Crues exceptionnelles et formation des seuils dans

Hydrology in Mountainous Regions. II - Artificial Reservoirs; Water and Slopes
(Proceecfings of two Lausanne Symposia, August 1990). IAHS Publ. no. 194,1990.
Crues exceptionnelles et formation des seuils dans les lits
naturels sur Flysch
J. KONIAR-SCHAEFER
Ecole Polytechnique de Cracovie, 31-155 Krakôw, Pologne
H. WmCOWSKA
Ecole Polytechnique de Cracovie, 31-155 Krakôw, Pologne
RESUME L'étude des formes des lits de torrents situés sur le flysch
carpatique démontre que leur type dépend de la relation entre la position des
couches et la direction du cours d'eau. Les formes comme les seuils, les
marmites torrentielles et les faces de réflexion dispersent l'énergie
d'écoulement et stabilisent bien le lit, ce qui n'est pas toujours assuré par les
constructions hydrotechniques.
INTRODUCTION
Les formes naturelles des lits des torrents de montagne réagissent à l'action des crues et
génèrent des mécanismes d'autodéfense. L'action des constructions hydrotechniques ne
correspond pas toujours à celle des formes naturelles. Ces installations sont souvent
détruites par les crues. L'adaptation à la nature et son imitation pourrait avoir une grande
importance et l'étude des formes naturelles présente un grand intérêt. Les recherches
consacrées par les géographes (Kaszowski 1970, Klimek 1979, Niemirowski 1974) aux
torrents des flyschs carpatiques ont eu surtout un caractère géographique et
géomorphologique. Dans les années 1956-1972, J. Koniar-Schaefer a mené des
recherches en vue de la régularisation et de la correction des torrents, et les observations
des objets choisis ont été poursuivies jusqu'à présent (Koniar-Schaefer 1989).
PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS
Le travail présenté est basé sur les longues recherches de J. Koniar-Schaefer dans le
terrain. Les formations décrites ont été mesurées et observées sur une longueur de 1700
km de torrents (Tableau 1). De plus, 350 seuils artificiels ont été étudiés et leur action sur
les lits analysée. Un certain nombre de ces formes (les séries de seuils, les marmites
torrentielles et les faces de réflexion) ont été observées et mesurées après chaque crue
exceptionnelle pendant une période de 6 ans.
Le flysch carpatique est caractérisé par un important plissement associé à un réseau de
cassures tectoniques; celles-ci sont élargies en crevasses par l'altération.
Les conditions hydrologiques de la région se caractérisent par des crues où les débits de
pointe sont 4000 fois plus grands que ceux d'étiage; la hauteur de l'eau sur les seuils en
observation varie de 2 à 5 m.
Les objets géomorphologiques observés présentent une grande diversité de formes; on a
cependant essayé de trouver certaines régularités et les critères de leur formation sont
présentés ci-dessous. On a distingué les segments de torrents composés de séries de
seuils, rapides, marmites torrentielles alternant avec les canaux droits et les segments avec
méandres composés de seuils, marmites torrentielles et plusieurs faces de réflexion (épis).
Leur aspect et leurs dimensions ne dépendent pas seulement de la hauteur et de la vitesse
de l'eau, mais aussi de la relation entre la position tectonique des couches (pendage), leur
épaisseur, la densité des crevasses (liée à leur épaisseur) et enfin la direction du cours
319
J. Koniar-Schaefer & H. Witkowska
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Crues exceptionnelles et formation des seuils
321
TABLEAU 1
Les types de seuils observés et mesurés.
Type du seuil
nom
Fig.N°
Enrégi strées nombre
dans le
torrent
Obsequent
Ob sequent
332
1
0°< ft <75°
Conséquent
(a' )
0°< ft <75°
Subséquent
0°< ft <90°
Inséquent
Rapide
(coursier)
2
3
(a")
Z
nombre
de
seui1 s
déformés
Inséquent
o
o
5 < a <15
94
Conséquent
105
Inséquent
75° < a <90°
167
426
8
272
3
2
Subséquent
o
o
5 < a <15
143
143
Inséquent
15°< a <45°
358
358
—
(**)
303
303
—
1502
1502
r-y
ZZ =
13
(**) - dans les types où l'épaisseur des strates de grès F < 10 cm, avec schistes
prédominants, ou dans les torrents 1,2 3 où 75° < 6 < 90°.
LÉGENDE POUR TOUTES LES FIGURES ET LE TABLEAU 1
8
- angle de pendage des couches
a
- angle entre la direction des couches (U) et l'axe du cours d'eau (0 - 0)
Pg, Pd
- largeur du lit amont (g), aval (d)
Pi
- largeur des rives
H
- niveau de l'eau lors d'une crue
G
- profondeur maximale de la marmite torrentielle
Gsk
- profondeur de l'eau dans la marmite pendant la crue
GAI
- épaisseur des alluvions
Al
- longueur du prisme des alluvions déposées par les crues
Lmw, Lgw - longueur de la marmite en étiage (mw) et en crue (gw)
n
- ligne de niveau
(suite sur la page de la Fig. 3)
d'eau. En outre, la dimension des formes obtenues varie en fonction de la résistance
différentielle des affleurement de grès situés à l'aval ainsi que de l'épaisseur de ces bancs.
Les seuils observés ont une hauteur S de 0,2 à 8,0 m, les marmites une profondeur G de
0,8 à 12,0 m et les faces de réflexion (épis) Es de 0,5 à 3,0 m (Fig. 1 et 2). Ces formes
diverses ont été classifiées en fonction de la position du lit du cours d'eau et de celle des
couches rocheuses.
J. Koniar-Schaefer & H. Witkowska
322
LÉGENDE POUR TOUTES LES FIGURES (SUITE)
a
b
g. w.
m.w.
K
U
T, T'
M,,, M0
FIG. 3
-
vue en plan (torrent à lit étroit) (Pg < 3m)
vue en plan (torrent à lit large) (Pg > 3m)
niveau de la crue
niveau d'étiage
directions de lignes de courants
pendage des couches
surfaces du coursier aval
surfaces de réflexion
Seuil inséquent sur les torrents inséquents de 15° < a < 45°, avec une
série composée d'un seuil (S), d'une marmite (M), d'une face de
réflexion (E) et deux prismes d'alluvions (AI)
A-A', A"-A" - sections verticales pour U' et U"
323
Crues exceptionnelles et formation des seuils
Dans les torrents obséquents, conséquents et subséquents (Fig. 1 et 2), les seuils sont en
principe symétriques à l'axe du cours d'eau, qui peut avoir une pente importante; les
marmites sont plus profondes que dans les autres cas.
Dans les torrents inséquents (Fig. 3), les seuils sont en biais par rapport à l'axe et à l'aval
de la marmite existent plusieurs faces de réflexion (épis) qui dévient l'eau et créent les
méandres. Dans ce cas, la largeur du lit est plus grande, les seuils sont plus bas et les
marmites peu profondes.
L'analyse comparative des formes étudiées a démontré que le type dépend aussi de l'angle
d'inclinaison des couches (Tableau 1) et de la relation entre la largeur du lit et la hauteur
de l'eau sur les seuils (Fig. 1, 2 et 3). Les formes qui apparaissent dans les lits larges
sont présentées sur les figures (Fig. lb, 2b et 3b).
Les formes discutées ci-dessus sont créées pendant les crues par l'action de l'eau sur le
flysch fissuré; elles sont bien adaptées au passage de l'eau. La longueur de crête des
seuils est en principe plus grande que celle du lit d'un torrent, ce qui provoque la
diminution de l'énergie potentielle et le croisement des lignes d'eau (seuils obséquents;
Fig. 1), où leur divergence (seuils subséquents; Fig. 2) facilite la dispersion de l'énergie
cinétique. En cas de double marche (Fig. 1), l'effet est augmenté. Dans le cas des torrents
inséquents, les changements de direction et la réflexion des faces rocheuses dispersent si
bien l'énergie que les marmites peuvent être moins profondes.
Pendant les crues exceptionnelles, l'eau est maintenue dans le lit majeur, les sédiments se
déplacent dans le lit mineur et les formes du lit s'adaptent aux conditions d'écoulement, ce
qui n'est pas toujours le cas pour les constructions hydrotechniques.
La régularisation des torrents de montagnes doit donc s'adapter au pendage des couches.
Selon la situation, on doit construire des seuils concaves ou convexes vers l'amont (sur
les torrents obséquents, conséquents et subséquents), ou prévoir des coursiers en biais
(sur les torrents inséquents). La profondeur et la forme du bassin de tranquilisation
doivent imiter les formes naturelles. La longueur de la crête des seuils doit être plus
grande que la largeur du lit du torrent.
CONCLUSIONS
(a) Les lits rocheux des torrents situés dans le flysch carpatique plissé et fissuré se
défendent contre l'érosion démesurée en produisant des formes adaptées aux
conditions naturelles. L'eau des crues exceptionnelles sculpte ces formes en
déplaçant les blocs rocheux et le gravier.
(b) Les principales composantes de cette autodéfense sont les brusques variations de
tracé d'un cours d'eau, soit verticalement (seuil, marmite), soit horizontalement (seuil
en biais, face de réflexion).
(c) L'imitation de ces formes naturelles lors de la construction d'ouvrages
hydrotechniques pourrait améliorer les méthodes de régularisation et de correction
des torrents.
REFERENCES
Kaszowski, L., Kotarba, A. (1970) Wpryw katastrofalnych wezbrari na przebieg
procesow fluwialnych (L'effet des crues exceptionnelles sur les processus fluviaux),
Prace geosraf. t.B., z-4, Krakow, Pologne.
/. Koniar-Schaefer & H. Witkowska
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Klimek, K. (1979) Geomorfologiczne zrôz"nicowanie koryt karpackich doplywôw Wisly
(Differentiation géomorphologique des lits d'affluents carpatiques de la Vistule),
Folia Geograf. Séria Geograf.-Phys. 12, Krakôw, Pologne.
Niemirowski, M. (1974) Dynamika wspôfczesnych koryt potokow gorskich (La
dynamique des lits des torrents de montagne), Zeszyty Nauk.U.J. Prace Geogr.
z.34, Krakôw, Pologne.
Koniar-Schaefer, J. (1989) Funkcja geomorfologicznych form w naturalnych skalnych
korytach potokôw karpackich w odprowadzaniu wod wezbraniowych (La fonction
des formes géomorphologiques dans les lits naturels des torrents carpatiques en
régime de crue exceptionnelle), Spraw. z pos.Kom.Geogr.PAN