Etude expérimentale des chenaux sous-marins

devant le jury: M.C. CACAS .............. Invitée P. GONDRET .............. Rapporteur E. LAJEUNESSE ........... Co-directeur de thèse F. METIVIER ............. Directeur de thèse D. MOHRIG ............... Examinateur G. PARKER ............... Rapporteur C. ROBIN ................ Examinatrice Résumé: De nombreux grands fleuves chargés en sédiments exercent encore, à des centaines de kilomètres de leur embouchure, une influence notable sur les fonds marins. Les courants de densité qu'ils engendrent sont en effet responsables de la formation de systèmes de chenaux pouvant atteindre plusieurs kilomètres de large. La phase d'initiation et la dynamique de ces chenaux sont encore relativement méconnues. Nous reproduisons expérimentalement pour la première fois l'incision sub-aquatique de chenaux à partir d'un courant dense. Le dispositif comprend un plan incliné, immergé dans une cuve remplie d'eau et sur lequel repose une couche uniforme de sédiments. Un courant d'eau salée, plus dense, est injecté en haut du plan. Dans le but de préciser les mécanismes et critères d'incision du chenal, plusieurs techniques optiques de mesure ont été mises au point. Nous caractérisons ainsi, dans un premier temps, le courant dense en l'absence de couche de sédiments par des mesures de largeur d'écoulement, de profils de vitesse, de densité locale, de cisaillement exercé sur le fond. Nous mettons alors en relation les paramètres physiques de l'écoulement avec les grandeurs caractéristiques de la formation du chenal, obtenues par acquisition de la topographie du lit de manière dynamique. Nous montrons que le nombre de Shields critique, critère de mise en mouvement des grains, est également ici le critère de chenalisation, puis nous donnons trois mécanismes d'incision possibles et présentons deux pistes pour les discriminer : une nouvelle mesure expérimentale par photométrie et un modèle analytique 2D du courant dense. Abstract: Many large sediment-charged rivers still exert, to hundreds of kilometers of their mouth, a notable influence on sea-beds. They generate density currents responsible for the formation of systems of channels being able to reach several kilometers broad. Little is known about the inception phase and the dynamics of these channels. We reproduce for the first time in an experiment the subaqueous incision of channels with a density current. Our experimental setup consists in an inclined plan draped by a uniform sediment blanket and immersed in a flume filled with fresh water. A continuous brine stream is injected at the top of the ramp. In order to specify the mechanisms and criteria of channel incision, several optical measurement techniques were developed. At first we characterize the dense current without the sediment layer by measuring flow dimensions, velocity profiles, local density, and shear stress exerted on the bed. Then we compare the flow physical parameters with the characteristic quantities of the channel formation, obtained by a dynamical acquisition of the bed topography. We show that the critical Shields stress, which is the criterion for grains motion, is also here the criterion for channelization. Then we give three possible incision mechanisms and we present two ways to discriminate them: a new measurement method using photometry and an analytical 2D model of the density current.