Emergence de structures sédimentaires de taille métrique en réponse à des changements de la capacité de transport

Le transport de grains de sable par le vent conduit à la formation de dunes, dont la forme et l'orientation dépendent du régime des vents et de la disponibilité en sable. L'interaction entre le transport des sédiments, la topographie et le flux détermine leur croissance initiale, et mène généralement à l'émergence de structures sédimentaires de longueur décamétrique. Lorsque la surface est hétérogène, par exemple en présence de végétation ou lorsque la nature de la surface varie, la capacité de transport du sable est modifiée spatialemenent. Cette variabilité peut conduire au développement de dépôts de sable plus petits et souvent éphémères, de taille métrique. Dans cette thèse, nous utilisons une approche physique pour expliquer la formation et la dynamique de telles structures, en soulignant le rôle de la variation de la capacité de transport. Pour cela, nous combinons simulations numériques, expériences de laboratoire et études de terrain.Dans la première partie du manuscrit, nous étudions l'émergence de structures sédimentaires métriques sur des surfaces consolidés, telles que le sable humide ou les lits de graviers. En nous appuyant sur la théorie linéaire des dunes, nous proposons un modèle tenant compte des variations spatiales de la capacité de transport, celle-ci étant plus élevée sur les surfaces consolidées que sur les surfaces érodables (sable meuble). Nous introduisons notamment une nouvelle échelle de longueur permettant de faire la transition entre ces deux lois de transport. En analysant l'évolution spatio-temporelle d'un patch de sable métrique, nous soulignons le rôle central de la longueur de transition et du flux de sable dans le développement de ces structures sédimentaires. Trois régimes sont identifiés et analysés numériquement : ces dépôts peuvent disparaître, croître et migrer, ou bien s'étaler an aval et en amont. En ajustant les paramètres du modèle aux données de terrain, nous sommes capables de reproduire la dynamique de ces structures, et en particulier d'évaluer quantitativement les conditions dans lesquelles elles peuvent former des dunes ou disparaître.La seconde partie est consacrée aux dunes qui se forment en aval de buissons, à l'origine de la formation des dunes Nebkha. Pour cela, nous nous appuyons sur deux séries d’expériences indépendantes menées en soufflerie, pour lesquelles sont utilisées respectivement la PIV et la photogrammérie. Dans un premier temps, nous caractérisons l’écoulement de l’air en aval de plantes artificielles afin d'évaluer les variations de la capacité de transport du sable induites par ces obstacles poreux. Dans un second temps, nous suivons l’évolution temporelle des dépôts de sable qui se forment à l'aval de ces plantes. À partir de la paramétrisation de la capacité de transport obtenue, nous développons un modèle pour l'initiation des dunes Nebkha, que nous confrontons aux données de terrain ainsi qu’aux résultats expérimentaux.