Dynamique hydro-sédimentaire de l'estuaire de la Rance : fonctionnement, évolution et gestion

Abstract

L’estuaire de la Rance est une ria relativement petite (20km de long) avec un faible débit fluvial. Elle est située sur la côte bretonne dans le nord de la France, avec un marnage qui peut atteindre 13,5m au maximum de vive-eau. En profitant de ces marées, la première usine marémotrice opérationnelle au monde (actuellement la deuxième plus grande) a été construite dans les années 1960 à l’embouchure de l’estuaire. Le bassin de la Rance est également caractérisé par sa complexe morphologie et l’aménagement de sa limite fluviale (l’écluse du Chatelier). Un envasement net a été observé dans la partie amont de l’estuaire depuis les années 1980 par plusieurs études. Cependant, l'impact de l’usine sur l'hydrodynamique, le transport sédimentaire et la morphodynamique n'est toujours pas quantifié. En outre, la connaissance des processus physiques régissant la dynamique hydro-sédimentaire dans ce système complexe reste très limitée. Ce travail de thèse vise à mieux comprendre la dynamique hydro-sédimentaire dans ce système aménagé d’une usine marémotrice à son embouchure et d'une écluse à sa limite fluviale. Pour atteindre cet objectif, une approche complémentaire entre les mesures terrain et la modélisation numérique a été déployée. D'une part, le suivi terrain des variables hydro-sédimentaires a été réalisé pour calibrer et valider les modèles numériques. D’autre part, deux modèles numériques hydro-sédimentaires 2D et 3D ont été développés dans le système de modélisation TELEMAC-MASCARET. Les résultats numériques montrent que l’usine induit (i) une diminution importante du marnage et du prisme de marée ainsi que la submersion de plusieurs zones intertidales ; (ii) une limitation des niveaux hauts à l'intérieur du bassin ce qui lui protège contre les inondations marines ; et (iii) une diminution générale des courants sauf dans la région proche de l’aménagement. De plus, la morphologie de l'estuaire amplifie les courants de jusant dans le rétrécissement au Port-Saint-Hubert. Par ailleurs, le fonctionnement de l’usine repousse l'interface eau douce-eau salée d'environ 5km vers l’amont, cette position est également sensible à la variation saisonnière du débit fluvial. Le modèle hydro-sédimentaire 3D montre qu'à l'échelle d'un cycle de marée (i) les pics de matières en suspension sont constatés pendant la phase de remplissage de l'estuaire ; et (ii) les sédiments pourraient être remis en suspension localement pendant la phase de turbinage (étape de production d'électricité en jusant). A l'échelle d’un cycle de 14 jours, le flux sédimentaire résiduel est constamment orienté vers l'amont de l’estuaire. Par conséquent, les importants taux de sédimentation sont observés dans le chenal principal amont. Ce comportement morphodynamique est également observé sans usine marémotrice, mais avec des taux de sédimentation plus faibles. A l'échelle d'un an, les résultats numériques hydro-sédimentaires 2D ont évalué la nécessité d’un débit fluvial considérant les chasses hydrauliques pour simuler correctement les processus morphodynamiques à long terme. Par ailleurs, les chasses hydrauliques réalisées à l'écluse du Chatelier et l'ouverture des vannes pendant le jusant ont prouvé leur efficacité pour diminuer l'accumulation des sédiments dans la partie amont de l'estuaire. Enfin, les modèles numériques complémentaires 2D et 3D ont démontrés leur pertinence pour aider à définir un plan de gestion durable de l'estuaire.