La Loire apprend à retenir ses sédiments

Alors que la Loire devient de plus en plus profonde, Voies navigables de France souhaite construire un ouvrage pour empêcher la fuite des sédiments, et éviter ainsi son creusement qui pose des problèmes pour la prise d'eau potable et la navigation. Pour concevoir cet ouvrage, le Centre d’analyse comportementale des ouvrages hydrauliques a construit un modèle sédimentaire à l’échelle 1/100ème d’une portion du fleuve. Ce laboratoire de la Compagnie nationale du Rhône souhaite reproduire le mouvement du sable pour apprendre à le retenir.

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La Loire apprend à retenir ses sédiments
Dans le laboratoire du CACOH, le modèle du projet "Loire" s'étend sur 45 mètres de long pour une dizaine de large.

En un siècle, le fond du lit de la Loire en amont de Nantes s’est creusé de plusieurs mètres. Un phénomène lié à la fois au prélèvements opérés lors des aménagements du port autonome, et à l'effet de long terme de constructions prévues pour faciliter localement la navigation. Pour étudier cet approfondissement, le Centre d’analyse comportementale des ouvrages hydrauliques (CACOH) a construit un modèle physique d’une portion de 3,5 km du fleuve dans ses locaux sur le port de Lyon. Une sorte de maquette à l’échelle 1/100ème pour simuler le transport de sédiments par le courant. Le but final ? Concevoir et construire un ouvrage pour favoriser le dépôt des sédiments. Baptisé « Loire », ce projet s’inscrit dans le programme « Loire Grandeur Nature » démarré en 2015 et pour cinq ans. Sous la maîtrise d’ouvrage de Voies navigables de France, la Compagnie nationale du Rhône (CNR) mobilise son centre d’analyse pour freiner ces phénomènes dus aux aménagements créés par l’Homme.

Problèmes d’échelle

Le modèle sédimentaire du CACOH est à différencier d’un modèle hydraulique où seul l’écoulement de l’eau est étudié. Ici, le mouvement du sable entraîné par le courant est analysé. « C’est un vrai challenge pour nous, car il est très difficile de mesurer le déplacement du sable au fond d’une rivière et de le reproduire en laboratoire », affirme Damien Alliau, ingénieur hydraulique et chef du projet Loire. En 2017, des relevés sur le terrain ont précédé la conception en 3D du modèle et sa construction. Des débits allant de 1 à 100 litres par seconde sont envoyés en amont et récupérés en aval. De même, du sable est injecté en entrée et collecté en sortie. Le bilan donne la quantité retenue ou perdue. Des instruments montés sur un chariot mobile permettent d’observer où il se dépose, les niveaux d’eau et les vitesses d’écoulement.

Mais quelle taille adopter pour les grains de sable dans un modèle au 1/100ème ? « Il est impossible d’appliquer ce facteur géométrique au sable car il perdrait le comportement d'un grain », assure M. Alliau. Or le mouvement du sable est précisément ce qui intéresse le laboratoire. Les membres du CACOH ont donc eu recours à des lois de similitude sédimentaires pour déterminer quel matériau utiliser. Résultat : des grains de polystyrène issus du recyclage de taille équivalente à celle du sable, mais environ trois fois plus légers. De même pour l’échelle de temps : une minute en laboratoire équivaut à une journée dans la nature.

Des simulations jusque fin 2018

La construction de l’ouvrage pour stopper l’approfondissement de la Loire devrait débuter en 2020 pour trois ans. Quelle forme aura-t-il ? Difficile à dire tant que les simulations ne seront pas terminées. C'est à dire d'ici fin 2018. « Il s’agira d’un ouvrage imposant, au fond du lit, et de préférence tout le temps immergé », précise néanmoins Damien Alliau. Sa mission sera de contracter l'écoulement pour que les niveaux en amont remontent, que les vitesses diminuent et que le sable se dépose à nouveau. Loin de l’esprit d’un barrage, il doit permettre la navigation et le passage des poissons tout au long de l’année. De plus, il se doit de fonctionner dans les deux sens. Car à ce niveau – à 60 km de l’estuaire - la différence entre marées haute et basse dépasse les cinq mètres. Un tel marnage inverse le cours du fleuve qui peut s'écouler dans un sens ou dans l'autre suivant le moment de la journée.

Avant les années 2000, d’importants aménagements sur le port autonome de Nantes ont nécessité l’extraction de millions de m3 de sable. De plus, les épis de la Loire favorisent l’enfoncement du fleuve. Construits sur son lit, ils concentrent l’eau à un endroit donné pour faciliter le passage des bateaux. « Un ensemble d'études réalisées ces dernières décennies montrent que l’aménagement anthropique de la Loire a des conséquences visibles », relève Damien Alliau. Les lignes d’eau à l’étiage – lorsque le débit est faible – sont très basses et le niveau du lit et de l’eau descendent. Cela pose des problèmes pour les prises de captage d’eau potable, la navigation, la pisciculture… Autant de raisons qui nécessitent d’intervenir pour corriger les effets sur le long terme d’actions passées.

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