Charge de fond

Le terme charge de fond ou charge de lit décrit les particules dans un fluide en écoulement (généralement de l’eau) qui sont transportées le long du lit du cours d’eau. La charge de fond est complémentaire de la charge en suspension et de la charge de lavage.

Sédiment de charge de fond dans le thalweg de Campbell Creek en Alaska.

La charge de fond se déplace par roulement, glissement et/ou saltation (sautillement).

Généralement, la charge de fond en aval sera plus petite et plus arrondie que la charge de fond en amont (un processus connu sous le nom de finage en aval). Ceci est dû en partie à l’attrition et à l’abrasion qui résultent de la collision des pierres entre elles et contre le chenal de la rivière, éliminant ainsi la texture rugueuse (arrondissement) et réduisant la taille des particules. Cependant, le transport sélectif des sédiments joue également un rôle en relation avec l’affinage en aval : les particules plus petites que la moyenne sont plus facilement entraînées que les particules plus grandes que la moyenne, puisque la contrainte de cisaillement nécessaire pour entraîner un grain est linéairement proportionnelle au diamètre du grain. Cependant, le degré de sélectivité de taille est limité par l’effet de dissimulation décrit par Parker et Klingeman (1982), dans lequel les plus grosses particules dépassent du lit alors que les petites particules sont protégées et cachées par les plus grosses particules, avec pour résultat que presque toutes les tailles de grains sont entraînées à presque la même contrainte de cisaillement.

Les observations expérimentales suggèrent qu’un écoulement uniforme à surface libre sur un lit plan sans cohésion est incapable d’entraîner les sédiments en dessous d’une valeur critique τ ∗ c {\displaystyle \tau _{*c}}. du rapport entre les mesures des forces hydrodynamiques (déstabilisantes) et gravitationnelles (stabilisantes) agissant sur les particules de sédiments, ce qu’on appelle la contrainte de Shields τ ∗ {\displaystyle \tau _{*}}. . Cette quantité se lit comme:

τ ∗ = u ∗ 2 ( s – 1 ) g d {\displaystyle \tau _{*}={\frac {u_{*}^{2}}{(s-1)gd}}}. ,

où u ∗ {\displaystyle u_{*}} est la vitesse de friction, s est la densité relative des particules, d est un diamètre effectif des particules qui sont entraînées par le flux, et g est la gravité. La formule de Meyer-Peter-Müller pour la capacité de charge du lit dans des conditions d’équilibre et d’écoulement uniforme indique que la magnitude du flux de charge du lit q s {\displaystyle q_{s}}. pour une unité de largeur est proportionnelle à l’excès de la contrainte de cisaillement par rapport à une contrainte critique τ ∗ c {\displaystyle \tau _{*c}} . Plus précisément, q s {\displaystyle q_{s}} est une fonction non linéaire à croissance monotone de l’excès de contrainte de Shields ϕ ( τ ∗ – τ ∗ c ) {\displaystyle \phi (\tau _{*}-\tau _{*c})} , typiquement exprimée sous la forme d’une loi de puissance. .