Les plateaux continentaux constituent l’exutoire des fleuves et de leur charge sédimentaire provenant de l’érosion des continents. En raison de l’anthropisation des bassins versants, les fleuves charrient également de nombreux contaminants que l’on trouve majoritairement sous forme particulaire, étroitement liés aux particules sédimentaires fines. Le rôle de filtre des plateaux continentaux vis à vis de ces apports est mal connu et fortement dépendant des caractéristiques morphologiques, hydrodynamiques et du régime fluvial du site considéré.
Le Golfe du Lion est une zone dont le fonctionnement vis à vis des apports fluviaux a été intensément étudié depuis plusieurs décennies. Les tempêtes d’est ont été reconnues comme une composante essentielle du transport à travers le plateau du Golfe du Lion. Elles induisent en effet de forts courants dirigés vers le sud-ouest qui exportent les eaux côtières hors du Golfe du Lion vers la marge espagnole, mais aussi des houles qui remettent le sédiment en suspension.
Cette thèse a pour premier objectif l’étude du devenir des apports du Rhône sur le Golfe du Lion et plus précisément de cerner les temps de résidence de l’eau fluviale sur le plateau en réponse aux forçages physiques. L’objectif suivant est d’établir la dynamique des bilans sédimentaires du Golfe, en termes de stockage et érosion, pour différentes régions du plateau, mais aussi de transfert entre ces régions et finalement d’export vers la pente et le plateau espagnol.
La méthodologie utilisée repose sur la modélisation numérique hydrosédimentaire de l’automne 2010 à l’hiver 2011 et s’appuie sur des jeux d’observations innovants. Le dispositif numérique repose sur le couplage du modèle 3D SYMPHONIE avec le modèle d’état de mer WW3 et le modèle de transport sédimentaire MUSTANG. Les observations sont issues de mouillages permanents sur le plateau et de la campagne CASCADE. De nombreux instruments ont été déployés dont un glider irremplaçable pour la documentation des transferts pendant une tempête.
La thèse est organisée en deux parties. La première partie porte sur les temps de résidence de l’eau d’origine Rhodanienne sur le plateau du Golfe du Lion et sur son export hors du Golfe. La seconde partie concerne le transfert des sédiments. Chaque partie débute par une exploration de la sensibilité du modèle afin d’établir une calibration du modèle.
Les résultats montrent que les temps de résidence, moyennés sur 3 mois, peuvent varier de 30 à 55 jours avec un rôle important des vents forts pour réduire ces temps de résidence. Les voies d’export au sud-ouest du Golfe du Lion ont ensuite été examinées. Dans cet objectif, l’extrémité du plateau continental, qui ouvre vers le plateau espagnol, et la pente continentale qui mène vers le domaine profond ont été séparées. En raison de la douceur de l’hiver étudié, l’export se fait à 70% vers le plateau espagnol contrastant avec des résultats antérieurs montrant pour un hiver froid que ce pourcentage correspondait à un transfert vers les grandes profondeurs.
La rétention de la matière sur le prodelta du Rhône a fait l’objet de l’étude suivante. Sur les 8 mois considérés, 20% des apports du Rhône sont stockés sur 140 km2 devant l’embouchure. Le dépôt de sable est pratiquement limité à la zone 0-20 m tandis qu’au delà, le dépôt ne concerne que la vase. Sur ces zones plus profondes, les tempêtes ont pour effet d’éroder une part relativement faible des dépôts de vase et par contre d’apporter du sable. La seconde zone étudiée est l’ensemble du plateau continental sur lequel différentes zones ont été mises en évidence : des zones érosives au nord du Cap d’Agde, une accumulation sur la vasière entre Narbonne et Leucate, puis dans la partie supérieure du canyon du Cap de Creus et à la sortie du Golfe du Lion devant la baie de Rosas. Finalement, la période étudiée a connu un flux de matière sortant du plateau de l’ordre de 3 Mt pour un total d’apport fluvial de 3.2 Mt.
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The continental shelves are the outlet of rivers and their sediment load resulting from continental erosion. Due to the anthropization of watersheds, rivers also carry contaminants, most of which in particulate form bound to fine sedimentary particles. The filtering role of the continental shelves with regard to these inputs is poorly known and strongly depends on the morphological, hydrodynamic and river regime characteristics of the site.
The Gulf of Lions is an area whose functioning with regard to river inputs has been intensely studied for several decades. Easterly storms have been recognized as an essential component of transport across the Gulf of Lions shelf. They induce strong southwesterward currents that export coastal waters out of the Gulf of Lions to the Spanish margin, as well as swells that resuspend sediment.
The first objective of this thesis is to study the fate of the Rhône's inputs to the Gulf of Lions and more precisely to determine the residence times of river water on the shelf in response to physical forcing. The second objective is to establish the dynamics of the sediment budget of the Gulf in terms of storage and erosion in different parts of the shelf, but also transfer between these parts and finally export to the slope and the Spanish shelf.
The methodology used is based on hydro-sedimentary numerical modelling and relies heavily on innovative observation sets. The numerical tool is based on the coupling of the 3D SYMPHONIE model with the WW3 sea state model and the MUSTANG sediment transport model. The observations are based on permanent moorings on the shelf and on the CASCADE campaign with many deployed instruments, including a glider, major tool for documenting transfers during a storm. The period studied corresponds to the fall and winter of 2010-2011.
The thesis is organized in two parts. The first part deals with the residence times of water of Rhodanian origin on the Gulf of Lions shelf and its export outside the Gulf. The second part concerns the transfer of sediments. Each part begins with an exploration of the sensitivity of the model in order to establish a calibration.
We showed that the residence times can vary from 30 to 55 days with an important role of strong winds to reduce them. The export routes southwest of the Gulf of Lions were then investigated by separating the extremity of the continental shelf that opens towards the Spanish shelf and the continental slope towards the deep domain. Due to the mild winter under study, 70% of exports are toward the Spanish shelf, in contrast to previous results showing that for a cold winter this percentage corresponds to a transfer to great depths via the Cap de Creus canyon.
We then focus on the retention of matter on the Rhône prodelta. Over the 8 months considered, 20% of the contributions from the Rhône are stored over 140 km2 in front of the mouth. The sand deposit is limited to the 0-20 m zone while beyond 20 m, the deposit only concerns mud. In these deeper areas, storms erode a relatively small portion of the mud deposits and create new sand deposits. The second zone studied is the entire continental shelf on which erosive zones north of Cap d'Agde and an accumulation on the mudflat between Narbonne and Leucate, in the upper part of the Cap de Creus canyon and at the exit of the Gulf of Lions in front of Rosas Bay are highlighted. Finally, over the period studied, the export of matter out of the Gulf of Lion shelf is about 3 M tons for an input of 3.3 M tons by the Gulf of Lions rivers.
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