Optimisation des épis pour restaurer la dynamique fluviale du Vieux Rhin

Optimization of groynes to restore the fluvial dynamics of the Old Rhine

N. LUTZWILLER, A. DÉCHAVANNE

Le Vieux Rhin au droit du Feston de Rhinau présente aujourd’hui un fonctionnement marqué par la réduction des processus morphodynamiques et la canalisation des écoulements du lit mineur et majeur amenant à une homogénéisation des habitats. Pour restaurer une dynamique fluviale favorable à la diversification des milieux, cette étude évalue l’usage d’« épis déconnectés » spécifiquement conçus pour la diversification latérale du lit mineur via érosion et redépôt de sédiment induit par les effets hydrauliques au droit des épis. L’objectif est de définir des règles opérationnelles de conception maximisant l’efficacité hydraulique des épis, tout en conservant une empreinte constructive limitée et une bonne reproductibilité. Une modélisation tridimensionnelle a été réalisée pour analyser l’influence des paramètres géométriques (longueur projetée, hauteur relative, distance à la berge, orientation, espacement) sur les vitesses le long de la berge, tangentielles et orthogonales à l’écoulement, permettant d’évaluer le potentiel d’érosion. Les simulations montrent que la longueur projetée de l’épi et sa hauteur par rapport à la ligne d’eau sont les leviers majeurs pour engendrer de hautes vitesses. L’espacement et la distance à la berge jouent un rôle secondaire sur les vitesses. L’orientation joue un rôle mineur mais utile pour orienter le jet des écoulements. Une géométrie optimisée est proposée et comparée à un champ d’épis classique qui a été déconnecté dans le cadre de restauration de cours d’eau : cette configuration optimisée permet des vitesses au moins comparables à des épis dites classiques, et parfois supérieures, tout en limitant l’emprise de l’exécution. Ces résultats débouchent sur un jeu de recommandations hiérarchisées pour la conception d’épis de renaturation fondés sur les processus naturels, transférables à d’autres tronçons aménagés présentant des contraintes hydrauliques et foncières similaires.

The Old Rhine at Feston de Rhinau is now characterised by a reduction in morphodynamic processes and the channelling of flows in the minor and major riverbeds, leading to a homogenisation of habitats. In order to restore river dynamics that are conducive to environmental diversification, this study evaluates the use of ‘disconnected groynes’ specifically designed for lateral diversification of the minor bed via erosion and sediment redeposition induced by hydraulic effects at the groynes. The objective is to define operational design rules that maximise the hydraulic efficiency of the groynes, while maintaining a limited construction footprint and good reproducibility. Three-dimensional modelling was carried out to analyse the influence of geometric parameters (projected length, relative height, distance from the bank, orientation, spacing) on velocities along the bank, tangential and orthogonal to the flow, in order to assess the potential for erosion. The simulations show that the projected length of the groyne and its height relative to the water line are the main factors in generating high velocities. Spacing and distance from the bank play a secondary role in velocities. Orientation plays a minor but useful role in directing the flow. An optimised geometry is proposed and compared to a conventional groyne field that has been disconnected as part of a river restoration project : this optimised configuration allows for velocities that are at least comparable to those of conventional groynes, and sometimes higher, while limiting the footprint of the construction. These results lead to a set of prioritised recommendations for the design of renaturation groynes based on natural processes, which can be transferred to other developed sections with similar hydraulic and land constraints.

Projet présenté à I.S. Rivers 2025.

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Optimisation des épis pour restaurer la dynamique fluviale du Vieux Rhin — Klaus-Jürgen Boos

Le projet Rhinaissance 2.0, cofinancé par Interreg et intégré à la coopération franco-allemande, vise à améliorer l’état écologique au droit du Vieux Rhin2. Plusieurs actions de renaturation ont été développées dans le cadre d’une première étude de faisabilité. Parmi cellesci, la présente étude se focalise sur la question de la réintroduction de processus d’érosion dans le Vieux Rhin (lit historique du Rhin avant les mesures d’artificialisation) identifié comme une masse d’eau fortement modifiée3 selon la Directive de l’eau. Les altérations subies par ce tronçon ont entraîné diverses conséquences écologiques, notamment un appauvrissement signifi – catif de la biodiversité dans les zones concernées [CHARDON, 2025].

Les épis sont des ouvrages implantés dans le lit des cours d’eau afin de modifier leur morphologie pour en faciliter la navigation (figure 1). Leur principe repose sur une réduction locale de la section d’écoulement, induisant une augmentation des vitesses dans la zone contrainte, ce qui favorise un approfondissement progressif du lit et limite les dépôts de fines dans la zone navigable.

Plus récemment, ces épis de navigation ont été dé connectés de la berge dans le cadre de projets de redynamisation fluviale, notamment sur le Rhin libre à hauteur de Rastatt et sur le Danube en aval de Vienne. Ces retours d’expérience ont montré que la déconnexion des épis par rapport à la berge, associée à la dépose de protections latérales4, permet de générer un phénomène d’érosion sur la rive ainsi libérée, contribuant à la restauration de la dynamique latérale (figure 2 ). Cette dynamique d’érosion/dépôt recrée des habitats naturels à la fois dans les zones d’érosion et dans celles de dépôts. Milieux qui ont été détruits par la canalisation et l’endiguement des fleuves pour la navigation.

Mots clés : Épis écologiques, Érosion de berge, Modélisation numérique, Processus hydro-morphologiques, Renaturation