protection de berges; génie végétal; fascine; peigne; caisson; épis; puissance spécifique; Matière En Suspension; Streambank stabilisation; bioengineering; tree revetments; cribwall; groynes; unit stream power; Total Suspended Solids
Abstract :
[fr] Un ensemble de dix-neuf ouvrages de protection de berges en génie végétal a fait l’objet d’un suivi à court et long termes sur plusieurs rivières de Wallonie. Les aménagements, dont la mise en place remonte pour certains à 20 ans, ont dans l’ensemble bien rempli leur rôle de stabilisation de berge, même si plusieurs d’entre eux sont aujourd’hui partiellement détruits. Dans certains cas, l’endommagement des aménagements a conduit à une reprise de l’érosion de la berge à protéger. Le facteur principal de dégradation des ouvrages est l’énergie de la crue destructrice. Elle est quantifiée par la valeur de puissance spécifique limite, qui représente la valeur maximale de puissance à laquelle l’ouvrage peut résister. Déterminée sur la base des observations de terrain, elle est de l’ordre de 130 W/m² pour des fascines, 65 W/m² pour des peignes, 200 W/m² pour des caissons et 150 W/m² pour des épis végétaux. Toutefois d’autres facteurs d’échec font en sorte que l’aménagement est dégradé avant d’être détruit par les crues, ce qui le rend vulnérable pour des puissances spécifiques moins importantes. Les facteurs de dégradation mis en évidence sont (i) une mauvaise reprise de la végétation liée à un problème d’exposition, à des coupes non gérées et aux dégâts provoqués par les animaux s’attaquant aux plantations (bétail et rongeurs), (ii) des défauts de conception des aménagements (remplissage inadapté, mauvais dimensionnement) et (iii) une mauvaise prise en compte des caractéristiques géomorphologiques de la rivière. Ainsi, outre la puissance spécifique, un deuxième facteur important à prendre en compte est la quantité de Matières En Suspension (MES) disponible, étant donné que la plupart de ces ouvrages nécessitent un remplissage par des sédiments fins. [en] Nineteen streambank stabilisation projects using bioengineering techniques were monitored in the short and the long term on several rivers in Wallonia. Most of the bank protections, installed between 3 and 20 years ago, were effective, although many of them are now partially destroyed. In some cases, damage to the protective structure has led to a renewed erosion of the bank. The main factor of degradation is the magnitude of stream discharge, which is quantified by the critical stream power (the maximum power value at which the bank protection can resist). Permissible stream power thresholds were determined empirically, and are in order of 130 W/m² for fascine, 65 W/m² for tree revetment, 200 W/m² for cribwall and 150 W/m² for groynes system. Nevertheless, several factors might undermine the bank protection before its flood destruction, which lead to a lower threshold of critical power. The deterioration factors highlighted are (i) a poor vegetation recovery due to lack of sunlight, unmanaged cutting, and damage caused by animals (livestock and rodents), (ii) an inadequate design or filling, and (iii) a lack of consideration of fluvial processes, such as unit stream power and Total Suspended Solids (TSS) as most of these structures require filling with fine sediments. As a result, this study underlined the importance of characterising the geomorphological context in addition to the regular hydrological technical factors prior to the bank stabilisation project.
Agence de l'Eau Rhin-Meuse (1997) - Guide de restauration des rivières, 62 p.
Allen H. H., Leech J. R. (1997) - Bioengineering for Streambank Erosion Control, Report 1: Guidelines. US Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station Technical Report, EL-97-8. 90 p.
Anstead L., Boar R. R. (2010) - Willow spiling: review of streambank stabilisation projects in the UK. Freshwater Reviews, 3, 33-47.
Anstead L., Boar R. R., Tovey N. K. (2012) - The effectiveness of a soil bioengineering solution for river bank stabilisation during flood and drought conditions: two case studies from East Anglia. Area, 44, 479-488. DOI: 10.1111/j. 1475-4762.2012.01132.x
Batier P. (2004) - Bilan de dix années de protections des berges en génie végétal, bassin de la Touques, 1994-2004, CATER Basse-Normandie - Association P. A. R. A. G. E. S., 33 p.
Bravard J.-P. (1998) - Le temps et l'espace dans les systèmes fluviaux, deux dimensions spécifiques de l'approche géomorphologique. Annales de Géographie, 107(599), 3-15. DOI: 10.3406/geo.1998.20830
Bravard J.-P., Petit F. (2000) - Les cours d'eau. Dynamique du système fluvial. Armand Colin, Paris, 221 p.
Brookes A. (1988) - Channelized Rivers, perspectives for environmental management. Wiley, New York, 326 p.
Brookes A., Shields D. A. (Eds.) (1996) - River channel restoration: guiding principles for sustainable projects. John Wiley and Sons, 458p.
Cavaillé P., Dommanget F., Daumergue N., Loucougaray G., Spiegelberger T., Tabacchi E., Evette A. (2013) - Biodiversity assessment following a naturality gradient of riverbank protection structures in French prealps rivers. Ecological Engineering, 53, 23-30. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2012.12.105
Dave N., Mittelstet A. R. (2017) - Quantifying Effectiveness of Streambank Stabilisation Practices on Cedar River, Nebraska. Water, 9(12), 930. DOI: 10.3390/w9120930
European Commission (2000) - Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23rd October 2000: Establishing a framework for community action in the field of water policy. Official Journal of the European Communities L 327, 1-72.
Evette A., De Danieli S., Labonne S., Sardat N., Crosaz Y. (2007) - Synthèse et bilan critique des réalisations de génie écologique pour la maîtrise de l'érosion en rivière. Irstea, Grenoble, 99 p.
Evette A., Frossard P. A. (2009) - Les végétaux ont du génie. Espaces Naturels, 26, 35-37.
Evette A., Frossard P. A., Vale N., Lebois S., Recking A. (2017) - Oser le génie végétal en rivière de montagne - Retour d'expérience sur les ouvrages Géni'Alp. Sciences, Eaux et Territoires, article hors-série no 32, 6 p.
Evette A., Labonne S., Rey F., Liebault F., Jancke O., Girel J. (2009) - History of Bioengineering Techniques for Erosion Control in Rivers in Western Europe. Environmental Management, 43, 972-984. DOI: 10.1007/s00267-009-9275-y
Evette A., Roman D., Barré J.-B., Cavaillé P., Espinasse F. (2013) - Recueil d'expériences techniques. In Bonin L., Evette A., Frossard P.-A., Prunier P., Roman D., Valé N. Génie végétal en rivière de montagne - Connaissances et retours d'expériences sur l'utilisation d'espèces et de techniques végétales: végétalisation de berges et ouvrages bois. Grenoble, 63-145.
FISRWG, Federal Interagency Stream Restoration Working Group (1998) - Stream corridor restoration: Principles, processes, and practices. GPO Item no. 0120-A; SuDocs no. A 57.6/2: EN 3/PT.653. ISBN-0-934213-59-3.
Fischenich C. (2001) - Stability thresholds for stream restoration materials. Technical report EMRRP SR-29, Vicksburg, MS: USACE ERDC, Environmental Laboratory, 10 p.
Frothingham K. M. (2007) - Evaluation of stability threshold analysis as a cursory method of screening potential streambank stabilisation techniques. Applied Geography, 28(2), 124-133. DOI: 10.1016/j.apgeog.2007.07.006
Gerstgraser C. (1999) - The effect and resistance of soil bioengineering methods for streambank protection. In Proceedings of the International Erosion Control Association 29th Conference, IECA Conference on Feb. 22-26, Nashville, Tennessee, USA, 389-391.
Gischer L., Hallot E., Houbrechts G., Van Campenhout J., Petit F. (2012) - Analyse des débits en période de tarissement: Essai d'une typologie régionale appliquée à des rivières du bassin de la Meuse (Belgique). Bulletin de la Société Géographique de Liège, 59, 59-80.
Gob F., Bilodeau C., Thommeret N., Belliard J., Albert M.-B., Tamisier V., Baudoin J.-M., Kreutzenberger K. (2014) - Un outil de caractérisation hydromorphologique des cours d'eau pour l'application de la DCE en France (CARHYCE). Géomorphologie: relief, processus, environnement, 20, 1, 57-72. DOI: 10.4000/geomorphologie.10497
Gray D., Sotir R. (1996) - Biotechnical and Soil Bioengineering Slope Stabilisation - A Practical Guide for Erosion Control. John Wiley and Sons, Inc., New York, 400 p.
Gumbel E. J. (1941) - The return period of flood flows. The Annals of Mathematical Statistics, 12(2), 163-190. DOI: 10.1214/aoms/1177731747
Hallot E., Houbrechts G., Peeters A., Van Campenhout J., Petit F. (2007) - Convention relative au suivi géomorphologique de chantiers de techniques végétales d'aménagement de berges. Rapport d'activité, Laboratoire d'Hydrographie et de Géomorphologie Fluviatile, ULg, 91 p.
Hallot E., Peeters A., Houbrechts G., Verniers G., Petit F. (2013) - Suivi à long terme d'un chantier de protection de berge par techniques végétales: la Berwinne à la Folie. Actes du colloque: « La restauration hydromorphologique des cours d'eau: premiers enseignements du projet Walphy ». Namur, 15-17 octobre 2013, 55.
Houbrechts G., Levecq Y., Peeters A., Hallot E., Van Campenhout J., Denis A.-C., Petit F. (2015) - Evaluation of long-term bedload virtual velocity in gravel-bed rivers (Ardenne, Belgium). Geomorphology, 251, 6-19. DOI: 10.1016/j.geomorph.2015.05.012
Houbrechts G., Van Campenhout J., Levecq Y., Hallot E., Peeters A., Petit F. (2012) - Comparison of methods for quantifying active layer dynamics and bedload discharge in armoured gravel-bed rivers. Earth Surface Processes and Landforms, 37, 1501-1517.
Jund S., Paillard C., Kleiber E. (2003) - Retour d'expérience des travaux réalisés en techniques végétales sur les cours d'eau français. Guide technique - Rapport général et fiches techniques, Sinbio, Les études des Agences de l'Eau, 59 p. + fiches.
Knighton D. (1998) - Fluvial Forms & Processes: A New Perspective. London: Arnold, 383 p.
Kondolf G. M., Micheli E. R. (1995) - Evaluating stream restoration projects. Environmental Management, 19(1), 1-15. DOI: 10.1007/BF02471999
Krymer V., Robert A. (2014) - Stream restoration and cribwall performance: a case study of cribwall monitoring in Southern Ontario. River Research and Applications, 30, 865-873. DOI: 10.1002/rra.2684
Lachat B. (1994) - Guide de protection des berges de cours d'eau en techniques végétales. Ministère de l'Environnement, France, 143 p.
Lambot F. (2001) - Les techniques de génie végétal dans les cours d'eau. In « La gestion intégrée des cours d'eau: l'apport des techniques végétales ». Division de l'Eau, Direction des Cours d'eau non navigables, 91-97.
Lebois S., Evette A., Recking A., Favier G. (2016) - Amélioration des méthodes de dimensionnement des ouvrages de génie végétal en berges de cours d'eau par une approche empirique. Sciences Eaux et Territoires, Article hors-série no 27.
Leopold L. B., Wolman M. G., Miller J. P. (1964) - Fluvial Processes in Geomorphology. Freeman WH. (Ed.), San Francisco, 522 p.
Li M.-H., Eddleman K. E. (2002) - Biotechnical engineering as an alternative to traditional engineering methods. A biotechnical streambank stabilisation design approach. Landscape and Urban Planning, 60, 225-242. DOI: 10.1016/S0169-2046 (02) 00057-9
Mols J. (2004) - Dynamique fluviale en réponse aux changements d'affectation du sol des bassins versants de l'Euregio Meuse-Rhin. Mémoire DEA Sciences, Univ. Liège, 55 p.
Newson M. D., Large A. R. G. (2006) - 'Natural' rivers, 'hydromorphological quality' and river restoration: a challenging new agenda for applied fluvial geomorphology. Earth Surface Processes and Landforms, 31, 1606-1624.
Peeters A., Van Campenhout J., Petit F., Houbrechts G. (2016) - Evaluation de l'efficacité d'aménagements de protection de berges en technique végétale en lien avec la puissance spécifique des cours d'eau et recommandations de gestion. Convention SPW-DCENN, rapport final, 83 p.
Petit F. (1975) - Zone de dépôts et points d'érosion dans les méandres et les sinuosités du Geer inférieur. Bulletin de la Société Géographique de Liège, 11, 129-145.
Petit F. (1995) - Régime hydrologique et dynamique fluviale des rivières ardennaises. In: Demoulin A. (Ed.), L'Ardenne: Essai de Géographie Physique. Hommage au Professeur A. Pissart, University of Liège, Belgium, 194-223.
Petit F., Daxhelet C. (1989) - Détermination du débit à pleins bords et de sa récurrence dans différentes rivières de Moyenne et de Haute Belgique. Bulletin de la Société Géographique de Liège, 25, 69-84.
Petit F., Hallot E., Houbrechts G., Levecq Y., Mols J., Peeters A., Van Campenhout J. (2008) - La typologie et les caractéristiques hydromorphologiques des cours d'eau wallons. Actes du colloque La gestion physique des cours d'eau: Bilan d'une décennie d'ingénierie écologique, Namur, 10-12 octobre 2007, 7-16.
Petit F., Hallot E., Houbrechts G., Mols J. (2005) - Evaluation des puissances spécifiques de rivières de moyenne et de haute Belgique. Bulletin de la Société Géographique de Liège, 46, 37-50.
Petit F., Houbrechts G., Peeters A., Hallot E., Van Campenhout J., Denis A.-C. (2015) - Dimensionless critical shear stress in gravelbed rivers. Geomorphology, 250, 308-320. DOI: 10.1016/j.geomorph.2015.09.008
Pollen N. (2006) - Temporal and spatial variability in root reinforcement of streambanks: accounting for soil shear strength and moisture. Catena 69, 197-205.
Reubens B., Poesen J., Danjon F., Geudens G., Muys B. (2007) - The role of fine and coarse roots in shallow slope stability and soil erosion control with a focus on root system architecture: a review. Trees, 21, 385-402.
Rey F., Crosaz Y., Cassotti F., De Matos M. (2015) - Génie végétal, génie biologique et génie écologique: concepts d'hier et d'aujourd'hui. Science Eaux et Territoires, 16, 4-9.
Schiechtl H.-M., Stern R. (1997) - Water Bioengineering Techniques: for Watercourse, Bank and Shoreline Protection. Wiley-Blackwell, Oxford, 186 p.
Schmidt L., Bravard J. P., Rey F. (2013) - Maîtriser les évolutions du lit des cours d'eau (incision, atterrissement,...) et mieux gérer les formes fluviales. In: Ingénierie écologique appliquée aux milieux aquatiques: Pourquoi? Comment? Chocat B. (coord.), 84-93.
Schmitt L., Maire G., Humbert J. (2001) - La puissance fluviale: définition, intérêt et limites pour une typologie hydrogéomorphologique de rivières. Zeitschrift für Geomorphologie, 45(2), 201-224.
Simon A., Collison J. C. (2002) - Quantifying the mechanical and hydrologic effects of riparian vegetation on streambank stability. Earth Surface Processes and Landforms, 27, 527-546.
Simon K., Steinemann A. (2000) - Soil bioengineering: Challenges for planning and engineering. Journal of Urban Planning and Development, 126(2), 89-102. DOI: 10.1061/(ASCE) 0733-9488 (2000) 126:2 (89)
Sotir R. B., Fischenich C. (2001) - Live and inert fascine streambank erosion control. Technical Notes, ERDC TN-EMRRP-SR-31, U. S. Army Corps of Engineers Engineering Research and Development Center, Vicksburg, MS., 8 p.
Stam M. H. (2002) - Effect of land-use and precipitation changes on floodplain sedimentation in the nineteenth and twentieth centuries (Geul River, The Netherlands). Special Publications of the International Association of Sedimentologists, 32, 251-267.
Thorne C. R. (1990) - Processes and mechanisms of river bank erosion. In: Vegetation and Erosion, Thornes J. B. (Ed.), John Wiley & Sons, Chichester, 125-144.
Van Campenhout J., Denis A.-C., Hallot E., Houbrechts G., Levecq Y., Peeters A., Petit F. (2013) - Flux des sédiments en suspension dans les rivières du bassin de la Meuse: proposition d'une typologie régionale basée sur la denudation spécifique des bassins versants. Bulletin de la Société Géographique de Liège, 61, 15-36.
Veller J.-C., Doyle P. F. (2001) - Field performance of conventional tree revetment bank protection. Canadian Water Resources Journal, 26(1), 91-105.
Verniers G. (1995) - Aménagement écologique des berges des cours d'eau. Techniques de stabilisation, Presses universitaires de Namur, 84 p.
Verniers G., Petit F., Hallot E., Houbrechts G. (2009) - Techniques végétales: conception, application et recommandations, DCENN, 62 p.
