Modèles hydro-sédimentaires

Les modèles hydro-sédimentaires développés pour le compte du GIP Loire Estuaire constituent des outils performants de représentation des processus physiques et d'évaluation des projets ou des évolutions tendancielles.

Modèle hydro-sédimentaire en 3D de l'estuaire de la Loire

Intérêt d'un tel outil

La définition d'un scénario de rééquilibrage du fonctionnement hydro-sédimentaire de l'estuaire de la Loire a nécessité de disposer d'un outil de représentation des processus physiques à l'oeuvre dans l'estuaire.

Cet outil a été développé en trois dimensions afin de pouvoir représenter les gradients de salinité sur la verticale et la dynamique sédimentaire du bouchon vaseux.

Il permet de représenter le fonctionnement hydraulique (niveaux, courants), la salinité, ainsi que les matières en suspension. Ces processus peuvent être calculés sur des cycles courts de quelques marées jusqu'à une année hydrologique complète.

Ce modèle hydro-sédimentaire couvre un champ géographique large intégrant le lit mineur entre Saint-Nazaire et Ancenis, la plaine alluviale submersible entre Le Pellerin et Donges et le domaine maritime jusqu'à quarante kilomètres au large.

Emprise géographique du modèle

Emprise géographique du modèle 3D

Mise au point de l'outil

L'outil, dans sa forme actuelle, a été mis au point en 2008-2009 par le bureau d'études français Artelia, encadré dans son travail par un comité d'experts international. Il résulte de l'évolution progressive d'un outil développé à partir de 2004 en 2 dimensions. Il est construit à l'aide du logiciel Telemac, et s'est appuyé sur les référentiels topographiques et bathymétriques du groupement. Il a bénéficié également d'importantes campagnes d'acquisition de données hydrologiques pour son calage et a été validé sur des séries de données longues produites par le réseau de mesures en continu SYVEL. Différentes données de forçage (marée, débits de la Loire, houle, vent, apports de sédiments) sont prises en compte pour faire fonctionner le modèle.

Il est disponible en deux versions : un modèle global pour étudier les phénomènes à l'échelle de l'estuaire et un modèle fin permettant de représenter de manière très précise les submersions sur la plaine alluviale entre Donges et Cordemais.

L'effort de développement consacré à l'outil a permis d'aboutir à une représentation réaliste de la dynamique spatiale du bouchon vaseux sur des cycles hydrologiques variés (de l'étiage à la crue).

Détail de la structure du modèle fin (maillage) entre Donges et Cordemais

Détail de la structure du modèle fin (maillage) entre Donges et Cordemais

Utilisations possibles

Le modèle permet d'étudier le fonctionnement de l'estuaire de la Loire, dans sa situation actuelle, ou dans le futur, en tenant compte par exemple des effets du changement climatique. Il permet également de tester différentes configurations ou interventions dans l'estuaire et de mesurer leurs effets sur le fonctionnement de l'estuaire, y compris dans des contextes d'évolution de la morphologie importante. Il permet également de mesurer les effets de ces interventions sur certains usages à partir de la définition d'indicateurs ad hoc (par exemple, disponibilité de la masse d'eau par rapport à des seuils, indicateurs surfaciques de submersibilité pour des conditions hydrologiques données, etc.)

Evolution sur 30 jours de la concentration en Matières en suspension (MES) sur un profil en long de l'estuaire, pour l'état actuel à l'étiage.

Phénomène de submersion de la plaine alluviale entre Donges et Cordemais, par coefficient de marée de 107

Rapports d'étude Artelia/SOGREAH

Rapport R7 : construction du modèle et calage simple
Rapport R7 (annexes) : construction du modèle et calage simple

Rapport R8 : calage couplé

Rapport R10 : état actuel

Modèle hydro-sédimentaire en 1D/2D de la Loire entre Nantes et Les Ponts de Cé

Intérêt d'un tel outil

Cet outil opérationnel de modélisation hydro-sédimentaire de la Loire a été construit et exploité en 2011- 2013 pour définir un programme d'actions visant à rééquilbrer le lit de la Loire entre Nantes etLes Ponts-de-Cé. Cet outil simule en une dimension (et deux dimensions sur les zones d'épis) l'hydraulique du fleuve (lignes d'eau, courants) et la dynamique sédimentaire (sable) sur des périodes de plusieurs décennies.

Mise au point de l'outil

L'outil a été mis au point en 2011-2012 par le bureau d'études français Hydratec, encadré dans son travail par un comité d'experts international. Il est construit à partir du référentiel topographique et bathymétrique du groupement représentant le lit mineur de la Loire (bras principal et principaux bras secondaires) entre Les Ponts-de-Cé et Le Pellerin.

Calé à partir des données de lignes d'eau du lit, le modèle fonctionne à partir des données de forçage suivantes : marée, débits de la Loire, apports de sédiments depuis l'amont.

Exploitation de l'outil

L'outil est utilisé en mode prédictif pour estimer les évolutions futures des fonds et des lignes d'eau sur 40 ans ou plus, dans différentes configurations : évolution tendancielle, actions pour rééquilibrer la morphologie du lit.

Il permet ainsi de mesurer l'efficacité à long terme de différents scénarios d'intervention et d'évaluer leurs effets sur l'équilibre morphologique du lit. Il permet également de mesurer les effets de ces scénarii sur certains usages ou milieux à partir de la définition d'indicateurs ad hoc (par exemple, tirant d'eau pour la navigation, relèvement de la ligne d'eau au droit des annexes fluviales, élargissement du lit actif, etc.)

Exemple de sortie donnée par le modèle hydro-sédimentaire de la Loire : évolution tendancielle des fonds sur 40 ans par grand secteur (absence d'intervention)

Exemple de sortie donnée par le modèle hydro-sédimentaire de la Loire : évolution tendancielle des fonds sur 40 ans par grand secteur (absence d'intervention)



Rapport Hydratec phase 1



Rapport Hydratec phase 1 - Annexe



Rapport Hydratec phase 2