Morphodynamique dunaire en présence de végétation et de cohésion

Les dunes sont le résultat d'interactions dynamiques entre un milieu granulaire et un fluide dont l'écoulement permet, souvent de manière transitoire, d'entraîner les grains en surface. Les régimes de vents et toutes les conditions aux limites modifiant la disponibilité sédimentaire sont autant de paramètres susceptibles d'affecter la morphologie, l'orientation et la dynamique des dunes éoliennes. D'autres facteurs peuvent aussi jouer un rôle déterminant, tels que la végétation et les processus de cohésion. Ces derniers atténuent le transport sédimentaire, que ce soit en réduisant le cisaillement du fluide en surface ou en consolidant le milieu granulaire en profondeur. Au regard de ces contributions, l'objectif de cette thèse a consisté à étudier l'impact de la végétation et des processus de cohésion sur les motifs dunaires produits par un modèle numérique dédié à la modélisation des dunes.

Le premier objectif a été de se concentrer sur la végétalisation de dunes isolées se développant sous des conditions de vent unidirectionnelles, et plus exactement sur la transition barkhane-parabolique. L'approche numérique permettant de reproduire des motifs dunaires à l'état stationnaire à tous les stades de cette transition, il est possible d'étudier la morphodynamique d'une large gamme de motifs dunaires végétalisés observés dans la nature. Ces états stationnaires servent à identifier les trois principaux marqueurs de cette transition barkhane-parabolique : l'apparition de cornes stabilisées par la végétation en amont de la partie active des dunes, le changement de courbure de la crête et la stabilisation complète de la dune. L'apparition des cornes correspond à un changement de signe des pertes sédimentaires par rapport à la direction de migration des dunes. Le changement de courbure permet d'inverser les flux transverses sur le dos des dunes et donc à toutes les sections longitudinales de migrer à la même vitesse, quelle que soit la forme des dunes. Nous démontrons également que les dunes paraboliques changent de forme en fonction de leur taille et qu'il existe une taille limite en dessous de laquelle elles se stabilisent. Cette taille dépend de l'intensité des processus de végétalisation, mais est toujours associée à la même forme. Elle est aussi directement proportionnelle à la hauteur des cornes, qui peuvent alors fournir un estimateur pour les conditions climatiques contemporaines à leur formation.

Le second objectif a été de modéliser la dynamique des dunes de neige sous des vents unidirectionnels en prenant en compte la cohésion de frittage de la neige. L'approche numérique permet de reproduire différents types de champs de dunes à l'état stationnaire en fonction de l'intensité relative du taux de frittage par rapport au taux de précipitation neigeuse. Lorsque les précipitations dominent, des dunes transverses se développent et croissent en hauteur. À mesure que le taux de frittage augmente, la couverture neigeuse diminue et les motifs transverses sont remplacés par des formes barkhanoïdes et des populations de barkhanes dont la taille diminue. En dessous d'une taille limite, les dunes actives disparaissent et des motifs dunaires entièrement consolidés et de faible amplitude s'allongent dans la direction de l'écoulement. La taille maximale des dunes de neige actives dans le modèle est quantitativement reliée au flux de neige et au taux de frittage, ce qui permet, en observant les dunes dans des contextes naturels, d'estimer de manière macroscopique des paramètres souvent difficiles à évaluer sur le terrain.

Que ce soit pour les dunes végétalisées ou les dunes de neige, tous les résultats numériques sont comparés à des observations de terrain, non seulement pour valider l'approche, mais aussi pour faire évoluer les modèles et proposer de nouvelles solutions susceptibles de mieux capturer certains aspects de la complexité des motifs dunaires.