Geographical approach to the spatio-temporal dynamics of sediments in an intra mountain river: the example of the Arve alluvial plain (France)
Approche géographique de la dynamique spatio-temporelle des sédiments d'un cours d'eau intra montagnard : l'exemple de la plaine alluviale de l'Arve (Haute-Savoie)
Résumé
In this work, the fluvial dynamics of an Alpine gravel-bed river are examined as an indicator of sediment transport activity. The Arve River was selected as study area: the stream is the first tributary of the upper Rhône River, downstream from Lake Geneva; water is supplied by glaciated mountains of the Mont-Blanc massif, and abundant and rapid run-off give rise to a high energy river. Changes of the fluvial dynamics in space and time are studied:
1) the intramountain alluvial plain is divided into six homogeneous reaches which are considered as open and process/response systems. Channel pattern and sediment balance in each section are controlled by: a) water and sediment supply; b) change in the base level; c) intrinsic fluvial processes and/or anthropogenic activities, which cause temporary or long-time storage of the load, or erosion of previous deposits;
2) the fluvial geomorphology of the Arve river is investigated in the context of three different time periods using in each case a specific methodology : a) a reconstruction of Holocene fluvial environments is attempted, mainly by field investigations on palaeochannel deposits ; b) the high activity of the fluvial dynamics during the “historic” period ( 1730-1950) is demonstrated by the analysis of old maps and texts ; c) the dramatic "contemporaneous" incision ( 1950-1987) of the river, caused by multiple anthropogenic disturbances, is revealed by a survey of the long profile, the study of series of aerial photographs and engineers reports.
The first part of this work focuses on the fluvial dynamics of the alluvial plain. In chapter one, Holocene palaeoenvironments are investigated on two reaches of the Arve valley: a) on the lower Arve River, the geomorphology of terraces and the sedimentary fill of three palaeomeanders allowed the reconstruction of their dynamics, before and after the meander cutting. The pattern of river incision during the Holocene was determined by radiocarbon dating of palaeochannels; b) on the middle Arve River, a thick formation of fine sediments was laid bare by the present-day channel degradation. Collation of the results of different bore-holes studies, grain-size analyses and the dating of fine sediments show that they were deposited by a low energy stream, before the Boreal period. Chapter two analyses the braided pattern of the Arve River prior to anthropogenic impacts: a) the synchronic survey of the channel pattern describes downstream changes of the braiding caused by decreases of the slope and the torrential character of the hydrological regime; b) on the middle Arve River during the 18th and 19th centuries, the diachronic survey of the fluvial pattern demonstrates an increase of the stream activity, which resulted partly from an overloading during the climatic degradation of the Little Ice Age. Chapter three, the impacts of man on the fluvial dynamics are investigated. First, embankment works carried out during the 19th century and affecting certain sections of the river were responsible for the tilting of the long profile and a major reworking of gravel accumulations. Second, present-day changes of the river regime and sediment transport dynamics caused by hydroelectric power-plants, gravel extractions... have caused a general entrenchment of the river, in all sections of the alluvial plain. In the reaches not embanked, river-bed incision, which locally attains more than 10 meters, has been associated with a spectacular channelization, whereas in embanked sections, it was associated with a complex change of the migration pattern of bars.
The second part of this work examines if a decrease of sediment brought by the Arve R. by tributaries has been observed since the last century. In the fourth chapter, the sediment dynamics in the torrential systems are investigated. Improvement works torrents, such as the reforestation or the creation of storage areas behind weirs, to control erosion and debris-flow production are described ; they are responsible for a decrease in the sediment yield since the end of the 19th century. Chapter five studies fluvial dynamics on the alluvial fans of two major tributaries, the Giffre R. and the Borne R. The cartographic reconstruction of the fluvial dynamics shows: a) an increase in the amount of sediment transported during the 18th and the 19th centuries, which resulted in an increase of river instability; b) a deep contemporaneous channel incision caused by gravel extractions, by dam construction on the upper reaches of the tributaries and probably by the reforestation of slopes and associated reduction of erosion.
The third part of this research examines outputs of sediments downstream from the Arve system. Chapter six describes solute, suspended and bed-load dynamics in Geneva at the beginning of the 19th century and presents measurement, made at this time, of the volumes transported. Today, despite the lack of data, it appears that the dynamics of the suspended load and the bed- load are considerably modified by human activities; causes of this change are discussed. The seventh and last chapter focusses on the sedimentation in the reservoir of Verbois . The reservoir, created by the first dam of the Upper-Rhône downstream from Lake Geneva (located immediately downstream from the Arve-Rhône confluence) become filled, after some years, by the load of the Arve River. Since 1944, 15 releases of sediment have been effected to restore the reservoir capacity: the characteristics and results of these releases of sediments are described; bathymetric surveys of the reservoir's geometry give quantitative informations about the load supplied from the Arve River. In June 1987, during the last release, a survey of sediments deposited in the reservoir was undertaken. Results of this study demonstrate a downstream decrease in the grain-size of deposits and a strong correlation between the grain size and the geometry of the reservoir.
Dans cette étude, la dynamique fluviale d'une rivière graveleuse alpine est examinée, comme indicateur de l'activité des transports solides. L'Arve a été choisie comme terrain d'étude: le cours d'eau est le premier affluent du Rhône supérieur, en aval du lac Léman : le flux hydrique est délivré par les montagnes englacées du massif du Mont-Blanc, et l'écoulement rapide et abondant donne naissance à une rivière fortement énergique. Les changements de la dynamique fluviale dans l'espace et dans le temps sont étudiés :
1) la plaine alluviale intra-montagnarde est divisée en six sections homogènes qui sont considérées comme étant des systèmes ouverts à processus/réponse. Le modèle du chenal et le bilan sédimentaire dans chacune des sections est contrôlé par : a) la fourniture hydrique et sédimentaire ; b) l'évolution du niveau de base ; c) les processus fluviaux intrinsèques et/ou les activités anthropiques qui entraînent un stockage temporaire ou à long terme de la charge, ou l'érosion d'anciens dépôts ;
2) la géomorphologie fluviale de l'Arve est étudiée sur trois périodes, chacune nécessitant la mise en œuvre d'une méthodologie spécifique : a) une reconstitution des environnements fluviaux holocènes est tentée, principalement par des investigations de terrain sur les dépôts des paléochenaux ; b) la forte activité de la dynamique fluviale pendant la période “historique” (1730-1950) est démontrée par l'analyse de vieilles cartes et textes anciens ; c) la dramatique incision "contemporaine" (1950-1987), causée par de multiples perturbations anthropiques, est révélée par un suivi du profil en long, l'étude de séries de photographies aériennes et de rapports d'ingénieurs.
La première partie de ce travail met l'accent sur la dynamique fluviale de la plaine alluviale. Dans le chapitre un, les paléoenvironnements holocènes sont étudiés sur deux sections de la vallée de l'Arve : a) sur la basse-Arve, la géomorphologie des terrasses et le remplissage sédimentaire de trois paléoméandres ont permis la reconstitution de leur dynamique, avant et après le recoupement des sinuosités. Le modèle de l'incision de la rivière au cours de l'Holocène est déterminé par la datation radiocarbone des paléochenaux ; b) sur l'Arve moyenne, une épaisse formation de sédiments fins a été mise à nu par l'incision récente de la rivière. Le recensement des sondages effectués sur le site, l'analyse granulométrique et la datation des sédiments fins montrent qu'ils ont été déposés par un cours d'eau faiblement énergique, avant la période boréale. Le chapitre deux analyse le style tressé de l'Arve avant les premiers impacts anthropiques : a) le suivi synchronique du modèle du chenal met en évidence l'évolution amont-aval du tressage, causé par une diminution de la pente et de la torrentialité du régime ; b) sur l'Arve moyenne aux 18ème et 19ème siècles, le suivi diachronique du modèle du chenal démontre un accroissement de l'activité fluviale, qui résultait pour partie d'une charge fluviale surabondante pendant la péjoration climatique du Petit Age Glaciaire. Dans le chapitre trois, les impacts anthropiques sont étudiés. Les travaux d'endiguement, effectuées pendant le 19ème siècle, sont responsables de processus de basculement du profil en long dans les sections corrigées et ont causé d'importants remaniements sédimentaires. Les changements actuels du régime de la rivière et de la dynamique des transports solides causés par les usines hydroélectriques, les extractions de gravier dans le lit etc. ont provoqué une incision générale de la rivière, dans toutes les sections de la plaine alluviale. Dans les sections non-endiguées, l'incision, localement supérieure à 10 mètres, a été accompagnée d'une spectaculaire chenalisation, tandis que dans les sections endiguées, elle a été associée à un changement complexe du modèle de migration des bancs.
La deuxième partie de ce travail examine si, outre les interventions directes de l'homme dans la plaine alluviale de l'Arve depuis le siècle dernier, il ne s'est pas également produit une diminution des apports sédimentaires fournis par les affluents de la rivière : elle pourrait être l'une des causes de la profonde incision contemporaine de l'Arve dans sa plaine alluviale. Dans le quatrième chapitre, la dynamique des sédiments dans le système torrentiel est étudiée. Les aménagements des bassins torrentiels, tels que le reboisement ou la création de zones de stockage des sédiments en arrière de barrages, afin de contrôler l'érosion et la production des laves, sont décrits; ils ont favorisé une diminution de la fourniture sédimentaire, depuis la fin du 1 9ème siècle. Le chapitre cinq analyse la dynamique fluviale sur les cônes alluviaux de deux affluents majeurs de l'Arve, le Giffre et du Borne. La reconstitution cartographique du modèle géomorphogique montre : a) un accroissement des transports solides pendant les 18ème et 19ème siècles résultant d'une augmentation de l'instabilité fluviale : b) une profonde incision contemporaine du chenal causée par les extractions de gravier, la construction de barrages sur les cours supérieurs des affluents et probablement par le reboisement des pentes et la réduction des érosions.
La troisième partie de ce travail étudie la charge fluviale à Genève, extrémité aval du sous-système Arve. Le chapitre six décrit la dynamique de la charge dissoute, de la charge en suspension et des charriages et présente les calculs des volumes transportés, réalisés au début du 20ème siècle. Aujourd'hui, en dépit d'un manque de mesures, il apparaît que la dynamique de la charge en suspension et de la charge de fond sont profondément modifiées par les perturbations anthropiques; les causes de ce changement sont discutées. Le septième et dernier chapitre met l'accent sur la sédimentation dans la retenue de Verbois, le premier des huit barrages du haut-Rhône en aval du lac Léman. Le réservoir, qui reçoit les écoulements fortement chargés de l'Arve, subit un alluvionnement intense, Depuis 1944, 15 chasses ont été réalisées afin de reconstituer la capacité du réservoir : les procédures et les résultats des chasses sont décrits : des levés bathymétriques de la géométrie du réservoir donnent des informations quantitatives sur la charge fournie par l'Arve. En juin 1987, au cours de la dernière chasse, une investigation sédimentologique a été entreprise dans la retenue ; les résultats de cette étude démontrent une décroissance amont-aval de la granulométrie des dépôts et une forte corrélation entre leur granulométrie et la géométrie du réservoir.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|