Analyse spatio-temporelle de la morphologie des rivières en tresses par LiDAR aéroporté

Les rivières en tresses sont caractérisées par un réseau complexe de chenaux multiples très mobiles dans l’espace et dans le temps, séparés par des bancs sédimentaires pas ou peu végétalisés, qui sont émergés en période de basses et moyennes eaux. A long terme, en fonction du régime sédimentaire et hydrologique, ces rivières construisent des plaines alluviales complexes constituées d'une mosaïque d'unités correspondant à des échelles spatio-temporelles différentes. Jusqu’au début des années 2000, l’étude in situ de ces rivières était fondée sur des levés topographiques très discontinus dans l’espace, ce qui limitait le champ d’investigation de la complexité morphologique des lits en tresses. Le développement récent du LiDAR (Ligth Detection And Ranging) aérien permet une acquisition rapide de la morphologie 3D des mosaïques fluviales à de fines résolutions spatiales et sur de grandes étendues. Les données LiDAR permettent aussi de mesurer la topographie sous la végétation et de fournir des indicateurs de cette végétation. L'objectif de cette thèse a été d'utiliser ces nouvelles données pour améliorer la connaissance des réponses morphologiques des lits en tresses à différentes échelles spatio-temporelles. Dans un premier temps, 2 levés LiDAR séquentiels ont permis de détecter les changements morphologiques d’une tresse de 7 km survenus suite à une crue de période de retour 14 ans (Chapitre 2). Ces travaux ont été réalisés sur le site du Bès, un affluent de la Bléone. Les résultats ont mis en évidence l’importance des différentes étapes de traitement de l’information dans le calcul du bilan sédimentaire. Il apparaît que le réalignement des nuages de points séquentiels et que l’évaluation sommaire de la bathymétrie à partir d’une hauteur d’eau moyenne sont des étapes primordiales pour le calcul du bilan. La prise en compte de la variabilité spatiale de l’incertitude altimétrique en fonction des états de surface a permis d’établir des seuils critiques de détection du changements spatialement distribués dans la plaine d’inondation. Cette dernière étape a permis d’optimiser le calcul du bilan sédimentaire et de produire une cartographie robuste des déformations morphologiques (érosion et dépôt). L’exploitation des résultats a montré que le réseau des chenaux tressés a été profondément remanié pendant la crue, du fait de l’occurrence de nombreuses avulsions. L’estimation du taux de renouvellement des formes a permis de mettre en évidence qu’au moins 54% de la bande active a participé au transport solide pendant la crue. Dans un deuxième temps, les données LiDAR ont été utilisées pour caractériser la signature morphologique des lits en tresses à l’échelle plurikilométrique (Chapitre 3). L’extraction systématique de profils en travers de la bande de tressage a permis d’étudier les variations longitudinales de plusieurs métriques morphologiques (largeur de bande active, Bed Relief Index, nombre de chenaux) et d'établir des longueurs d'onde caractéristiques de ces signaux. L’analyse a porté sur un linéaire de plus de 25 km réparti sur 9 sites, dans les bassins versants de la Drôme, du Drac et de la Bléone. Le site du Bès a été levé deux fois pour étudier l'impact de la crue du période de retour 14 ans sur la signature morphologique. Premièrement, ces données mettent clairement en évidence l’effet du confinement de la tresse sur ses propriétés morphologiques avec entre autres un élargissement de la bande active à l'amont de ces zones. Deuxièmement, deux périodes caractéristiques ont été mises en évidence : autour de 3-4 et de 9-10 fois la largeur de la bande active. La période à 3-4 serait liée à la dynamique des macroformes (bancs élémentaires). La période à 10 pourrait être liée à la dynamique de transfert à long terme des sédiments et pourrait correspondre aux successions longitudinales des mégaformes sédimentaires. Finalement, les données de LIDAR aérien ont été couplées à une étude diachronique de photographies aériennes pour reconstruire l'historique de formation des différentes unités spatiales composant la plaine d'inondation et relier cette structure avec les caractéristiques des unités de végétation (Chapitre 4). 3 rivières en tresses ont été étudiées dans les Alpes françaises avec un degré croissant d'activité : le Bouinenc, la Drôme et le Bès. Cette méthodologie a permis de reconstruire les différentes phases d'incision du lit avec deux périodes majeurs : avant 1948 et seconde partie du 20ème siècle. Il a été montré que l'intensité des crues contrôle le caractère brutal des phases d'incision avec une incision forte pour les crues de période de retour 50 ans et que, d'autre part, les crues induisent des élargissements plus faibles de la bande active en cas d'apport sédimentaire déficitaire. Ces changements à long terme jouent un rôle significatif pour expliquer la mosaïque de la végétation de la plaine d'inondation avec une végétation bien développée et composée majoritairement d'unité matures dans le cas d'une rétraction et d'une incision sur le long terme. Les rivières plus actives présentent une diversité d'unité de végétation plus équilibrée. Enfin, la présence de lande arbustive semble être un bon indicateur des périodes d'incision.