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Prédiction systématique des paramètres de cisaillement en rivière à fond sableux et application à la dynamique alluviale de la rivière Rouyonne (Département Ouest-Haïti)

par Saint-Jean, Oreste
Président du jury Debaste, Frédéric
Promoteur Verbanck, Michel
Publication Non publié, 2025-12-02

Thèse de doctorat

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Résumé :

Haïti, située dans les Caraïbes, est l’un des pays les plus vulnérables au monde aux catastrophes naturelles, notamment aux crues et aux inondations. Son relief montagneux, combiné à une dégradation accélérée de son environnement, fait que, même en dehors des périodes cycloniques, le pays fait face à des inondations très fréquentes. La ville de Léogâne (Département Ouest – Haïti) est régulièrement confrontée à ces phénomènes d’inondations récurrentes, principalement causées par le débordement de la rivière Rouyonne. En effet, cette rivière est réputée comme la plus dangereuse pour la ville de Léogâne en temps de fortes précipitations et en temps de cyclones. Ainsi, dans le cadre de ce travail de thèse (qui s’inscrit dans le cadre d’un projet portant sur la caractérisation des crues et de la charge sédimentaire de la rivière Rouyonne), on s’est donné pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la dynamique hydro-sédimentaire de cette rivière pouvant ainsi aider à une meilleure gestion préventive des risques d’inondation de la ville de Léogâne. Pour mener à bien ce travail, un ensemble de données descriptives de la rivière ont été collectées. Il s’agit des données sédimentologiques, des données bathymétriques des sections de mesure, des données hydrauliques (hauteurs d’eau, vitesses de surface au flotteur, profils de vitesse à la verticale et sur le latéral, pentes d’eau), des mesures de la concentration des matières en suspension (MES), etc.Le traitement et l’analyse de ces données ont permis de parvenir à des résultats particulièrement encourageants. D’abord, la caractérisation des dépôts du lit de la rivière a permis de mettre en évidence que les grains alluviaux du lit sont de tailles intermédiaires (allant de sables à des graviers) et sont essentiellement non-cohésifs. Au niveau de la section de référence située en amont du pont Vincent, les dépôts sont de texture sableuse et de médiane granulométrique de 0.99 mm. À partir d’une représentation graphique en Log-Probit des sédiments prélevés au niveau de ce site de référence, trois sous-populations homogènes de particules (de diamètres médians respectifs de 0.28 mm, 1.62 mm et 11.62 mm) ont été décelées.Sur la base des jeux de vitesse de surface et des profils de vitesse explorés dans la rivière au niveau de la section de référence, un coefficient d’inégale répartition de vitesse à la verticale (αv) et un autre sur le latéral (αL) ont été calés. Ce calage a permis le calcul de la vitesse moyenne de la rivière à partir d’une simple mesure de la vitesse d’écoulement de surface. Pour les événements échantillonnés, le débit transité par la section de référence varie de 0.16 à 41.9 m3/s et une courbe de tarage Q-H a été proposée pour cette section de mesure. Cependant, au regard de l’importance du transport sédimentaire dans la rivière, il a été suggéré que cette courbe Q-H soit régulièrement actualisée si des changements morphologiques importants surviennent au niveau de la section de référence.Pour les rivières naturelles à fonds affouillables s’écoulant sur des particules de tailles intermédiaires et non cohésives, une nouvelle équation de prédiction du coefficient de résistance à l’écoulement (facteur de contrôle m ou, mutatis mutandis, coefficient n de Manning) a été proposée. Cette nouvelle équation a été développée en nous inspirant des travaux de recherche de Li Changhua & Liu Jianmi (1963) et repose sur l’utilisation de deux nombres adimensionnels : le nombre de Froude particulaire et la profondeur relative de l’écoulement. Cette nouvelle équation permet de reconstituer le coefficient de résistance alluviale moyennant le simple ajustement de deux coefficients, Nslope & Nintcpt (perçus en approche actuelle comme des entiers), qui sont propres et spécifiques à chaque rivière en un point kilométrique donné ou au jeu de données en question. Confrontée à un grand nombre de jeux de données de référence, la nouvelle équation proposée permet de reconstituer valablement le coefficient de résistance alluviale dans des conditions alluviales diverses et bien contrastées (aussi bien en rivière naturelle qu’en canal d’essai de laboratoire, depuis des configurations des dunes aux antidunes, et même dans des cas d’hyperconcentrations de MES). Cette confrontation a permis aussi de mettre en évidence que le coefficient Nslope qui apparait dans l’équation a une certaine dépendance à la taille granulométrique des sédiments du lit et que le régime alluvial supérieur (conditions idéales pour évacuer les forts débits et flux de matières en suspension) pourrait être modélisé avec Nintcpt qui paraît s’établir systématiquement autour de 14 (Nintcpt≈14). Toutefois, dans le cas des écoulements avec très peu de particules dans le flux, la nouvelle équation ne permet pas de reconstituer valablement le coefficient de résistance alluviale. Ceci est en effet cohérent avec le cadre conceptuel du développement proposé. L’application du modèle sur les données de la rivière Rouyonne suggère également que les débits maximums et les puissances spécifiques maximums dans la rivière peuvent être modélisés aussi avec un Nintcpt=14. Ainsi, à partir de cette équation proposée, il devient alors possible de déduire l’ensemble des paramètres de cisaillement de la rivière Rouyonne, qui sont essentiels dans la modélisation hydraulique et hydrosédimentaire, l’étude de problèmes tels que les lois de transport solide, etc.Pour finir, des recommandations générales ont été formulées en vue d’une meilleure application du modèle développé et d’une meilleure gestion de la problématique des inondations à Léogâne par le débordement de la rivière.