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Analyse de la structure de l'écoulement à une confluence de cours d'eau en présence d'un couvert de glace

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Martel, Nancy (2019). Analyse de la structure de l'écoulement à une confluence de cours d'eau en présence d'un couvert de glace. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 180 p.

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Résumé

Les confluences de cours d'eau ont une structure de l'écoulement dynamique et complexe caractérisée par la présence d'un plan de mélange. Lorsqu'il s'agit d'une confluence d'environnement froid, les processus glaciels et la présence du couvert de glace augmentent le nombre d'interactions entre les composantes de la dynamique fluviale. Les interactions entre la structure de l'écoulement d'une confluence, sa morphologie et la présence d'un couvert de glace sont peu documentées, constituant une lacune significative dans la littérature actuelle. Afin de combler une partie de ces lacunes, ce mémoire vise à analyser la dynamique de l'écoulement à une confluence de cours d'eau soumisse à une dynamique glacielle. La confluence des rivières Mitis et Neigette est située à Saint-Angèle-de-Mérici dans le Bas-Saint-Laurent au Québec. La confluence est discordante, asymétrique, de taille moyenne (50 m de large) avec un angle de 55. Par contre, la discordance de la confluence diffère des cas classiques par un tributaire plus profonds que le chenal principal avec une moyenne de 0,94 m pour la rivière Neigette et une profondeur de 0,23 m pour la rivière Mitis.
L'analyse de l'évolution du couvert de glace a été réalisée grâce aux suivis photographiques, à l'aide de caméras de chasse et au traitement des données hydroclimatiques. Le comportement du plan de mélange en période estivale a été caractérisé grâce à l'acquisition de photo et vidéo à partir d'un drone. Le cœur du projet repose sur une campagne de terrain hivernal qui s'est déroulée du 26 février au 5 mars 2015 permettant l'échantillonnage de profils de vitesses tridimensionnels. La présence du couvert de glace, en hiver, a permis la réalisation de profils de vitesse à l'aide d'un Velocimètre à effet Doppler (ADV) et à l'aide d'un Profileur acoustique à effet Doppler (ADCP). Le traitement des photos verticales du drone montre une augmentation plus rapide de la largeur du plan de mélange et une largeur plus importante à 100 mètres de l'apex lorsque le ratio de débit (Qr) augmente. La position centrale du plan de mélange se déplace vers le chenal principal lorsque le Qr se rapproche de 1. Alors que plus le Qr diminue, plus elle se déplace vers le chenal du tributaire. L'analyse des séries photographiques révèle une mise en place du couvert de glace primaire mixte pour les deux années, cependant les processus diffèrent selon les zones d'écoulement. La fermeture du couvert de glace s'est faite de la même manière par la formation d'un front glaciel et la congestion des glaces flottantes en provenance de l'amont.
Le plan de mélange et l'amont de la rivière Mitis sont les deux zones les plus dynamiques et ils se sont fermés en dernier pour les deux années étudiées. La cartographie du couvert de glace illustre que le plan de mélange est également une des zones les plus minces du couvert de glace en terme d'épaisseur totale. La débâcle de la confluence a été similaire pour les deux années étudiées, soit par un affaiblissement thermique, une hausse du niveau d'eau et une débâcle mécanique débutant par l'ouverture du plan de mélange. L'analyse des séries temporelles de vitesses révèle la présence d'une deuxième couche limite turbulente. La forme parabolique des profils de vitesses longitudinales varie en fonction de la rugosité du couvert de glace. Les mesures acquises le long du plan de mélange ont permis la réalisation d'un schéma conceptuel novateur du comportement des structures turbulentes en présence d'un couvert de glace. Les analyses montrent une grande cohérence de la vitesse latérale au centre de la colonne d'eau traduisant une manifestation évidente des grandes structures de type Kelvin-Helmholtz.
Les conclusions de ce projet de recherche contribuent à l'enrichissement des connaissances sur l'effet de la structure de l'écoulement sur les processus glaciels aux confluences de cours d'eau. Elles ont également permis de documenter de manière inédite l'effet du couvert de glace sur les structures turbulentes latérales du plan de mélange. -- Mot(s) clé(s) en français : Confluence, couvert de glace, plan de mélange, structure d'écoulement, structure turbulente.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Buffin-Bélanger, Thomas
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Biron, Pascale
Information complémentaire : Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en géographiegéographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés : Cours Eau Confluence Couvert Glace Ecoulement Structure Melange Turbulence
Départements et unités départementales : Département de biologie, chimie et géographie > Géographie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 18 déc. 2019 15:57
Dernière modification : 18 déc. 2019 15:57
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1504

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