equilibrium, and the interaction between the bed morphology and grain sorting. From our small-scale experiments, we studied the prediction of sediment transport. We studied three different small-scale streams, a alternate bars model with heterogeneous sediment (duration 100h), a braided stream model using uniform sand (duration 385h) and a braided stream model using sand and coarse sand mixture (duration 435h). Upstream conditions have been changed several times for each braided stream. It appears that the only one relevant index to compare sediments stages of different streams is the surface above the average slope. To study a single site's evolution, the traditional parameters such as slope or Bed Relief Index (BRI) are relevant enough. We observed different effects of grain sorting. First, grain sorting is responsible of selective depositions and led to active channel migration. The selective deposition leads to bar emergence. Sedimentary lobes that we observed on uniform sand model were rarely noticed on the sand and coarse sand mixture experiment. This results suggests that sediments motion is tiny linked to grain size range. Modeling of sediment transport in such varied morphology faces different problems. Plenty of confluences and fronts bars changes sediment transport and local conditions connections. The influence of morphology is predominant in the dynamic of sediment transport., Les mécanismes complexes qui régissent la morphologie des rivières en tresses et l'interaction avec le tri granulométrique restent encore à approfondir. Cette thèse s'articule autour de trois thèmes : l'étude de la déstabilisation d'un système en tresses puis sa mise à l'équilibre, l'interaction de la morphologie avec le tri granulométrique et enfin la prédiction du transport solide. Pour cela, nous avons étudié 3 modélisations de différents systèmes alluviaux : des bancs alternés en granulométrie étendue (durée 100h), un système en tresses en granulométrie uniforme (durée 385h) et enfin un système en granulométrie étendue (durée 435h). Chaque modèle de tresses a subi plusieurs changements de conditions d'alimentation. Il ressort que seul un paramètre, la surface du lit situé au delà de la pente moyenne, pourrait être un bon candidat pour comparer l'état d'équilibre (érosion ou exhaussement) de différents systèmes. Pour une étude d'un site donnée, les paramètres classiques comme la pente ou le Bed Relief Index (BRI) sont tout aussi pertinents. Le tri granulométrique sur les systèmes divaguants se manifeste de plusieurs façons : il est à l'origine de la migration du chenal principal et participe activement à la formation de patchs sédimentaires, catalyseurs de l'émergence des bancs. Les lobes sédimentaires qui se retrouvent dans le modèle en granulométrie uniforme n'apparaissent que dans certains cas, laissant place à une mobilité des sédiments discontinue, généralement de proche en proche. La modélisation du transport solide dans ces systèmes à faciès complexes se heurte à la forte variabilité des conditions hyro-sédimentaires. L'abondance de confluences et des fronts de bancs modifie la relation de transport avec les conditions locales. L'influence de la morphologie est prépondérante dans la dynamique du transport solide.

Erosion, as tectonics and climate, is a major driver of landscape evolution. In unglaciated continents, rivers are responsible for most of the erosion and the mass transport on the Earth's surface, which are both key processes in mountain dynamics. Mobilization of river bed load (sand, pebble...) is a major agent for sediment transport and fluvial incision. Despite such major effects, no method for bed load surveys is totally satisfying. Most strategies need the deployment of monitoring devices within the river. Thus, these in situ instruments can only be employed punctually in weak to moderate hydrodynamics conditions. Such a limitation prevents to monitor most bed load transport since it mainly happens during extreme events. A better understanding of erosion processes needs the development of a tool that allows a continuous monitoring with a large spatial coverage of bed load transport. This thesis explores the potential of recording and analyzing the background seismic noise induced by rivers. The potential of such an approach is tested along the trans-Himalayan Trisuli River from the seismic data acquired during the Hi-CLIMB seismological experiment. During the 2003 monsoon period, the spectral analysis of the continuous seismic signals reveals an increase of more than 20 dB of the seismic noise in the 3-15 Hz frequency band. Furthermore, we notice a temporal correlation of the variation of the seismic energy with the evolution of hydrologic parameters. The occurrence of a yearly hysteresis between the river water level and the seismic noise amplitude suggests that the flow turbulence is not the unique source of noise and confirms a bed load signature in the seismic signal. Based on techniques using the ambient noise correlation at pairs of receivers and some numerical modeling, we show the sediment transport is preferentially located at the front of the High-Range, where high incision rates are also observed. Furthermore, the spectral analysis of seismic noise reveals the feasibility of the detection and the location of some hillslope processes. We apply this possibility along the Trisuli River during the 2003 rainy season by detecting 46 debris flow events. This study opens a way to a new approach for the spatiotemporal monitoring of these phenomena and the assessment of eroded volumes that feed rivers in sediment. To delineate the application range of our approach, a seismic monitoring of a mountain stream with a reduced transport capacity has been done in the "Massif des Écrins". The analysis of the seismic and hydrologic data acquired during the summers 2007 and 2008 gives some correlations of the temporal variation of the water level and sediment discharges with the high-frequency seismic noise level (2-90 Hz). It also favors that seismometers must be installed at distances from the river less than 50 m in order to detect the signal produced by motions of the fine fractions of bed load. Larger distances will reduce the capacity to detect them. This last study underlines the necessity of elaborating calibration experiments in field and laboratory. Partially initiated during this thesis, such experiments will improve our understanding of the entire seismological signal. In the future, the research of a natural site where the hydrologic and geomorphic monitoring is operated will be mandatory to develop a tool which quantifies the bed load transport in river., L'érosion, au même titre que la tectonique et le climat, est un acteur majeur de l'évolution des paysages. En effet dans les zones non-englacées, les rivières sont responsables de l'essentiel de l'érosion et du transport de masse à la surface de la Terre, qui sont des processus clés dans la dynamique orogénique. La mise en mouvement des matériaux constituant la charge de fond des rivières (sables, galets...) est sans doute un des principaux agents de transport et d'incision fluviale. Malgré le rôle prépondérant de la charge de fond, aucune méthode n'est totalement satisfaisante pour sa quantification. Les nombreuses stratégies actuellement employées nécessitent une installation in situ (dans les rivières) des dispositifs de mesures, qui ne peuvent être mis en œuvre que ponctuellement pour des conditions hydrodynamiques faibles à modérés. Cette limitation est problématique car l'essentiel de la charge de fond est mobilisée lors d'événements extrêmes. Une meilleure compréhension des processus d'érosion fluviale implique donc le développement d'un outil autorisant un suivi temporel continu avec une large couverture spatiale. Cette thèse explore le potentiel offert par la mesure et l'analyse du bruit de fond sismique produit par les rivières. À partir des données acquises au cours de l'expérience sismologique Hi-CLIMB, le potentiel d'une telle approche est testé le long de la rivière trans-himalayenne Trisuli (pour des sismomètres installés jusqu'à 2 km de la rivière). Pendant la mousson 2003, l'analyse spectrale des signaux continus montre une augmentation de plus de 20 dB et une cohérence entre la variation temporelle du bruit sismique dans la gamme en fréquence 3-15 Hz avec l'évolution temporelle des paramètres hydrologiques. En particulier, l'observation d'une hystérésis annuelle entre la hauteur d'eau et l'amplitude du bruit sismique prouve que la turbulence de l'eau n'est pas l'unique source de bruit et confirme la signature des mouvements de la charge de fond dans le signal sismologique. En appliquant des techniques basées sur la corrélation de bruit sismique entre paires de stations, et à l'aide de modélisations numériques, nous montrons également que ce transport solide se localise préférentiellement au front de la Haute-Chaîne, là où les taux d'incision sont élevés. Enfin, l'analyse spectrale révèle également un intérêt pour la détection et la localisation des processus de pente, nombreux en Himalaya (46 coulées de débris observées le long de la Trisuli pendant la saison des pluies 2003). Cette étude ouvre la voix d'une nouvelle approche permettant le suivi spatio-temporel de ces phénomènes et l'estimation des volumes érodés qui alimentent les rivières en sédiments. Afin d'explorer le domaine d'application de cette approche, le suivi sismique d'un torrent de montagne ayant une capacité de transport plus réduite a été réalisé dans le Massif des Écrins. Le traitement des données sismologiques et hydrologiques acquises durant les étés 2007 et 2008 met en évidence des corrélations entre la variation temporelle des débits liquides, solides et celles du niveau de bruit à haute-fréquence (2-90 Hz). Il apparaît que pour ce type de rivière les sismomètres doivent être installés à des distances de la rivière inférieures à 50 m pour détecter le signal généré par les fractions les plus fines de grains en mouvement. Un éloignement supérieur diminuera l'aptitude à les détecter. Cette dernière étude a mis en évidence la nécessité d'effectuer des expériences de calibration sur le terrain et en laboratoire. Partiellement initiée durant cette thèse, la calibration doit permettre de mieux exploiter la richesse du signal sismologique. À l'avenir, la recherche d'un site naturel, où les suivis hydrologiques et géomorphologiques denses sont effectués, est nécessaire pour calibrer un outil permettant de quantifier le transport de la charge de fond dans les rivières

This study reviews multi-disciplinary approaches developed on active floodplains in order to formulate their evolution model and sediment budget, at different time scales, from historical evolution to hydrological event, and spatial scales (floodplain, active channels and fluvial units). The main objective of the different case studies is to emphasize the need for coupling tools and methods in analysing active floodplain patterns, deposition and erosion rates with regards to hydrological functioning and impact of human activities. The first part of the paper is dedicated to methods that help us to characterize the construction of floodplains at a historical time-scale. The second part examines the functioning of active floodplains at a detailed spatial and time scales. Different case studies selected in European and American floodplains aim at highlighting the contribution and the limits of methods developed at various temporal and spatial scales. Multi-temporal analysis of fluvial planform allows to determine the recycling time of a floodplain (Beni River in Amazonia) or to evaluate the impact of a large flood (Rhône River). Historical sedimentation of floodplain may be estimated on the basis of specific elements present in sediments such as ironwork waste products in Belgian rivers Different methods are used to evaluate sediment remobilization in fluvial beds at different time scales. Bathymetric and topographic surveys, digital elevation models document vertical movements of the fluvial bed (Beni, Moselle and Loire rivers) at pluri-annual and annual scales; they allow the calculation of sediment budgets. At a longer time scale, bedload progression has been evaluated in Ardenne rivers using slag elements. Cet article de synthèse présente différentes approches multidisciplinaires mises en œuvre sur des plaines d’inondation actives afin d’en déterminer le modèle d’évolution, le budget sédimentaire, à différents pas de temps (de l’évolution historique à l’événement hydrologique), et à différentes échelles spatiales (de l’ensemble de la plaine à celle du chenal actif et de l’unité fluviale). Le principal objectif des études de cas présentées est de montrer la complémentarité des outils et méthodes dans l’analyse des schémas d’évolution des plaines d’inondation, des taux d’érosion et d’accumulation, en lien avec le fonctionnement hydrologique et l’impact des activités humaines. La première partie de l’article est consacrée aux méthodes permettant de caractériser la construction des plaines à des pas de temps historiques. La seconde partie de l’article analyse le fonctionnement des plaines d’inondation actives sur des échelles spatiales et temporelles fines. Les différentes études de cas sélectionnées dans des plaines européennes et américaines cherchent à mettre en évidence les apports et limites respectifs des analyses mises en œuvre. L’analyse des formes fluviales en plan permet d’estimer le temps de recyclage de la plaine (exemple de la rivière Beni en Amazonie) ou bien encore, d’évaluer l’impact d’une grande crue (cas du Rhône en 2003). La sédimentation historique de la plaine et la vitesse de transfert de la charge solide dans le cours d’eau peuvent être estimées par l’utilisation de certains éléments spécifiques, comme les scories métalliques rejetées dans des rivières de l’Ardenne belge. L’évaluation annuelle et pluriannuelle de la mobilité verticale des lits fluviaux et de la remobilisation de la charge solide peut s’appuyer sur des relevés bathymétriques et topographiques, ainsi que sur l’élaboration de modèles numériques de terrain (Beni, Loire et Moselle), qui permettent d’établir des bilans sédimentaires.

Le jaugeage des cours d'eau par profileurs acoustiques de vitesse à effet Doppler (acoustic Doppler current profiler, aDcp) a connu un développement spectaculaire depuis une quinzaine d'années. Conçu à l'origine pour des applications océanographiques, l'aDcp permet d'obtenir à cadence élevée (jusqu'à 5 Hz environ) des profils verticaux de la vitesse d'écoulement instantanée en trois dimensions, repérés dans le temps et l'espace. Les aDcp émettent dans l'eau des ultrasons de fréquence nominale typiquement comprise entre 300 et 3000 kHz. Ils mesurent la vitesse d'écoulement par effet Doppler et ne requièrent pas de calage de paramètres locaux. En revanche, des limitations techniques restreignent l'exploration des vitesses en certaines parties de la section de la rivière. L'analyse des incertitudes est rendue difficile par la complexité de la chaîne de mesure et des erreurs potentielles liées au déploiement sur le terrain. C'est pourquoi les utilisateurs sont à la recherche de protocoles et de méthodes correctives leur permettant de quantifier la qualité de leurs jaugeages, notamment en présence de fond mobile ou d'écoulements complexes (tourbillons, recirculations, courants secondaires, etc.). Par ailleurs, de nombreux efforts expérimentaux portent actuellement sur l'exploitation de toutes les opportunités offertes par ce nouvel instrument très peu intrusif : bathymétrie, mesure du champ de vitesse, évaluation de la vitesse de charriage ou des flux de matières en suspension. Ces diverses données, acquises rapidement et économiquement même dans des conditions de terrain difficiles, font de l'aDcp un outil très prometteur pour l'étude des systèmes fluviaux. / For the last fifteen years, acoustic Doppler current profilers (aDcp) have been increasingly used to measure river discharge. Originally designed for oceanographical applications, aDcp can provide vertical profiles of 3D instantaneous flow velocity, referenced in space and time at a sampling rate of up to about 5 Hz. ADcps emit ultrasonic waves whose rated frequency typically ranges from 300 to 3,000 kHz. Water velocity is measured by Doppler effect, so that no local parameter calibration is required. Due to some technical restrictions it is impossible to measure velocity in certain parts of the river cross-section. Uncertainty assessment is made difficult by the complexity of the measurement process and potential errors that stem from field deployment. Consequently practitioners are looking for guidelines and corrective methods in order to assess the quality of discharge measurement, especially in case of moving bottom or complex flows (eddies, recirculating flows, secondary currents, etc.). Besides, today much experimental effort is dedicated to making the most of this versatile and very slightly intrusive device : bed topography, velocity field measurements, estimate of bed load velocity or suspended solid fluxes. This variety of data can be obtained rapidly and economically even in tough field conditions. Therefore Doppler profilers appear as promising tools for the study of river systems.