Extraction de gravier en lit mineur : exercice pédagogique sur table à ruissellement

Note de la rédaction : Cet article sur l'extraction de gravier dans les lits de rivières a été rédigé par Steve Grimmer, mécanicien et artiste chez Little River.

L'un des principaux atouts des tables de simulation de cours d'eau Emriver réside dans leur capacité à illustrer rapidement les effets des perturbations du lit sur un tronçon de cours d'eau en équilibre. La densité de notre milieu de simulation, composé d'environ 60% de sable et de gravier lithiques, lui confère une réactivité très dynamique face à toute perturbation du système. Découvrons une démonstration passionnante qui convient aussi bien aux groupes d’élèves du collège à l’université qu’aux propriétaires fonciers et aux exploitants miniers des bassins fluviaux. Elle est tirée du chapitre 4 de notre Manuel des travaux pratiques, inclus avec chaque modèle de cours d'eau Emriver, et gratuit au téléchargement pour tout le monde. 

4.1 Extraction de gravier en lit mineur

Bien qu'interdite ou fortement réglementée dans de nombreuses régions du monde, l'extraction de sable et de gravier dans les lits des cours d'eau reste fréquente dans certaines régions. La table à rivières Emriver est particulièrement utile pour démontrer les effets de l'extraction de gravier dans les lits, en particulier les impacts hors site qui sont généralement ignorés des non-initiés. Ceux-ci comprennent l'enfoncement du lit (également appelé incision) en amont et en aval du site, une migration latérale accrue et l'érosion des berges en amont de la zone exploitée.

Commencez par un chenal sinueux standard d'une sinuosité d'environ 1,3. Vous pouvez également commencer par un chenal rectangulaire. Dans les deux cas, faites circuler des impulsions de débit d'environ 150 ml/s dans le modèle pendant au moins 15 secondes pour former des structures de chenal. Dans le chenal rectangulaire, vous devez laisser se former des barres de méandre alternées. Ajustez le débit (Q) entre 35 et 55 ml/s. Après avoir diminué le débit, assurez-vous que le chenal est métastable et que la continuité du transport sédimentaire est constante dans tout le chenal.

Installation de la table à écoulement

Voici un aperçu très rapide vidéo de notre DVD pédagogique (et de notre chaîne YouTube et de notre chaîne YouTube correspondante liste de lecture) montrant comment configurer les conditions initiales dans un modèle Emriver Em2 avec des matériaux de modelage Alpha. J'aime d'abord niveler grossièrement les matériaux, puis dessiner mes méandres souhaités avec le racloir triangulaire avant de creuser le chenal avec une pelle. Ensuite, je compacte les matériaux avec une taloche à béton en bois. À noter que des matériaux humides et compactés ont une cohésion bien meilleure que des matériaux secs et meubles, ce qui conduit à des berges de cours d'eau beaucoup plus stables.

Démonstrations sur table à ruissellement

Une fois que vous avez établi un bief relativement stable (pas trop d'érosion des berges et un transport sédimentaire constant le long de la section), essayez l'extraction dans le chenal. À l'aide d'une pelle ou de vos mains, prélevez 250 ml (environ 1 tasse) de sédiments du chenal. Cette vidéo illustre un exemple extrême. D'après le guide vidéo :

Un très bon exemple d'incision de chenal en amont et en aval d'une exploitation radicale de gravier en lit mineur. La séquence s'ouvre sur un chenal auto-formé légèrement tressé coulant entre des séries de terrasses appariées. Une pelle mécanique est utilisée pour creuser une grande fosse dans le chenal, provoquant la formation d'une forte rupture de pente (headcut). Au fur et à mesure que cette rupture de pente progresse au-delà des berges en érosion situées en amont, celles-ci s'effondrent. Remarquez également qu'une autre rupture de pente bien définie se forme après l'évacuation des sédiments provenant de cet effondrement. Nous voyons ensuite une incision très nette en aval de la fosse. En amont, notez que les sédiments entrant dans le cadre sur la gauche semblent beaucoup plus fins que ceux entrant dans la fosse exploitée, et que ce matériau est érodé du lit et des berges du chenal.

En voici un autre vidéo exemple, avec des enlèvements répétés. Dans ce cas, nous utilisons un petit embout sur un aspirateur eau et poussière, mais le principe est le même. Le chenal dans ces deux vidéos est assez évolué, avec un terrassement étendu et des bancs de méandre. Comme l'explique notre manuel d'accompagnement du DVD :

Cet extrait présente de bons exemples d'instabilité de berge causée par une incision en amont d'un dans le canal et aussi le distinct rarement vu (du moins dans ces modèles) érosion régressive en aval de la fosse minière. La séquence s'ouvre sur un faible débit, qui est augmentée à mesure qu'elle progresse. L'incision régressive vers l'aval, qui est indiqué par les graphiques à environ 0:47, se produit après que la fosse a été creusée une seconde fois temps.

La figure 4.1 de notre manuel de laboratoire montre la réponse attendue à l'exploitation minière dans le chenal. Notez que l'écoulement se fait de droite à gauche dans cette image.

La figure 4.2 présente un schéma clair du chenal expliquant comment la zone exploitée absorbe tous les sédiments du cours d'eau. Étant donné que le flux quittant la zone exploitée est privé de sédiments, il érodera la zone en aval pour se rééquilibrer.

Les endroits à surveiller pour l'érosion en aval sont, en particulier, les berges extérieures des méandres du chenal, qui s'affaisseront et céderont en raison de l'affouillement du pied de berge et de l'incision qui abaisse globalement la rivière. Cet exercice illustre parfaitement la sensibilité des rivières et des cours d'eau à l'extraction de matériaux dans le lit, et il montre qu'il convient de faire preuve d'une grande prudence avant de décider d'intervenir avec des équipements lourds.