Géomorphologie fluviale N’dji dit Jacques DEMBELE D.Sc. Géologie du Quaternaire/Géomorphologie Maitre assistant des universités du CAMES plan • • • • • • • • 1. Définition et objet 2. les thèmes de la géomorphologie fluviale 3. les méthodes d’étude 4. les facteurs influant sur les processus fluviaux 5. les processus géomorphologiques liés à l’eau 6. La morphologie fluviale 7. les types de classification des cours d’eau 8. Evolution des cours d’eau Definition • La géomorphologie fluviale est l’étude des processus et des formes de terrain liés aux cours d’eau. Les processus sont ceux associés à l’ érosion, au transport et aux dépôts faits par les eaux d’écoulement et les formes sont ceux liés à l’érosion et aux dépôts liés aux cours d’eau. Pourquoi étudient on la géomorphologie fluviale? • Les cours d’eau occupent 68% de la surface de la terre et drainent chaque année environ 10 000 millions de tonnes de sédiments. • Les cours d’eau ont une importance économique réelle: aménagement fluvial pour l’irrigation, l’hydroélectricité, le transport etc. • Les cours d’eau présentent des risques aux établissements et infrastructures humaines: inondation et sècheresse • Les cours d’eau sont des archives paléoenvironnementales qui permettent de reconstruire à partir des formes et des sédiments les conditions environnementales passées et permettent de prédire le futur • La géomorphologie fluviale est ainsi une discipline de synthèse où se rencontrent ingénieur, géologue, géographe et écologues. Les thèmes de la géomorphologie fluviale • La géomorphologie fluviale est une science vieille qui a sa source depuis l’antiquité. Mais la géomorphologie fluviale a connu son essor a partir de la fin des années 1800. Depuis 1977, la géomorphologie fluviale est dominée par des 6 thèmes principaux. • 1. La géomorphologie fluviale descriptive: les caractéristiques physiques des cours d’eau, des cônes de déjection, les plaines alluviales, et leur évolution et leur variations de la source à l’embouchure. • 2. La fluviale géomorphologie quantitative: les interrelations entre la profondeur, la largeur, la pente, le débit, la sinuosité et la charge sédimentaire. • 3. étude du transport des sédiments: investigations de l’entrainement des sédiments, taux de transport et changements de texture à l’aval • 4. la formes des lits: leur forme extérieure et leur structure interne et leur relation avec la profondeur, la vélocité, la taille des grains de sédiments, leur orientation etc. • 5. les études de facies: reconnaissance des composants des dépôts fluviaux associés à leur structures sédimentaires et investigation des relations verticales et horizontales entre les dépôts. • 6. Les études paléo-hydrauliques: elles cherchent à élaborer une description quantitative des fleuves aujourd’hui disparus à partir des évidences contenus dans leurs dépôts. Ce thème est le plus récent des six. Les methodes d’etude • Les méthodes d’etude de la géomorphologie fluviale sont très diversifié due à la multiplicité des échelles d’analyse qui vont du bassin versant au lit fluvial. • 1. les cartes topographiques • 2. Les photographies aériennes • 3. Les images satellitaires • 4. Les DEM et les Lidars • 5. Les drones • 6. Jaugeage et mesures sur le terrain • 7. les analyses sédimentologiques • 8. Les analyses biogéochimiques • 9. La construction des modèles: les modèles analogiques et les modèles mathématiques Lidar Drones munis de capteur LiDAR DEM Bassins versants extracted du LiDAR Images satellitaires diachroniques Modele analogique Les facteurs influant sur les processus fluviaux • Les facteurs qui influent sur les processus fluviaux sont au nombre de 6: le climat, la topographie, la géologie, les sols, la végétation et l’occupation du sol. • 1. Le climat: intervient sur les processus fluviaux à travers 2 aspects importants: les précipitations et l’évaporation. Les précipitations jouent sur la quantité d’eau que les cours d’eau produisent et l’évaporation réduit cette quantité. • 2. La topographie: la topographie intervient à travers la pente qui joue sur le potentiel énergétique du cours d’eau. En langage simple, la pente joue sur la vélocité de l’eau. La pente du cours d’eau est généralement le rapport entre le relief du bassin et la longueur du cours d’eau. Plus la pente est élevé, plus l’eau coule vite. • La notion de topographie est liée à la notion de niveau de base. Le niveau de base est le niveau au dessous duquel les cours d’eau n’érodent plus leur lit. Donc la vitesse de dissection verticale des cours d’eau dépend de la variation du niveau de base. • Le niveau de base dépend lui aussi de 2 facteurs: les variations eustatiques (Variations du niveau de la mer) et les mouvements tectoniques. Les variations eustatiques ou variations du niveau de la mer joue sur la pente des cours d’eau. Ces variations sont conditionnées par les changements climatiques. Pendant les périodes de glaciations, le niveau des mers baisse, et les fleuves ont tendance à disséquer verticalement leur lit. Pendant les période de réchauffement climatique, le niveau des mers remontent et les fleuves ne dissèquent plus. • Au contraire, ils ont tendance à déposer les sédiments dans leurs lits. Les variations eustatiques font varier le niveau de base par la base alors que les mouvements tectoniques les font varier par le sommet. Les mouvements tectoniques peuvent être des mouvements de subsidence ou de soulèvement tectonique. La même chose est valable pour les lacs. Les terrasses • La géologie réfère à 3 notions différentes: la structure, à la lithologie (types de roches) et la tectonique. La structure géologique nous renvoie à la disposition des couches rocheuses les unes par rapport aux autres. Cette géologie conditionne le tracé des cours d’eau et leur développement futur. Les cours d’eau ont tendance à suivre les lignes de faiblesses et les types d’organisation des cours d’eau. • Quand les roches sont homogènes, l’hydrographie est de type dendritique. Quand des failles sont présentent l’hydrographie a tendance à être rectangulaire et quand il y a des plis, le type treillis est visible. • En cas de tectonique active, les cours d’eau ont tendance à suivre la direction de la poussée. D’ailleurs, de nos jours, le tracé des cours d’eau sont utilisés pour étudier la présence de tectonique d’une zone. • Deux méthodes sont ainsi fréquemment utilisés: l’asymétrie des bassins versants et l’asymétrie des vallées. • Un aspect important est le rôle que joue la lithologie dans la production des sédiments. Pour cela, il est important de comprendre que sur le long terme, deux types de classification important: les roches consolidés et non consolidés. • Les sols: ils sont fonction du type de roche, du climat, de la végétation. En fonction de leur perméabilité, ils jouent sur la densité de drainage. Quand l’infiltration est élevée la densité de drainage est faible et le contraire se produit quand l’infiltration est faible. Les sols participent au bilan sédimentaire à travers les processus d’érosion des sols. • La végétation est fonction des sols, du climat et du relief. La végétation joue sur la vélocité de l’eau en le décélérant. La vitesse de l’écoulement est plus élevée dans une zone boisée que sur sol nu. Le temps de réponse des cours est plus cours quand un déboisement intense se produit et les pics de sédiments et débits au lieu d’être étalés sont concentrés. • L’occupation des sols joue sur le temps de réponse. L’occupation du sol se réfère à l’affectation du sol. Généralement les hommes divisent leur espace en zones: zone de cultures, zones de construction d’habitation, d’infrastructures diverses. L’une des caractéristiques essentielles est que le couvert végétal naturel est remplacé par des surfaces bâties ou ouverts. Ce qui a pour conséquence un changement dans le temps de réponse et dans la concentration du pic de crue. • Au total, les processus fluviaux sont liés à plusieurs facteurs qui des qu’ils changent influent directement sur les vitesses des processus. Hydrogéochimie du bassin amont et du delta intérieur du fleuve Niger Bassin versant Station Granite Grès Niger Niger Niger Bani Banankoro Koulikoro Ké-Macina Douna 53% 50% 40% 42% 0% 4% 9% 38% Classes lithologiques Schistes Roches Dolérites Alluvions vertes 33% 3% 6% 6% 35% 2% 4% 6% 33% 1% 6% 12% 17% 0% 1% 2% Tableau 3. Répartition des classes lithologiques par bassin versant (en % ), delta intérieur du Niger non compris. Aussi, comme la succession des mêmes formations s'observe au niveau du bassin versant du Bani et du Niger en amont de la cuvette lacustre, il n'y a donc pas à priori de différences significatives entre la nature du matériel détritique d'origine terrigène véhiculé par le Niger d'une part, et le Bani d'autre part (Censier, 1995).