Swisslakes.net - Modélisation des courants lacustres et du transport solide associé: pilote pour le lac de Neuchâtel

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 733.07.24

Key words (French)

lac, superficie, écosystem, revitalisation, renaturation, plateforme, courants, transport sédimentaire, rives, météorologie, hydrologie

Short description (French)

La Suisse dispose d’un grand nombre de lacs qui couvrent une part importante de sa superficie et qui, à côté de leur rôle essentiel pour le maintien des ressources en eau, assurent de nombreuses fonctions écosystémiques. La forte anthropisation des rives lacustres entraine toutefois des déficits écologiques importants qui ont amené la Confédération à préconiser le développement d’une planification au niveau cantonal de revitalisation des rives lacustres visant la renaturation de 25% des rives sur une durée de 80 ans. La connaissance des conditions et des phénomènes hydrauliques lacustres est essentielle à la réussite de tels projets. Malheureusement ces connaissances sont souvent encore insuffisantes, comme le témoignent des dysfonctionnements majeurs (ensablement, végétation, batillages, courants inadaptés) qui caractérisent de nombreux ouvrages et aménagements riverains. Afin de combler ces lacunes, un premier projet, également soutenu par la promotion des technologies environnementales (UTF 228.19.07), a permis de dresser une carte des vagues sur les principaux lacs suisses qui a depuis été mise librement et gratuitement à disposition sur la plateforme swisslakes.net.

Outre la hauteur des vagues de dimensionnement, les courants engendrés ainsi que le transport sédimentaire associé sont également des paramètres hydrauliques importants pour des projets d’aménagement de rives lacustres. Le présent projet vise à établir dans une phase pilote ces paramètres complémentaires pour l’ensemble du lac de Neuchâtel et à les intégrer dans la même plateforme swisslakes.net, en se basant sur les précédents travaux (vagues et courants pour le lac de Zürich) dans une optique d’approfondissement et de validation méthodologique. Les résultats mis à disposition sur la plateforme swisslakes.net permettront une économie des ressources nécessaires dans la conception de projets de renaturation des rives lacustres et d’optimiser l’entretien des rives réduisant ainsi les coûts assumés par les cantons et les communes. De manière plus générale, ces mêmes résultats sont utiles pour tous les aménagements projetés sur les rives ou à proximité (nouveaux ports en remplacement des bouées, plages, exutoires, ouvrages de protection contre les vagues).

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 21.03.2024.

Results according to contract (French)

1. Recherche bibliographique et synthèse des méthodes de l’état de l’art concernant le calcul des vagues, des courants et du transport solide lacustres ainsi que des outils de modélisation adaptés.
   
   
2. Développements méthodologiques pour la représentation des courants lacustres et du transport solide associé, et pour la définition des scénarios météorologiques et hydrologiques pertinents.
   
   
3. Application de la méthodologie à l’ensemble du lac de Neuchâtel pour la représentation des courants lacustres ainsi qu’au minimum à une zone d’étude pour le calcul du transport solide.
   
   
4. Actualisation de la plateforme swisslakes.net pour intégrer les cartes de courants lacustres générées pour le lac de Neuchâtel et pour la mise à disposition des résultats concernant le transport solide.
   
   
5. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 4.
   
   
6. Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos pour l’impression de publications à l’adresse du public.
   
   
7. Une présentation des résultats avec PowerPoint sera effectuée à la fin du projet pour les personnes intéressées de l’OFEV.

Project aims (French)

Ce projet a pour but de développer la méthodologie pour le calcul des courants lacustres et de la valider pour le lac de Neuchâtel, ainsi que la méthodologie pour la détermination du transport solide associé dans une zone d’étude déterminée du lac. Cela implique une identification des conditions météorologiques (vents) et hydrologiques (cours d’eau) à l’origine de courants lacustres pouvant générer du transport solide et de les définir sous forme de différents scénarios déterminants. Pour le calcul du transport solide dans une ou plusieurs zone(s) d’étude déterminée(s), les critères relatifs au dimensionnement d’une telle zone seront établis et les diamètres critiques de mise en mouvement des sédiments seront déterminés pour les différents scénarios. Les résultats des calculs de courants seront intégrés dans la plateforme swisslakes.net sous forme cartographique tandis que les résultats du transport solide le seront, toujours dans la plateforme web mais sous forme de fiche associée à l’emplacement géographique considéré.

Description of results (French)

Le projet développe une méthodologie intégrée permettant de relier vents, vagues, courants et transport sédimentaire à l’échelle d’un lac entier. L’approche repose sur une recherche bibliographique approfondie et une synthèse des méthodes de l’état de l’art concernant le calcul des vagues, des courants et du transport solide, ainsi que des outils de modélisation adaptés.

La méthodologie élaborée comporte quatre phases :

 

• sélection des journées de vent à partir des courbes IDF (intensité-durée-fréquence) et des temps de retour visés ;
• modélisation 2D des vagues et détermination de la granulométrique pouvant être mise en mouvement par ces vagues (diamètres critiques) ;
• modélisation 2D des courants, couplés aux champs de vagues et aux débits des affluents, puis estimation des diamètres critiques associés ;
• analyse du transport sédimentaire et identification des zones de mobilité potentielle.

 

L’ensemble fournit un cadre cohérent, reproductible et opérationnel pour la caractérisation des processus hydrodynamiques et sédimentaires, destiné à soutenir la planification et le dimensionnement des projets de renaturation et de protection des rives, ou tout autre projet constructif sur la rive lacustre.

Transfer and application (French)

La méthodologie est mise en œuvre sur le lac de Neuchâtel, où elle permet de générer des cartes de vagues, de courants et de mobilité sédimentaire accessibles sur le site www.swisslakes.net. En l’absence de données granulométriques détaillées, un fond sableux mixte est retenu, et un indicateur d’intensité de transport solide basé sur moyenne quadratique des variations du lit est calculé. Une classification par percentiles (85% et 95%) identifie les zones les plus mobiles et fournit une lecture synthétique du potentiel de mobilité. Ces résultats constituent un outil d’aide à la décision pour la renaturation, la gestion durable et la protection des rives du lac de Neuchâtel.

Follow up (French)

L’approche future vise à compléter l’analyse hydrodynamique en développant une relation d’extrapolation robuste entre les mesures et le modèle ICON, indispensable pour caractériser des événements extrêmes au-delà de la période 2017–2025. L’extension de la méthodologie aux vents extrêmes ainsi que l’intégration de la pente dans le calcul des diamètres critiques permettront d’affiner la représentation des processus sédimentaires. La méthode proposée, déjà appliquée au lac de Neuchâtel et diffusée sur www.swisslakes.net, peut être étendue à l’ensemble des lacs suisses afin de fournir une base homogène pour la gestion durable, la renaturation et la protection des rives.