Le géologue Noah Finnegan à Boulder Creek dans les montagnes de Santa Cruz en Californie. Les rivières dans des paysages escarpés comme les montagnes de Santa Cruz transportent beaucoup de sédiments et ne sont pas conformes aux hypothèses de « canal seuil » qui s'appliquent aux rivières à lit de gravier dans d'autres parties du pays. Crédit :Allison Pfeiffer
La question apparemment simple de ce qui régit les formes des canaux fluviaux est un défi de longue date pour les géologues et les ingénieurs civils. Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'UC Santa Cruz montre que la quantité de sédiments qu'une rivière transporte est un facteur clé pour déterminer la géométrie du chenal de la rivière et la taille des grains de sédiments sur le lit de la rivière.
Les résultats, publié le 13 mars dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , saper une hypothèse commune sur les rivières à lit de gravier. L'idée, étayé par des décennies d'observations, est que les rivières à lit de gravier atteignent un équilibre, appelé canal de seuil, où les grains de taille médiane sur le lit de la rivière ne commencent à se déplacer que lorsque le chenal est plein (étape « plein débit », juste avant les inondations).
"Si tous les canaux sont des canaux de seuil, c'est pratique car cela nous aide à faire des prédictions pour les décisions de gestion et pour modéliser l'évolution du paysage, " a déclaré la première auteure Allison Pfeiffer, doctorant en sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz.
Mais Pfeiffer a constaté que l'hypothèse ne tient pas pour les rivières dans les régions avec des taux d'érosion élevés conduisant à de grandes quantités de sédiments se déplaçant à travers les canaux fluviaux. Ces conditions sont courantes dans les pentes raides, paysages tectoniquement actifs trouvés le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord. Lorsque Pfeiffer a analysé les données sur la géométrie des canaux et les taux d'érosion des rivières à lit de gravier en Amérique du Nord, elle a découvert que la plupart des rivières qui enfreignent l'hypothèse du seuil se trouvent sur la côte ouest.
"Les rivières dans des paysages escarpés comme les montagnes de Santa Cruz transportent beaucoup de sédiments par rapport aux rivières dans, dire, Michigan ou nord de l'État de New York, " a déclaré Pfeiffer. " Ces rivières avec des apports de sédiments élevés ont ajusté leur géométrie pour transporter des sédiments à des débits plus modérés, il ne faut donc pas une inondation pour déplacer beaucoup de sédiments. »
La quantité de sédiments qu'une rivière transporte est un facteur clé pour déterminer la géométrie du chenal et la taille des grains de sédiments sur le lit de la rivière. Cette photo montre Devils Creek à Big Sur. Crédit :Dan Stone
Par conséquent, les sédiments sur le lit de la rivière sont beaucoup plus fins que ce qui serait prédit par le modèle de canal de seuil. Co-auteur Noah Finnegan, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz, a expliqué que les canaux de seuil ne peuvent se développer que dans des contextes où un faible apport de sédiments permet aux grains plus petits d'être balayés et non remplacés. Il reste une couche de "blindage" sur le lit de la rivière constituée de grains plus gros qui pourraient ne se déplacer qu'aux débits les plus élevés.
"Les rivières de la côte ouest ont tendance à avoir une couche d'armure moins bien développée, " Finnegan a dit. " Si vous modifiez l'approvisionnement en sédiments, la chose la plus rapide à ajuster sera la taille du grain dans la couche d'armure."
Quand lui et ses élèves prennent des mesures dans les rivières locales, il a dit, les résultats ne sont généralement pas conformes au paradigme du canal à seuil. Pfeiffer a rencontré cela au cours d'un projet visant à prédire la répartition de l'habitat de frai du saumon dans les montagnes de Santa Cruz. Les saumons ont besoin de gravier d'une certaine taille pour construire leurs nids. En utilisant l'hypothèse de seuil, Les prédictions de Pfeiffer concernant la taille du gravier étaient d'un facteur trois.
"Cela peut être une énorme différence pour un saumon coho, ", a-t-elle déclaré. "Maintenant, nous savons que l'approvisionnement en sédiments est un facteur clé qui doit être pris en considération si nous essayons de prédire l'habitat du saumon."
Les résultats peuvent également avoir des implications pratiques pour la conception de projets de restauration de rivières. Les rivières sont des systèmes autoformés, et leurs canaux se forment et se reforment à chaque inondation. Les efforts pour leur imposer des conceptions humaines ne sont pas toujours couronnés de succès.
"Les rivières sont des énigmes délicates qui continuent de nous apporter de nouveaux défis, " a déclaré Pfeiffer. " L'importance de l'approvisionnement en sédiments a peut-être été sous-estimée. Nous n'avons pas encore le type de modèle théorique des canaux fluviaux que nous aimerions avoir, mais cette étude montre que l'apport de sédiments est une variable qui doit être incluse dans le modèle."
