Mesure et analyse de la dynamique temporelle des flux solides dans les petits bassins versants. Cas d'un bassin versant agricole en région d'élevage (Le Moulinet, Basse-Normandie, France)

The monitoring of the suspended sediment concentration (SSC) in rivers is essential for the management and control of the quality of waterways. Moreover, the knowledge about the SS sources is important to establish a good support framework to measure and model the solid flux. The study was performed on the Moulinet and the Oir streams watershed, in Basse- Normandie region. The watershed area is 4,53 km2 and 87 km2 respectively. In these catchments, agriculture is moderately intensive, with mostly dairy farming. The main objectives are: 1) to measure and describe the temporal dynamics of the SSC, and 2) to relate these dynamics with the SS origins, the climatic determinants and the stream's order. In the Moulinet stream, sediments deposited in the bed are good classified with a grain median between 0,6 and 10 mm depending on location. The shield's critical parameter, τ*cr, is 0,052. With this critical parameter sediment with a median diameter of 8 mm will be resuspended for a discharge greater than 75 l/s. The laboratory experimentation showed that turbidity varies linearly with the SSC for a given particle size. The turbidity increases more quickly with the concentration since the particles are fines. The ratio Turbidity/SSC is referred to "specific turbidity", which essentially depends on the particle size and is higher when particles are fines. The specific turbidity varies linearly with the inverse of the mean particle diameter. The specific turbidity of a mixture is the sum of the specific turbidity associated with each size fraction, weighted by their proportion in the mixture. The specific turbidity is comparable or slightly higher in the field and laboratory. Suspended sediment sources in the Moulinet were identified and quantified by different approaches: examine the relationship SSC-discharge, statistical analysis and modeling. The supply of sediment to stream comes from: 1) areas near the stream and the stream's bank erosion. This stock is easily mobilized in late summer, resuspended in the autumn and is less important in the winter; 2) watershed erosion. This source causes the very high of solid flux during certain months of October and May could be due to hydrological favorable condition to erosion, or related to timing of land use and agricultural practices in the watershed, either extreme climatic condition. The hydrological response of the two basins seems generally the same type, despite the size of the watershed and the order of the stream increase. However, in the flood scale, to priori similar rainfall, the Moulinet watershed is more active than the Oir, with a response time shorter to rain. The specific annual solid flux calculated on the Moulinet is higher than on the Oir. In these two streams there is a large dispersion of the relationship between solid flux, Qs , and the daily average water discharge, Q. The relationship is not represented by the only power law Qs = aQb.La gestion et la maîtrise de la qualité des cours d'eau passent par une bonne connaissance des flux de Matières En Suspension (MES), leur quantité, leur origine et leur dynamique au cours du temps. Cette thèse s'intéresse, d'une part, à la mesure et à la description des flux de MES dans un petit bassin versant agricole, d'autre part, à leur mise en relation avec les origines des MES, les déterminants climatiques et l'ordre des cours d'eau. Les flux de MES sont suivis depuis plusieurs années à l'exutoire du bassin versant du Moulinet (4,5 km2, Basse- Normandie) ; l'Oir, rivière d'ordre supérieur (bassin de 87 km2), a été instrumentée dans le cadre de cette thèse. Outre la mesure du charriage qui permet de déterminer le critère de mobilisation des particules du fond du ruisseau, la mesure des [MES] à partir de la turbidité a été approfondie. La dynamique temporelle des MES a été analysée par différentes approches (relation [MES]-débit, statistique, modélisation) à différentes échelles de temps (année, saison et mois, jour, crue). Sur le Moulinet, la tension réduite de frottement critique de Shields, τ*cr, est de 0,052. Avec cette tension critique, les limons et argiles sont quasiment toujours mobiles, et les sédiments de diamètre médian 8 mm sont susceptibles d'être mis en suspension pour les débits supérieurs à 75 l/s, soit plus de 75% du temps. Au laboratoire, nous avons montré que le turbidimètre est très sensible à la concentration des particules les plus fines (argiles, limons fins), y compris lorsque celles-ci sont mélangées à des particules plus grossières. La turbidité spécifique (rapport entre turbidité et [MES]) varie linéairement avec l'inverse du diamètre moyen des particules. Son évolution au cours des fortes crues témoigne de la mobilisation de MES plus grossières en montée de crue qu'en décrue Sur le Moulinet, les flux solides annuels sont de l'ordre de 60 t/km², avec une double origine : (1) un stock de sédiments dans le fond du cours d'eau et provenant des berges dégradées par le bétail, maximum à la fin de l'été, remis en suspension en automne, moins important en hiver ; (2) l'érosion des versants produisant des flux de MES pouvant être très importants en octobre ou en mai, liées à des pratiques agricoles à risque (labour avant céréales d'hiver ou de printemps). Au cours des crues, la concentration maximale en MES est mieux corrélée à la vitesse de montée du débit qu'au débit maximal. Les relations univoques entre le flux solide Qs et le débit Q correspondent à la remise en suspension d'un stock de sédiments non limitant. Les relations d'hystérésis horaire correspondent à la remise en suspension d'un stock dont la disponibilité diminue plus l'érosion des sols se met rapidement en place pendant la montée de crue. Pour toute année la relation entre Qs et Q moyen journalier est grande dispersée et n'est pas représentée par une loi puissance Qs = aQb unique. Une première comparaison entre le Moulinet et l'Oir montre que malgré un fonctionnement hydrologique similaire, le Moulinet est plus productif en MES que l'Oir et plus réactif à l'échelle de la crue