L'ATLAS

Quand la Loire atteint Angers et le Massif Armoricain, elle a déjà parcouru 860 km à travers le Massif Central et le Bassin Parisien. Jusqu'à la mer, sur 140 km, elle coule à la surface d'une plaine sédimentaire constituée d'alluvions qui ont colmaté son ancien lit rocheux sur des épaisseurs croissantes vers l'aval : 8 m à Angers, 27 m à Nantes, 50 m devant Saint-Nazaire. La forme de la vallée est dictée par la nature plus ou moins dure des roches et l'orientation des accidents tectoniques tels que failles et voussures, suivant trois séquences :

• des Ponts de Cé au Pellerin, s'enchaîne une succession d'élargissements dont les noms, vals et varennes, rappellent la Loire tourangelle, et de resserrements aux parois parfois abruptes comme à Champtoceaux. Au niveau des vals, le lit s'est séparé en plusieurs bras isolant de nombreuses îles aujourd'hui ressoudées. Les anciens bras ou boires ne sont réactivés qu'en hautes eaux. Les bourrelets de rive, créés par la projection des sables lors des crues, forment barrage aux affluents qui ne peuvent rejoindre direc- tement le fleuve. La superficie de la plaine inondable est de l'ordre de 22 000 ha dont 7 000 sont protégés des débordements par des levées.
• du Pellerin à Saint-Nazaire, la vallée s'évase en un vaste triangle ouvert à l'Ouest, borné par le Sillon de Bretagne au Nord et la voussure du Pays de Retz au Sud. Plus de 21 000 ha de zones humides occupent cette plaine alluviale. Quelques pointements rocheux émergent, alignés suivant la direction générale des failles, forment des goulets étroits qu'emprunte le lit maintenant unique du fleuve : Port-Launay - Le Pellerin, Donges - Paimboeuf et Saint-Nazaire - Mindin. Ces rétrécissements expliquent la forme d'entonnoir donnée à l'estuaire de la Loire, et non une forme de trompette comme en Seine.
• en aval de Saint-Nazaire, la Loire se termine en un delta sous-marin, siège d'une sédimentation vaseuse et sableuse accrochée à de nombreux écueils rocheux. C'est là que se trouvait la barre des Charpentiers, grande ride de sable résultant de l'opposition du fleuve et de l'océan, marquant l'extrémité aval de l'estuaire, et dont le passage était tant redouté des navigateurs.

Le type "estuaire à barre" qu'illustrait la Loire jusqu'en 1890 se caractérise par l'importance de la sédimentation avec vaste développement des vasières, par une grande largeur et une faible profondeur. Les déplacements des chenaux y étaient fréquents et les courants violents, rendant la navigation périlleuse. Navigation délicate aussi en Loire fluviale où les déplacements imprévisibles des sables poussés par les crues et les disettes d'eau pendant l'été, formaient autant de pièges. Le 20e siècle verra se réaliser des travaux considérables, après l'échec du canal latéral dit de la Martinière, transformant radicalement la géométrie du fleuve en supprimant tout ce qui pouvait entraver la pénétration de la marée, doctrine nécessitant l'abaissement du niveau des basses mers et de l'étiage.

• En Loire fluviale, cet abaissement fut réalisé par la mise en place d'épis dans le but de capter les sables et de concentrer les eaux maigres d'été en un lit unique et approfondi. D'abord menés de façon expérimentale de la Maine à Montjean à partir de 1907, les travaux furent continués jusqu'à Oudon en 1911.
• En aval de Nantes, pour que les courants de flot et les courants de jusant empruntent le même chemin, assurant ainsi l'autocurage du chenal de navigation, d'importants travaux de dragages, déroctages et d'endiguements furent réalisés à partir de 1903. Les profondeurs furent portées à 5 m en moyenne sous les basses mers de Nantes à Paimboeuf, et à 13 m en aval de Donges en 1978-80.

• La liaison des parties marine et fluviale, de Nantes à Oudon, fut aménagée à partir de 1915 par le creusement du "bassin de marée", afin d'amplifier la propagation de l'onde de marée vers l'amont. Les quantités de matériaux extraits du lit du fleuve rendent compte de l'effort consenti pour le développement de la navigation :

  Quantités extraites sur un siècle (en millions de m3)

  Amont de Nantes	90
  De Nantes à Saint-Nazaire	332
  Chenal extérieur	46

  C'est en août 1989 que, pour la première fois, les basses mers à Nantes et à Saint-Nazaire ont atteint la même cote.
  Suite à ces travaux, l'estuaire est devenu de type "estuaire de plaine" caractérisé par la réduction de la superficie des vasières au profit du développement des marais latéraux et la grande profondeur du chenal.

La Loire a rassemblé les eaux et lessivé les sols d'un bassin versant de 109 930 km2 soumis à de multiples conditions climatiques qui lui confèrent un régime hydrologique et sédimentologique complexe, quand elle arrive à Montjean. Les quantités d'eau, tant en débits moyens qu'en flux écoulés sont éminemment variables d'une année à l'autre.

Année module	Module en m3/s (moyenne)	Flux en milliards de m3
1987 (année moyenne)	856	27
1988 (année humide)	1 219	38,5
1989 (année sèche)	423	13

Néanmoins, l'immodération (écart du module du mois le plus humide à celui du mois le plus sec) différencie peu la Loire de la Seine et de la Garonne.
Cependant, toutes les périodes de l'année peuvent voir surgir de grands débordements, sauf les mois de juillet et d'août. Les débits instantanés extrêmes furent enregistrés en décembre 1910 (crue de 6 300 m3/s) et en août 1949 (étiage de 49 Òm3/s). Une telle irrégularité, directement perceptible par les riverains, fonde l'image d'une Loire "dernier fleuve sauvage d'Europe". Dans l'état actuel du lit, les crues supérieures à 3 200 m3/s transforment la vallée en une plaine d'eau. Lors des étiages, n'apparaît plus qu'un "fleuve de sable".

Des creusements se sont produits à l'amont : dans certaines sections du fleuve, le niveau de la ligne d'eau d'étiage est maintenant plus bas (2 m en moyenne) que le fond du lit voici un siècle. Aujourd'hui, il faut un débit de 600 m3/s pour atteindre le 0 de l'échelle de Montjean, soit six fois plus qu'en 1900.

Les apports solides de la Loire se présentent sous trois formes :

• La première, dissoute dans l'eau, se compose essentiellement de sels minéraux. Le flux ainsi transporté est le plus important tant en poids, plusieurs millions de tonnes/an, que par son rôle vis-à-vis de la vie estuarienne et côtière.
• La deuxième forme, les matières en suspension (MES), se compose de deux phases : l'une minérale (silts, argiles et sables fins) de taille inférieure à 0,5 mm, et l'autre organique (débris végétaux et algues), en proportion variable suivant la saison. Les plus fortes concentrations sont enregistrées lors de la montée de la première crue, période de lessivage intense pendant laquelle le quart ou le tiers du transit annuel peut être apporté en quelques jours. Le flux annuel de MES est estimé à 1,5 million de tonnes en année moyenne.
• Enfin, la troisième forme du transit sédimentaire a lieu sur le fond, par succession de sauts (saltation) ou par roulement, et concerne les éléments les plus lourds (sables et graviers). Ce processus dynamique entretient les seuils et les mouilles caractéristiques du lit de la Loire qualifiée de "rivière à fond mobile", et génère la lente descente des sables vers l'aval. Son flux moyen serait de l'ordre de 150 000 tonnes/an, soit 10 % du transport en suspension, et aurait beaucoup diminué avec les extractions de matériaux en lit mineur.

A la latitude tempérée de 47° 15' N, l'embouchure de la Loire se situe sous le régime général des vents d'Ouest dont dépendent les mouvements des eaux superficielles océaniques, mouvements qui se retrouveront localement modifiés par la présence du plateau continental et l'orientation des côtes.

Le cycle de marée, sur la façade atlantique, dure 12 h 25 mn. Au large, elle est symétrique mais à Saint-Nazaire, la marée montante en vives eaux dure moins longtemps que la marée descendante.

La succession des coefficients de marée ne se reproduit pas à l'identique d'une année à l'autre.

L'amplitude théorique de la marée varie à Saint-Nazaire de 1,90 m par coefficient de 35 (mortes eaux) à 6 m par coefficient de 115 (vives eaux).

Ces niveaux ne sont pas affectés par les débits de la Loire. Par contre, la pression atmosphérique et surtout les vents modifient de manière non négligeable les niveaux d'eau en générant des décotes ou des surcotes.

L'ouverture de l'estuaire vers l'O-S-O rend celui-ci particulièrement sensible aux houles et aux vagues qui, pour 80 % d'entre elles, proviennent de cette direction.
En se brisant sur les hauts fonds, elles créent une forte agitation et de la sorte, les eaux claires du large se chargent de sédiments à l'approche des côtes. Les particules remises en suspension peuvent être réintroduites dans l'estuaire interne par le flot dont le volume en année moyenne est de 150 milliards de m3, soit six fois plus que le flux apporté par la Loire. Cette "reprise" sédimentaire, dont l'estimation exacte est délicate (1 million de tonnes/an ?), souligne l'importance des transports solides dans les échanges avec la mer. Ces échanges sont liés également au niveau moyen de la mer dont des observations de longue durée révèlent un exhaussement de 1,5 à 2 mm/an. Or, partout dans le monde, on constate un colmatage sédimentaire accéléré des baies et des estuaires.

Au 1er janvier 1996, le 0 hydrographique des cartes marines (0 CM), jugé trop haut par rapport au niveau des plus basses mers jamais enregistré, a été recalé pour l'ensemble de l'embouchure de la Loire par abaissement de 0,40 m. Il se trouve depuis cette date à 3,16 m sous le 0 du nivellement général de la France terrestre (IGN 1969).

Tout le fonctionnement de l'estuaire est le fruit complexe de combinaisons instantanées et variables des conditions fluviales à l'amont et océaniques à l'aval. Le fleuve n'y est plus le fleuve, l'océan n'y est plus l'océan. La pénétration de la marée s'y traduit par deux phénomènes concomitants, la marée dynamique et la marée de salinité tandis que le ralentissement des eaux fluviales y provoque une sédimentation particulière.

La marée dynamique

Actuellement, le point extrême d'extension de l'onde de marée se trouve à 5 km au-dessus d'Ancenis ou à 95 km de Saint-Nazaire, soit 24 km plus en amont qu'au début du siècle. Par crue de 4 000 m3/s, l'extension de la marée dynamique diminue de 30 km.

Au passage de l'onde de marée, la surface de l'eau est soumise à un mouvement vertical ascendant puis descendant, retardé dans le temps suivant la progression de l'onde vers l'amont. De façon surprenante, la marée est haute à Saint-Nazaire quand elle baisse à Nantes, et inversement. La crête de l'onde parcourt les 55 km qui séparent les deux villes en 1 h 30 mn en marée de vives eaux et étiage fluvial, soit à la vitesse moyenne de 10 m/s. En mortes eaux et étiage, cette vitesse peut doubler.

L'onde de marée ne conserve pas la même amplitude tout au long de l'estuaire. En vives eaux moyennes, le plus grand marnage se trouve vers Le Pellerin où avec 5,85 m, il dépasse de 0,85 m le marnage à l'embouchure. En mortes eaux, le maximum est à Nantes avec 3,45 m soit 1 m de plus qu'à Saint-Nazaire.

Les déplacements de la masse d'eau ou volume oscillant, dépendant de l'amplitude de la marée et du débit fluvial, diminuent en fonction de la distance à l'embouchure. D'après les dernières estimations (1976), par marée de coefficient 100 et étiage de 150 m3/s, les volumes emmagasinés par le flot en amont de certaines stations étaient les suivants, en millions de m3 :

Saint-Nazaire	Petit Carnet	Cordemais
270	130	77
Le Pellerin	Aval Nantes	Nantes Amont
50	40	23

Ce n'est qu'en fortes crues (> 5 000 m3/s) que les eaux fluviales sont expulsées hors de l'estuaire en une seule marée. La plupart du temps, elles sont mues d'un mouvement alternatif, vers l'aval lors du jusant et vers l'amont lors du flot. Ainsi, en été, une molécule d'eau peut séjourner pendant un mois dans l'estuaire interne avant de rejoindre la mer. Cette situation est préjudiciable à la qualité des eaux.

La marée de salinité

L'estuaire est le lieu du mélange des eaux. La dilution des eaux salées marines par les eaux douces fluviales n'est pas toujours homogène de la surface au fond au long de l'estuaire et suivant la période. L'estuaire est dit stratifié quand les eaux marines se pro-pageant sous forme d'un coin salé sur le fond sont surmontées par les eaux douces. Autrement, il est dit mélangé.

La marée saline pénètre moins loin dans l'estuaire que la marée dynamique. Le front de salinité, défini comme la dilution de 1 % d'eau de mer dans 99 % d'eau douce (soit une concentration en sel de 0,5 g/l) se situe en conditions moyennes au dessus de Cordemais ; il se déplace vers l'amont quand les coefficients augmentent et vers l'aval quand les débits fluviaux croissent. Sa position extrême, en vives eaux exceptionnelles et étiage, se trouverait actuellement à Thouaré, soit à 18 km plus en amont qu'en 1953. A ces variations saisonnières du front de salinité, se superposent des déplacements journaliers au gré des marées, le trajet parcouru entre la basse mer et la pleine mer augmentant quand le débit fluvial décroît.

Le piège à sédiments

Dès que les eaux fluviales sont freinées par la marée dynamique, le piège commence à fonctionner et s'amplifie au fur et à mesure que le régime proprement estuarien s'accentue. Dans la zone de rencontre des eaux de jusant et des eaux de flot, les courants diminuent, voire s'annulent en un point dit point nodal. Les particules sédimentaires, jusque-là maintenues en suspension s'ag-glomèrent sous forme de flocons et tombent sur le fond à la faveur des étales de basse mer. La quantité de sédiments piégés varie de 0,5 à 1,5 million de tonnes. Cette masse très turbide s'entretient et se déplace dans l'estuaire interne suivant le coefficient de marée et le débit de la Loire, sous deux formes remarquables, le bouchon vaseux et la crème de vase.

• Le bouchon vaseux est présent en période de vives eaux, quand les courants créent une forte agitation des eaux et que les étales sont courts. Il peut osciller d'une vingtaine de kilomètres au cours d'une même marée. Il est repérable, tant en amont qu'en aval, par une brusque chute des concentrations en matières en suspension, tandis qu'à l'intérieur, les turbidités varient peu, de 2 g/l en surface à 20 g/l au fond. Sa position dans l'estuaire est fonction du débit. En cas d'étiage sévère, comme en août 1991, le bouchon vaseux peut remonter jusqu'à La Varenne. Par contre, il faut aujourd'hui une crue de 5 000 m3/s pour l'expulser en mer. Pour la moitié du temps (débits compris entre 500 et 1 000 m3/s) il est centré entre Donges et Cordemais, et s'étend de Saint-Nazaire à Couëron.
• La crème de vase ne se forme qu'en mortes eaux, quand les courants atténués et la durée accrue des étales favorisent le dépôt des sédiments du bouchon vaseux. Les turbidités y sont de l'ordre de 100-150 g/l, voire localement de 300-400 g/l, sur une épaisseur de 1 à 3 m et une longueur de 20 km. Son "poids" est estimé à 100 000 tonnes. La crème de vase se déplace très peu au cours de la marée. Au-dessus, subsiste un bouchon vaseux très discret et réduit.
• L'alternance bouchon vaseux - crème de vase est un facteur de sédimentation rapide dans l'estuaire. Quand les coefficients de marée augmentent, les courants remettent en suspension les sédiments immobilisés dans la crème de vase qui vont alimenter le bouchon vaseux. Quand les coefficients décroissent, l'inverse se produit. Cette "respiration" est essentielle dans l'évolution sédimentaire de l'estuaire et pour la qualité de ses eaux.

Dans le cadre du Plan Loire Grandeur Nature de janvier 1994, les Collectivités locales et l'Etat ont décidé de mener des études prospectives par modèles mathématiques afin de rechercher les solutions permettant de palier les conséquences de l'extension de l'estuaire vers l'amont et de l'abaissement des lignes d'eau en Loire fluviale. Aujourd'hui, les premières études sont terminées.

De Nantes aux Ponts de Cé, il apparaît que l'arrêt des extractions de sable depuis 1993 s'avère insuffisant pour enrayer l'érosion régressive des fonds en amont de Saint Florent le Vieil et pour relever dans des délais acceptables les fonds en aval de ce point. L'objectif de remontée de la ligne d'eau d'étiage ne pourrait être atteint qu'à très très long terme. Il est proposé en conséquence "d'aider la nature" en remobilisant les sables piégés par les épis et en construisant des seuils de blocage du transit sédimentaire ainsi libéré.

De Nantes à Saint-Nazaire, l'étude du rééquilibrage de l'estuaire, dépendant entre autres du devenir de la partie fluviale, demande à être poursuivie.