La science des systèmes fluviaux : comment la dynamique des flux crée des formes de terre variées

Dynamique du transport des sédiments et de la turbulence

Contrairement aux débits laminaires, les débits fluviaux sont principalement turbulent, caractérisés par des tourbillons chaotiques, des tourbillons et des fluctuations. La turbulence joue un rôle crucial dans la suspension des particules de sédiments, le mélange de l'oxygène dans l'eau et l'amélioration du potentiel érosif.

La courbe Hjulström est un outil fondamental qui illustre comment la vitesse du flux influence le comportement des sédiments, que les particules soient érodées du lit, transportées ou déposées. Par exemple, les argiles cohésives nécessitent des vitesses de débit relativement élevées pour être érodées en raison de leur adhérence, tandis que les sables non cohésifs sont plus facilement entraînés.

Processus d'érosion, de transport et de dépôt

Les rivières sont des agents dynamiques du changement, modifiant continuellement leurs canaux et leurs paysages environnants par trois processus interconnectés : l'érosion, le transport des sédiments et les dépôts.

Mécanismes d'érosion de la rivière

• Action hydraulique:[ La force mécanique de l'eau qui coule peut déloger et soulever des particules et des fragments de roche, particulièrement lors de débits ou d'inondations élevés. Cet effet est particulièrement fort dans les débits turbulents où les fluctuations de pression exercent une force sur les joints et les fissures de roche.
• Abrasion: Les particules de sédiments transportées par la rivière agissent comme du papier de sable, broyant et balayant le lit et les rives du chenal.
• Attrition: Les collisions entre particules de sédiments les font se briser en morceaux plus petits et plus arrondis, qui peuvent ensuite être transportés plus facilement en aval.
• Solution (corrosion):[ L'altération chimique survient lorsque l'eau de rivière légèrement acide dissout des minéraux solubles, comme la calcite dans le calcaire. Ce processus modifie la chimie des roches et peut créer des caractéristiques comme les grottes et les paysages karstiques.

La domination de chaque mécanisme d'érosion dépend de l'énergie de la rivière, de la disponibilité des sédiments et de la géologie locale. Par exemple, dans les canyons rocheux escarpés, l'abrasion et l'action hydraulique entraînent une incision verticale rapide, tandis que dans les plaines alluviales plates, les taux d'érosion sont plus lents et souvent dominés par une sous-découpe des berges pendant les inondations.

Modes de transport des sédiments

• Charge de lit : Les particules de plus gros calibre, comme le sable, le gravier et les galets, se déplacent le long du lit de la rivière par laminage, le glissement ou le rebondissement (salation).
• Charge suspendue: Les sédiments fins (silt et argile) sont maintenus en suspension par un écoulement turbulent et transportés sur de longues distances. La charge suspendue donne souvent aux rivières leur aspect morcelé caractéristique.
• Charge dissolue:[ Les minéraux et les ions de l'altération chimique sont transportés en solution, invisibles à l'œil nu. Cette charge contribue à la composition chimique de l'eau de rivière et affecte la qualité de l'eau.

La charge totale de sédiments influence directement la morphologie et le comportement d'une rivière. Les rivières riches en sédiments tendent à aggrader (construire) leurs lits, ce qui peut causer des inondations, tandis que les rivières à faible teneur en sédiments, comme celles qui sont situées sous les barrages, érodent souvent leurs lits et leurs rives pour chercher à équilibrer les sédiments.

Dépôt et formulaires de déclaration des résultats

La présence de dépôts se produit lorsqu'une rivière diminue sa vitesse, réduisant ainsi sa capacité de transporter des sédiments. Ceci se produit généralement lorsque la pente diminue, que le chenal s'élargit ou que la rivière pénètre dans un plan d'eau permanent comme un océan ou un lac.

Ce processus de tri forme des formes caractéristiques des terres:

• Aventuriers alluviaux: Ces dépôts en forme de ventilateur se produisent là où les ruisseaux de montagne à haut niveau sortent de vallées étroites sur de larges plaines, perdant brusquement de l'énergie et des sédiments.
• Deltas: Les sédiments de rivière s'accumulent là où les rivières rencontrent des eaux stagnantes, créant des systèmes deltaiques complexes et ramifiés qui soutiennent souvent les riches milieux humides et les pêches.
• Plains de flots:[ Des étendues planes adjacentes à des rivières qui accumulent de fines sédiments de litière pendant les inondations, construisant des sols fertiles.

Ces caractéristiques de dépôt sont dynamiques, et évoluent avec les changements du régime d'écoulement, de l'approvisionnement en sédiments et du niveau de la mer.

Les principales formes de terres riveraines et leur formation

Les rivières sculptent une variété remarquable de formes de terre, chacune reflétant une dynamique de débit distinctive, des régimes sédimentaires et des milieux géologiques.

Lacs-Méniers et lacs-biche

Dans des paysages en pente douce, les rivières coulent rarement en lignes droites. Elles développent plutôt des virages de balayage appelés mediums. La vitesse du débit augmente sur la rive extérieure d'un virage, provoquant l'érosion et la formation de bancs de coupe raides. Inversement, le débit ralentit sur la rive intérieure, encourageant la déposition de sédiments et la croissance de barres ponctuelles. Au fil du temps, cette migration latérale peut accentuer les virages jusqu'à ce qu'une rivière se brise par un cou étroit pendant une crue, formant un nouveau chenal plus droit et laissant derrière un plan d'eau isolé et courbé connu sous le nom de oxbow lake.

Les rivières qui se démerdent sont répandues dans de vastes plaines inondables comme le bassin du Mississippi, où les sédiments non consolidés et les pentes basses facilitent la migration latérale des canaux.

Deltas et ventilateurs alluviaux

Les deltas forment une forme où les rivières déposent des sédiments en entrant dans les eaux stagnantes, comme les mers ou les lacs. Leurs formes et leur dynamique sont influencées par l'interaction entre les débits des rivières, l'action des vagues et les forces de marée.

• deltas à prédominance fluviale : Caractérisés par des canaux distributaires étendus et par une accumulation de sédiments, comme le delta du Mississippi.
• Deltas dominés par les vagues : Formés par une forte action des vagues côtières qui redistribue les sédiments le long des côtes, comme le delta du Nil.
• deltas dominés par les marées : Influencés par de forts courants de marée qui créent des canaux de marée et des barres de sable, illustrés par le delta du Gange-Brahmaputra.

En revanche, les ventilateurs alluviaux sont des dépôts de sédiments en forme de ventilateur formés là où des ruisseaux de montagne abrupts émergent sur des planchers plats de vallée. Ils ont généralement des pentes proximales abruptes près de l'apex et des zones distales en pente douce.